一種高爐用鐵焦及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高爐用鐵焦及其制備方法，其原料由5wt%-20wt%鐵礦粉和80wt%-95wt%配合煤組成；所述的配合煤由25wt%～29wt%1/3焦煤、40wt%～44wt%焦煤、7wt%～11wt%瘦煤、6wt%～10wt%氣肥煤和12wt%～16wt%肥煤混合而成；進入焦爐前加水混合均勻，搗固；在800℃時放入焦爐，按2℃/min-3℃/min速率升溫，950～1050℃時出焦；并采用濕法熄焦而得到。本發明通過對鐵礦石與配合煤的性能、配比、粒度以及組成等進行優化，在不外加粘結劑的情況下保證鐵焦產品的強度和反應性均能滿足高爐冶煉的要求。
【專利說明】一種高爐用鐵焦及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋼鐵冶金領域，具體涉及一種高爐用鐵焦及其制備方法。
【背景技術】
[0002]在煤中加入含鐵材料煉成含鐵焦炭的想法最早在1865年由H.Wending提出。那時煉制鐵焦的目的，主要是將含鐵材料在煉焦時燒結，以便省去團礦或燒結的過程而將含鐵材料加入高爐中，主要是用結焦性好的煤如肥煤等煉鐵焦。前蘇聯在利用含鐵高爐灰煉制鐵焦方面有很大的貢獻。1955年，朝鮮曾在73m3的小高爐上對用5%礦粉煉成的鐵焦進行試驗。受當時煉焦技術水平的限制，鐵焦的機械強度差，特別是抗磨強度很低，不適于直接應用于高爐煉鐵，因此有人建議將鐵焦中的鐵與煤分離后裝入電爐或高爐。從那時以后的數十年間，鐵焦技術的發展一直處于停頓狀態。
[0003]現代高爐技術的進步，為鐵焦技術的發展注入了新的活力。現代高爐的容積最大已接近6000m3，普遍采用高風溫、高爐頂壓力、鼓風富氧和大量噴吹煤粉等技術，同時對入爐鐵礦石和焦炭的質量也提出十分嚴格的要求。焦炭是高爐冶煉的重要原料，在高爐內同時發揮鐵水滲碳劑、發熱劑、還原劑和料柱骨架四方面的作用，對焦炭質量的要求也因此是多方面的。既要保證高爐爐況順行，又要保證較低的燃料比，而這兩方面的要求往往是相互矛盾的。從高爐順行的角度，要求焦炭有較高的強度，特別有較高的熱強度，而且高爐噴煤比越高，要求的焦炭熱強度也越高。從能量利用的角度，則希望焦炭有較高的反應性。焦炭反應性越聞，聞溫區熱損失越少，可提聞降低燃料比的潛力，有利于聞爐增廣。因此，聞爐對焦炭質量的要求是熱強度高同時反應性也高。
[0004]采用高反應性焦 炭的前提條件是保證鐵礦石的充分還原。隨著還原性優良的赤鐵礦、褐鐵礦資源的開發利用和造塊技術的進步，入爐鐵礦石的還原性普遍改善，因此，人們日益理解和認識到提高焦炭反應性的必要性和現實可能性。日本通過長期的研究，開發和采用了兩種工藝生產雙高焦炭，一種是集選擇性破碎、調濕、預制粒、中溫炭化、燜爐、干法熄焦等技術于一體的復雜的SC0PE21工藝，另一種是在煉焦配煤中添加一定比例的富CaO煤同時適當減少弱粘結性煤配比的工藝。但SC0PE21工藝十分復雜且投資巨大，富CaO煤又是一種稀缺資源，均缺乏推廣應用的價值。
[0005]目前，關于鐵焦制備方法的研究已有很多。如專利CN101910364中所述，使含有鐵氧化物和含碳物質混合并進行成型，然后使所述成型物的表面溫度在550-600°C的溫度范圍內以<20°C /min的加熱速度進行干餾來制造鐵焦。
[0006]如專利CN102498190所述，將煤與最大粒徑為l_2mm的鐵礦石混合制造成型，然后對該成型物進行干餾制得鐵焦。
[0007]如專利CN102827624所述，其原料以赤泥10%_40%、煤粉60%_90%的比例混合，在300-800g/cm2的壓力下采用對輥壓球機冷壓成型，得到強度不低于20N/球的鐵焦生球，然后采用混裝方式將生球及散狀物料裝于焦爐中，在保護氣氛下加熱至焦餅中心溫度達900-1100°C，并保溫1-2小時，最終得到高強度鐵焦。[0008]如專利CN102827624所述，使用立式干餾爐，向用于將含碳物質與含鐵物質的成型物干餾來制造鐵焦的立式干餾爐中吹入干餾氣體以防止鐵焦內的成分的氧化反應進行，進而防止鐵焦的強度降低。
[0009]如專利CN102782095所述，將由炭材料和鐵礦石構成的混合物成型形成成型物，然后將成型物干餾從而得到鐵焦。并且干餾是在豎式爐中進行，使用了豎式爐的爐頂氣體作為加熱成型物所需氣體。
[0010]如專利CN102899484所述，這種高反應性高強度鐵焦復合球團是由內外兩層具有不同成分和不同反應性的焦炭組成的，內層是弱粘結性煤或中性粘結煤的煤粉和焦炭鈍化劑按照一定比例焦化而成的，外層是由強粘結性煤和含鐵物料按一定比例焦化而成含有一定金屬鐵和鐵氧化物的焦炭復合體。它是按比例將內層物料放在混合機混合后放在加熱爐內加熱到350-500°C ;將外層物料按比例用混合機混勻制成混合物，采用內外雙層料斗將內外物料分別按照在5-10t/cm2的壓力下采用對棍壓球機制成直徑10-60mm的橢圓型煤球團及鐵焦生球球團，將壓好的鐵焦生球球團裝入焦爐中，在鐵焦生球球團之間采用焦粉填充，當焦餅中心溫度加熱到900-1100°C后保持1-2小時，得到具有高反應性及高反應后強度的鐵焦復合球團。
[0011]如專利CN101724746所述，通過添加一種CaO的粘結劑來制備鐵焦，其將焦末與精鐵粉按一定比例混合，再摻入2-5%粘結劑和1%粘性土或5%氧化鈣和白云石，經充分碾合和冷壓成型后制成鐵焦生球，再進行干餾得到鐵焦。
[0012]上述的鐵焦生產方法主要存在以下幾個問題:1)需要將原料煤和鐵礦石混合物冷壓成型塊后干餾制得鐵焦，勞動條件差，產量低，難以滿足大型高爐的需要；2)用立式干餾爐進行干餾，不適用于國內普通焦爐生產；3)有些方法需使用粘結劑以提高鐵焦強度，但粘結劑的使用會提高煉焦成本，同時操作條件惡劣，污染環境。
【發明內容】
[0013]本發明目的在于提供一種免添加粘接劑，同時適用于國內普通焦爐生產的高反應性高強度鐵焦的制備方法，其中選用合適種類、成分及粒度的配合煤，加入適量的鐵礦粉搗固成型，無需加入粘接劑成分即得到高強度的鐵焦。
[0014]為達到上述目的，采用技術方案如下:
[0015]一種高爐用鐵焦，采用如下方法制備而來:
[0016]以鐵礦粉與配合煤為原料加水混合均勻，搗固至堆積密度為0.9t/m3-l.1t/m3 ；在800 V時放入焦爐，按2°C /min-3 V /min速率升溫，950~1050°C時出焦；采用濕法熄焦，得到CRI為26%~40%，CSR為45%~56%的鐵焦；
[0017]所述的原料中鐵礦粉占5wt%_20wt%,配合煤占80wt%_95wt% ；
[0018] 所述的配合煤由25wt%~29wt%l/3焦煤、40wt%~44wt%焦煤、7wt%~llwt%瘦煤、6wt%~10wt%氣肥煤和12wt%~16wt%肥煤混合而成。
[0019]按上述方案，所述的1/3焦煤、焦煤、瘦煤、氣肥煤、肥煤粒度均小于3mm。
[0020]按上述方案，所述的高爐用鐵焦，其特征在于所述的鐵礦粉為加拿大鐵礦粉或鄂西鐵礦粉；鐵礦粉粒度小于1mm。
[0021]按上述方案，所述鐵焦的制備方法，包括以下步驟:[0022]I)配料:按質量百分比為:鐵礦粉5%_20%，配合煤80%_95%，將兩者混合均勻；其中配合煤的配煤比為:25wt%~29wt%l/3焦煤、40wt%~44wt%焦煤、7wt%~llwt%瘦煤、6wt%~10wt%氣肥煤和12wt%~16wt%肥煤；
[0023]2)搗固:加水將兩者混合物水分調至10%，裝入鐵箱，搗固至堆積密度為0.9t/m3-l.1t/m3 ；
[0024]3)煉焦:當爐膛溫度為800°C時，煤連同鐵箱一起裝入焦爐，按2°C /min_3°C /min速率升溫；
[0025]4)出料:當焦餅中心溫度為950~1050°C時出焦，采用濕法熄焦，得到CRI為26%~40%，CSR為45%~56%的鐵焦。
[0026]按上述方案，所述配合煤中1/3焦煤、焦煤、瘦煤、氣肥煤、肥煤均小于3_。
[0027]按上述方案，所述的鐵焦的制備方法，其特征在于所述鐵礦粉為加拿大鐵礦粉或鄂西鐵礦粉；鐵礦粉粒度小于1mm。
[0028]本發明通過對鐵礦石與配合煤的性能、配比、粒度以及組成等進行優化，采用先進的搗固煉焦技術，確定適宜的裝爐煤密度范圍，以及相應的最佳加熱速度、燜爐時間等工藝條件，在不外加粘結劑的情況下確保鐵焦產品的強度指標滿足高爐冶煉的要求，取得了意想不到的效果。
[0029]本發明的有益效果在于:
[0030]在不添加粘結劑、不壓塊成型、不使用豎爐的情況下，采用配合煤與鐵礦粉均勻混合后搗固煉焦的方式于焦爐內生產出高反應性高強度鐵焦，同時可以通過改變鐵礦石粉與配合煤的種類、配比、搗固密度、升溫速度、燜爐時間等改變鐵焦的反應性和強度。該鐵焦具有高反應性高強度的特征，既能減少CO2排放量又能保證高爐生產，且該鐵焦制備方法能夠有效利用低品質鐵礦石和低品質年輕煉焦煤，滿足高爐煉鐵要求，有利于自然資源的合理利用，降低焦比和生鐵成本，減少燃料消耗和提高高爐產量，達到節能減排的目的。
【具體實施方式】
[0031]下面結合具體實施例進行說明，而不是對本發明范圍的限制。
[0032]在大量噴吹煤粉的高爐中，焦炭的氣化率一般實際只有25%左右，因此本發明著重采用反應率25%時的熱強度對鐵焦的熱性能進行評價。
[0033]實施例1
[0034]配合煤按如下質量百分比配料:1/3焦煤27%、焦煤42%、瘦煤9%、氣肥煤8%、肥煤14% ;粒度為 2mm (采用標準 GB/T19077.1-2008)。
[0035]鐵礦粉選用加拿大鐵礦粉Fe20377.27%、FeO0.82%、Si023.97%、Al2O30.27%、CaO0.08%、MgO0.01%、S0.022%、P0.020%、T.Fe66.50% ;粒度為 0.8mm (采用標準 GB/T10322.7-2004)。
[0036]按質量百分含量鐵礦粉5%、配合煤95%配料并混合均勻，然后將混合物水分調至10%后混勻，裝入鐵箱，搗固至堆積密度為1.lt/m3。當爐膛溫度為800°C時，煤連同鐵箱一起放入焦爐，按2°C /min程序升溫，燜爐90min，焦餅中心溫度為980°C時出焦，結焦時間為
5.5h，采用濕法熄焦，冷卻后得到鐵焦。
[0037]性能測試=M25為 83.88%, M10 為 7.50%, CRI 為 36.54%, CSR 為 45.45% ;其中 M25、M10按 GB/T2006-1994 測定，CRI, CSR 按 GB/T4000-2008 測定。
[0038]實施例2
[0039]配合煤按如下質量百分比配料:1/3焦煤25%、焦煤40%、瘦煤7%、氣肥煤6%、肥煤12% ;粒度為2mm。
[0040]鐵礦粉選用加鄂西鐵礦粉Fe20377.90%、FeO0.82%、SiO2I 1.59%、Α12034.55%、CaO0.19%、MgO0.34%、S0.022%、P0.134%、T.Fe55.15% ;粒度為 0.8mm。
[0041]按質量百分含量鐵礦粉10%、配合煤90%配料并混合均勻，然后將混合物水分調至10%后混勻，裝入鐵箱，搗固至堆積密度為1.0t/m3。當爐膛溫度為800°C時，煤連同鐵箱一起放入焦爐，按2°C /min程序升溫，燜爐120min,焦餅中心溫度為950°C時出焦，結焦時間為
6.0h，采用濕法熄焦，冷卻后得到鐵焦。
[0042]性能測試=M25為 85.67%, M10 為 8.30%, CRI 為 26.94%, CSR 為 55.58%。
[0043]實施例3
[0044]配合煤按照實施例1配料。
[0045]鐵礦粉選用加拿大鐵礦粉，Fe20377.27%、FeO0.82%、Si023.97%、Al2O30.27%、CaO0.08%、MgO0.01%、S0.022%、P0.020%、T.Fe66.50% ;粒度為 0.8mm。
[0046]按質量百分含量鐵礦粉15%、配合煤85%配料并混合均勻，然后將混合物水分調至10%后混勻，裝入鐵箱，搗固至堆積密度為0.9t/m3。當爐膛溫度為800°C時，煤連同鐵箱一起放入焦爐，按2.50C /min程 序升溫，燜爐lOOmin，焦餅中心溫度為1000°C時出焦，結焦時間為6.0h，采用濕法熄焦，冷卻后得到鐵焦。
[0047]性能測試=M25為 83.27%, M10 為 8.30%, CRI 為 38.39%, CSR 為 46.14%。
[0048]實施例4
[0049]配合煤按照實施例1配料。
[0050]鐵礦粉選用鄂西鐵礦粉Fe20377.90%、FeO0.82%、SiO2I1.59%、Α12034.55%、CaO0.19%、MgO0.34%、S0.022%、P0.134%、T.Fe55.15% ;粒度為 0.8mm。
[0051]按質量百分含量鐵礦粉5%、配合煤95%配料并混合均勻，然后將混合物水分調至10%后混勻，裝入鐵箱，搗固至堆積密度為1.lt/m3。當爐膛溫度為800°C時，煤連同鐵箱一起放入焦爐，按3°C/min程序升溫，焦餅中心溫度為950°C時出焦，結焦時間為5.5h，采用濕法熄焦，冷卻后得到鐵焦。
[0052]性能測試=M25為 84.03%, M10 為 8.37%, CRI 為 39.64%, CSR 為 50.14%。
[0053]實施例5
[0054]配合煤按如下質量百分比配料:1/3焦煤29%、焦煤44%、瘦煤11%、氣肥煤10%、肥煤16% ;粒度為2mm。
[0055]鐵礦粉選用鄂西鐵礦粉Fe20377.90%、FeO0.82%、SiO2I1.59%、Α12034.55%、CaO0.19%、MgO0.34%、S0.022%、P0.134%、T.Fe55.15% ;粒度為 0.8mm。
[0056]按質量百分含量鐵礦粉20%、配合煤80%配料并混合均勻，然后將混合物水分調至10%后混勻，裝入鐵箱，搗固至堆積密度為1.lt/m3。當爐膛溫度為800°C時，煤連同鐵箱一起放入焦爐，按2.50C /min程序升溫，燜爐lOOmin，焦餅中心溫度為1000°C時出焦，結焦時間為6.0h，采用濕法熄焦，冷卻后得到鐵焦。
[0057]性能測試=M25為 85.44%, M10 為 8.57%, CRI 為 38.25%, CSR 為 49.54%。
【權利要求】
1.一種高爐用鐵焦，其特征在于采用如下方法制備而來: 以鐵礦粉與配合煤為原料加水混合均勻，搗固至堆積密度為0.9t/m3-l.1t/m3 ;在800 V時放入焦爐，按2°C /min-3 V /min速率升溫，950~1050°C時出焦；采用濕法熄焦，得到CRI為26%~40%，CSR為45%~56%的鐵焦； 所述的原料中鐵礦粉占5wt%-20wt%,配合煤占80wt%-95wt% ； 所述的配合煤由25wt%~29wt%l/3焦煤、40wt%~44wt%焦煤、7wt%~llwt%瘦煤、6wt%~10wt%氣肥煤和12wt%~16wt%肥煤混合而成。
2.如權利要求1所述的高爐用鐵焦，其特征在于所述的1/3焦煤、焦煤、瘦煤、氣肥煤、肥煤粒度均小于3mm。
3.如權利要求1所述的高爐用鐵焦，其特征在于所述的鐵礦粉為加拿大鐵礦粉或鄂西鐵礦粉；鐵礦粉粒度小于1mm。
4.一種高爐用鐵焦的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)配料:按質量 百分比為:鐵礦粉5%-20%，配合煤80%-95%，將兩者混合均勻；其中配合煤的配煤比為:1/3焦煤27wt%、焦煤42wt%、瘦煤9wt%、氣肥煤8wt%、肥煤14wt% ； 2)搗固:加水將兩者混合物水分調至10%，裝入鐵箱，搗固至堆積密度為0.9t/m3-l.1t/m3 ； 3)煉焦:當爐膛溫度為800°C時，煤連同鐵箱一起裝入焦爐，按2°C/min-3°C /min速率升溫； 4)出料:當焦餅中心溫度為950~1050°C時出焦，采用濕法熄焦，得到CRI為26%~40%, CSR為45%~56%的鐵焦。
5.如權利要求4所述的鐵焦的制備方法，其特征在于所述配合煤中1/3焦煤、焦煤、瘦煤、氣肥煤、肥煤粒度均小于3mm。
6.如權利要求4所述的鐵焦的制備方法，其特征在于所述鐵礦粉為加拿大鐵礦粉或鄂西鐵礦粉；鐵礦粉粒度小于1mm。
【文檔編號】C21B5/00GK103468289SQ201310449718
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】史世莊, 畢學工, 孫超祺, 李鵬, 魯帥, 金焱, 林志龍, 張慧軒, 董晴雯, 周進東, 吳瓊 申請人:武漢科技大學