专利名称：控制高炉矿料低温还原粉化的方法及收集喷洒装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制炼铁高炉铁料低温还原粉化的方法及收集喷洒装置。
1985年，在加拿大召开的第四届国际造块会议上，原西德矿石准备研究所首次发表了题目名称为“一种降低球团矿和烧结矿在高炉内还原粉化的新方法”的研究报告。该报告提供了使用卤化物降低RDI，并主要报告了在实验室分别用1g/L、2.5g/L、5g/L、10g/L氯化钠溶液浸泡球团矿降低RDI的效果;分别用10g/L的氯化钾、氯化镁、氯化钙、溴化钾、碘化钾溶液浸泡球团矿降低RDI的效果。该文未谈到在任何一家工厂采用实验所用卤化物中的任一种降低球团矿或烧结矿的RDI-3.15，只提到供应原西德的球团矿用海水处理。
1984年5月24日公布的公开号为WO 84/01963专利申请，其发明创造名称为“最大限度地防止高炉铁矿石和烧结矿还原粉化”，该发明用NaCl、CaCl、KCl、KI、KBr、Na2SiF6等溶液喷洒或浸泡冶炼前的烧结矿和铁矿石，以降低其低温还原初期的粉化量，炉料种类不同，溶液浓度不同，消除粉化的程度也各不相同。
日本的特开昭59-104437，其发明名称为“烧结矿制造方法”，该方法提出将烧结矿在浓度为0.5%以上的CaCl2溶液中浸渍5秒后，在120℃烘干来改善烧结矿的低温粉化指数。
武钢烧结厂用3%的CaCl2溶液喷洒烧结矿，降低烧结矿的RDI-3.15，并于1991年4月进行了工业性试验，已用于生产。武汉钢铁公司钢研所李学仁等人在1993年“烧结球团”第二期发表了“降低烧结矿和球团矿RDI的新方法”，论文初步讨论了卤素水溶液处理烧结矿，球团矿的效果，武钢二烧车间烧结矿喷洒CaCl2溶液的实践，RDI改善的机理和溶液种类和处理方法对RDI的影响，论文提到“考虑到钢铁工业废水需耗费巨资进行净化处理才能排放，故选择集尘处理水和烧结排烟处理水为宜。至于对工业废水的浓度有上述规定是因为若低于该浓度，则不能达到形成薄膜的效果，而浓度太多，反过来又对烧结矿质量产生不利影响或者导致设备损耗”。
上述技术文献表明在实验室里，研究了用单一卤化物溶液浸泡或喷洒球团矿和烧结矿;用于高炉生产的，只有用海水浸泡的球团矿和用CaCl2溶液喷洒的烧结矿，所处理的烧结矿碱度在1.6-1.7，且未涉及降低高TiO2、高Al2O3、和高碱度矿料的RDI-3.15的问题;除海水外，用单一化工产品处理高炉矿料，成本高，工艺复杂，由于高炉矿料低温还原粉化的存在，恶化了高炉料柱的透气性，破坏了煤气流的正常分布，降低了煤气化学能的利用，吹损增加，引起煤气清洗困难和煤气管道磨损加剧，导致高炉焦比上升，产量下降，经济效益变差。
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种控制高炉矿料低温还原粉化的方法及喷洒装置，该方法及喷洒装置能非常有效地控制各种类型的高炉矿料的低温还原粉化率，特别适用于控制高TiO2、高Al2O3、高碱度高炉矿料低温还原粉化率，能把各种高炉矿料低温还原粉化降低到远远低于高炉冶炼所需求的水平，保证高炉冶炼顺序，能大幅度地降低燃料，提高生铁产量。
为了达到上述发明目的，本发明的技术解决方案是根据碱金属和碱土金属中的钠、钙、镁的氯化物的水溶液能有效地控制高炉矿料低温还原粉化率，利用含有大量钙、镁、钠的氯化物及有其它物质而被处理排放的工业废水为主要原料，经提取，配制成所需浓度的喷洒剂，然后用喷洒装置将该喷洒液喷洒在入炉前的高炉矿料上。
一、按以下步骤提取水处理排放废水为原料。
1、测定该废水的排放时间与其比重的关系。
由于被处理排放的工业废水中的CaCl2、MgCl2的浓度与还原方式、排放时间有关。为了获得Ca艹、Mg艹浓度高的废水，对流动还原操作的，测还原过程排放的废水;对浸泡还原操作的，测正洗过程排放的废水。从还原或正洗开始时起，每隔2-3分钟取样一次，用比重计测其水样的波美度，并分析水样的硬度。当该废水波美度小于3时，停止取样，得到该废水排放时间与比重和硬度的关系，由此确定收集该废水的起止时间。
2、收集波美度大于或等于3的时间段所排放的工业废水作原料。
1)在正洗或还原过程中，当废水波美度大于或等于3时，关闭废水阀，打开回收阀，所需废水从离子交换器经管道流入标高低于余压压头的废水储槽。
2)当废水波美度小于3小时，关闭回收阀，打开废水阀，不需要的工业废水从离子交换器经管道流入地沟排放掉。
二、控制高炉矿料低温还原粉化喷洒液的配制按以下步骤将上述收集到的工业废水，加稀释液稀释到要求的浓度。稀释液为水或其它液体。
1、搅拌均匀收集液，测定其波美度;
2、根据工厂高炉矿料，确定喷洒液的波美度;
3、确定被配制溶液的重量;
4、用“十字交叉法”将收集液配制成所需浓度溶液重量。
其中a-收集液的波美度;
b-所需配制溶液(即喷洒液)的波美度;
c-稀释溶液的波美度，若稀释液为水，其波美度为0;
(b-c)所需收集液的重量份数;
(a-b)所需稀释溶液的重量份数;
用波美度为a的收集液，配制成d吨，其波美度为b，所需收集液重量为G＝ (d(b-c))/(a) 吨;
所需稀释液的重量为F＝ (d(a-b))/(a) 吨;
5、在配制后的喷洒液中通入5-6kg/cm2的压缩空气进行搅拌。该压缩空气的压力可为冶金厂压缩空气管网的压力。
配制后，喷洒液的浓度范围为波美浓度0.2-5%，其浓度的最佳值为波美度2.5-4%。
三、喷洒液的喷洒1、喷洒量的确定原则喷洒液须充分润湿皮带上的矿料的表面，皮带上应无积水。喷洒量与矿料的温度与喷洒作业的好坏相关。温度高，喷洒量多，反之则少，喷洒作业控制好，喷洒液损失小，喷洒单耗低，如烧结矿温度在90℃-100℃时，每一吨喷洒液可喷洒100吨烧结矿。
2、喷洒点的选择原则1)喷洒点的选择应便于操作者操作和观察现场喷洒情况。
2)喷洒点的矿料，如烧结矿温度应较低，避免产生过多蒸汽。
3)喷洒点设1-3个，最好设在两个皮带的交接处。若有烧结矿中间仓，喷洒点就设在中间仓后。
喷洒装置包括至少三个储液罐，输液泵的一端通过管道置于各储液罐的上端开口，并用控制阀控制各个储液罐，其另一端置于废水储槽。1号储液罐贮存工业废水收集液、2号储液罐配制喷洒液，3号储液罐贮存喷洒液，2号，3号储液罐可交替使用，各储液罐可根据需要增加。2号，3号储液罐内分别装有压缩空气管和水管。1号储液罐的底部装有工业废水收集液往废水储槽回流的管道，并用控制阀控制该管道。为了掌握储液罐中溶液的数量，在各储液罐上装有溶液指示装置，该装置为透明液面指示管或在贮液罐底部装压力表，从压力变化来确定贮液罐内溶液的数量。2号、3号贮存罐的底部各装有管道，且均与喷洒泵的同一端固定连通，其另一端装有管道，位于喷洒泵出口的管道上装有流量计，测量喷洒的每个时刻与累计流量，该流量计的出口端装有分支管道，各分支管道装有控制阀，该分支管道端部装有喷管，喷管位于矿料上方，且与矿料运行方向相交成角度，喷管上沿其长度方向交错钻2-3排φ2.5-φ3.5mm的小孔，孔直径最好为3mm小孔，钻孔长度与矿料的最大流量相适应。为了便于清洗喷管，该管的出水端用螺纹堵头封闭。
本发明经实验表明对任何类型的矿料，都能将其低温还原粉化率降低到5%以下，降低RDI-3.15的效果非常显著。如未经本发明处理的烧结矿，RDI-3.15为19.28%-85.11%，处理后下降为1.80%-2.41%，下降幅度为90.7%-97.1%，经处理后的烧结矿几乎不存在低温还原粉化现象。
未经处理的高TiO2型矿料(如TiO2高达10%左右的矿料)，低温还原粉化尤其严重。实验证明本发明能十分有效地控制高TiO2型矿料低温还原粉化率。本发明能处理含TiO2为1.08-10.5%的高炉矿料。
本发明使用碱金属和碱土金属中的钙、镁、钠的氯化物的综合作用，技术效果特别显著。本发明经工业性试验证明，高炉焦比可降低20～30kg/T.Fe，生铁产量能提高4-7%，高炉炉喉CO2能提高1个百分点以上，炉尘能减少25%以上，且生产环境空气中粉尘量大幅度下降。
本发明能处理的矿料碱度范围为1.2-3.5，经本发明处理后的矿料，其常温强度不受影响。本发明也适用于高Al2O3高炉矿料低温还原粉化率的控制。
本发明使用的主要原料是工业废水，而不是现有相关技术使用的化工产品，减少了工业废水对环境的污染，有利于环境保护，因喷洒液的成本极低，投入产出比很高，原料来源丰富。
本发明工艺简单，操作方便，适用性强，能保证高炉冶炼顺行。适用于大、中、小型高炉有效控制其矿料低温还原粉化。
图1为本发明工业废水的收集装置图。图1中为交换器，2为废水阀，3为回收阀，4为废水收集槽，5为废水储槽。
图2为喷洒液的喷洒装置图。图2中1为收集液罐，2为配制喷酒液罐，3为喷酒液罐，4为输液泵，5为输液泵，6为喷酒泵，7为稀液管，8为流量计，9、为上喷嘴、10、为下喷嘴、11、为烧结矿、12、为成品皮带、13为压缩空气管，14为水管。
锅炉是广泛用于工业和民用的设备，锅炉用水必须进行软化处理。工业锅炉最常用的软化方法就是阳离子交换法。
水中形成硬度的物质是Ca艹及Mg艹的盐类，利用置换原理，将水中的Ca艹、Mg艹用其它不形成硬度的阳离子来置换，水中没有Ca艹、Mg艹或Ca艹、Mg艹很少，就成为软水。在阳离子交换法中，最常用的是Na+交换。
离子交换器中装的磺化煤，就是一种阳离子交换剂，硬水过磺化煤层以后，水中的Ca艹、Mg艹被横化煤中的Na+置换而软化。其化学反应式为
由上列反应式得出，水中Ca艹、Mg艹被Na+置换出来以后，就存留在交换剂中，而交换剂就由NaR变成CaR2、MgR2。当离子交换剂中的Na+全部被Ca艹、Mg艹置换后，交换剂就失效，这时就要用食盐水进行还原，即再用Na+把交换剂中的Ca艹、Mg艹置换出来，反应为
这一过程称为还原或再生。
钠离子交换软化水的过程就是软化、再生反复循环的过程。
离子交换器的运行是按反洗;还原;正洗;软化四个步骤周期性地运行的。
还原的目的就是使失效的离子交换恢复其软化能力。即用一定浓度的食盐溶液送入离子交换器，盐溶液中的Na+就将失效的离子交换齐中的Ca艹、Mg艹置换出来进入溶液中。
还原操作方法有两种，即流动还原-盐液以一定速度流过交换层。
浸泡还原-盐液加入交换器中，使交换剂在静止的盐液中浸泡。
当还原进行完毕时，为了清除残余的还原剂及还原时的生成物CaCl2、MgCl2等，需用水进行冲洗，这一过程称为正洗，正洗水是作为废水排放的。
实施例根据上述方法和装置喷洒处理高炉矿料。
1)烧结矿化学成份
NO TFe FeO CaO SiO2MgO CaO/SiO2L2 51.72 12.0 12.78 6.7 4.36 1.91降低RDI-3.15效果比较NO RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15L2-0 51.41 80.72 5.22 19.28L2-C30 82.40 93.80 1.80 6.20L2-yw30 90.14 95.97 1.21 4.03注-O表示未经处理的试样C30表示CaCl2浓度为3%yw30表示yw浓度为3%，yw表示本发明所用喷洒液的波美度，其余表示法类推2)烧结矿化学成份NO TFe FeO CaO SiO2MgO TiO2Na2OPG 42.6 7.26 10.35 5.91 2.93 9.60 0.12降低RDI-3.15的效果比较No RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15PG-0 8.94 32.74 28.84 67.26PG-yw50 94.89 97.09 1.15 2.91PG-yw30 95.82 97.64 1.30 2.36PG-yw15 91.60 95.19 2.38 4.81PG-yw07 88.19 93.58 2.84 6.423)烧结矿化学成份NO TFe FeO SiO2CaO MgO Al2O3CaO/SiO2XG 51.70 7.0 7.15 14.89 3.70 1.95 2.08
降低RDI-3.15的效果比较NO RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15XG-0 22.56 54.67 13.01 45.33XG-c30 67.0 82.82 6.32 17.18XGyw-50 96.0 97.40 1.4 2.6XGyw-50 96.40 97.80 1.2 2.2XGyw-70 97.40 98.60 0.8 1.44)烧结矿化学成份NO TFe FeO CaO SiO2MgO Al2O3TiO2CaO/SiO2CD 48.03 13.33 14.83 8.77 4.19 2.37 1.08 1.69降低RDI-3.15效果比较NO RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15CD-01 70.16 88.92 2.90 11.80CD-02 69.20 89.30 4.14 11.70CD-401 97.60 99.0 0.5 1.0CD-402 98.14 99.14 0.42 0.865)烧结矿化学成份NO TFe FeO SiO2CaO MgO Al2O3CaO/SiO2KG 50.29 10.0 8.61 13.64 1.34 2.8 1.58降低RDI-3.15效果比较NO RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15KG-0 61.25 80.63 2.71 19.37KG-yw30 3.16
6)烧结矿化学成份NO TFe FeO SiO2CaO TiO2Al2O3MgO CaO/SiO2CG-1 44.4 8.74 6.75 16.2 4.02 7.3 4.23 2.40降低RDI-3.15效果比较NO RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15CG-1 52.68 76.33 6.97 23.6750.80 76.10 6.17 23.90CG-1C30 82.87 92.43 2.19 7.57CG-1yw30 86.65 94.41 1.21 5.59CG-1yw50 91.15 96.78 1.01 3.22CG-1yw70 92.00 96.80 1.00 3.207)烧结矿化学成份NO TFe FeO SiO2CaO TiO2Al2O3MgO CaO/SiO2CG-3 46.0 10.03 9.50 16.90 1.57 - 2.5 1.78降低RDI-3.15效果比较NO RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15CG-03 54.56 76.39 6.74 23.61CG-3C30 90.98 96.80 1.0 3.20CG-3yw10 82.40 93.20 1.60 6.80CG-3yw30 88.67 95.43 1.19 4.57CG-3yw50 90.04 96.02 1.19 3.98CG-3yw70 91.82 96.81 0.99 3.19
8)烧结矿化学成份NO TFe FeO CaO MgO SiO2TiO2V2O5CaO/SiO2AB250 52.5 5.29 8.00 3.66 4.66 7.31 0.299 1.79AC200 49.5 4.76 9.15 3.74 5.08 8.36 0.258 1.80AZ300 49.65 5.02 9.10 3.74 4.95 9.23 0.275 1.84降低RDI-3.15效果比较NO RDI+6.3 RDI+3.15 RDI-0.5 RDI-3.15AB250 30.10 59.36 14.48 40.64AC200 8.55 38.83 17.51 61.17AZ300 2.02 14.98 23.14 85.11AB250-yw30 93.80 96.60 1.0 3.40AC200-yw30 95.41 98.01 0.59 1.99AZ300-yw30 94.58 97.59 0.80 2.41由以上实例充分表明1、yw降低低温还原粉化率的效果优于CaCl2的效果。
2、yw可用于任何类型的烧结矿，为高碱度，高MgO、高TiO2，降低RDI-3.15的效果均非常显著。
3、实例中所处理烧结矿的影响RDI值的化学成份的范围为MgO 1.34%～4.36%TiO21.08%～9.60%CaO/SiO21.58～2.084、实例中的烧结矿RDI-3.15的范围为RDI-3.15 19.28%～85.11%经用yw处理后，RDI-3.15均降到5%以下。
权利要求
1.一种控制高炉矿料低温还原粉化的方法，包括对含有大量钙、镁、钠的氯化物及其它物质而被处理排放的工业废水为主要原料进行提取、搅拌，把收集液配制成喷洒液，然后用喷洒装置将其喷洒在入炉前的高炉矿料上，其特征在于1)从还原过程开始排放或正洗过程开始排放废水时起，每隔2-3分钟取一次，用比重计测其水样的波美度，并分析水样的硬度；2)当其波美度小于3时，停止取样，得到该废水排放时间、比重和硬度的关系；3)确定收集工业废水的起止时间；4)测定混匀后的收集液的波美度；5)根据高炉矿料，确定喷洒液的波美度；6)用“十字交叉法”将收集液配制成波美浓度为0.2-5%溶液重量； 所需收集液重量G为G= (d(b-c))/(a)所需稀释液重量F为F= (d(a-b))/(a)式中a-收集液的波美度；b-所需配制溶液的波美度；c-稀释溶液的波美度；(b-c)-所需收集液的重量份数；(a-b)-所需稀释溶液的重量份数；d-配制后的喷洒液的重量；7)在配制后的喷洒液中通入5-6kg/cm2的压缩空气。
2.根据权利要求1所述的控制高炉矿料低温还原粉化的方法，其特征在于收集液经配制后的最佳波美度为2.5-4%。
3.一种实施权利要求1所述喷洒装置，包括各个管道上的控制阀，其特征在于该装置包括至少三个储液罐，分别置于各储液罐上端开口内，其另一端均与输液泵的出口端固定连通的管道，与输液泵另一端固定连接，并置于废水储槽内的管道，一端与收集液储液罐底部连通，其另一端置于废水储槽内的回流管道，安装在各储液罐上的溶液指示装置，喷酒罐与工业废水配液罐的上端各装有压缩空气管和水管，喷洒罐和工业废水配液罐底部，各装有管道与喷洒泵的同一端固定连通，另一端装有流量计和管道，流量计的出口端装有分支管道，装在各个分支管道端部，沿其长度方向交错钻2-3排φ2.5-φ3.5小孔的喷管。
4.根据权利要求3所述的喷洒装置，其特征在于喷管上的孔直径最好为3mm。
全文摘要
本发明涉及控制炼铁高炉矿料低温还原粉化的方法及喷洒装置。本发明利用含有大量钙、镁、钠的氯化物及含有其它物质而被处理排放的工业废水为主要原料，经测定其排放时间和其比重关系，确定收集该废水的起止时间和收集排放的废水，并将其配制成所需浓度，再用喷洒装置喷洒在入炉前的高炉矿料中。本发明能将各种矿料在各种炉型内的低温还原粉化率降低到5％以下，特别适用高TiO
文档编号C22B1/16GK1107182SQ9411177
公开日1995年8月23日 申请日期1994年6月1日 优先权日1994年6月1日
发明者杨俊锦, 蒋光合 申请人:重庆大学, 重庆钢铁(集闭)公司