用于生產(chǎn)和還原氧化鐵團(tuán)塊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種完整的氧化鐵碳團(tuán)塊的制造方法，所述完整的氧化鐵碳團(tuán)塊具有助熔劑和粘結(jié)劑并被用作高爐的進(jìn)料或用于在電弧爐或感應(yīng)爐中還原和熔融以生產(chǎn)生鐵。
【背景技術(shù)】
[0002]絕大多數(shù)鋼是通過高爐制造的。最簡單的形式中，在煉焦?fàn)t中加工煉焦煤以生產(chǎn)焦炭。鐵礦石、赤鐵礦和焦炭進(jìn)料至尚爐，然后生鐵在其中被生廣出來。2012年，世界鋼鐵生產(chǎn)量約15億噸，約7億噸生產(chǎn)于中國。
[0003]中國的鋼制造實(shí)踐中，制造I噸鋼需要約2.6噸的煉焦煤。目前的鋼制造工藝變得棘手，其中煉焦煤的價(jià)格在上升。在全球金融危機(jī)中，煉焦煤的價(jià)格已上漲至高達(dá)每噸US$350，因此推動鋼價(jià)格到前所未有的高度。另一個(gè)主要關(guān)切是，一些鋼鐵公司預(yù)計(jì)30年內(nèi)將沒有足夠的煉焦煤來供應(yīng)高爐。
[0004]因此，從低品位鐵礦石或廢料生產(chǎn)鋼具有顯著增長的可用性，并且高品味鐵礦石和煉焦煤的供應(yīng)變得有限且過于昂貴。隨后，已經(jīng)開發(fā)和采用了各種方法以試圖實(shí)現(xiàn)低成本的鋼生產(chǎn)。
[0005]特定市場利基(specific market niches)已經(jīng)發(fā)展，以使得恪融還原的鐵礦石團(tuán)塊在亞洲具有良好市場，在該地區(qū)中作為電爐鋼鐵工業(yè)的進(jìn)料。最近的實(shí)例是BHPBillit1n試圖通過在西澳大利亞設(shè)立熱壓鐵塊(hot briquette iron)廠來供應(yīng)亞洲市場。類似地，R1 Tinto建立的HIsmeltr高強(qiáng)度冶煉”)工藝試圖通過由煤直接還原鐵礦石來生產(chǎn)鐵。
[0006]高爐操作中的效率提升已經(jīng)通過使用球團(tuán)礦實(shí)現(xiàn)了，其中均勻的顆粒尺寸有助于增加爐中的滲透性。例如，在委內(nèi)瑞拉加拉加斯的西蒙.玻利瓦爾大學(xué)的M.Specht，C.Seaton和A.Morales所寫的題目為“使用靈活焦炭(f lexicoke)作為還原劑的自還原鐵礦球團(tuán)”的未注明日期的文章中，作者描述了他們在使用從重質(zhì)原油生產(chǎn)并煉制為還原劑的靈活焦炭與鐵礦石混合在球團(tuán)中的工作。靈活焦炭高達(dá)17重量％，并且測試的粘結(jié)材料為波特蘭水泥、石灰、稱為Peridur的纖維素粘結(jié)劑和粘土。水泥球團(tuán)表現(xiàn)出320kg/球團(tuán)的高強(qiáng)度，但是其在還原之后減少了 82%且?guī)в斜砻娴钠屏押蛣冸x。具有水泥的還原的球團(tuán)顯示出連通孔隙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其提供了海綿狀結(jié)構(gòu)。另一方面，具有石灰的自還原球團(tuán)的機(jī)械強(qiáng)度在還原后增加了214%至40kg/球團(tuán)。然后，這不足以滿足高爐的60kg/球團(tuán)的要求。此夕卜，在該情況下制備的是1mm直徑的球團(tuán)，而非團(tuán)塊。
[0007]名稱為“感應(yīng)爐用于由鐵礦石生產(chǎn)鐵中的用途”的美國專利20070157761描述了一種利用感應(yīng)爐以還原和熔融鐵礦石為生鐵的方法。附圖示出了還原-熔融區(qū)域，其直徑大致相同于爐渣和熔融生鐵的儲液器。然而，還原-熔融區(qū)域的大直徑意味著電磁能量可能不會達(dá)到負(fù)載并且可能導(dǎo)致未還原的鐵礦石達(dá)到儲液器并遇到(reporting to)爐渣。
[0008]電磁能量的頻率對感應(yīng)加熱和氧化鐵的還原是重要的。例如，電磁能量頻率的實(shí)驗(yàn)已被東京工業(yè)大學(xué)的K.Hara和M.Hayashi，國家聚變科學(xué)研究所的M.Sato和東京大學(xué)的K.Nagata進(jìn)行，其中，在磁鐵礦和碳的混合粉末上使用了 12.5kW、2.45GHz的反應(yīng)器。用40分鐘達(dá)到1200C，并且在1400C時(shí)，額外的鐵礦石和碳被添加以生產(chǎn)熔融生鐵。本申請人已在用碳的氧化鐵還原中使用2.45GHz和981kHz進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。然而，所得工藝是耗時(shí)的，其中需要延長的時(shí)間用于使物料(mass)達(dá)到用于還原和熔融的高溫。因此，本申請人對電磁能量的頻率已實(shí)施了修改，這被描述于本申請的下文中。
[0009]除了諸如可用性和供料成本等棘手的經(jīng)濟(jì)問題外，當(dāng)前的鋼制造工藝還生產(chǎn)了大量的溫室氣體排放，從煉焦?fàn)t操作開始。第5屆政府間氣候變化專門委員會(IPCC)建議碳排放到2050年必須減少40%至70%，并且到2100年為零碳排放。如果碳排放沒有減少，那么將對氣候變化造成不利的環(huán)境影響。
[00?0]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的和低成本(cost effective)的氧化鐵團(tuán)塊的制造方法，所述氧化鐵團(tuán)塊用在高爐、電弧爐或感應(yīng)爐中以用于其后的生鐵制造。此夕卜，本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于提供一種環(huán)境可持續(xù)的鋼生產(chǎn)方法。
[0011]發(fā)明概述
[0012]根據(jù)本發(fā)明，盡管這不應(yīng)視為對本發(fā)明有任何方面的限制，但是提供了一種用于生產(chǎn)和還原鐵礦石團(tuán)塊的方法，該方法包括以下步驟:
[0013]a.將粉碎的含鐵材料、粉碎的含碳材料、助熔材料和主粘結(jié)材料結(jié)合在一起以形成團(tuán)塊混合物；
[0014]b.向所述團(tuán)塊混合物添加金屬微粒材料；
[0015]c.向所述團(tuán)塊混合物添加熱水和副粘結(jié)材料；
[0016]d.將所述團(tuán)塊混合物捏制在一起；
[0017]e.在壓力下壓實(shí)所述團(tuán)塊混合物以形成生坯(green)團(tuán)塊；
[0018]f.使所述生坯團(tuán)塊經(jīng)受初級固化以形成穩(wěn)定的鐵礦石團(tuán)塊或者預(yù)熱所述生坯團(tuán)塊至高達(dá)800°C的溫度；以及
[0019]g.將所述生坯團(tuán)塊或預(yù)熱的生坯團(tuán)塊進(jìn)料至爐中以生產(chǎn)生鐵。
[0020]其中，當(dāng)鐵礦石團(tuán)塊經(jīng)受電磁輻射時(shí)，分散在鐵礦石團(tuán)塊中的金屬微粒材料促使增加的反應(yīng)性位點(diǎn)的形成，并且從而增加鐵礦石團(tuán)塊的還原以形成生鐵。
[0021]優(yōu)選地，所述金屬微粒材料占團(tuán)塊混合物的粉碎的氧化鐵和粉碎的含碳材料的總重量的I?10重量％。
[0022]優(yōu)選地，所述金屬微粒材料包括非常精細(xì)的鐵肩。
[0023]優(yōu)選地，所述粉碎的含鐵材料選自赤鐵礦、磁鐵礦、鐵燧巖、褐鐵礦、菱鐵礦、黃鐵礦、鉻鐵礦及其混合物。
[0024]優(yōu)選地，所述粉碎的含碳材料選自焦炭、褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤、石墨及其混合物。
[0025]優(yōu)選地，團(tuán)塊混合物中的粉碎的含碳材料比用于還原氧化鐵材料所需的化學(xué)計(jì)量比過量20%。
[0026]優(yōu)選地，所述助熔材料占團(tuán)塊混合物的粉碎的含鐵材料和粉碎的含碳材料的總重量的2?8重量％。
[0027]優(yōu)選地，所述助熔材料選自水泥、石灰、二氧化硅、氧化鋁及其混合物。
[0028]優(yōu)選地，所述主粘結(jié)材料選自硼砂、蘇打灰及其混合物。
[0029]優(yōu)選地，所述硼砂占團(tuán)塊混合物的粉碎的含鐵材料和粉碎的含碳材料的總重量的
2?8重量％。
[0030]優(yōu)選地，所述蘇打灰占團(tuán)塊混合物的粉碎的含鐵材料和粉碎的含碳材料的總重量的I?10重量％。
[0031 ]優(yōu)選地，所述副粘結(jié)材料包含硅酸鈉水溶液。
[0032]優(yōu)選地，所述初級固化包括在環(huán)境溫度下干燥和老化所述生坯團(tuán)塊直至7天。
[0033]優(yōu)選地，生坯團(tuán)塊的預(yù)熱是通過在常規(guī)加熱工具或感應(yīng)加熱工具中加熱而發(fā)生的。
[0034]優(yōu)選地，所述常規(guī)加熱工具包括回轉(zhuǎn)窯。
[0035]優(yōu)選地，向鐵礦石團(tuán)塊施加的電磁輻射為100?500kHz。
[0036]優(yōu)選地，所述電磁輻射是通過感應(yīng)爐施加的。
[0037]優(yōu)選地，所述鐵礦石團(tuán)塊用作生鐵生產(chǎn)中的電弧爐或感應(yīng)爐的給料。
[0038]優(yōu)選地，所述鐵礦石團(tuán)塊用作用于生鐵生產(chǎn)中的高爐的給料。
[0039]實(shí)驗(yàn)性工作
[0040]含鐵材料的制備
[0041]實(shí)驗(yàn)是對購自化學(xué)供應(yīng)商的赤鐵礦進(jìn)行的，其中購買的赤鐵礦足夠精細(xì)并備好待用。
[0042]在該實(shí)驗(yàn)中使用的磁鐵精礦得自西澳大利亞的磁鐵礦區(qū)并且然后經(jīng)受粉碎處理，以使得所得粉碎的材料的尺寸約為40微米。
[0043]可以采用本領(lǐng)域中已知的任何已知的粉粹處理。為了該實(shí)驗(yàn)的目的，該粉碎處理是通過采用2002317626號澳大利亞專利所披露的強(qiáng)禍流粉碎機(jī)(intense vortexcomminutor)而實(shí)現(xiàn)的。
[0044]此外，粉碎的磁鐵精礦可以經(jīng)受進(jìn)一步的約5000高斯下的磁選處理，以獲得精細(xì)且尚品位的磁鐵精礦。
[0045]類似地，低品位的赤鐵礦礦石可以經(jīng)受高強(qiáng)度的約10000?14000高斯下的磁選，以獲得精細(xì)且尚品位的赤鐵礦礦石。
[0046]含碳材料的制備
[0047]來自澳大利亞維多利亞州的LatrobeValley褐煤經(jīng)受使用強(qiáng)渦流粉碎機(jī)的粉碎處理。所得粉碎的褐煤的尺寸約為150微米。
[0048]粉碎的褐煤然后在真空下經(jīng)受約5.8GHz的高頻脈沖微波，其將該褐煤加熱至650°C的溫度，從而使輕質(zhì)原油和高碳渣(high carbon residue)的提煉成為可能，該殘?jiān)谟糜谏a(chǎn)鐵礦石團(tuán)塊的方法中用作含碳材料。該殘?jiān)烙?jì)包含由Si02、Ca0、Mg0和Al2O3形成的約8 %的灰分，約6重量％的揮發(fā)性烴，以及余量的86 %的碳。
[0049]鐵礦石團(tuán)塊的制備
[0050]制備的測試混合物包括以下成分:
[0051 ] a.赤鐵礦礦石-292克
[0052]b.褐煤殘?jiān)?192克
[0053]c.波特蘭水泥-2重量％?8重量％
[0054]d.硼砂-2重量％?8重量％
[0055]6.蘇打灰-1%?5