利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法及其制备的铁焦

摘要

本发明提供了一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法及其制备的铁焦，涉及钢铁冶金技术领域，本发明提供的利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤混匀加入模具中热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤混合后进行炼焦，制得铁焦。该方法通过将粒径小于1mm的返矿直接应用于铁焦生产中，不仅能够大幅度的降低烧结返矿的处理加工费用，同时还可以使劣质煤炼焦效果明显改善，其强度大幅度提高，对于钢铁冶金企业具有明显的应用前景和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其是涉及一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法及其制备的铁焦。

背景技术

目前世界优质铁矿石资源开始进入枯竭期，原料来源极为紧张，铁矿石价格成倍上涨已经给钢铁产品的成本和企业的经济效益造成了极大的压力。在现有原材料成本高企的条件下如何提高企业的效益已成为企业经营者首要考虑的问题，因此，烧结矿返矿的合理利用越来越受到了企业的重视。

烧结矿返矿是指未完全烧好的烧结矿，包括沿烧结机台车两侧和表层的烧结矿以及经受机械负荷后产生的粉末，环境除尘所回收的尘泥等需要再返回至烧结过程去的细粒粉料，一般小于5-6mm。我国攀枝花地区具有丰富的磁铁矿资源，但是由于该地区铁矿中的铁钛紧密共生，在选矿过程中通过磨矿，并不能使铁钛有效分离，大部分钛以钛铁晶石的形式存在，随铁一起进入精矿中，形成了高钛型钒钛矿。上述高钛型钒钛矿中的钛高达10％以上，含铁仅54％，以此原料配入烧结中进行烧结后发现，烧结混合料粒度变差，烧结难烧，且粉化率高，自产返矿和高炉返矿比例达到40％左右。

究其原因，上述高钛型钒钛矿烧结后总返矿率高的主要原因在于其 TiO₂含量较高，SiO₂含量低，在烧结过程中液相量不足，烧结矿难以达到很好的粘结，且易生成不利于烧结矿固结的CaO·TiO₂相，致使钒钛烧结矿的脆性大，强度差，粉化率高。目前攀钢对钒钛烧结返矿的利用方式为：先对返矿进行筛分，其中>3mm的部分作为小粒级烧结矿直接返回高炉中，经过特殊的布料方式布入高炉后进行冶炼，其中<1mm的部分则直接返回烧结配料仓进行混合，形成混合料进入烧结机重新烧结，此种返矿重烧需要再次消耗燃料和增加人工成本等，进一步增加了炼铁成本。为此，如何高效处理攀钢大量的钒钛烧结返矿是为企业降本增效的研究方向之一。

因此，针对粒径<1mm的返矿重烧需要再次消耗燃料和增加炼铁成本的问题，研究开发出一种可以将粒径<1mm的返矿直接制备得到铁焦的方法，进而能够降低烧结返矿的处理加工费用，具有明显的应用前景和经济效益。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法通过将粒径<1mm的返矿直接应用于铁焦生产中，不仅能够大幅度的降低烧结返矿的处理加工费用，同时还可以使劣质煤炼焦效果明显改善，其强度大幅度提高，对于钢铁冶金企业具有明显的应用前景和经济效益。

本发明的第二目的在于提供一种炼焦，该铁焦由上述利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法制得，经本发明方法制得的铁焦，其M40值(大于40mm粒级的百分数)大于64％，CSR(焦炭反应后强度)大于54％，CRI值(焦炭反应性)小于35％。

本发明提供的一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法包括以下步骤：

首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤混匀加入模具中热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤混合后进行炼焦，制得铁焦；

所述劣质煤为灰分质量大于40％的煤；

所述优质煤为灰分质量小于15％的煤。

进一步的，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤混合的质量比为10～30： 70～90。

进一步的，所述热压成型的模具尺寸为(5～15mm)×(5～15mm)× (5～15mm)；

优选的，所述热压成型的模具尺寸为10mm×10mm×10mm。

进一步的，所述热压成型的温度为300～400℃，成型压力均为 120～150kN。

进一步的，所述形煤物料与优质煤混合的质量比为20～40：60～80。

更进一步的，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤的混合以及形煤物料与优质煤的混合均在V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为10～30r/min；

优选的，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤的混合时间为8～15min；所述形煤物料与优质煤的混合时间为2～5min。

进一步的，所述炼焦的温度为2000～2400℃，炼焦时间为20～22h。

进一步的，所述方法具体包括以下步骤：

(a)首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤以10～30：70～90的质量比混匀，得到混合料A；

(b)将混合料A加入到尺寸为(5～15mm)×(5～15mm)×(5～15mm) 的模具中，在300～400℃、120～150kN的压力下热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤以20～40：60～80的质量比混均，得到混合料B；

(c)将混合料B加入炼焦炉中，在2000～2400℃下炼焦20～22h，炼制完成后自然冷却至18～20℃，制得铁焦。

本发明提供的一种铁焦，所述铁焦由上述利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法制得。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤混匀加入模具中热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤混合后进行炼焦，制得铁焦。该方法通过将粒径 <1mm的返矿直接应用于铁焦生产中，不仅能够大幅度的降低烧结返矿的处理加工费用，同时还可以使劣质煤炼焦效果明显改善，其强度大幅度提高，对于钢铁冶金企业具有明显的应用前景和经济效益。

本发明提供的铁焦由上述利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法制得，上述铁焦通过配加钒钛烧结返矿于劣质煤后，返矿中的铁、钛元素对于改善劣质煤的炼焦性能具有明显改善，主要原因在于其中的铁在炼焦过程中能够形成针状铁酸盐相，提高了焦炭的强度，其次其中的钛元素在焦炭反应过程总属于高熔点物相，加入会降低其热反应性，改善焦炭性能。经本发明方法制得的铁焦，其M40值(大于40mm粒级的百分数)大于64％， CSR(焦炭反应后强度)大于54％，CRI值(焦炭反应性)小于35％。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的一个方面，一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法包括以下步骤：

首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤混匀加入模具中热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤混合后进行炼焦，制得铁焦；

所述劣质煤为灰分质量大于40％的煤；

所述优质煤为灰分质量小于15％的煤。

本发明提供的利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤混匀加入模具中热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤混合后进行炼焦，制得铁焦。该方法通过将粒径 <1mm的返矿直接应用于铁焦生产中，不仅能够大幅度的降低烧结返矿的处理加工费用，同时还可以使劣质煤炼焦效果明显改善，其强度大幅度提高，对于钢铁冶金企业具有明显的应用前景和经济效益。依据攀钢目前年生铁规模1000万吨，吨铁矿耗1.95t/t，烧结矿配比80％计算，攀钢年需要烧结矿1600万吨左右，而目前攀钢烧结矿返矿率为40％，返矿中<1mm部分占 50％来计算，攀钢钒钛返矿(<1mm)部分年大概生产300万吨以上，1吨烧结返矿返回烧结需要增加加工费用70元，则通过此发明每年能为集团公司创经济效益上亿元。

优选的，对钒钛烧结返矿进行筛分后，其中大于3mm部分做为小粒级烧结矿直接返回高炉进行炼铁，连粒径为1～3mm的部分作为烧结混合料制粒核心直接加入烧结一混进行制粒造球。

在本发明的一种优选实施方式中，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤混合的质量比为10～30：70～90。

优选的，上述粒径小于1mm的返矿与劣质煤混合的质量比为20：80。

在本发明的一种优选实施方式中，所述热压成型的模具尺寸为 (5～15mm)×(5～15mm)×(5～15mm)；

优选的，所述热压成型的模具尺寸为10mm×10mm×10mm。

在本发明的一种优选实施方式中，所述热压成型的温度为300～400℃，成型压力均为120～150kN。

本发明中，所述热压成型的温度典型但非限定性的为300℃、320℃、 340℃、360℃、380℃和400℃。

在本发明的一种优选实施方式中，所述形煤物料与优质煤混合的质量比为20～40：60～80。

优选的，上述形煤物料与优质煤混合的质量比为30：70。

在上述优选实施方式中，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤的混合以及形煤物料与优质煤的混合均在V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为 10～30r/min；

优选的，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤的混合时间为8～15min；所述形煤物料与优质煤的混合时间为2～5min。

在本发明的一种优选实施方式中，所述炼焦的温度为2000～2400℃，炼焦时间为20～22h。

优选的，上述炼焦的温度为2200℃，炼焦时间为20h。

在本发明的一种优选实施方式中，所述方法具体包括以下步骤：

(a)首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤以10～30：70～90的质量比混匀，得到混合料A；

(b)将混合料A加入到尺寸为(5～15mm)×(5～15mm)×(5～15mm) 的模具中，在300～400℃、120～150kN的压力下热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤以20～40：60～80的质量比混均，得到混合料B；

(c)将混合料B加入炼焦炉中，在2000～2400℃下炼焦20～22h，炼制完成后自然冷却至18～20℃，制得铁焦。

根据本发明的一个方面，一种铁焦，所述铁焦由上述利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法制得。

本发明提供的铁焦由上述利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法制得，上述铁焦通过配加钒钛烧结返矿于劣质煤后，返矿中的铁、钛元素对于改善劣质煤的炼焦性能具有明显改善，主要原因在于其中的铁在炼焦过程中能够形成针状铁酸盐相，提高了焦炭的强度，其次其中的钛元素在焦炭反应过程总属于高熔点物相，加入会降低其热反应性，改善焦炭性能。经本发明方法制得的铁焦，其M40值(大于40mm粒级的百分数)大于64％， CSR(焦炭反应后强度)大于54％，CRI值(焦炭反应性)小于35％。

下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。为了更为客观的判断本发明利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的技术效果，本申请中各实施例和对比例中所使用的高钛型钒钛矿烧结返矿与劣质煤均相同。发明人同时还对所使用的高钛型钒钛矿烧结返矿与劣质煤进行了成分分析，具体如下：

高钛型钒钛矿烧结返矿：(TFe)50-51％，(FeO)7-10％，(CaO)10-11.5％， (SiO2)5.5-6.5％，(MgO)2.5-3.5％，(Al2O3)3.0-4.0％，(V2O5)0.30-0.45％， (TiO2)6.0-7.5％，(Ro)1.8-2.0％。

劣质煤：(A)10-11％，(V)22-25％，(S)0.5-0.8％，(CaO)5.51％， (SiO2)46.92％，(Al2O3)34.10％，(Fe2O3)5.00％，(MgO)0.717％。

注：上述％均为质量百分数。

实施例1

一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)、首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤以10：90的质量比混匀，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤的混合在V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为10r/min，混合时间为8min，得到混合料A；

(b)、将混合料A加入到尺寸为(5mm)×(5mm)×(5mm)的模具中，在300℃、120kN的压力下热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤以20：80的质量比混均，所述形煤物料与优质煤的混合均在V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为10r/min，所述形煤物料与优质煤的混合时间为2min，得到混合料B；

(c)、将混合料B加入炼焦炉中，在2000℃下炼焦20h，炼制完成后自然冷却至18℃，制得铁焦。

实施例2

一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)、首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤以30：70的质量比混匀，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤的混合在V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为30r/min，混合时间为15min，得到混合料A；

(b)、将混合料A加入到尺寸为(15mm)×(15mm)×(15mm)的模具中，在400℃、150kN的压力下热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤以40：60的质量比混均，所述形煤物料与优质煤的混合均在 V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为30r/min，所述形煤物料与优质煤的混合时间为5min，得到混合料B；

(c)、将混合料B加入炼焦炉中，在2400℃下炼焦22h，炼制完成后自然冷却至20℃，制得铁焦。

实施例3

一种利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)、首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤以10：90的质量比混匀，所述粒径小于1mm的返矿与劣质煤的混合在V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为20r/min，混合时间为8～15min，得到混合料A；

(b)、将混合料A加入到尺寸为(10mm)×(10mm)×(10mm)的模具中，在350℃、140kN的压力下热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤以30：70的质量比混均，所述形煤物料与优质煤的混合均在 V型混匀器内进行机械混匀，混匀转速为20r/min，所述形煤物料与优质煤的混合时间为3min；得到混合料B；

(c)、将混合料B加入炼焦炉中，在2200℃下炼焦20h，炼制完成后自然冷却至20℃，制得铁焦。

实施例4

本实施例中除步骤(a)中粒径小于1mm的返矿与劣质煤的质量比为 20：80外，其余同实施例3。

实施例5

本实施例中除步骤(a)中粒径小于1mm的返矿与劣质煤的质量比为 30：70外，其余同实施例3。

对比例1

本实施例中除步骤(a)中不包含粒径小于1mm的返矿，即混合料A 中劣质煤占比100％外，其余同实施例3。

实验例1

为表明本发明铁焦通过配加钒钛烧结返矿于劣质煤后，返矿中的铁、钛元素对于改善劣质煤的炼焦性能具有明显提高焦炭的强度和改善焦炭性能的效果。现特针对实施例1～3以及对比例1制得的铁焦的M40值、CSR 值以及CRI值进行检测，其结果如下表所示：

由上表可知，本发明实施例1～3通过在劣质煤中配加钒钛烧结返矿的方法制得的铁焦，其M40值(大于40mm粒级的百分数)大于64％，CSR (焦炭反应后强度)大于54％，CRI值(焦炭反应性)小于35％，其效果明显优于对比例1由劣质煤制得的焦炭。主要原因在于，铁在炼焦过程中能够形成针状铁酸盐相，提高了焦炭的强度，其次其中的钒、钛元素在焦炭反应过程总属于高熔点物相，加入会降低其热反应性，改善焦炭性能。

综上所述，本发明提供的利用高钛型钒钛矿烧结返矿制备铁焦的方法，所述方法首先将高钛型钒钛矿烧结返矿进行筛分，收集粒径小于1mm的返矿，随后将粒径小于1mm的返矿与劣质煤混匀加入模具中热压成型，得到形煤物料，然后将形煤物料与优质煤混合后进行炼焦，制得铁焦。该方法通过将粒径<1mm的返矿直接应用于铁焦生产中，不仅能够大幅度的降低烧结返矿的处理加工费用，同时还可以使劣质煤炼焦效果明显改善，其强度大幅度提高，对于钢铁冶金企业具有明显的应用前景和经济效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。