一种防止预还原烧结矿过度熔化的方法

摘要

本发明公开一种防止预还原烧结矿过度熔化的方法，其特点烧结布料时按上小下大不同粒度的三种含碳球团分上、中和下三层布置，上层占烧结料层总质量的45%~55%，中层占烧结料层总质量的25%~35%，下层占烧结料层总质量的15%~25%；含碳球团粒度范围为3mm~12mm，由铁料、含碳原料及粘结剂混合制成，布完料后进行预还原烧结，得到成品预还原烧结矿。本发明的优点及效果在于，分层布置不同含碳量和粒度的烧结球团，增加了烧结料层的透气性，提高了燃料的利用率和预还原烧结利用系数，改善了预还原烧结矿的质量。烧结料中下层采用大球团烧结，且球团中添加低温时反应性好而超过1300℃反应性降低的石油焦，防止烧结过程中料层过熔，提高预还原烧结矿的金属化率。

说明书

技术领域

本发明属于炼铁原料生产技术领域，涉及到预还原烧结矿的生产技术 ，特别是涉及一种防止预还原烧结矿过度熔化的方法。

背景技术

炼铁工序能耗约占钢铁生产总能耗的70%，为改善炼铁工序的能源结构 ，必须重新认识高炉使用的原燃料，而烧结矿是高炉最重要的原料之 一。预还原烧结矿是在烧结原料中添加了还原剂，在造块的同时进行 还原，生产出含金属铁和氧化亚铁的烧结矿。普通烧结矿在1150℃以 后开始慢慢收缩，因此炉压差也高，超过1400℃时，会急剧收缩，在 完全熔化后压差下降。而使用预还原烧结矿时，在1400℃之前的收缩 相对小，炉压差也小，但在1400℃时会迅速收缩，并完全熔化，高温 性能好。因此，高炉使用预还原烧结矿时，高炉软融带厚度减薄、炉 压差减小，对提高高炉生产率具有很大的作用。

普通烧结矿完全在高炉中还原，其还原行为严格受高炉中碳氧还原平 衡的限制；预还原烧结矿在烧结机上可以通过还原剂进行部分直接还 原，其在高炉中的还原受CO/CO₂反应平衡的限制较小，因此预还原烧 结矿在高炉中的使用将成为炼铁技术的一个重大突破。

生产预还原烧结矿的一个重要难题是：配碳量增加，料层温度升高， 容易导致原料的过分熔化。原料的过分熔化不仅使预还原烧结矿 的金属化率下降，而且使料层的透气性变差，甚至烧坏炉篦。

论文《预还原烧结矿生产工艺的开发》提出：在烧结料层中部和底部 高温时间较长的区域添加涂有2mm高熔化温度镍渣涂层压块的方法，来 防止料层过分熔化。但该方法引入了不易烧结成矿的镍渣，同时不利 于透气性改善。

论文《日本研发新型预还原烧结技术》提出：在烧结料中添加白云石 （CaCO₃·Mg CO₃）提高熔液发生温度，来抑制过熔，但该方法使烧 结料中Mg含量过多，不利于高炉造渣。论文还提出利用准颗粒构造， 即在颗粒内核的表面包裹上 CaO 成分、铁矿石（氧化铁），在其外 部包裹上含碳材料，烧成由3 层构造组成的准颗粒来抑制含碳材料燃 烧后发生熔融，但该烧结小球构造复杂，很难应用。

为改善烧结小球的高温熔融性，必须寻找新的燃料和小球粘结剂。石 油焦是重油经延迟焦化制得的一种焦炭，本质是一种部分石墨化的碳 素形态。论文《石油焦高温气化反应性》提出：高气化温度下，石油 焦碳结构发生明显的有序化，石油焦反应性明显下降。经过试验可得 ：当气化温度高于1300℃，碳转化率高于0.7时，石油焦的反应速率急 剧下降；石油焦的反应速率随气化温度的升高而下降，温度越高反应 速率下降越快。

腐植酸钠是多功能的高分子化合物，含有羟基、醌基和羧基等较多的 活性基团，具有很大的内表面积，有较强的吸附、交换和络合能力， Ca(OH)₂可与腐植酸钠反应生成高分子络合物。 Ca(OH)₂中的钙离子可 使腐植酸钠发生凝聚作用，由线性分子转 变为网状胶体。腐植酸钠与石灰反应形成的粘结剂成本下降，可以改 善含碳小球的高温冶金性能。

发明内容

本发明提供一种防止预还原烧结矿过度熔化的方法，解决目前生产预 还原烧结矿中由于配碳量增加，料层温度升高，容易导致原料的过分 熔化等问题。

本发明是根据烧结料层透气性和温度分布，分三层布置不同特性和粒 度的烧结用含碳球团，提高了含碳原料利用率；在含碳球团中添加石 油焦和腐植酸钠，利用石油焦的反应特性以及腐植酸钠和Ca(OH)₂生成 络合物胶体的固结，防止烧结矿过熔，提高预还烧结矿的金属化率。

本发明烧结布料时按粒度不同的三种含碳球团分上、中和下三层布置 ，其含碳球团粒度范围为3mm~12mm；该含碳球团由铁料、含碳原料及 粘结剂混合制成，含碳原料为焦粉和石油焦粉，其中焦粉和石油焦粉 的质量百分数为18%~24%，粘结剂为腐植酸钠，腐植酸钠质量百分数为 0.8%~1.2%，其余为铁料，布完料后进行预还原烧结，得到成品预还原 烧结矿，其生产的预还原烧结矿的二元碱度为1.8~2.0。

本发明所述上层含碳球团，含碳球团成分中含碳原料为焦粉，粘结剂 为腐植酸钠，腐植酸钠添加量的质量百分数为0.8%~1%；焦粉质量百分 数为22%~24%，其余为铁料。上层含碳球团的粒度为3mm~6mm，该层占 烧结料层总质量的45%~55%。

本发明所述中层含碳球团，含碳球团成分中含碳原料为焦粉和石油焦 粉，粘结剂为腐植酸钠，腐植酸钠质量百分数为1%~1.2%；含碳原料质 量百分数为18%~20%，其余为铁料。中层含碳球团的粒度 为5mm~10mm，该层占烧结料层总质量的25%~35%。

所述的中层含碳球团，其含碳原料中焦粉占质量的50%~70%，石油焦粉 占质量的30%~50%；

本发明所述下层含碳球团，含碳球团成分中含碳原料为焦粉和石油焦 粉，粘结剂为腐植酸钠，腐植酸钠质量百分数为1%~1.2%；含碳原料质 量百分数为18%~20%，其余为铁料，另小球外裹一层消化石灰和腐植酸 钠的混合物；下层含碳球团粒度为9mm~12mm，该层占烧结料层质量的 15%~25%。

所述的下层含碳球团，其含碳原料中焦粉的质量百分数为50%~60%，石 油焦粉占质量的40%~50%；下层含碳球团所裹的消化石灰和腐植酸钠的 混合物层厚度为1mm~2mm；其中消化石灰质量百分数为96%，腐植酸钠 质量百分数为4%。布完料后进行预还原烧结，得成品预还原烧结矿。

本发明的优点及效果在于：

1．分层布置不同含碳量和粒度的烧结球团，增加了烧结料层的透气性 ，提高了燃料的利用率和预还原烧结利用系数，改善了预还原烧结矿 的质量。

2．在烧结用含碳球团中添加腐植酸钠，消化石灰使腐植酸钠发生凝聚 ，生成高分子络合物粘结剂，进而改善含碳球团的高温性能和强度， 防止烧结过程中料层过熔。

3．烧结料中下层采用大球团烧结，且球团中添加低温时反应性好而超 过1300℃反应性降低的石油焦，防止烧结过程中料层过熔，提高预还 原烧结矿的金属化率。

具体实施方式

下面结合具体实施例进行说明：

实施例1：

用混合矿进行预还原烧结试验，混合矿成分如表1所示。

表1  混合铁矿成分/%

烧结料层由粒度不同的三种含碳球团组成；含碳球团由铁料、含碳原 料及粘结剂制成；烧结料层的二元碱度为1.9。

分上、中、下三层布置烧结料，上层含碳球团成分中含碳原料为焦粉 ，粘结剂为腐植酸钠，腐植酸钠质量百分数为0.9%；焦粉质量百分数 为22%，其余为铁料。上层含碳球团的粒度为3mm~6mm，该层占烧结料 层总质量的45%。

中层含碳球团成分中含碳原料为焦粉和石油焦粉，粘结剂为腐植酸钠 ，腐植酸钠质量百分数为1.1%；含碳原料质量分数为20%，其中焦粉占 含碳原料总质量的70%，石油焦粉占含碳原料总质量的30%；其余为铁 料。中层含碳球团的粒度为5mm~10mm，该层占烧结料层总质量的35%。

下层含碳球团成分中含碳原料为焦粉和石油焦粉，粘结剂为腐植酸钠 ，腐植酸钠质量百分数为1.1%；含碳原料质量百分数为20%，其余为铁 料，另小球外裹一层消化石灰和腐植酸钠的混合物；下层含碳球团粒 度为9mm~12mm，该层占烧结料层总质量的20%。

下层含碳球团，其含碳原料中焦粉占质量的60%，石油焦粉占质量的4 0%；下层含碳球团所裹的消化石灰和腐植酸钠的混合物层厚度为1mm~ 2mm，其中消化石灰质量百分数为96%，腐植酸钠质量百分数为4%。

对烧结料进行预还原烧结，烧结过程中未发生过熔。固定铁料和各层 粘结剂添加量，调整其他原料，按上述方法重复预还原烧结试验，试 验方案如表2所示。

表2 试验方案

下层含碳球团所裹的消化石灰和腐植酸钠的混合物层厚度为1mm~2mm， 其中消化石灰质量百分数为96%，腐植酸钠质量百分数为4%。

预还原烧结过程中未发生过熔，对所得预还原烧结矿进行冶金性能检 验，所得结果如表3所示。

表3 冶金性能表

从烧结试验结果看：由于还原出的金属铁在烧结矿中相互联结形成网 状结构，预还原烧结矿具有较高的成品率和转鼓强度；因为烧结料层 过熔现象减少，利于铁氧化物还原，所以预还原烧结矿的金属化 率提高；因为预还原烧结矿根本无高价的氧化物α-Fe₂O₃，以及显微 结构为强度高的熔融型共晶结构，所以RDI_+3.15很高；因为预还原烧结矿 中还原出的金属铁多，所以熔滴温度提高。