一种利用热态转炉渣制备高炉用铁碳复合团块的方法

摘要

本发明涉及一种利用热态转炉渣制备高炉用铁碳复合团块的方法，包括：1)配料计算；2)混合压球；3)预热处理；4)第一次铺料；5)浇覆；6)第二次铺料；7)烧结；8)氮气冷却；9)破碎筛分；本发明利用高温热态转炉渣的余热加热铁碳复合团块使其发生还原反应生成金属铁，利用转炉渣的钙、镁资源为粘结相来粘结碳、金属铁及其氧化物来制备具有一定碱度的铁碳复合团块，减少了钢渣对环境污染，也降低了炼铁生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种利用热态转炉渣制备高炉用铁碳复合团块的方法。

背景技术

高炉使用铁碳复合炉料是增加产量、降低焦比、提高热利用效率的最重要途径之一，也是目前炼铁技术中低温低碳炼铁技术发展的重要方向之一。通常高炉使用的铁碳复合炉料主要包括含碳球团和铁焦。含碳球团通常碳含量占总质量的40％以下，需使用大量黏结剂，因此存在着高温失黏、渣量大幅增加和炉况不顺等问题，目前几乎不在高炉中使用。铁焦是金属铁含量占总质量低于40％以下的焦炭，虽然经过高温处理后具有比较高的冷态强度，但是在高炉内铁焦与高炉煤气中的CO₂发生气化反应，使其热态强度迅速降低，大量使用时还会影响透气性，因此目前铁碳复合炉料的使用及发展也受到了限制。

转炉渣是一种转炉炼钢过程中产生的工业固体废物。据统计，每生产1吨钢要副产0.1～0.13吨转炉渣，转炉渣的温度比较高，可达到1300℃～1450℃左右，含热量也十分丰富，每吨转炉渣约含有(1.26～1.88)×106kJ的显热，相当于45～60kg标准煤的热量。转炉渣中还含有15％～25％的金属铁(MFe)和大量有益元素钙、镁和硅等，因此，加大对转炉渣热量和物质资源的回收利用，成为降低钢厂冶炼成本的主要手段。

目前，对转炉渣的主要处理方法是将热态转炉渣进行冷却后经过反复破碎、筛分、磁选等步骤，提取其中的金属后再加以利用，通常经处理后的转炉渣主要用于地基回填、道路铺筑、水泥原料、净水剂和钢渣肥料等，这种处理方法使转炉渣的显热无法回收，造成能源的巨大浪费。

发明内容

本发明提供了一种利用热态转炉渣制备高炉用铁碳复合团块的方法，利用高温热态转炉渣的余热加热铁碳复合团块使其发生还原反应生成金属铁，利用转炉渣的钙、镁资源为粘结相来粘结碳、金属铁及其氧化物来制备具有一定碱度的铁碳复合团块，减少了钢渣对环境污染，也降低了炼铁生产成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种利用热态转炉渣制备高炉用铁碳复合团块的方法，包括如下步骤：

1)配料计算：将含铁原料和煤粉按照质量百分10％～40％:60％～90％的比例进行配料；

2)混合压球：将含铁原料和煤粉放入强力混合机内混合，同时向强力混合机中通入水蒸气；混合均匀后采用对辊压球机压制成型，得到直径为30～50mm、抗压强度不低于50N/球的铁碳复合球团生球；

3)预热处理：利用冷却铁碳复合炉料的高温烟气对铁碳复合球团生球进行预热处理，除去物料中自由水及分子水，预热后铁碳复合球团生球的温度为100～200℃；

4)第一次铺料：把预热处理后铁碳复合球团生球铺撒到容器内，同时平整物料表面，第一次铺料的料层厚度为50～100mm；

5)浇覆：把高温的热态转炉渣均匀浇覆到平整后的铁碳复合球团生球表面，热态转炉渣料层的厚度为10～20mm；

6)第二次铺料：把预热处理后的铁碳复合球团生球铺撒到热态转炉渣料层上，平整物料表面，第二次铺料的料层厚度为20～50mm；

7)烧结：利用热态转炉渣中氧化钙、氧化镁作为粘结相，直接粘结铁碳复合球团中的含铁物料制备铁碳复合炉料；

8)氮气冷却：为了防止高温烧结过程中煤粉与空气发生燃烧反应，向料层表面鼓吹氮气使之冷却到200℃以下，产生的高温烟气引入步骤3)中对铁碳复合球团生球进行预热；

9)破碎筛分：冷却后的铁碳复合炉料经破碎机破碎后，再经过粒级筛子进行筛分，最后得到铁碳复合团块成品。

所述铁碳复合团块成品按质量百分数计，固定碳含量为41％～55％，金属铁含量为21％～35％；灰分含量为20％～25％，灰分中CaO/SiO₂的比值为1.5～4.0；CaO+MgO/SiO₂+Al₂O₃的比值为1.75～4.20；P₂O₅含量≤0.2％，MFe/TFe不低于75％。

所述含铁原料为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、高炉返矿、烧结返矿、冶金尘泥中的1种或2种以上任意组合。

所述煤粉为1/3焦煤、气煤、瘦煤粘结性煤中的一种或多种，煤粉粒度＜3mm的占90％以上。

所述热态转炉渣的温度范围为1300～1600℃，R稳定率在95％以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结合热态转炉渣和烧结生产工艺的各自特点，利用热态转炉渣中的氧化钙、氧化镁资源作为粘结相直接粘结含铁物料制备铁碳复合炉料，不仅利用了热态转炉渣的余热，而且充分利用了其中的铁、钙、镁资源，减少了转炉渣对环境的污染，同时节约了烧结时所用的碳资源，杜绝烧结工艺对大气环境的污染，大幅度降低炼铁和炼钢生产成本，开辟了一条钙、镁资源在钢铁企业内部循环利用的新路径。

附图说明

图1是本发明一种利用热态转炉渣制备高炉用铁碳复合团块的方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种利用热态转炉渣制备高炉用铁碳复合团块的方法，包括如下步骤：

1)配料计算：将含铁原料和煤粉按照质量百分10％～40％:60％～90％的比例进行配料；

2)混合压球：将含铁原料和煤粉放入强力混合机内混合，同时向强力混合机中通入水蒸气；混合均匀后采用对辊压球机压制成型，得到直径为30～50mm、抗压强度不低于50N/球的铁碳复合球团生球；

3)预热处理：利用冷却铁碳复合炉料的高温烟气对铁碳复合球团生球进行预热处理，除去物料中自由水及分子水，预热后铁碳复合球团生球的温度为100～200℃；

4)第一次铺料：把预热处理后铁碳复合球团生球铺撒到容器内，同时平整物料表面，第一次铺料的料层厚度为50～100mm；

5)浇覆：把高温的热态转炉渣均匀浇覆到平整后的铁碳复合球团生球表面，热态转炉渣料层的厚度为10～20mm；

6)第二次铺料：把预热处理后的铁碳复合球团生球铺撒到热态转炉渣料层上，平整物料表面，第二次铺料的料层厚度为20～50mm；

7)烧结；利用热态转炉渣中氧化钙、氧化镁作为粘结相，直接粘结铁碳复合球团中的含铁物料制备铁碳复合炉料；

8)氮气冷却：为了防止高温烧结过程中煤粉与空气发生燃烧反应，向料层表面鼓吹氮气使之冷却到200℃以下，产生的高温烟气引入步骤3)中对铁碳复合球团生球进行预热；

9)破碎筛分：冷却后的铁碳复合炉料经破碎机破碎后，再经过粒级筛子进行筛分，最后得到铁碳复合团块成品。

所述铁碳复合团块成品按质量百分数计，固定碳含量为41％～55％，金属铁含量为21％～35％；灰分含量为20％～25％，灰分中CaO/SiO₂的比值为1.5～4.0；CaO+MgO/SiO₂+Al₂O₃的比值为1.75～4.20；P₂O₅含量≤0.2％，MFe/TFe不低于75％。

所述含铁原料为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、高炉返矿、烧结返矿、冶金尘泥中的1种或2种以上任意组合。

所述煤粉为1/3焦煤、气煤、瘦煤粘结性煤中的一种或多种，煤粉粒度＜3mm的占90％以上。

所述热态转炉渣的温度范围为1300～1600℃，R稳定率在95％以上。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

将含铁原料和煤粉按照质量百分比为含铁原料10％、煤粉90％的比例进行配料，将两者放入强力混合机内混合，同时并向强力混合机中通入水蒸气；然后将混合物料采用对辊压球机压制成型，得到直径为30mm，抗压强度不低于50N/球的铁碳复合球团生球。

热态转炉渣温度为1500℃，R(CaO/SiO₂)＝2.91；利用冷却铁碳复合炉料的高温烟气对铁碳复合球团生球进行预热处理，蒸发加热物料中水分，将物料温度预热到200℃左右。

把预热处理后的铁碳复合球团生球铺撒到容器内，平整物料表面，第一次铺料后的料层厚度为50mm；把高温热态转炉渣均匀浇覆在平整后的铁碳复合球团生球料层表面，热态转炉层的料层厚度为10mm；再把预热处理后铁碳复合球团生球铺撒到热态转炉渣料层上，同时平整物料表面，第二次铺料后的料层厚度为20mm。

为了防止高温烧结过程中煤粉与空气发生燃烧反应，向高温铁碳复合球团表面鼓吹氮气使之冷却到180℃，高温烟气引入前面的铁碳复合球团生球预热处理过程中作为预热气体，铁碳复合炉料破碎后经过粒级筛子进行筛分，最后得到一定粒度等级的铁碳复合团块成品；具体化学成分见表1。

【实施例2】

将含铁原料和煤粉按照质量百分比为含铁原料20％、煤粉80％的比例进行配料，将两者放入强力混合机内混合，同时并向强力混合机中通入水蒸气；然后将混合物料采用对辊压球机压制成型，得到直径为40mm，抗压强度不低于50N/球的铁碳复合球团生球。

热态转炉渣温度为1400℃，R(CaO/SiO₂)＝2.60；利用冷却铁碳复合炉料的高温烟气对铁碳复合球团生球进行预热处理，蒸发加热物料中水分，将物料温度预热到100℃左右。

把预热处理后的铁碳复合球团生球铺撒到容器内，平整物料表面，第一次铺料后的料层厚度为100mm；把高温热态转炉渣均匀浇覆在平整后的铁碳复合球团生球料层表面，热态转炉层的料层厚度为20mm；再把预热处理后铁碳复合球团生球铺撒到热态转炉渣料层上，同时平整物料表面，第二次铺料后的料层厚度为30mm。

为了防止高温烧结过程中煤粉与空气发生燃烧反应，向高温铁碳复合球团表面鼓吹氮气使之冷却到170℃，高温烟气引入前面的铁碳复合球团生球预热处理过程中作为预热气体，铁碳复合炉料破碎后经过粒级筛子进行筛分，最后得到一定粒度等级的铁碳复合团块成品；具体化学成分见表1。

【实施例3】

将含铁原料和煤粉按照质量百分比为含铁原料40％、煤粉60％的比例进行配料，将两者放入强力混合机内混合，同时并向强力混合机中通入水蒸气；然后将混合物料采用对辊压球机压制成型，得到直径为50mm，抗压强度不低于50N/球的铁碳复合球团生球。

热态转炉渣温度为1600℃，R(CaO/SiO₂)＝3.91；利用冷却铁碳复合炉料的高温烟气对铁碳复合球团生球进行预热处理，蒸发加热物料中水分，将物料温度预热到150℃左右。

把预热处理后的铁碳复合球团生球铺撒到容器内，平整物料表面，第一次铺料后的料层厚度为80mm；把高温热态转炉渣均匀浇覆在平整后的铁碳复合球团生球料层表面，热态转炉层的料层厚度为20mm；再把预热处理后铁碳复合球团生球铺撒到热态转炉渣料层上，同时平整物料表面，第二次铺料后的料层厚度为50mm。

为了防止高温烧结过程中煤粉与空气发生燃烧反应，向高温铁碳复合球团表面鼓吹氮气使之冷却到150℃，高温烟气引入前面的铁碳复合球团生球预热处理过程中作为预热气体，铁碳复合炉料破碎后经过粒级筛子进行筛分，最后得到一定粒度等级的铁碳复合团块成品；具体化学成分见表1。

表1 铁碳复合团块化学成分质量分数％

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。