专利名称：从常温到高温保持强度的含碳冷固结球团矿的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金矿石的粘结、制团领域，涉及采用熔融还原法、直接还原法及矿热电炉法、高炉冶炼法等炼金属使用的含碳冷固结球团矿。
背景技术：
熔融还原是冶金领域的一项重大新工艺，其主要特点是可以使用非焦煤作为一次能源和还原剂，在熔融状态下进行还原，具有以煤代焦、流程短、污染小、生产灵活性强、成本低的优点，是未来冶金工业发展的方向，也是目前各国竞相研究开发的重要领域。
在熔融还原法中，含碳冷固结球团矿是近年来发展起来的一种新型还原法冶炼原料，它具有在高温下快速自还原的特性，与普通冷固结球团矿相比，含碳冷固结球团矿的还原性好，返矿少，不需要预烧结等优点。
含碳冷固结球团矿是将原料矿粉、煤粉或焦粉与粘结剂混合在一起，经过粉碎、制团、烘干等生产工序制成，在制造冷固结球团矿时，粘结剂的选择是非常重要的，它的性能优劣，直接影响着冷固结球团的各项性能指标，特别是球团强度指标。一般用于冷固结球团矿的粘结剂基本上分为有机粘结剂和无机粘结剂两大类。其中有机粘结剂有煤焦油、沥青、淀粉、腐植酸、泥煤等，它们在常温下有着较好的粘结强度，但是温度升高至500℃时，随着有机粘结剂的逐渐分解，冷固结球团矿的原有机械强度大幅度下降，在炉内压力作用下破碎粉化，以至于影响到球团矿还原的正常进行，因此，一般的有机粘结剂基本上不适合于含碳冷固结球团矿的使用。现有的含碳冷固结球团矿大多数采用无机粘结剂例如水泥、膨润土、水玻璃及粘土等等，比如CN1074714“炼铁用冷固结高含碳铁矿球团”就是采用水玻璃作为粘结剂使用的。无机粘结剂克服了有机粘结剂高温分解丧失粘结力的缺陷，但是在使用无机粘结剂时，也会带来一些问题，首先是使用无机粘结剂时会使球团的杂质含量增加，还原时造渣量提高；有些粘结剂如水玻璃等中钠、钾含量过多，会对炉壁产生腐蚀作用，不利于冶炼；而采用高压蒸养法制造冷固结球团的工艺复杂，生产周期长，又增加了成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种在常温和高温还原气氛环境下都具有较高的抗压强度，并且还原迅速的含碳冷固结球团矿。
为实现上述目的，本发明的含碳冷固结球团矿由51-96％的原料矿粉，0-33％的碳质还原剂，0-25％的熔剂和3-6％的粘结剂组成。
其中，用于高炉冶炼铁、熔融还原炼铁及海绵铁的原料矿粉有铁精矿粉、铁原矿粉、氧化铁粉、铁屑、钢屑、含铁硫酸渣粉等原料；用于冶炼锰铁的原料矿粉有锰原矿粉、锰精矿粉等；用于冶炼铬铁的原料矿粉有铬矿粉、铬精矿粉等；用于冶炼硅铁的原料矿粉有石英石粉、玻璃碎渣和铁矿粉、钢屑等；用于冶炼硅铝铁合金的原料矿粉有高铝钒土和石英石粉、煤矸石粉、矸石粉及铁矿粉、钢屑等；用于冶炼硅锰合金的矿粉有锰原矿粉、锰精矿粉和石英石粉、玻璃碎渣等。
碳质还原剂选用无烟煤、烟煤、焦煤、焦炭和半焦中的一种或几种。
球团中添加的熔剂是石灰石、白云石、蛇纹石中的一种或几种的混合物。
本发明含碳冷固结球团矿中使用的粘结剂是由35-90％的风化煤、0-35％的矸石、0-40％的黑矸石、0-15％的煤泥和8-12％的纯碱混合组成的。其具体生产工艺是将各原料按照比例混合均匀，除去水分后粉碎加工成粉末状产品。产品要求粉碎的细度应保证小于200目的部分达到全部产品的90％以上。
具体的含碳冷固结球团矿的制造方法如下首先，在粘结剂中加入.1-5倍量的水，搅拌均匀，边搅拌边升温至100℃，保温40-60分钟后待用。
接着，将原料矿粉、碳质还原剂和熔剂分别粉碎成粉末状，要求小于200目的组成应占总组分的50％以上。
把粉碎好的原料矿粉、碳质还原剂和熔剂按比例与稀释好的粘结剂进行充分的混合搅拌，混合时可以使用卧式搅拌机，也可以使用立式搅拌机，或者将二者串联起来使用，只要能够达到使物料充分混合搅拌均匀即可。
混合均匀的物料被送入制团工段进行造球，一般地，可以采用对辊压力成型机或者冲压机等机械进行压力成型造球，也可以采用圆盘造球机进行滚动造球。当使用压力成型造球工艺时，粘结剂中的加水量可以较小，一般添加1-2倍量的水，而采用圆盘造球机造球时，则需要物料相对较湿，故粘结剂中的添加水量应增大至2-5倍，但是应保证造成的球团中含水量不超过15％，否则，制造的含碳冷固结球团矿由于含水量较高，将很难成型。
制成的含碳冷固结球团矿必须经过干燥除水后才能作为冶炼原料使用。干燥可以采用连续隧道式烘干窑进行，也可以采用连续或间歇式烘干房对球团进行烘干，要求烘干时温度保持在100-300℃。本发明的含碳冷固结球团矿还可以采用自然晒干或晾干的方式进行干燥处理。经干燥的含碳冷固结球团矿，含水量一般小于3％。
在制团过程中产生的未成型矿粉以及在还原过程中产生的矿粉，均可以做为返矿粉，加入到物料中，再次制造球团，进行循环再利用，以节省资源。
本发明可以针对不同的金属冶炼要求和特点，对含碳冷固结球团矿的配料比例进行调整，以适应不同生产工艺的需求。例如加大或减小碳质还原剂的加入量，可以相应地提高或降低含碳冷固结球团矿的软化点温度。同样，还可以通过提高或减少粘结剂中矸石或黑矸石的配入量，来实现球团矿软化点温度提高或降低的目的。
本发明可以针对不同的金属冶炼要求和特点，对风化煤进行洗选或干选，以适当提高粘结剂中的含碳量。选后的风化煤制造粘结剂方法与不经过选的风化煤制造粘结剂的方法相同。
与现有的含碳冷固结球团矿相比，本发明最主要的特点是保证含碳冷固结球团矿从常温到高温都保持一定的抗压强度。一般采用压力成型工艺制造的含碳冷固结球团矿，常温抗压强度＞780N/个，1050℃以下高温热强度保持780-1000N/个以上；既使是采用圆盘造球法制造的含碳冷固结球团矿，常温抗压强度也达到了400N/个，高温热强度同样能够达到780-1000N/个。经中国科学院山西煤炭化学研究所对本发明的含碳冷固结球团矿进行测试，常温抗压强度780N/个，600℃时的高温热强度达到1180N/个。在介休三盛焦化有限公司JK89型焦炉点火孔中还原气氛下试验，850℃进行4小时，球团仍然保持了原有的强度。
本发明含碳冷固结球团矿从常温到高温都能保持一定的强度，与所使用的粘结剂有着直接的关系。本发明中所采用的粘结剂是一种以风化煤为主的有机无机复合粘结剂，在常温到500℃以下时，粘结剂中的有机物与矿粉有很好的亲合作用，粘结剂中的有机物起到了保持球团抗压强度的主要作用；在850℃-1100℃时，粘结剂中的有机物基本上被热分解了，此时，粘结剂中的无机物尤其是SiO2和Al2O3却与矿粉有着很好的亲合性，又起到了保持球团具有高温热强度的主要作用；在500℃-850℃之间，由于风化煤的活性差，氧化速度比煤慢，从而延迟了粘结剂中有机物的氧化分解时间，使无机物能够衔接上有机物起到粘结作用，保证了随着温度的升高，球团中的粘结剂交替起到粘结作用，实现了从常温到高温含碳冷固结球团矿都保持强度的连续过渡。
本发明含碳冷固结球团矿的另一个特点是球团的还原速度快。对于一般冷固结球团矿，影响球团还原速度的限制性环节是还原性气氛向球团内部的扩散速度。而对于含碳冷固结球团矿，由于其在高温下的自还原反应，与用CO气还原块矿或人造块矿相比，增加了在高温条件下固体碳粉与金属氧化物粉在球团内部的热扩散直接还原作用，和由此在球团内部产生CO，并与金属氧化物直接还原，而且反应的比表现积与传统方法相比成百上千倍的增加，因此加快了还原反应速度，其产生的CO和CO2由球团内部向外部扩散在球团内部产生压力，加快了球团内部的还原反应速度，CO和CO2在从内向外喷出、或溢出时又在球团中产生气体通道，从而还可以促进还原性气体向球团内部的扩散，进一步加快了球团的还原速度。
球团还原速度的快慢与球团的软化点有直接关系，如果球团矿软化点温度低，在未完全还原前球团就开始粘结，会堵塞球团上的气体通道，影响还原性气体的扩散速度，从而影响球团矿的还原速度。本发明的含碳冷固结球团矿的软化点有了大幅度地提高，从一般冷固结球团矿的900℃提高到现有的1100℃，从而保证了球团矿在较高温度下的高速还原而不必担心球团的粘结。因此，本发明的含碳冷固结球团矿软化点的提高，使得球团矿能够在不粘结的前提下在较高的温度下还原，进一步提高了含碳冷固结球团矿的还原速度。
经太原钢铁公司钢铁研究所对本发明含碳3.13％的冷固结铁球团矿冶金性能进行检验，其荷重软化性能为软化开始温度1050℃，软化终了温度1325℃，软化区间275℃；熔滴性能好，压差开始升温度1360℃，开始滴落温度1480℃，熔滴区间120℃。
本发明中所采用的粘结剂是能够实现本发明目的的一个重要保证。经检测，本发明采用的粘结剂中各种化学成分含量如表1所示表1 粘结剂化学成分组成表
从表1可以看出，本发明的粘结剂中含有30-50％的C，如此高的含碳量是无机粘结剂所无法比拟的。因此，本发明的粘结剂既起对球团矿的粘结作用，又十分有利于球团矿的还原，可以加快球团矿的还原速度，降低焦比，节约大量能源。
本发明中的粘结剂中，S、P、CaO、MgO、TiO2等有害杂质含量很少，对于冷固结球团矿产品质量的影响也很小，可以提高冷固结球矿的产品质量。
由于粘结剂中含碳量很高，灰份小，在冶炼生产过程中的造渣量很少，只增加了1.5％-3％的渣。
本发明在含碳冷固结球团矿中直接配入熔剂矿粉，熔剂矿粉的加入量比使用块状熔剂直接入炉使用量大大降低，例如炼铁时可以降低石灰石配入量30-50％，既可以节约能源，提高生产能力，又可以提高产品质量。
具体实施例方式
实施例1-实施例18是利用铁精矿粉生产含碳冷固结铁球团矿的应用实例，各实施例中的原料配入量如表2所示。
表2 铁精矿粉生产含碳冷固结铁球团矿配入量表单位％
具体生产含碳冷固结铁球团矿的方法是；将铁精矿粉、无烟煤、焦炭、半焦、烟煤、焦煤和石灰石分别进行粉碎，对粉碎后物料进行细度检测，当使用200目筛进行筛分时，筛余物小于50％则粉碎合格；在粘结剂中加入1-2倍量的水，搅拌均匀，边搅拌边升温至100℃，在此温度下保温40-60分钟后，按表2中的配入量比例，将粉碎好的物料掺入粘结剂使用搅拌机进行混合搅拌，直至均匀；混合均匀的物料进入制团工段，使用对辊压力成型机进行造球，造好的球团送入连续隧道式烘干窑中，在100-300℃温度下烘干，制成含碳冷固结铁球团矿。
实施例19-实施例28是分别利用铁原矿粉、氧化铁粉、钢铁屑粉和含铁硫酸渣粉生产含碳冷固结铁球团矿的应用实施例。各实施例中的原料配入量如表3所示。表3 铁原矿粉、氧化铁粉、钢铁屑粉、含铁硫酸渣粉生产含碳冷固结铁球团矿配入量表单位％
其生产含碳冷固结铁球团矿的方法与铁精矿粉生产含碳冷固结铁球团矿的方法相同。
实施例29-实施例32是利用返矿粉生产含碳冷固结铁球团矿的应用实例，各实施例中的原料配入量如表4所示表4 返矿粉生产含碳冷固结铁球团矿配入量表单位％
具体生产含碳冷固结铁球团矿的方法是将铁精矿粉、返矿粉、半焦和石灰石粉分别进行粉碎，按照配入量比例加入到事先用2-5倍量水稀释，升温至100℃并保温40-60分钟的粘结剂中，搅拌混合均匀，用圆盘造球机进行造球，造好的球团放置于露天下自然晒干至球团水量小于3％时使用。
实施例33-实施例37是生产含碳冷固结锰铁球团矿的应用实例，各实施例中原料配入量如表5所示表5 含碳冷固结锰铁球团矿配入量表单位％
生产含碳冷固结锰铁球团矿的方法与生产含碳冷固结铁球团矿的生产方法相同。
实施例38-实施例44是生产含碳冷固结硅铁球团矿的应用实例，各实施例中原料的配入量如表6所示表6 含碳冷固结硅铁球团矿配入量表单位％
含碳冷固结硅铁球团矿的生产方法与含碳冷固结铁球团矿的生产方法相同。
实施例45-实施例50是生产含碳冷固结铬铁球团矿的应用实例，各实施例中原料配入量如表7所示表7 含碳冷固结铬铁球团矿配入量表单位％
含碳冷固结铬铁球团矿的生产方法与含碳冷固结铁球团矿的生产方法相同。
实施例51-实施例56是生产含碳冷固结硅铝铁合金球团矿的应用实例，各实施例中原料配入量为表8所示表8 含碳冷固结硅铝铁合金球团矿配入量表单位％
生产含碳冷固结硅铝铁合金球团矿的方法同生产含碳冷固结铁球团矿方法一样。
实施例57-实施例61是本发明所使用的粘结剂的具体应用实例，具体配比见表9。
表9 粘结剂配比表单位kg
其制法是将各原料混合均匀，除去水分后粉碎，制成200目的粉末状产品。
权利要求
1.一种含碳冷固结球团矿，其特征是由下述重量配比的组分混合制造球团原料矿粉55-96％ 碳质还原剂0-33％熔剂0-25％ 粘结剂3-6％
2.根据权利要求1所述的含碳冷固结球团矿，其特征是所述的炭质还原剂是无烟煤、烟煤、焦煤、焦炭、半焦中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的含碳冷固结球团矿，其特征是所述的熔剂为石灰石、白云石、蛇纹石中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的含碳冷固结球团矿，其特征是所述的粘结剂是由35-90％的风化煤、0-35％的矸石、0-40％的黑矸石、0-15％的煤泥和8-12％的纯碱混合粉碎制成。
5.根据权利要求4所述的含碳冷固结球团矿，其特征是所述的粘结剂中各组分应粉碎至小于200目的组分至少占总组分的90％。
6.权利要求1所述含碳冷固结球团矿的制法，其特征是在所述粘结剂中加入1-5倍量的水，搅拌均匀，边搅拌边升温至100℃，保温40-60分钟后，按比例与粉碎的原料矿粉、碳质还原剂和熔剂混合，并混合均匀制造球团，最后烘干制成冷固结球团矿。
7.根据权利要求6所述的含碳冷固结球团矿的制法，其特征是所述的原料矿粉，碳质还原剂和熔剂均应粉碎至小于200目的组分至少占总组分的50％以上。
8.根据权利要求6所述的含碳冷固结球团矿的制法，其特征是所述的制造球团是使用压球机将物料压制成球团。
9.根据权利要求6或8所述的含碳冷固结球团矿的制法，其特征是采用压球机压制球团时，粘结剂中加入1-2倍量的水。
10.根据权利要求6所述的含碳冷固结球团矿的制法，其特征是所述的制造球团是使用圆盘造球机将物料滚制成球团。
11.根据权利要求6或10所述的含碳冷固结球团矿的制法，其特征是采用圆盘造球机滚制球团时，粘结剂中加入2-5倍量的水。
全文摘要
本发明涉及一种从常温到高温保持强度的含碳冷固结球团矿,属于冶金矿石的粘结、制团领域。本发明的含碳冷固结球团矿由55－96%的原料矿粉,0－33%的碳质还原剂,0－25%的熔剂和3－6%的粘结剂混合制团而成,制成的球团矿在常温和高温还原气氛环境下都保持有一定的强度,经测试,常温抗压强度780N/个,600℃时高温热强度达到1180N/个。本发明的含碳冷固结球团矿还具有较高的软化点温度,一般能够达到1100℃,从而保证了球团矿在较高温度下还原时不会粘结,使得球团矿的还原速度大为提高。
文档编号C22B1/14GK1358870SQ0113564
公开日2002年7月17日 申请日期2001年10月10日 优先权日2001年10月10日
发明者林原生, 苏亚杰 申请人:林原生, 苏亚杰