专利名称：采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高炉炼铁技术，尤其是指一种采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法。
背景技术：
中国2005年的钢铁产量预计达到三亿吨，约占全世界钢铁产量的25％。根据上世纪90年代末的地质统计资料中国已探明的铁矿储量约543亿吨，富矿平均品位52.59％，占总储量的5.59％；其余的贫矿平均品位为33.47％，而且大部分为难选的赤铁矿，按行业规定及传统工艺经济效益推算，品位低于60％的铁矿不适宜于直接炼铁。基于以上原因，近年来中国每年约从海外进口品位≥62％的铁矿约2～3亿吨，用以搭配国内的低品位铁矿。今年二月底，中国最大的钢铁厂---上海宝山钢铁厂被迫接受全球最大的铁矿供应商CVRD提价71.5％的要求。仅此一项，本年度中国需支付提价部分的支出即超过40亿美元。本发明人对现有炼铁行业的成本构成及炼铁原料现行价格进行粗略分析(详见附表一)，推算出单独使用60％的铁矿与单独使用价格仅为其40％、品位为53％的铁矿其成本接近，但铁矿品位降低时，脉石增大，相对造渣剂量增大，造成焦比升高及炼铁炉产量减少。传统的炼铁理论认位；直接入炉的铁矿品位低于60％时，没有经济价值，而铁矿石的市场价格验证了这一理论。中国现有的大中型钢铁企业只能用昂贵的进口高品位铁矿或搭配适量的国产廉价的低品位铁矿炼铁，以求得生存及发展。
随着不可再生的自然资源之减少及市场对钢铁制品需求的增长，铁矿价格上升迫使钢铁制品涨价成为一种必然的趋势。人类进入铁器时代开始到目前为止，鼓风炉炼铁的基本原理几乎没有改变。而且在今后若干年内，淘汰鼓风炉炼铁的新技术很难实现。因为每年10亿吨产量的炼铁鼓风炉其设备投资是一个天文数字。随着现代技术的不断进步，炼铁高炉大型化，机械化，自动化及连续化程度越来越高。但技术改造的潜力越来越小，通过采用喷煤，富氧，提高风温、风压等强化熔炼措施以提高产量及降低或本已经没有多大的余地。铁矿及煤炭的升价使钢铁制品涨价到一定程度时，设备落后、污染严重、高能耗但使用廉价低品位铁矿的小容积炼铁炉必然逐步增多。而以废钢铁为原料的小型中频炉也大量生产高危非标俗称“地拉铁”的建筑材而累禁不止。本发明人认为，若大中型钢铁企业能使用低品位含铁原料部分替代高品位铁矿使生产成本逐步降低且产量增加，这些问题都可以逐步得到解决。但低品位含铁原料存在原料成分复杂、稳定性差的问题，在大、中型高炉中极少使用。
中国专利“使用煤基预还原球团的高炉炼铁法”(专利号ZL99105541.1，授权公告号CN1151280C)，作为底转炉二步炼铁的代表，此类专利国内外的研究都很深而且已有相当规模的应用，其要点是将高炉炼铁的还原过程即能耗最大的部分移出高炉外，用底转炉去完成。由于底转炉可以用廉价的白煤替代焦炭。从减少炼焦污染方面，底转炉更具优势。但分析国内外这方面的方法，本发明人认为，底转炉炼铁仅适用于高品位铁矿还原后直接进入电弧炉炼钢方面可以部分替代高炉炼铁。由于底转炉还原供热需用气体燃料而不适宜于中国国情，若以煤造气除成本高外，总体投资高、产量低造成回收周期过长也是底转炉在国内难以推广应用的主要原因。
中国专利申请“采用低温还原铁矿粉生产铁产品的制备方法”(申请号200410000815.6，
公开日2004年12月29日)，公开了一种低温还原超细粒度铁矿生产铁产品的方法，该专利申请通过实验数据说明了超细粒度铁矿与超细粒度煤粉具有优异的活化性能、两者之间的还原反应有很好的低温效应，丰富了传统热力学及煤基还原理论，为解决钢铁企业的环境污染、降低消耗提出了一种新的思路，但未能解决国产低品位含铁原料在高炉中的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工艺路线可行、经济合理的一种采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法。本发明在不降低炼铁炉产量的前提下，通过使用廉价的低品位国产含铁原料替代高价、高品位进口铁矿，部分以煤代焦两种方式降低生产成本。
本发明的目的是这样实现的一种采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，具体流程为将含铁原料、含碳物料、粘结剂分别破碎、充分混合后造粒，其中所述的含铁原料采用含铁品位为56％以下的原料，经破碎后混合成成分稳定的物料；粘结剂采用水泥熟料，各原料破碎后的粒径为0.03～0.06mm，原料在造粒时加入适量的水混合后冲压成型，已成型的粒料固化后加水养护16～25天，然后全部或部分替代高炉烧结块按常规炼铁方法炼铁；含碳物料的加入量为含铁原料的12～25％、粘结剂的加入量是铁矿石的0.5～9％。
上述采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法中所述的低品位含铁原料是磁铁矿，褐铁矿，赤铁矿或硫铁矿烧渣的其中至少一种。
上述采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法中所述的含铁原料的破碎和混合方法采用两步首先将含铁原料初步破碎到40～80目，然后根据各含铁原料的成分搭配成成分稳定的原料后进一步破碎、混合。
上述的采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法中所述的含碳物料是白煤、烟煤、焦粉等含碳物料的其中一种或其组合。
上述的采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法中所述粒料是两端为半球型的圆柱体或中空圆柱体。
上述的采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法中所述的粒料冲压成型后的抗压强度大于4kg/cm2。
上述的采用采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法中加入高炉的粒料为炉料的10～100％。
本发明采用的低品含铁原料的特点是脉石比率高，熔剂消耗量增加，渣量也相应增加，造成焦比升高和产量降低。传统理论认为低品位铁矿直接炼铁在经济上是不合算的，(在技术上也是不合理的)，但是传统的炼铁经济核算理论由于进口铁矿大幅度涨价与现实产生差异、相对而言、根据中国的国情国产低品位铁矿由于开采成本低，资源丰富，价格低等优势，直接炼铁应该有一定的竞争力。本发明人针对生铁成本中两个最大的成本项目——铁矿及焦炭进行针对性研究，提出使用低品位铁矿替代进口高品位铁矿，使铁矿成本大幅度降低，另外根据目前白煤价格仅为焦炭的45％的实际情况，使用含碳冷压粒料以白煤替代部分焦炭以降低成本，从而解决成本问题低品位含铁原料的第二个特点杂质成分不稳定而影响炼铁炉正常运行；本发明通过如下方法解决，成分复杂的各种类型低品位含铁原料先破碎到40～80目，先分别混合均匀；然后根据其有害杂质成分搭配至合格，进行充分混和，再进一步精破碎至99％通过325目再一次混和，经过二次破碎及三次混和，可以获得使炼铁炉稳定运行的相对稳定的炉料。
传统炼铁炉的烧结料要求有一定的质量指标，如冷态力学性能的耐跌落性能、抗压强度、转鼓系数等指标，对天然铁精矿为原料的烧结块而言由于其加工方式使其具有不可改变的特性。相对于本发明的粒料，由于已经是超细粒度，当使用圆盘造粒机时，其物理性能不一定能达到要求。但使用高压冲床时，现代技术水平完全可以满足炼铁炉的要求。对炼铁原料的热强度指标，如热爆裂性、低温还原粉化率、热膨胀性等指标，本发明人在各种粘结剂中进行对比试验、选取水泥熟料作粘结剂，经测定其热强度指标优于传统烧结块，而本发明的粒料一个最大的特点.就是粒料在炼铁炉下行时，低温还原速度比传统烧结块高。随着金属化率的升高，粒料体积收缩后比重增大，抗压强度随着升高。当温度达到950℃时金属化率已达到95％，体积仅为冷料时的40％，本发明人选用冷态粒料抗压强度单粒4kg/cm2进行试验，当升温到1150℃时，抗压强度升到200kg/cm2，符合炉料下行时温度逐步升高而压力逐步增大的要求，而且当粒料在软化点前可以达到的强度，完全可以满足大、中型炼铁炉的要求。
对炼铁炉料的软化性指标，天然铁精矿同样具有其不可改变性。本发明之粒料由于使用低品位含铁原料，SiO2及Al2O3含量相对较高，具有软化点比高品位铁矿相对较高及软化区间较窄的优点，钢铁行业限制品位为60％以下的铁矿直接炼铁，其理由是低品位含铁原料直接入炉时焦比高，能耗大.，低品位含铁原料脉石增大造成熔剂增大，能耗(焦比)增大是必然的。本发明由于粒料在下行到950℃已95％金属化，使用低品位含铁原料脉石和熔剂理论并没有减少，但传统炼铁炉烧结块的还原反应自表至里逐步进行，必须维持炉膛内的强还原气氛(CO∶CO2的高比值)而造成大量CO随尾气带走而使焦比升高，烧结料与气态CO的还原反应按表面积计与本发明的超细粒料相差几十倍，本发明的粒料具有优异的自还原性能。与传统炼铁的烧结块对比反应速度加快。本发明的粒料在熔化区段只需要维持弱还原气氛即可以使粒料在软化点前金属化率达到95％以上，炼铁过程的焦炭理论上只需要将金属铁及渣熔化即可。本发明炼铁所消耗的焦炭接近完全燃烧，使传统炼铁炉变成化铁炉，化铁的理论焦比只需要0.15左右，本发明人实际测试在15M3的小高炉使用品位为53％的铁矿(热风温度550℃)进行测试，焦比仅需要0.6，而且已省去烧结过程的焦耗，相对传统炼铁炉焦比大幅度下降。
高炉利用系数对比，在15M3小高炉(热风温度550℃)用含铁品位为53％的烧结料与本发明的粒料进行对比试验，传统方法使用烧结料日产生铁18吨，使用本发明的粒料可以达到28吨，炼铁炉利用系数大大提高。
具体实施例方式
铁矿石的预破碎将各种低于56％品位的铁矿分别破碎到40～80目，为达到均匀混合的目的，以破碎后的粒矿能以自重下可以呈流态以达到适合机械化混料为标准、先进行预混料。
配料首先选定一种品位配方，例如53％品位，根据价格、成分将不同品位的已经过预破碎及混料铁矿进行搭配，但搭配时必须将各种杂质因素计算在内，如高硫低磷搭配高磷低硫等，搭配后再进行第二次混合。同样，对白煤也应依据其成分的稳定性确定是否需要预破碎并充分混合。
精破碎将已预破碎的各种固态原料分别破碎到99％通过325目。
混合将各种精破碎的物料依照配方充分混合均匀冲压成型依据各种不同炉型所需要的抗压强度选择冲床压力及粒料形状及大小，大、中型炼铁炉料柱高时，粒料应选择较大压力的冲床，料柱低时，压力冲床可以选择低压力冲床或对滚机，粒径可以选择为5～30mm，并依据炉料所需要的透气性而定，特别适用的是两端呈半球型的中空粒料，冲压时适当加入6～10％左右的水分。
固化已冲压成型的粒料依据水泥的常规水化反应后固化，并加入适量的水养护16～25天使其达到使用强度。
投料按常规炼铁方法确定所需的二元碱度，分别将块状焦炭，粒料，石灰石逐层投入炼铁炉，并依据各种炉型及设备情况使用富氧，喷煤、喷熔剂等技术、使用传统鼓风炉烧结块炼铁的操作条件、可以制取相应的炼钢生铁或铸造生铁。
表一是采用不同低品位含铁原料的投料重量。
表二是传统工艺冶炼每吨生铁成本测算表。
表三是本发明每吨生铁成本测算表。
从表二、表三可以看出，传统工艺使用品位为59～62％铁矿时每吨生铁平均成本2566元，本发明使用铁矿品位为50～59％时每吨平均成本为1921元，可降低成本25％。
表一
附注固体物料粉碎到99％通过325目，粒料为φ45mm×70mm、两端为半球型的圆柱体，单粒径向千态抗压强度4kg/cm2以上，混料时的水加入量为8～12％，粒料在冲压成型后在室温凝固16～25天。
表二
附注澳洲矿到岸价120美元×8.28(兑换率)×1.14(增值税)+150元杂费＝1283元/吨，62％矿是以进口65％矿与59％国产矿各50％计价表三
附注铁矿∶白煤∶粘结剂＝100∶22∶9。
权利要求
1.一种采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，具体流程为将含铁原料、含碳物料、粘结剂分别破碎、充分混合后造粒，其特征是所述的含铁原料采用含铁品位为56％以下的原料，经破碎后混合成成分稳定的物料；粘结剂采用水泥熟料，各原料破碎后的粒径为0.03～0.06mm，原料在造粒时加入适量的水混合后冲压成型，已成型的粒料固化后加水养护16～25天，然后全部或部分替代高炉烧结块按常规炼铁方法炼铁；含碳物料的加入量为含铁原料的12～25％、粘结剂的加入量是含铁原料的0.5～9％。
2.根据权利要求1所述采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，其特征是所述的低品位含铁原料是磁铁矿，褐铁矿，赤铁矿或硫铁矿烧渣的其中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，其特征是所述的含铁原料的破碎和混合方法采用两步首先将含铁原料初步破碎到40～80目，然后根据各含铁原料的成分搭配成成分稳定的原料后进一步破碎、混合。
4.根据权利要求1所述的采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，其特征是所述的含碳物料是自煤、烟煤、焦粉等含碳物料的其中一种或其组合。
5.根据权利要求1所述的采用低晶位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，其特征是所述粒料是两端为半球型的圆柱体或中空圆柱体。
6.根据权利要求1或5所述的采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，其特征是所述的粒料冲压成型后的抗压强度大于4kg/cm2。
7.根据权利要求1所述的采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，其特征是加入高炉的粒料为炉料的10～100％。
全文摘要
本发明公开了一种采用低品位超细含铁原料粉冲压粒料直接炼铁法，是将含铁原料、含碳物料、粘结剂分别破碎、充分混合后造粒，其中所述的含铁原料采用至少两种以上的含铁品位为56％以下的原料，经初步破碎后混合均匀再进一步破碎、混合；粘结剂采用水泥熟料，各原料破碎后的粒径为0.03～0.06mm，原料在造粒时加入适量的水混合后冲压成型，已成型的粒料固化后加水养护16～25天，然后全部或部分替代高炉烧结块按常规炼铁方法炼铁；含碳物料的加入量为含铁原料的12～25％、粘结剂的加入量是铁矿石的0.5～9％。本发明的方法具有工艺路线可行、经济合理的优点，可降低生产成本25％。
文档编号C21B5/00GK1710112SQ20051003515
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者孔凡逸, 陆波, 赵林 申请人:孔凡逸, 陆波, 赵林