CN101619386B - 一种高炉用铁焦及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉用铁焦及其制备和应用，为低廉焦粉的高效利用开辟了新的途径。冷压成型低温固结法制备铁焦的方法是加入8～10％的粘结剂到含铁原料和焦粉中，经混匀后在300～800kg/cm²的压力下冷压成型得到Φ(30～40)mm×(20～25)mm的椭球形湿块，在300～600℃温度下干燥即可制得铁焦。焦粉配比可在10-70％的范围内变化；上述方法能大比例的利用焦粉，无需高温处理，不会造成二次耗能、二次污染；而对于在冷压成型、低温固结的条件下，制备出既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落，又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重的铁焦。

Description

一种高炉用铁焦及其制备和应用

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种高炉用铁焦及其制备和应用。

背景技术

高炉冶炼需要大量的优质冶金焦炭，其生产依赖于结焦性能良好的焦煤，由于我国焦煤资源分布很不均衡，以及焦碳产量因炼焦工序能耗高、环境污染严重被严格限制，加上钢铁工业高速发展，造成不少厂家焦碳资源紧缺。而化学成份、发热量等物化性能与焦炭差异不大的焦粉，因粒度太小影响高炉料柱的透气性而得不到很好的利用。在大块焦炭破碎过程中可产生20-25％的焦粉，而且焦炭入炉前由于整粒还将筛分出部分焦粉，目前我国焦碳产量超过3亿吨，即使按照焦粉产生比例20％计算，我国每年的焦粉数量在7500万吨以上，焦粉主要作为燃料用于烧结，按照年产5亿吨烧结矿、烧结中焦粉配比5％计算，每年消耗量为2500万吨左右，因此还剩余5000万吨左右的焦粉由于没有较好的成型技术，只能堆积甚至废弃，不但资源得不到利用，还污染环境，若能对这些资源加以开发利用作高炉燃料，可高效利用焦粉资源，而且焦粉的价格仅为焦碳的1/10-1/3，如果用焦粉替代部分焦碳用于高炉冶炼，将有利于大幅降低生铁成本。所以对焦粉深加工，开发技术含量高、附加值大的产品是焦粉高效利用的重要课题。其中利用焦粉生产铁焦就是潜在的应用途径之一。

国外有利用焦粉生产铁焦的试验研究，其方法是在炼焦配煤中加入部份焦粉和含铁原料，在900-1000℃的炼焦炉内干馏后得到的一种含铁的块状焦炭。上述方法主要是利用配煤中的结焦煤在高温下干馏固结的原理，因此对配煤提出了要求，不能大比例的利用焦粉，而且铁焦需要高温处理才能达到冶炼的强度要求，焦粉再次回炉造成二次耗能、二次污染。而对于在冷压成型、低温固结的条件下，制备出既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落，又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重的铁焦还未有报道。

发明内容

本发明的技术任务之一提供一种性能优良的高炉用铁焦，其既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落，又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重。

本发明的技术任务之二就是开发冷压成型、低温固结条件下生产铁焦的方法，使得能较大比例范围地利用焦粉，并使铁焦具有运转、冶炼所需要的冷态和热态强度。

本发明的技术任务之三是提供本发明铁焦的应用。

本发明高炉用铁焦由以下质量百分比的成分组成，焦粉10～70wt％、含铁原料20～82wt％、粘结剂8～10wt％。

所述的粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5～1.5∶5～7∶11～13添加得混合溶液，再加入占混合溶液0.05～0.6wt％的稳定剂；搅拌均匀，反应釜温度170～190℃，1.2～1.4Mpa压力下，反应1.5～3小时，冷却分离沉降不溶物得到。

所述粘结剂中的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠；所述的硅溶胶或硅胶中SiO₂的质量百分数为30～60％。所述的稳定剂为NaOH、KOH或NH₄OH。

所述铁焦中的含铁原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种，粒度小于10mm。

所述的铁焦的制备方法是将粘结剂添加到含铁原料和焦粉中，通过冷压成型-低温固结制备得到铁焦，具体过程如下：按照焦粉10～70wt％、含铁原料20～82wt％混合，同时配入8～10wt％的粘结剂，并加水至混合料重量的15-20％，在300～800kg/cm²的压力下冷压成型得到湿块；将湿块在300～600℃温度下干燥制得铁焦。

焦粉比例为10-50wt％的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装，替代部分含铁炉料和燃料。焦粉比例为50-70wt％的铁焦用于小型高炉，布料在矿层与焦碳层之间作燃料。

本发明的技术解决方案如下：

1)铁焦制备：将焦粉和含铁原料按一定比例配料，并配入8～10wt％的粘结剂，视原料水分情况适当加水使压块原料达到适宜的水分，一般为15～20wt％。压块原料经混匀后在300～800kg/cm²的压力下冷压成型得到Φ(30～40)mm×(20～25)mm的椭球形湿块，然后将湿块送入干燥筒，在300～600℃温度下干燥至水分完全脱除，即可制得铁焦。其工艺流程图见图1。

2)铁焦使用方法：焦粉比例为50-70wt％的铁焦用于小型高炉，布料在矿层与焦碳层之间作焦碳代用燃料，铁焦布料在焦碳层之上、矿层之下；焦粉比例范围为10-50wt％的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装，替代部分含铁炉料并减少高炉焦碳消耗量。

所述步骤1)中的焦粉配比为10～70wt％，当焦粉配比为10-50wt％时，焦粉粒度小于6.3mm；而焦粉配比为50-70wt％时，焦粉粒度小于10mm。

所述步骤1)中的含铁原料，可以为铁矿粉、铁精矿或除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥等含铁杂料，可选择其中的一种或多种，要求粒度小于10mm。

所述步骤2)中焦粉比例为10-50wt％的铁焦在高炉中的用量为20～80Kg/t_Fe，焦粉比例为50-70wt％的铁焦用量为20～100Kg/t_Fe。

本发明的特征及带来的有益效果：

1)冷压成型-低温固结法的优点

与现有技术相比，冷压成型、低温固结制备铁焦能耗低，投资小，解决了传统铁焦生产效率低，影响焦炉炉衬使用寿命的弊病，且不需要结焦煤和弱粘结性煤为粘结剂，可单独使用焦粉成型，无需高温焙烧，无环境污染。

2)粘结剂制备铁焦产品的性能

①焦粉比例为10-50wt％的铁焦指标为：湿块落下强度大于3次/(0.5m·个)；干块转鼓强度TI(测量方法同烧结矿转鼓强度)为79.5％～87.1％，抗压强度大于2000N/个；热强度1300℃不溃散，两米高落下不碎；其质量能满足高炉冶炼的要求；

②焦粉比例为50-70wt％的铁焦指标为：湿块落下强度大于3次/(0.5m·个)；干块抗碎强度(测量方法同焦碳抗碎强度)M₂₅为87.2％～90.0％，耐磨强度M₁₀为6.5～9.0％，抗压强度大于2000N/个；热强度1300℃不溃散，两米高落下不碎；其质量能满足替代部分冶金焦碳的要求。

3)用该粘结剂制备的铁焦应用到高炉的效果

①焦粉比例为50-70wt％的铁焦应用到高炉的效果

A.能替代冶金焦碳作炼铁燃料，以当量的固定碳为基准，铁焦的置换比在1.0附近；

B.能改善还原反应的条件，有利于提高煤气的利用率。

②焦粉比例为10-50wt％的铁焦应用到高炉的效果

A.铁焦粒度均匀，能改善高炉中块状带的透气性，对软熔带的透气性影响不大；

B.铁焦中焦粉表面积大，含铁矿物与焦粉接触良好，改善了还原反应的条件，有利于含铁矿物的还原；

C.由于还原产生的CO₂首先与铁焦中反应性能较好的焦粉进行碳的气化反应，因此混装铁焦对层状大块焦具有保护作用，使进入中心焦层的大块焦具有较大的粒度和强度，改善了炉缸及其附近区域的透气、透液性。

D.铁焦的应用提高了煤气利用率，提高高炉产量，降低冶金焦碳的用量。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图。

具体实施方式

下面实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。

具体操作方法：

实施例1：生产粘结剂的原料配比SHN∶硅溶胶∶水为1∶5∶12，硅溶胶质量百分数为40.0％，加入0.2wt％NaOH为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为：反应釜反应温度180℃，蒸汽压1.3Mpa，反应时间为2.5小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。

铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为60∶30∶10，并加水至混合料重量的17.0％，焦粉、铁矿粉粒度均小于10mm，压块大小为Φ35mm×20mm，压力为300Kg/cm²，在350℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为：湿块落下强度3.4次/(0.5m·个)；干块抗碎强度M₂₅为88.6％，耐磨强度M₁₀为7.8％，抗压强度2533N/个；热强度1300℃不溃散，两米高落下不碎。

实施例2：生产粘结剂的原料配比SHN∶硅溶胶∶水为1∶6∶11，硅胶质量百分数为50.5％，加入0.2wt％KOH为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为：反应釜反应温度185℃，蒸汽压1.2Mpa，反应时间为3小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。

铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为65∶27∶8，并加水至混合料重量的17.5％，焦粉、铁矿粉粒度均小于10mm，压块大小为Φ35mm×20mm，压力为500Kg/cm²，在300℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为：湿块落下强度3.6次/(0.5m·个)；干块抗碎强度M₂₅为87.4％，耐磨强度M₁₀为8.0％，抗压强度2362N/个；热强度1300℃不溃散，两米高落下不碎。

实施例3：生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠∶硅溶胶∶水为1∶6∶12，硅溶胶质量百分数为40％，加入0.2wt％NaOH为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为：反应釜反应温度190℃，蒸汽压1.2Mpa，反应时间为2.5小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。

铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为32∶60∶8，并加水至混合料重量的15.5％，铁矿粉粒度小于10mm，焦粉粒度小于6.3mm，压块大小为Φ35mm×20mm，压力为300Kg/cm²，在400℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为：湿块落下强度3.6次/(0.5m·个)；干块转鼓强度TI为82.3％，抗压强度2609N/个；热强度1300℃不溃散，两米高落下不碎。

实施例4：生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠∶硅胶∶水为1∶7∶12，硅胶质量百分数为50.5％，加入0.3wt％KOH为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为：反应釜反应温度190℃，蒸汽压1.3Mpa，反应时间为3小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。

铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为25∶65∶10，并加水至混合料重量的15.0％，铁矿粉粒度小于10mm，焦粉粒度小于6.3mm，压块大小为Φ35mm×20mm，压力为600Kg/cm²，在450℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为：湿块落下强度4.2次/(0.5m·个)；干块转鼓强度TI为84.1％，抗压强度2822N/个；热强度1300℃不溃散，两米高落下不碎。

采用上述实例1、2制备得到的焦粉比例为50-70wt％的铁焦应用在小型高炉中，比例逐步增加到100Kg/t_Fe，高炉工艺顺行，冶金焦炭消耗量下降，高炉利用系数略有增加；而采用上述实例3、4制备得到的焦粉比例为10-50wt％的铁焦应用在中型高炉中，比例逐步增加到80Kg/t_Fe，高炉操作无异常情况，且焦比下降。

Claims (6)

1.一种高炉用铁焦，其特征在于，所述的铁焦由以下质量百分比的成分组成，焦粉10～70wt％、含铁原料20～82wt％、粘结剂8～10wt％；所述的粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5～1.5∶5～7∶11～13添加得混合溶液，再加入占混合溶液0.05～0.6wt％的稳定剂；搅拌均匀，反应釜温度170～190℃，1.2～1.4Mpa压力下，反应1.5～3小时，冷却分离沉降不溶物得到；所述的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠；所述的硅溶胶或硅胶中SiO₂的质量百分数为30～60％；所述的稳定剂为NaOH、KOH或NH₄OH。

2.根据权利要求1所述的铁焦，其特征在于，所述的含铁原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种，粒度小于10mm。

3.权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，将粘结剂添加到含铁原料和焦粉中，通过冷压成型-低温固结制备得到铁焦；具体是按照焦粉10～70wt％、含铁原料20～82wt％混合，同时配入8～10wt％的粘结剂，并加水至混合料重量的15～20％，在300～800kg/cm²的压力下冷压成型得到湿块；将湿块在300～600℃温度下干燥制得铁焦。

4.根据权利要求3所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述的含铁原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种，粒度小于10mm。

5.权利要求1所述的铁焦的应用，其特征在于，焦粉比例为10～50wt％的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装，替代部分含铁炉料和燃料。

6.权利要求1所述的铁焦的应用，其特征在于，焦粉比例为50～70wt％铁焦用于小型高炉，布料在矿层与焦碳层之间作燃料。

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