专利名称：一种带有煤自粘结性的含炭冷固结铁球团矿的制作方法
技术领域：
本发明属于炼铁原料的制备领域，具体是涉及采用直接还原法、融熔还原法、高炉炼铁法等使用的带有煤自粘结性的含炭冷固结铁球团矿。
背景技术：
直接还原和融熔还原是炼铁领域的两项重大新工艺，其主要特点是用非焦煤和还原气作为一次能源和还原剂，炼铁过程中不使用焦炭。直接还原法在固态下还原，在炼铁过程中不排渣；熔融还原法先还原后融分，渣铁在液态下分离。
在直接还原和熔融还原法中，含炭冷固结铁球团矿是多年来竞相研发的一种新型还原冶炼原料，它具有在高温下快速自还原的特性。与普通冷固结铁球团矿比较，含炭冷固结铁球团矿的还原性好，返矿少，与高炉炼铁比较，含炭冷固结铁球团矿用烘干代替烧结和氧化铁球团矿工艺，不需要烧结和煅烧氧化球团，因此也称为一步法直接还原。
含炭冷团结铁球团矿一般是先将铁精矿粉、煤粉与粘结剂混合在一起，经混匀、制团、烘干等生产工序制成。在制造含炭冷固结铁球团矿时，粘结剂和煤粉的选择是非常重要的，它的性能与各项特性和指标的优劣，直接影响着含炭冷固结铁球团矿的各项性能指标，特别是球团在高温状态下的内粘结性和热强度指标。
一般用于冷固结铁球团矿的粘结剂基本上分为有机粘结剂、无机粘结剂和有机无机复合粘结剂三大类。
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，冷固结铁球团矿的机械强度大幅度下降，在炉内压力作用下破碎粉化，以至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冷固结铁球团矿的使用。
无机粘结剂大多采用诸如水泥、膨润土，水玻璃及粘土等，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，会使球团的杂质含量提高，渣量增加，能耗增加，有些粘结剂如水玻璃等中的钾、钠含量过多，会对炉壁产生腐蚀作用，不利于冶炼。
将有机粘结剂与无机粘结剂进行适当的组合，混配制成有机无机复合粘结剂，可以充分发挥有机粘结剂和无机粘结剂各自的优点，而相互弥补彼此的缺点，从而取得更好的使用效果。例如，本发明人申请的01132771.5专利“一种用于冷固结球团矿的粘结剂”就是这样一种复合粘结剂，该复合粘结剂采用风化煤、矸石、煤泥、纯碱等组合配制而成，使用该粘结剂生产冷固结球团矿，即保证了球团在高温下的粘结强度，又降低了球团的造渣量，提高了冷固结球团矿产品的质量。
在此基础上，本发明人又申请了01135646.4“从常温到高温保持强度的含炭冷固结球团矿”专利，该专利使用原料矿粉、碳质还原剂、熔剂，并以上述的复合粘结剂为基础制成冷固结球团矿。制成的球团矿在常温和高温还原气氛环境下，均能保持有一定的强度，从试验观测到的情况看，在常温下抗压强度为780N/个，600℃时的高温热强度也达到了1180N/个，并且在30m3炼铁高炉中成功地进行了实验。然而，直接还原要求的铁矿品位较高，应达到69％以上，但是复合粘结剂中含有的无机物和煤中的灰份又在客观上把含炭冷固结铁球团矿的铁品位降低了。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有煤自粘结性的含炭冷固结铁球团矿，在保证其从常温到高温还原气氛环境中保持一定的抗压强度的同时，进一步降低球团矿中的杂质含量。
提供该含炭冷固结铁球团矿的制备方法，是本发明的另一发明目的。
为实现上述目的，本发明将配煤炼焦的原理移植到制备含炭冷固结铁球团矿中，在铁精矿粉中配以混合煤粉作为内配炭。混合煤粉按照不同煤种的粘结性、流动度、膨胀度、塑性温度区间、以及煤的挥发份、灰份、硫份等不同指标进行选择。
本发明具体是由下述重量百分比的组分混合制造含炭冷固结铁球团矿，铁精矿粉 70～93％混合煤粉 6～28％粘结剂 1～3％其中，所述的混合煤粉是由下述重量百分比的煤种混合得到的，弱粘结性气煤 10～90％瘦煤 0～40％气煤 10～90％所述的粘结剂是腐植酸和/或腐植酸盐，进一步地，其中的腐植酸盐可以是一种腐植酸盐，或者是几种腐植酸盐的混合物，可供选择的腐植酸盐有腐植酸钠、腐植酸钾、腐植酸铵、腐植酸钙镁等等。
所述的粘结剂还可以是淀粉、面粉、玉米粉等其它有机粘结剂，水玻璃、水泥、耐火黏土等无机粘结剂，以及由上述粘结剂组成的复合粘结剂。
生产含炭冷固结铁球团矿的具体方法是在粘结剂中加入1～5倍量的水搅拌均匀，升温至80～100℃，保温50～100分钟后，加入上述配比的铁精矿粉和混合煤粉，送入混合机械中混合均匀，由制团机械加工成球团，100～300℃温度下烘干后，制成具有一定机械强度的含炭冷固结铁球团矿。
所述的制团机械可以是对辊压球机，也可以是圆盘造球机，或者其它型式的制团机械；混合机械为双螺旋搅拌机、立式螺旋搅拌机、润磨机中的一种，或者两种串联使用；由制团机械加工成的球团在连续隧道烘干窖、立式烘干炉、返排式干燥炉或烘干房中烘干。
在选择含炭冷固结铁球团矿的内配炭时，任何单一煤种都难以达到理想的效果，因此，含炭冷固结铁球团矿内配炭的选择与配煤炼焦相类似，应以多煤种进行配合。
在实验中发现，焦粉和半焦粉没有粘结性，在还原过程中不能起到内粘结的作用，影响球团矿的热强度，而且，焦粉和半焦粉中的硫在还原过程中无法脱除，全部转移到了还原铁中；无烟煤与焦粉、半焦粉接近，粘结性很低；风化煤的粘结性差，膨胀度低，同时含氧量过高，还原过程中产生的气体中CO含量相对降低，增加了还原的总能耗，所以，在混合煤粉的选择中不考虑上述几种煤种。
虽然焦煤和肥煤的粘结性高，但在煤的粘结性、膨胀性及球团内产生还原气体的压力几个因素的共同作用下，还原过程中会使球团膨胀并相互粘结，形成海绵状多孔结构，导致球团软化、强度下降，还原气流被堵塞，至使还原反应不能正常进行，因此焦煤和肥煤也不适合作为含炭冷固结铁球团矿中内配炭的煤种。
相比较而言，瘦煤、气煤、弱粘结性气煤具有粘结性和膨胀度低，透气性高、塑性温度区间较宽，高挥发份、低硫、低灰份的特点，比较适合于作为含炭冷固结铁球团矿中内配炭的煤种。
本发明使用混合煤粉作为含炭冷固结铁球团矿中的内配炭，可以不用无机粘结剂，减少有机粘结剂的用量，从而减少了无机物带到球团矿中的灰份和杂质，提高了球团矿的质量。按含炭冷固结铁球团矿中平均配入15％混合煤粉，平均灰份5％计算，带入球团矿中的灰份形成的杂质＜0.75％，硫分＜0.018％，硫在直接还原过程中可以脱除70～90％，脱硫效果明显。
本发明所配入的混合煤粉可以不具有粘结性或具有一定的弱粘结性，与焦炉煤气相似，依靠高温下煤粉中的挥发份首先气化为含H2较高的气体，增加了含炭冷固结铁球团矿的内粘结性。挥发份的产生提高了含碳球团内部气体压力，在球团内部含H2气体的高温高压作用下，球团内部分煤粉加氢后软化，提高了球团内粘结性，使球团在高温下保持一定的强度；同时，含碳球团表层煤粉中挥发份的挥发形成固定碳，由于固定炭的作用，在高温下又减弱了球团与球团之间的粘结性，使含炭冷固结铁球团矿彼此之间不宜粘连。
本发明的混合煤粉在炭化固化时，还原反应生成的还原尾气可以沿着由挥发份形成的固化气体微通道从球团内向外扩散，球团内还原后气体比较容易脱出，适当降低了还原过程中含炭冷固结铁球团矿内的气体压力，也使含炭冷固结铁球团矿彼此之间不宜粘连。
具体实施例方式
实施例1取腐殖酸钠6Kg、腐殖酸钙镁4Kg，加水30Kg，加热至100℃，搅拌1小时，加入铁精矿粉295Kg，弱粘结性气煤27.5Kg，气煤11Kg，瘦煤16.SKg，送入双螺旋搅拌机中搅拌后，再用皮带送入立式螺旋搅拌机搅拌，对辊压球机压制成型，制成的湿球送入烘干房中，于150℃烘干后，制成机械强度≥500N/个的含炭冷固结铁球团矿。
实施例2取腐殖酸4Kg，加水15Kg，加热至90℃，搅拌1.5小时，加入铁精矿粉284Kg，弱粘结性气煤28.8Kg，气煤36Kg，瘦煤7.2Kg，送入润磨机中混合搅拌，经圆盘给料机送入对辊压球机压制成型，制成的湿球送入返排式干燥炉中，于200℃烘干后，制成机械强度≥480N/个的含炭冷固结铁球团矿。
实施例3取腐殖酸钠4Kg，加水10Kg，加热至85℃，搅拌1小时，加入铁精矿粉295Kg，弱粘结性气煤36.6Kg，气煤12.2Kg，瘦煤12.2Kg，送入润磨机中混合搅拌，再送入圆盘造球机压制成型，制成的湿球送入烘干房中，于120℃烘干后，制成机械强度≥450N/个的含炭冷固结铁球团矿。
实施例4取腐殖酸4Kg，腐殖酸钠4Kg，加水30Kg，加热至95℃，搅拌1.5小时，加入铁精矿粉297Kg，弱粘结性气煤22Kg，气煤33Kg，送入双螺旋搅拌机中混合搅拌后，对辊压球机压制成型，制成的湿球送入连续隧道烘干窑中，于220℃烘干后，制成机械强度≥520N/个的含炭冷固结铁球团矿。
实施例5取腐殖酸钠4Kg加水8Kg，加热至90℃，搅拌1.5小时，加入铁精矿粉334Kg，弱粘结性气煤15.4Kg，气煤2.2Kg，瘦煤4.4Kg，送入立式搅拌机中混合搅拌后，对辊压球机压制成型，湿球送入立式烘干房中，于250℃烘干后，制成机械强度≥550N/个的含炭冷固结铁球团矿。
实施例6取腐殖酸4Kg，腐殖酸钠4Kg，腐殖酸钙镁2Kg，加水40Kg，加热至100℃，搅拌1.5小时，加入铁精矿粉278Kg，弱粘结性气煤57.6Kg，气煤7.2Kg，瘦煤7.2Kg，送入润磨机中混合搅拌后，对辊压球机压制成型，湿球送入烘干房中，于180℃烘干后，制成机械强度≥520N/个的含炭冷固结铁球团矿。
实施例7取小麦面粉2Kg，淀粉2Kg，加水15Kg，加热至90℃，搅拌0.5小时，加入铁精矿粉334Kg，弱粘结性气煤2.2Kg，气煤15.4Kg，瘦煤4.4Kg，送入润磨机中混合搅拌后，对辊压球机压制成型，湿球送入烘干房中，于150℃烘干后，制成机械强度≥520N/个的含炭冷固结铁球团矿。
权利要求
1.一种带有煤自粘结性的含炭冷固结铁球团矿，其特征是由下述重量百分比的组分混合制造球团矿，铁精矿粉 70～93％混合煤粉 6～28％粘结剂 1～3％其中，所述的混合煤粉是由下述重量百分比的煤种混合得到的，弱粘结性气煤 10～90％瘦煤 0～40％气煤 10～90％。
2.根据权利要求1所述的含炭冷固结铁球团矿，其特征是所述的粘结剂是腐植酸和/或腐植酸盐。
3.根据权利要求2所述的含炭冷固结铁球团矿，其特征是所述的腐植酸盐是一种腐植酸盐，或者是几种腐植酸盐的混合物。
4.生产权利要求1含炭冷固结铁球团矿的方法，其特征是在所述的粘结剂中加入1～5倍量的水搅拌均匀，升温至80～100℃，保温50～100分钟后，加入上述配比的铁精矿粉和混合煤粉，送入混合机械中混合均匀，由制团机械加工成球团，烘干后制成含炭冷固结铁球团矿。
5.根据权利要求4所述的含炭冷固结铁球团矿生产方法，其特征是所述的制团机械是对辊压球机或圆盘造球机。
6.根据权利要求4所述的含炭冷固结铁球团矿生产方法，其特征是所述的混合机械是双螺旋搅拌机、立式螺旋搅拌机、润磨机中的一种，或者两种串联使用。
7.根据权利要求4所述的含炭冷固结铁球团矿生产方法，其特征是将制团机械加工成的球团在100～300℃温度下烘干。
全文摘要
一种带有煤自粘结性的含炭冷固结铁球团矿，由70～93％的铁精矿粉、6～28％的混合煤粉、1～3％的粘结剂混合制成，其中的混合煤粉由10～90％的弱粘结性气煤、0～40％的瘦煤、10～90％的气煤混合得到。本发明的含炭冷固结铁球团矿灰份和杂质进一步减少，质量得到了提高，增加了球团矿的内粘结性，减弱了球团间粘结性，适当降低了还原过程中球团矿内气体压力，使含炭冷固结铁球团矿彼此之间不宜粘连。
文档编号C22B1/244GK1718780SQ20051001272
公开日2006年1月11日 申请日期2005年8月3日 优先权日2005年8月3日
发明者苏亚杰, 杜英虎, 尹年方, 苏亚达 申请人:苏亚杰