专利名称：一种高炉用铁焦及其制备和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种高炉用铁焦及其制备和应用。
背景技术：
高炉冶炼需要大量的优质冶金焦炭，其生产依赖于结焦性能良好的焦煤，由于我国焦煤 资源分布很不均衡，以及焦碳产量因炼焦工序能耗高、环境污染严重被严格限制，加上钢铁 工业高速发展，造成不少厂家焦碳资源紧缺。而化学成份、发热量等物化性能与焦炭差异不 大的焦粉，因粒度太小影响高炉料柱的透气性而得不到很好的利用。在大块焦炭破碎过程中 可产生20-25%的焦粉，而且焦炭入炉前由于整粒还将筛分出部分焦粉，目前我国焦碳产量超 过3亿吨，即使按照焦粉产生比例20%计算，我国每年的焦粉数量在7500万吨以上，焦粉主要 作为燃料用于烧结，按照年产5亿吨烧结矿、烧结中焦粉配比5%计算，每年消耗量为2500万 吨左右，因此还剩余5000万吨左右的焦粉由于没有较好的成型技术，只能堆积甚至废弃，不 但资源得不到利用，还污染环境，若能对这些资源加以开发利用作高炉燃料，可高效利用焦 粉资源，而且焦粉的价格仅为焦碳的1/10-1/3，如果用焦粉替代部分焦碳用于高炉冶炼，将 有利于大幅降低生铁成本。所以对焦粉深加工，开发技术含量高、附加值大的产品是焦粉高 效利用的重要课题。其中利用焦粉生产铁焦就是潜在的应用途径之一。
国外有利用焦粉生产铁焦的试验研究，其方法是在炼焦配煤中加入部份焦粉和含铁原料 ，在900-100(TC的炼焦炉内干馏后得到的一种含铁的块状焦炭。上述方法主要是利用配煤中 的结焦煤在高温下干馏固结的原理，因此对配煤提出了要求，不能大比例的利用焦粉，而且 铁焦需要高温处理才能达到冶炼的强度要求，焦粉再次回炉造成二次耗能、二次污染。而对 于在冷压成型、低温固结的条件下，制备出既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落，又 能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重的铁焦还未有报道。
发明内容
本发明的技术任务之一提供一种性能优良的高炉用铁焦，其既能承受皮带输送过程中的 机械碰撞、跌落，又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重。
本发明的技术任务之二就是开发冷压成型、低温固结条件下生产铁焦的方法，使得能较 大比例范围地利用焦粉，并使铁焦具有运转、冶炼所需要的冷态和热态强度。
本发明的技术任务之三是提供本发明铁焦的应用。
本发明高炉用铁焦由以下质量百分比的成分组成，焦粉10 7Q wt%、含铁原料20 82wt%、粘结齐!j8 10wt。/。。
所述的粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5 1.5:5 7:11 13添加得混合溶液，再加入占混合溶液0.05 0.6wt。/。的稳定剂；搅拌均匀，反应釜温 度170 19(TC， 1.2 1.4Mpa压力下，反应l. 5 3小时，冷却分离沉降不溶物得到。
所述粘结剂中的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠；所述的硅溶胶或硅胶中 Si02的质量百分数为30 60。/。。所述的稳定剂为NaOH、 K0H或NH40H。
所述铁焦中的含铁原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种 ，粒度小于10mm。
所述的铁焦的制备方法是将粘结剂添加到含铁原料和焦粉中，通过冷压成型-低温固结 制备得到铁焦，具体过程如下按照焦粉10 70 wt%、含铁原料20 82wt。/。混合，同时配入 8 10wt。/。的粘结剂，并加水至混合料重量的15-20%，在300 800kg/ci/的压力下冷压成型得 到湿块；将湿块在300 60(TC温度下干燥制得铁焦。
焦粉比例为10-50wty。的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装，替代部分含铁炉料和燃料。焦 粉比例为50-70wt。/。的铁焦用于小型高炉，布料在矿层与焦碳层之间作燃料。
本发明的技术解决方案如下
1) 铁焦制备将焦粉和含铁原料按一定比例配料，并配入8 10wt。/。的粘结剂，视原料 水分情况适当加水使压块原料达到适宜的水分， 一般为15 20wt。/。。压块原料经混匀后在 300 800kg/ci/的压力下冷压成型得到①(30 40) mmX (20 25) mm的椭球形湿块，然后 将湿块送入干燥筒，在300 60(TC温度下干燥至水分完全脱除，即可制得铁焦。其工艺流程 图见图l。
2) 铁焦使用方法焦粉比例为50-70wt。/。的铁焦用于小型高炉，布料在矿层与焦碳层之 间作焦碳代用燃料，铁焦布料在焦碳层之上、矿层之下；焦粉比例范围为10-50wt。/。的铁焦用 于中型高炉与烧结矿混装，替代部分含铁炉料并减少高炉焦碳消耗量。
所述步骤l)中的焦粉配比为10 70wt。/。，当焦粉配比为10-50wt。/。时，焦粉粒度小于 6. 3mm;而焦粉配比为50-70wt。/。时，焦粉粒度小于10mm。
所述步骤l)中的含铁原料，可以为铁矿粉、铁精矿或除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥等 含铁杂料，可选择其中的一种或多种，要求粒度小于10mm。
所述步骤2)中焦粉比例为10-50wt。/。的铁焦在高炉中的用量为20 80Kg/tFe，焦粉比例 为50-70wt。/。的铁焦用量为20 100Kg/tFe。
本发明的特征及带来的有益效果1) 冷压成型-低温固结法的优点
与现有技术相比，冷压成型、低温固结制备铁焦能耗低，投资小，解决了传统铁焦生产 效率低，影响焦炉炉衬使用寿命的弊病，且不需要结焦煤和弱粘结性煤为粘结剂，可单独使 用焦粉成型，无需高温焙烧，无环境污染。
2) 粘结剂制备铁焦产品的性能
① 焦粉比例为10-50wt。/。的铁焦指标为湿块落下强度大于3次/ (0.5m'个)；干块转鼓 强度TI (测量方法同烧结矿转鼓强度)为79. 5% 87. 1%，抗压强度大于2000N/个；热强度 130(TC不溃散，两米高落下不碎；其质量能满足高炉冶炼的要求；
② 焦粉比例为50-70wt。/。的铁焦指标为湿块落下强度大于3次/ (0.5111*个)；干块抗碎
强度(测量方法同焦碳抗碎强度)]\125为87. 2% 90. 0%，耐磨强度Mn)为6. 5 9. 0%，抗压强度 大于2000N/个；热强度130(TC不溃散，两米高落下不碎；其质量能满足替代部分冶金焦碳的 要求。
3) 用该粘结剂制备的铁焦应用到高炉的效果
① 焦粉比例为50-70wt。/。的铁焦应用到高炉的效果
A. 能替代冶金焦碳作炼铁燃料，以当量的固定碳为基准，铁焦的置换比在1.0附近；
B. 能改善还原反应的条件，有利于提高煤气的利用率。
② 焦粉比例为10-50wt%的铁焦应用到高炉的效果
A. 铁焦粒度均匀，能改善高炉中块状带的透气性，对软熔带的透气性影响不大；
B. 铁焦中焦粉表面积大，含铁矿物与焦粉接触良好，改善了还原反应的条件，有利于 含铁矿物的还原；
C. 由于还原产生的C02首先与铁焦中反应性能较好的焦粉进行碳的气化反应，因此混装 铁焦对层状大块焦具有保护作用，使进入中心焦层的大块焦具有较大的粒度和强度，改善了 炉缸及其附近区域的透气、透液性。
D. 铁焦的应用提高了煤气利用率，提高高炉产量，降低冶金焦碳的用量。
图l为本发明的生产工艺流程图。
具体实施例方式
下面实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。 具体操作方法实施例l:生产粘结剂的原料配比SHN:硅溶胶:水为1:5:12，硅溶胶质量百分数为 40. 0%，加入0. 2wt。/。Na0H为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为反应釜反应温度180。C ，蒸汽压 1.3Mpa，反应时间为2.5小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉:铁矿粉:粘结剂为60:30:10，并加水至混合料重量的17. 0%，焦粉、 铁矿粉粒度均小于10mm，压块大小为①35mmX20mm，压力为300Kg/cm2，在350。C温度下干燥 。得到的铁焦质量指标为湿块落下强度3.4次/ (0.5111*个)；干块抗碎强度M25为88. 6%， 耐磨强度Mw为7. 8%，抗压强度2533N/个；热强度130(TC不渍散，两米高落下不碎。
实施例2:生产粘结剂的原料配比SHN:硅溶胶水为1:6:11，硅胶质量百分数为50. 5%， 加入0.2wt。/。K0H为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为反应釜反应温度185'C，蒸汽压l. 2Mpa， 反应时间为3小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉:铁矿粉:粘结剂为65:27:8，并加水至混合料重量的17. 5%，焦粉、铁 矿粉粒度均小于10mm，压块大小为①35mmX20mm，压力为500Kg/cm2，在300。C温度下干燥。 得到的铁焦质量指标为湿块落下强度3.6次/ (0.5m"个)；干块抗碎强度M25为87. 4%，耐 磨强度Mn)为8.0%，抗压强度2362N/个；热强度130(TC不渍散，两米高落下不碎。
实施例3:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠硅溶胶:水为1:6:12，硅溶胶质量百 分数为40%，加入0.2wt。/。NaOH为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为反应釜反应温度190。C ，蒸 汽压1.2Mpa，反应时间为2.5小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉:铁矿粉:粘结剂为32:60:8，并加水至混合料重量的15. 5%，铁矿粉粒 度小于10mm，焦粉粒度小于6. 3mm，压块大小为①35mmX20mm，压力为300Kg/cm2，在400。C 温度下干燥。得到的铁焦质量指标为湿块落下强度3.6次/ (0.5111*个)；干块转鼓强度 丁1为82.3%，抗压强度2609N/个；热强度130(TC不溃散，两米高落下不碎。
实施例4:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠硅胶:水为1:7:12，硅胶质量百分数 为50. 5%，加入O. 3wt。/。K0H为稳定剂，搅拌均匀。反应条件为反应釜反应温度19(TC ，蒸汽 压1.3Mpa，反应时间为3小时，冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉:铁矿粉:粘结剂为25:65:10，并加水至混合料重量的15. 0%，铁矿粉 粒度小于10mm，焦粉粒度小于6.3mm，压块大小为①35mmX20mm，压力为600Kg/cm2，在450 'C温度下干燥。得到的铁焦质量指标为湿块落下强度4.2次/ (0.5111*个)；干块转鼓强度 TI为84. 1%，抗压强度2822N/个；热强度130(TC不溃散，两米高落下不碎。
采用上述实例l、 2制备得到的焦粉比例为50-70wt。/。的铁焦应用在小型高炉中，比例逐步 增加到100Kg/tFe，高炉工艺顺行，冶金焦炭消耗量下降，高炉利用系数略有增加；而采用上述实例3、 4制备得到的焦粉比例为10-50wt。/。的铁焦应用在中型高炉中，比例逐步增加到 80Kg/tFe，高炉操作无异常情况，且焦比下降。
权利要求
1.一种高炉用铁焦，其特征在于，所述的铁焦由以下质量百分比的成分组成，焦粉10～70wt％、含铁原料20～82wt％、粘结剂8～10wt％。
2.根据权利要求l所述的铁焦，其特征在于，所述的粘结剂是将有机 高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5 1.5:5 7:11 13添加得混合溶液，再加 入占混合溶液O. 05 0. 6wt。/。的稳定剂；搅拌均匀，反应釜温度170 19(TC， 1. 2 1. 4Mpa压 力下，反应1.5 3小时，冷却分离沉降不溶物得到。
3.根据权利要求2所述的铁焦，其特征在于，所述的有机高分子聚合 物为SHN或羧甲基纤维素钠；所述的硅溶胶或硅胶中Si02的质量百分数为30 60呢。
4.根据权利要求2所述的铁焦，其特征在于，所述的稳定剂为NaOH、 K0H或NH40H。
5.根据权利要求l所述的铁焦，其特征在于，所述的含铁原料为铁矿 粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种，粒度小于10mm。
6.权利要求l所述的铁焦的制备方法，其特征在于，将粘结剂添加到 含铁原料和焦粉中，通过冷压成型-低温固结制备得到铁焦。
7.根据权利要求6所述的铁焦的制备方法，其特征在于，按照焦粉 10 70 wt%、含铁原料20 82wt。/。混合，同时配入8 10wt。/。的粘结剂，并加水至混合料重量 的15-20%，在300 800kg/cm2的压力下冷压成型得到湿块；将湿块在300 600。C温度下干燥 制得铁焦。
8.根据权利要求7所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述的含铁 原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种，粒度小于10mm。
9.权利要求l所述的铁焦的应用，其特征在于，焦粉比例为 10-50wt。/。的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装，替代部分含铁炉料和燃料。
10. 权利要求l所述的铁焦的应用，其特征在于，焦粉比例为 50-70wty。铁焦用于小型高炉，布料在矿层与焦碳层之间作燃料。
全文摘要
本发明公开了一种高炉用铁焦及其制备和应用，为低廉焦粉的高效利用开辟了新的途径。冷压成型-低温固结法制备铁焦的方法是加入8～10％的粘结剂到含铁原料和焦粉中，经混匀后在300～800kg/cm<sup>2</sup>的压力下冷压成型得到Φ(30～40)mm×(20～25)mm的椭球形湿块，在300～600℃温度下干燥即可制得铁焦。焦粉配比可在10-70％的范围内变化；上述方法能大比例的利用焦粉，无需高温处理，不会造成二次耗能、二次污染；而对于在冷压成型、低温固结的条件下，制备出既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落，又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重的铁焦。
文档编号C22B1/244GK101619386SQ20091030555
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月12日 优先权日2009年8月12日
发明者涛 姜, 张元波, 张振慧, 骞 李, 李光辉, 杨永斌, 敏 甘, 白国华, 范晓慧, 袁礼顺, 斌 许, 郭宇峰, 陈许玲, 黄柱成 申请人:中南大学