一種高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，包括：1）將鐵礦粉、還原劑和粘結(jié)劑按100：4-25：2-5的質(zhì)量比例混合，所述還原劑選自焦粉或無煙煤粉中的一種或兩種，所述粘結(jié)劑為調(diào)節(jié)堿度的粘結(jié)劑；2）將上述原料充分混合后，加水潤濕，將混勻的原料在對輥壓球機上進行壓球，制成球團；3）將球團與燃料混合，在帶式燒結(jié)機上進行球團的高溫還原，所述燃料添加量為球團質(zhì)量的7~20%；4）將燒結(jié)產(chǎn)物篩分，將符合金屬化爐料要求的部分用于高爐煉鐵。本工藝獲得的金屬化爐料，使用時可降低高爐焦比10~30%，顯著降低高爐下部直接還原的負擔，提高高爐利用系數(shù)，從而使高爐的生產(chǎn)率大幅度提高，提高了高爐煉鐵工藝的競爭力。
【專利說明】一種高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，具體涉及一種用于高爐煉鐵的金屬化爐料的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高爐煉鐵主要以焦炭和人造塊鐵礦為主要原料，是一種成熟效率的煉鐵工藝?，F(xiàn)代大型高爐生產(chǎn)技術(shù)裝備不斷完善，高爐實現(xiàn)了高產(chǎn)、低耗和優(yōu)質(zhì)的煉鐵生產(chǎn)指標。但高爐的高效率和大型化對礦石和焦炭質(zhì)量(尤其是焦炭的強度)提出了更嚴格的要求，全世界大多數(shù)高爐的入爐焦比仍然高于400kg/thm。
[0003]鑒于傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝流程長和污染嚴重以及對冶金焦的依賴，以無焦煉鐵和直接使用鐵礦為目標，世界上開展了大量煉鐵新工藝的研究，并取得了一定的進展。在熔融還原技術(shù)方面，COREX工藝已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，該工藝不但大大減少了焦炭的用量，在資源和環(huán)保等方面具有競爭優(yōu)勢，但仍不完善；另一種熔融還原工藝HISMELT也已達到中試規(guī)模，其它一些熔融還原工藝也在開發(fā)之中。在直接還原方面，氣基豎爐法(Midrex，HYL)法占據(jù)絕對優(yōu)勢，但是它們均需采用重整的天然氣作為還原氣原料，因此只能在天然氣資源豐富并廉價地區(qū)發(fā)展。目前世界上 占優(yōu)勢的煤基直接還原方法是轉(zhuǎn)底爐法和回轉(zhuǎn)窯法，這些方法的主要優(yōu)點是可以直接用煤作燃料和還原劑，其缺點是單位投資高，生產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本高，因此發(fā)展緩慢，到目前全世界煤基直接還原鐵年產(chǎn)量僅300萬噸，而直接還原鐵的年產(chǎn)量約為6000萬噸。
[0004]基于上述原因，在可預見的將來，以焦炭為主要燃料的高爐仍是煉鐵的主要流程，優(yōu)化和提升高爐煉鐵工藝的競爭力，仍當前煉鐵工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。
[0005]鋼鐵行業(yè)以節(jié)能減排為核心的低碳制鐵工藝的發(fā)展已經(jīng)是大勢所趨，而目前占主導地位的高爐制鐵工藝高耗能、高排放、產(chǎn)能強度低以及資源劣化適應性差的現(xiàn)實特點不僅不能適應低排放的要求，而且制約了其本身競爭力的發(fā)展。歐洲最好的鋼廠目前已在技術(shù)所能達到的極限下運行。但為了突破技術(shù)障礙，在提高經(jīng)濟競爭力的前提下，引領(lǐng)當前低碳制鐵技術(shù)的發(fā)展，歐洲已經(jīng)開展了 UlCOS大型研發(fā)項目，其目標可簡述為:要對高爐路線進行大幅的技術(shù)改進和突破，新的制鐵技術(shù)路線相比目前最好的高爐長流程C02排放指標要減少至少50%。
[0006]優(yōu)化高爐煉鐵工藝的另一個重要方向就是金屬化爐料在高爐的應用。長期以來，高爐使用燒結(jié)礦或球團礦作為主要原料，金屬化爐料的制備技術(shù)曾在俄羅斯和日本等國進行了大量的研究，但都沒有實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。高爐使用金屬化爐料有利于提高高爐利用系數(shù)和降低燃料比，尤其在焦煤資源日益枯竭的情況下，高爐節(jié)約焦炭的目標對高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展更具有吸引力。因此金屬化爐料的生產(chǎn)和在高爐中的使用可望成為煉鐵技術(shù)從現(xiàn)階段提高到新高度的技術(shù)之一。
[0007]通過聯(lián)機檢索，查找到一些生產(chǎn)金屬化爐料的專利，但這些的工藝流程和配套設備系統(tǒng)與本專利技術(shù)相比，均有本質(zhì)的不同。申請?zhí)枮?1810700.1的專利“金屬化團塊的生產(chǎn)方法”公開的技術(shù)是將鐵礦顆粒與還原劑材料及纖維粘結(jié)劑等混合壓塊，然后在還原豎路內(nèi)將團塊中的鐵還原，形成金屬化團塊。該工藝生產(chǎn)率低，能耗高，難以滿足高爐大規(guī)模生產(chǎn)的需要。申請?zhí)枮?00710157457.3的專利“一種預還原復合燒結(jié)礦的生產(chǎn)方法”公開的技術(shù)是將高堿度燒結(jié)礦和酸性球團兩種爐料進行混合，并在酸性球團中配加煤粉，然后將混合均勻的高堿度燒結(jié)礦和酸性球團一起在燒結(jié)機上進行燒結(jié)，生產(chǎn)預還原高爐用爐料。由于采用部分球團內(nèi)配碳，爐料平均金屬化率低，同時需要制備兩種不同堿度的球團，流程也復雜。申請?zhí)枮?00880112441.3的專利“對制粒礦物材料連續(xù)燒結(jié)和預還原的方法和代式燒結(jié)設備”公開的技術(shù)是一種新型帶式燒結(jié)設備，將制粒后的爐料燒結(jié)后，立即用還原氣進行還原，達到爐料燒結(jié)和預還原的目的。由于燒結(jié)后爐料降溫較快，用還原氣進行還原時，難以達到較高的金屬化率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適應于高爐煉鐵的優(yōu)良的金屬爐料的
生產(chǎn)工藝。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，包括原料的準備和球團的還原，該生產(chǎn)工藝包括:
[0010](1)原料的準備:將鐵礦粉、還原劑和粘結(jié)劑按100:4-25:2_5的質(zhì)量比例混合，所述還原劑選自焦粉或無煙煤粉中的一種或兩種，所述粘結(jié)劑為調(diào)節(jié)堿度的粘結(jié)劑；
[0011](2)原料的混合和壓球:將上述原料充分混合后,加水潤濕,將混勻的原料在對輥壓球機上進行壓球，制成球團；
[0012](3)球團的高溫還原:將球團與燃料混合，在帶式燒結(jié)機上進行球團的高溫還原，所述燃料添加量為球團質(zhì)量的7~20% ；
[0013](4)冷卻和篩分:將步驟(3)得到的燒結(jié)產(chǎn)物進行篩分，將符合金屬化爐料要求的部分用于高爐煉鐵。
[0014]其中還原劑的配比與產(chǎn)品金屬化率有關(guān)，而粘結(jié)劑的配比與原料條件和壓球工藝有關(guān)。
[0015]在本工藝條件下，含鐵原料也可以使用鋼鐵企業(yè)的含鐵粉塵，其還原劑的配比可根據(jù)粉塵的具體成分做適當?shù)恼{(diào)整。燒結(jié)產(chǎn)物冷卻后，可以采用5mm的篩子進行篩分，大于5mm的部分作為金屬化爐料，用于高爐煉鐵；篩下部分主要是粉煤灰，可用于生產(chǎn)水泥的配料。
[0016]本工藝獲得的金屬化爐料,金屬化率可達10%~70%,轉(zhuǎn)鼓強度大于80%。金屬化爐料的使用，可降低高爐焦比10-30%，顯著降低高爐下部直接還原的負擔，提高高爐利用系數(shù)，從而使高爐的生產(chǎn)率大幅度提高，提高了高爐煉鐵工藝的競爭力。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，所述鐵礦粉的粒徑小于3mm ;所述還原劑的粒徑小于0.5mm ;所述粘結(jié)劑的粒徑小于0.1mm。將粒徑控制在上述范圍，可以使反應更充分。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，所述焦粉或無煙煤粉的固定碳含量大于80%,揮發(fā)分小于5%,灰分小于10%。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，所述粘結(jié)劑為生石灰；所述生石灰要求CaO含量大于85%，活性度大于300ml/4N-HCl。所用的粘結(jié)劑為消石灰，以生石灰形式進行配料，要求粒度小于0.1mm,在配料后經(jīng)過消化過程，形成消石灰，起到粘結(jié)劑的作用，同時起到調(diào)節(jié)球團堿度的作用。生石灰由于成本低，是優(yōu)選的粘結(jié)劑。
[0020]石灰活性度主要是指石灰加水后生成消石灰的難易成度，消石灰能起到粘結(jié)劑的作用，一般市場上銷售的大部分石灰活性度大于300ml/4N-HCl ;氧化鈣含量越高越好，主要用來調(diào)節(jié)堿度，市場大部分石灰都滿足要求。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，步驟(3)所述燃料為焦粉或無煙煤中的一種或兩種；所述焦粉或無煙煤中固定碳含量大于80%，粒度小于3mm。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，步驟(3)所述帶式燒結(jié)機上鋪有20-30mm厚的含鐵鋪底料。
[0023]進一步地，所述含鐵鋪底料為褐鐵礦或金屬化爐料中的一種或兩種；所述含鐵鋪底料的粒徑為5-20mm。燒結(jié)機布料時，為避免燒壞箅條，以粒度為5~20mm的褐鐵礦為鋪底料，鋪底料厚度優(yōu)選為2(T30mm，或者可以更厚，如20_50mm，將球團和燃料的混合料進行均勻布料，料層厚度可根據(jù)燒結(jié)機產(chǎn)能靈活調(diào)整。鋪底料還可以用上一輪生產(chǎn)中剩下的成品金屬化爐料。每次生產(chǎn)都會剩余一些成品金屬化爐料，可以就地用作鋪底料。
[0024]以褐鐵礦為例，在燒結(jié)過程中，球團內(nèi)部發(fā)生鐵氧化物與碳的直接還原反應，得到金屬化爐料。同時褐鐵礦在高溫作用下，失去結(jié)晶水，形成多微孔的高品位鐵礦。燒結(jié)過程中發(fā)生的主要化學反應如下:
[0025]燃料的完全燃燒:C+02=C02 [0026]燃料的不完全燃燒:2C+02=2C0
[0027]上述燃燒反應為燒結(jié)過程提供熱量，兩個反應的比例與空氣過剩系數(shù)有關(guān)。在高溫作用下，含碳球團內(nèi)部發(fā)生如下反應:
[0028]3Fe203+C=2Fe304+C0
[0029]F e203+C0=2Fe+C02
[0030]Fe304+C=3Fe0+C0
[0031]Fe0+C0=Fe+C02
[0032]作為鋪底料的褐鐵礦，在高溫下發(fā)生如下分解反應:
[0033]Fe2O3.nH20=Fe203+nH20
[0034]或進一步轉(zhuǎn)化為Fe3O4。
[0035]上述反應主要在燒結(jié)機的臺車上進行，圖2為燒結(jié)過程示意圖。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，步驟(2)所述球團尺寸控制在7~25mm,所述球團進行干燥處理；球團造球壓力為15_25MPa。將球團尺寸控制在該范圍較利于還原反應的進行。壓球的原理是在壓力作用下，作為粘結(jié)劑的消石灰與礦粉煤粉充分緊密接觸，壓力太小，不密實，壓力太大，壓球能耗高。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，步驟(3)所述的帶式燒結(jié)機的點火器以焦爐煤氣或焦爐煤氣和高爐煤氣的混合物為燃料，點火溫度為105(Tl250°C，點火時間為5(Tl50s，點火時抽風負壓為4~10kPa ;正常燒結(jié)時，風箱負壓保持在8~25kPa。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，優(yōu)選的是，步驟(2)所述水的加入量為原料的3-9wt%。該加入量為優(yōu)選的加入量，一般水的加入量控制以其能充分將石灰消化，起到粘結(jié)劑的作用，便于壓球并提高球團強度。
[0039]原則上說，生產(chǎn)海綿鐵(或直接還原鐵)的工藝都可以用來生產(chǎn)金屬化爐料，包括豎爐、回轉(zhuǎn)窯或轉(zhuǎn)底爐等，但要為高爐提供金屬化爐料，上述設備的產(chǎn)能低，難以滿足高爐產(chǎn)能的需求。同時，高爐對爐料金屬化率的要求不高，因此在現(xiàn)有鐵礦石燒結(jié)工藝產(chǎn)量大的前提下，通過原料的預處理和燒結(jié)工藝參數(shù)的調(diào)整，實現(xiàn)金屬化爐料的生產(chǎn)。主要工藝流程見圖1。
[0040]本發(fā)明金屬化爐料生產(chǎn)流程包括原料的準備、混合、壓球、燒結(jié)、冷卻和篩分等環(huán)節(jié)。將鐵礦石、還原劑和粘結(jié)劑充分混合后，加入適量的水進行潤濕，然后在壓球機上進行壓球，球團干燥后與燃料進行混合，然后在帶式燒結(jié)機上進行高溫還原。在燒結(jié)機上，為避免燒壞箅條，以含鐵鋪底料如褐鐵礦作為鋪底料。燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)冷卻和篩分后，得到金屬化爐料。篩下粉主要是燃料燃燒后剩余的粉煤灰，可用來作為水泥廠的原料。
[0041]金屬化爐料的使用，將顯著降低高爐下部直接還原的負擔，不但大幅度降低了焦t匕，也使高爐的生產(chǎn)率大幅度提高，提高了高爐煉鐵工藝的競爭力。本發(fā)明利用傳統(tǒng)的帶式燒結(jié)機，通過對原料的處理和燒結(jié)工藝的調(diào)整，生產(chǎn)出滿足高爐煉鐵的金屬化爐料。對于提高高爐煉鐵工藝的競爭力具有重要意義。
[0042]本發(fā)明的有益效果是:
[0043](1)采用傳統(tǒng)燒結(jié)機，在保持高產(chǎn)能基礎上，實現(xiàn)金屬化爐料的生產(chǎn)，可滿足高爐對爐料的要求。
[0044](2)在配料壓球過程中，可部分或全部使用鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的含鐵粉塵，有利于資源的綜合利用和環(huán)保水平的提聞。
[0045](3)作為燃料的焦粉或煤粉，燃燒后的粉煤灰可以從燒結(jié)產(chǎn)物中篩分出來，不但可以回收利用，而且避免了進入燒結(jié)礦而降低了其品位，同時減少了 P等有害元素進入燒結(jié)礦，對控制鐵水磷含量具有重要作用。
[0046](4)以塊狀褐鐵礦作為鋪底料，由于褐鐵礦價格低廉，可以進一步降低生產(chǎn)成本，同時，以褐鐵礦作為鋪底料，提高了產(chǎn)品產(chǎn)量。
[0047](5)本發(fā)明吸收了含碳球團快速直接還原的優(yōu)勢，同時利用了傳統(tǒng)燒結(jié)機熱效率高和產(chǎn)量大的優(yōu)點，對高爐煉鐵工藝的節(jié)能減排具有重要意義。
[0048](6)由于金屬化爐料的使用，可降低高爐焦比，提高鐵水質(zhì)量，可使高爐煉鐵生產(chǎn)成本顯著降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1是金屬化爐料的生產(chǎn)流程圖。
[0050]圖2是燒結(jié)過程示意圖。
【具體實施方式】
[0051]本實施例中所使用的鐵礦粉等原燃料的成分見表1~表4。
[0052]表1鐵礦粉化學成分)
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，包括原料的準備和球團的還原，其特征在于:該生產(chǎn)工藝包括: (1)原料的準備:將鐵礦粉、還原劑和粘結(jié)劑按100:4-25:2-5的質(zhì)量比例混合，所述還原劑選自焦粉或無煙煤粉中的一種或兩種，所述粘結(jié)劑為調(diào)節(jié)堿度的粘結(jié)劑； (2)原料的混合和壓球:將上述原料充分混合后，加水潤濕，將混勻的原料在對輥壓球機上進行壓球，制成球團； (3)球團的高溫還原:將球團與燃料混合，在帶式燒結(jié)機上進行球團的高溫還原，所述燃料添加量為球團質(zhì)量的7~20% ； (4)冷卻和篩分:將步驟(3)得到的燒結(jié)產(chǎn)物進行篩分，將符合金屬化爐料要求的部分用于高爐煉鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述鐵礦粉的粒徑小于3mm ;所述還原劑的粒徑小于05mm ;所述粘結(jié)劑的粒徑小于0.1mm。
3.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述焦粉或無煙煤粉的固定碳含量大于80%,揮發(fā)分小于5%,灰分小于10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述粘結(jié)劑為生石灰；所述生石灰要求CaO含量大于85%，活性度大于300ml/4N-HCl。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟(3)所述燃料為焦粉或無煙煤中的一種或兩種；所述焦粉或無煙煤中固定碳含量大于80%，粒度小于3mm ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟(3)所述帶式燒結(jié)機上鋪有20-30mm厚的含鐵鋪底料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述含鐵鋪底料為褐鐵礦或金屬化爐料中的一種或兩種；所述含鐵鋪底料的粒徑為5-20mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟(2)所述球團尺寸控制在7~25mm,所述球團進行干燥處理；球團造球壓力為15_25MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟(3)所述的帶式燒結(jié)機的點火器以焦爐煤氣或焦爐煤氣和高爐煤氣的混合物為燃料，點火溫度為105(Tl250°C，點火時間為50~150s，點火時抽風負壓為4~10kPa ;正常燒結(jié)時，風箱負壓保持在8~25kPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐煉鐵金屬化爐料生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟(2)所述水的加入量為原料的3-9wt%。
【文檔編號】C21B5/00GK104004905SQ201310062343
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月27日
【發(fā)明者】張友平, 徐萬仁, 顧德仁, 范建峰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司