以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法
【专利摘要】本发明公开一种以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，将高氢损高碳的一次还原铁粉经加热干燥，且控制布料量均衡稳定、结团粒度、料面平整光滑，并送入二次精还原钢带炉中进行精还原，视脱碳和脱氧效果由低向高调节1～10个脱氧、脱碳区的温度；然后将二次精还原出口铁块进行粉碎，并经常规分级筛，即得合格微合金铁粉。本发明仅实现了资源丰富而又价格相对低廉得多的攀西钒钛磁铁矿的制备微合金铁粉，显著降低了微合金铁粉制造成本，大幅度减弱了制备优质铁粉时对高稳定性优质精矿粉的依赖性。有效扩大了资源丰富、质量稳定而价格又相对廉价得多的攀西钒钛磁铁矿资源利用率，并获取富含多种合金元素、性能优异的微合金铁粉。
【专利说明】
以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，属于直接还原铁粉制造技术领域。
【背景技术】
[0002]从铁矿石资源看，攀西地区钒钛磁铁矿资源丰富，现已探明的钒钛磁铁矿远景储量超过100亿吨，保有储量为67.3亿吨，不仅数量巨大，品质稳定，并且钒钛磁铁矿是以铁、钒、钛元素为主，并伴有钴、镍、钪、镓等其它多种元素的多元共生铁矿。从资源利用和改善产品特性出发，这就使充分利用钒钛磁铁矿资源及其合金元素改善铁粉产品特性成分要求来看具有极为现实的意义。
[0003]目前国内采用钒钛铁精矿制取还原铁粉的主要是:应用TFe含量低(52?60%)的攀西钒钛磁铁矿与固体还原剂(焦炭粉末或掺混10?15%石灰粉的无烟煤)以相互并不混合的间层式装填于耐火罐子中，然后在隧道窑内加热到1050?1100°C，经过长时间还原后冷却到200°C左右取出卸罐，经破碎磨选及干燥后所获得的海绵铁粉用氨分解气在耐热的钢带式炉内进行还原退火(退火温度为800?900°C )获取得到高TFe含量(>98.5%)、C〈0.025%、固溶有钒(V)、钛(Ti)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)等多种元素的品质优异的天然微合金铁粉。
[0004]在还原铁粉企业生产过程中，高品质原料成本占吨材全成本的80%以上，伴随国内优质矿石的匮乏、超级精矿提纯代价及运输费用的攀升，使得还原铁粉竞争力日渐下降，中高端铁粉市场又被国外铁粉所占据。因此，开拓使用资源丰富、价格低廉而又富含合金元素的攀西钒钛磁铁矿资源，并降低铁粉制备成本、发挥微合金铁粉优异性能并最终达到部分取代进口还原铁粉，对铁粉后续深加工技术产品起到良好支撑，对于增强粉末冶金企业市场竞争力至关重要。
[0005]由于利用攀西钒钛磁铁矿制备微合金铁粉过程中工序环节质量控制点多，流程:攀西钒钛磁铁矿+内配碳+工业盐—混合料+边煤+石灰石粉—长时间加温保温催化还原—三级磨矿磁选—脱水—干燥—二次还原钢带炉—破碎筛分—合批成品。在进入二次还原钢带炉前经过了六道处理工序，而每经过一道工序，原料质量和稳定性发生变化，均会对下一道工序操作参数、中间产品质量产生重大影响。尤其是，在催化还原阶段，温度点的分布、保温时间长短、煤气压力、质量等发生变化都会使一次还原铁粉成分和质量发生很大变化，继而影响后续工序设备选型及操作参数的调整。
[0006]因此，系统研发利用资源丰富、价格低廉且含有多种合金元素的攀西钒钛磁铁矿作为原料制取高TFe含量(>98.5% )、低C含量(〈0.025%)、HL〈0.30%且固溶有钒(V)、钛(Ti)、钴(Co)、镍(Ni)等多种合金元素品质优异的微合金铁粉的制备方法，是解决目前国内还原铁粉成本高昂、性能不佳等竞争力不强的重要途径之一。但由于攀西钒钛磁铁矿矿品位低、二氧化硅及其他脉石成分含量高，且在催化还原过程中带入了较多的氯元素；同时由于钒钛磁铁矿在催化还原阶段受煤气压力、热值、温度区域分布及保温时间的变动，会影响铁矿石还原程度和铁晶粒的发育及长大过程，这会对微合金铁粉原料一一次铁粉品质成分产生重大影响。尤其是，易于造成一次铁粉氢损及碳含量偏高的情形。
[0007]因此，用高氢损高碳一次铁粉制取合格微合金铁粉，进入二次还原钢带炉精还原时，会造成还原过程不稳定，脱碳脱氧效率降低，不仅造成二次铁粉铁元素含量及氢损、氧含量波动大，同时会因满足脱除氧元素需要提升还原温度造成钢带炉铁粉粘结钢带现象，这又进一步恶化二次还原气氛和效果，甚至使钢带寿命大幅减少。处理钢带会因为升降温促使电费大幅上升，并且会因影响整个生产节奏而又导致产品质量合格率显著降低。上述种种均是造成钢带炉精还原过程炉况不稳定的因素，使钢带炉还原过程难以稳定进行，产品质量得不到保证，使增加产量，降低加工费用困难，会因产品质量恶化、合格率降低等指标恶化引起成本大幅度上升。
[0008]因而在钢带炉对铁粉进行二次精还原过程中规模使用高氢损高碳含量一次铁粉，利用氨分解气(3H2+1N2)，并按普通还原铁粉常规制备方法制取合格微合金铁粉是极其困难的。现有利用普通铁精矿(超级铁精矿)、铁鳞或用钒钛精矿制取合格还原铁粉的方法，仍然建立在整体入炉品位较高或是氢损、碳含量较低的水平，利用氢损>2.5%、碳含量>0.65%的一次铁粉及使用氢气纯度不高的氨分解气(体积比3:1，3H2+1N2)，进行二次精还原制取合格微合金粉的方法，则未见有相关文献报导。长沙矿冶研究院使用攀西钒钛矿资源，并也保持着较高铁粉性能和较好技术经济指标，但其一次铁粉中氢损和碳含量在2.5%、0.65%以下，并且一次铁粉资源来源相当稳固，成分性能稳定，有害元素较低。其他铁粉生产企业铁粉虽具一定特色，但其大多数仍然属于使用超级铁精矿粉或是铁鳞生产还原铁粉，并属于普通铁粉的范畴。钢带炉所使用一次铁粉整体上来讲，氢损及碳含量较低、稳定性强，资源依赖性较高，且未能体现出微合金铁粉富含多种合金元素等特点。因此，必须研发能在二次精还原钢带炉中规模使用高氢损高碳含量一次铁粉及氢气纯度不高的氨分解气(3H2+1N2)，生产出合格微合金铁粉的新方法。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种能在还原铁粉二次精还原中，能够规模使用高氢损、碳含量高的一次铁粉及使用氢气纯度不高的氨分解气(3H2+1N2)，并具有一定生产强度，能保持钢带炉炉况长周期稳定顺行，最终制造出合格微合金铁粉的方法，以扩大资源丰富而又相对廉价得多的攀西钒钛磁铁矿资源利用率，并获取富含多种合金元素、性能优异的微合金铁粉。
[0010]本发明通过下列技术方案实现:一种以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，经过下列步骤:
A、将高氢损高碳的一次还原铁粉(含水10?15%)经加热干燥至温度为60?75°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.25?0.33，且控制布料量均衡稳定、结团粒度<5mm、料面平整光滑，并送入二次精还原钢带炉中进行精还原，控制参数为:
料层宽度860?900mm，厚度25?28mm，带速120?160mm/min;入炉氨分解气的流量为28?36m3/h，炉尾保护氮气的流量为12?15m3/h;使炉内氨分解气的压力为0.05?0.08MPa，保护氮气的压力为0.50?0.70MPa;视脱碳和脱氧效果由低向高调节I?10个脱氧、脱碳区的温度为720?900°C ;缓冷带温度为140?180°C ； B、将步骤A的二次精还原出口铁块进行粉碎，并经常规分级筛，即得200?325目的合格微合金铁粉。所得微合金铁粉中(K TFe) - WMFe)含量0.50?0.80%。
[0011 ] 所述步骤A的高氢损高碳的一次还原铁粉的主要成分为:TFe 95.5?96.5wt%,MFe86.0?88.0 wt %,HL 2.50?3.0 wt %，C 0.65?0.85 wt %。
[0012]所述高氢损高碳的一次还原铁粉是将低品位钒钛磁铁矿与普通无烟煤按质量比为55?57:12?15混合后，再加入工业盐在1040?1080°C、保温32?36h的常规催化还原后磨选分离而得到。
[0013]所述低品位钒钛磁铁矿的化学成分为:TFe 55?58 wt%，Si02 2.26?4.45 wt %，Al2O3 2.32?3.73 wt %，Ti02 6.61 ?6.86 wt %,V205 0.70?0.79 wt %，S 0.076?0.120wt %，FeO 22.79?24.23 wt %。
[0014]所述普通无烟煤的化学成分为:Ash 13.46?14.80 wt %，V 7.70?9.20 wt %，S0.43?0.80 wt %，固定C含量76.23?77.36 wt %。
[0015]所述工业盐化学成分为:NaCl99.0?99.3 wt %，KC1 0.015?0.025 wt %，MgCl2
0.015?0.025 wt %，CaCl 0.015?0.025 wt %,CaSO4 0.10?0.25 wt %，Si020.015?
0.025 wt %o
[0016]所述步骤A的氨分解气是出和他按体积比为3:1的混合气体。
[0017]所述步骤A的保护氮气的纯度为99.95?99.99%。
[0018]所述步骤A的视脱碳和脱氧效果是指脱碳率小于90%、脱氧率小于85%时在温度范围720?900°C内由低向高调节I?10个脱氧、脱碳区的温度。
[0019]本发明基于还原铁粉制备基础理论，利用氢气、碳还原热力学及动力学原理，结合还原铁粉二次精还原炉实际工艺参数及控制，使二次精还原炉不仅实现了资源丰富而又价格相对低廉得多的攀西钒钛磁铁矿的制备微合金铁粉，并有效提升技术经济指标，显著降低了微合金铁粉制造成本，较大程度减弱了规模使用攀西钒钛磁铁矿资源时催化还原产生的高氢损、碳含量高的一次铁粉及使用氢气纯度不高的氨分解气(3H2+1N2)后对二次精还原炉生产的不利影响，使二次精还原炉炉况实现一定生产强度，以及长周期稳定顺行，大幅度减弱了制备优质铁粉时对尚稳定性优质精矿粉的依赖性，抑制了一次铁粉氣损升尚、尚碳含量对微合金铁粉化学成分、理化性能的影响幅度，使微合金铁粉铁含量及碳、氢损等主要指标改善稳定，不仅产量有所增加，且综合制造成本显著下降。有效扩大了资源丰富、质量稳定而价格又相对廉价得多的攀西钒钛磁铁矿资源利用率，并获取富含多种合金元素、性能优异的微合金铁粉。
[0020]本发明与现有的还原铁粉及合金铁粉制备方法相比，常规工艺对一次铁粉成分特点针对性不强，产品质量指标较差，且不稳定，明显的有，(K TFe) - WMFe)含量差值〉1.0%(说明还原不佳)，(KC)易出现>0.030%上限情况，WHL)易出现>0.30%上限情况;成本方面，纯氢价格为氨分解气的10倍，仅此一项，吨铁粉制备成本就相差600?700元/吨，此外，使用纯氢安全风险增大。而本发明在全攀西钒钛磁铁矿资源条件下，不再依赖高品质超级精矿资源，规模使用利用攀西钒钛磁铁矿资源催化还原产生的高氢损、碳含量高的一次铁粉及使用氢气纯度不高的氨分解气(3H2+1N2)，突破现有利用超级铁精矿(TFe>70%)或铁鳞以及利用钒钛磁铁矿生产的低碳低氧型一次铁粉生产合金铁粉的传统铁粉制备模式。在二次精还原炉平均入炉一次铁粉TFe 95.5-96.5%,MFe 86.0?91.0%，HL 2.50-3.0%,C 0.65?0.85%时，二次精还原炉炉况保持一定生产强度，实现炉况稳定顺行，制备的微合金铁粉KTFe)突破99.0%, KCX0.025%，KHLK0.30%，产量有所增加，电耗及液氨消耗量稳定。有效扩大了资源丰富、质量稳定而价格又相对廉价得多的攀西钒钛磁铁矿资源利用率及利用氢气纯度不高的氨分解气(3H2+1N2)，所制取的富含多种合金元素的微合金铁粉理化指标较好，并且，微合金铁粉制造成本降低了 1000余元/吨。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明做进一步描述。
[0022]实施例1
将低品位钒钛磁铁矿与普通无烟煤按质量比为55.65:13混合后，再加入工业盐在1060°C、保温33h的常规催化还原后磨选分离而得到高氢损高碳的一次还原铁粉(磨选分离流程为:破碎—磨矿磁选(二次重复)—脱水—干燥—分级—尚氢损尚碳一次铁粉)。
[0023]其中，低品位钒钛磁铁矿的化学成分为:TFe 55.65%，S12 4.45%，Al2O3 3.73%，T12 6.86%,V2O5 0.79%,S 0.120%,FeO 24.23%;普通无烟煤的化学成分为:Ash 14.80%,V9.20%，S 0.80%，固定C含量77.36%，细度60目；工业盐化学成分为:NaCl 99.3%, KCl
0.025%,MgCl2 0.025%,CaCl 0.025%,CaSO4 0.25%,S12 0.025%。
[0024]所得高氢损高碳的一次还原铁粉的主要成分为:TFe 95.53%, MFe 86.2%, HL2.85%，C 0.795%。
[0025]A、将上述高氢损高碳的一次还原铁粉(含水15%)经加热干燥至温度为70°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.279，且控制布料量均衡稳定、结团粒度<5mm、料面平整光滑，并送入二次精还原钢带炉中进行精还原，控制参数为:
料层宽度900mm，厚度26mm，带速145mm/min;入炉氨分解气(H2和N2按体积比为3:1的混合气体)的流量为32m3/h，炉尾保护氮气(纯度为99.95?99.99%)的流量为12?15m3/h;使炉内氨分解气的压力为0.065MPa，保护氮气的压力为0.65MPa;10个脱氧、脱碳区温度分别为720 cC、750 cC、780 cC、800 cC、850 cC、850 cC、870 cC、870 cC、880 cC、860 Γ;缓冷带温度为 162°C；
B、将步骤A的二次精还原出口铁块进行粉碎，并经常规分级筛，即得合格(-200目?325目)微合金铁粉。
[0026]所得微合金铁粉中(KTFe)98.55%，(KC)0.020%，(KHL)0.30%，(KTFe)-^KMFe)含量差值0.80%，碳脱除率97.48%、氧脱除率89.47%，未影响炉况稳定顺行和技术经济指标。
[0027]实施例2
将低品位钒钛磁铁矿与普通无烟煤按质量比为55:12混合后，再加入工业盐在1040°C、保温36h的常规催化还原后磨选分离而得到高氢损高碳的一次还原铁粉(磨选分离流程为:破碎—磨矿磁选(三次重复)—脱水—干燥—分级—高氢损高碳一次铁粉)。
[0028]其中，低品位钒钛磁铁矿的化学成分为:TFe 54.93%，S12 4.87%，Al2O3 3.79%，T12 7.03%,V2O5 0.76%,S 0.126%,FeO 22.63%;普通无烟煤的化学成分为:Ash 15.67%,V9.55%，S 0.86%，固定C含量75.88%，细度60目；工业盐化学成分为:NaCl 99.2%, KCl
0.028%,MgCl2 0.022%,CaCl 0.031%,CaSO4 0.27%,S12 0.020%。
[0029]所得高氢损高碳的一次还原铁粉的主要成分为:TFe 95.22%, MFe 86.0%, HL3.05%,C 0.805%o
[0030]A、将上述高氢损高碳的一次还原铁粉(含水13%)经加热干燥至温度为60°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.264，且控制布料量均衡稳定、结团粒度<5mm、料面平整光滑，并送入二次精还原钢带炉中进行精还原，控制参数为:
料层宽度890mm，厚度25mm，带速120mm/min;入炉氨分解气(H2和N2按体积比为3:1的混合气体)的流量为28m3/h，炉尾保护氮气(纯度为99.95?99.99%)的流量为14m3/h;使炉内氨分解气的压力为0.05MPa，保护氮气的压力为0.70MPa;10个脱氧、脱碳区温度分别为750°C、780 °C ^ 800 °C ^ 830 °C ^ 860 °C ^ 860 °C ^ 870 °C ^ 880 °C ^ 880 °C、860°C ;缓冷带温度为 169°C ；
B、将步骤A的二次精还原出口铁块进行粉碎，并经常规分级筛，即得合格(-200目?325目)微合金铁粉。
[0031]所得微合金铁粉中(KTFe)98.52%，(K C)0.022%，(KHL) 0.29%，(K TFe) - WMFe)含量差值0.78%、碳脱除率97.27%、氧脱除率90.49%，未影响炉况稳定顺行和技术经济指标。
[0032]实施例3
将低品位钒钛磁铁矿与普通无烟煤按质量比为57: 15混合后，再加入工业盐在1080°C、保温32h的常规催化还原后磨选分离而得到高氢损高碳的一次还原铁粉(磨选分离流程为:破碎—磨矿磁选(二次重复)—脱水—干燥—分级—尚氢损尚碳一次铁粉)。
[0033]其中，低品位钒钛磁铁矿的化学成分为:TFe 55.93%，S12 4.47%，Al2O3 3.39%，T12 6.63%,V2O5 0.71%,S 0.116%,FeO 23.85%;普通无烟煤的化学成分为:Ash 15.25%,V
8.98%, S 0.86，固定C含量76.01%，细度60目;工业盐化学成分为:NaCl 99.32%, KCl
0.033%,MgCl2 0.021%,CaCl 0.029%,CaSO4 0.23%,S12 0.022%。
[0034]所得高氢损高碳的一次还原铁粉的主要成分为:TFe 9 5.46%, MFe 87.06%, HL2.58%，C 0.696%ο
[0035]A、将上述高氢损高碳的一次还原铁粉(含水11%)经加热干燥至温度为75°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.270，且控制布料量均衡稳定、结团粒度<5mm、料面平整光滑，并送入二次精还原钢带炉中进行精还原，控制参数为:
料层宽度860mm，厚度28mm，带速160mm/min;入炉氨分解气(?和N2按体积比为3:1的混合气体)的流量为36m3/h，炉尾保护氮气(纯度为99.95?99.99%)的流量为12m3/h;使炉内氨分解气的压力为0.08MPa，保护氮气的压力为0.50MPa;10个脱氧、脱碳区温度分别为760°C、800 °C ^ 820 °C ^ 850 °C ^ 850 °C ^ 850 °C ^ 870 °C ^ 870 °C ^ 870 °C、860°C ;缓冷带温度为 180°C ；
B、将步骤A的二次精还原出口铁块进行粉碎，并经常规分级筛，即得合格(-200目?325目)微合金铁粉。
[0036]所得微合金铁粉中(KTFe) 98.85%，(K C) 0.016%，(K HL) 0.25%，(K TFe) - WMFe)含量差值0.69%、碳脱除率97.70%、氧脱除率90.31%，未影响炉况稳定顺行和技术经济指标。
【主权项】
1.一种以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于经过下列步骤: A、将高氢损高碳的一次还原铁粉经加热干燥至温度为60?75°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.25?0.33，且控制布料量均衡稳定、结团粒度<5mm、料面平整光滑，并送入二次精还原钢带炉中进行精还原，控制参数为: 料层宽度860?900mm，厚度25?28mm，带速120?160mm/min;入炉氨分解气的流量为28?36m3/h，炉尾保护氮气的流量为12?15m3/h;使炉内氨分解气的压力为0.05?0.08MPa，保护氮气的压力为0.50?0.70MPa;视脱碳和脱氧效果由低向高调节I?10个脱氧、脱碳区的温度为720?900°C ;缓冷带温度为140?180°C ； B、将步骤A的二次精还原出口铁块进行粉碎，并经常规分级筛，即得200?325目的合格微合金铁粉。2.根据权利要求1所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述步骤A的高氢损高碳的一次还原铁粉的主要成分为:TFe 95.5?96.5wt%，MFe 86.0?88.0 wt %，HL 2.50?3.0 wt %，C 0.65?0.85 wt %。3.根据权利要求2所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述高氢损高碳的一次还原铁粉是将低品位钒钛磁铁矿与普通无烟煤按质量比为55?57:12?15混合后，再加入工业盐在1040?1080°C、保温32?36h的常规催化还原后磨选分离而得到。4.根据权利要求3所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述低品位钒钛磁铁矿的化学成分为:TFe 55?58 wt%，Si02 2.26?4.45 wt%, Al2O3 2.32?3.73 wt %，Ti02 6.61 ?6.86 wt %,V205 0.70?0.79 wt %，S 0.076?0.120 wt %，FeO 22.79?24.23 wt %05.根据权利要求3所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述普通无烟煤的化学成分为:Ash 13.46?14.80 wt %，V 7.70?9.20 wt%，S 0.43?0.80 wt %，固定C含量76.23?77.36 wt %。6.根据权利要求3所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述工业盐化学成分为:NaCl 99.0?99.3 wt %，KC1 0.015?0.025 wt %，MgCl2 0.015?0.025 wt %，CaCl 0.015?0.025 wt %,CaSO4 0.10?0.25 wt %,S120.015?0.025 wt %o7.根据权利要求1所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述步骤A的氨分解气是出和他按体积比为3:1的混合气体。8.根据权利要求1所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述步骤A的保护氮气的纯度为99.95?99.99%。9.根据权利要求1所述的以高氢损高碳的一次还原铁粉制取合格微合金铁粉的方法，其特征在于:所述步骤A的视脱碳和脱氧效果是指脱碳率小于90%、脱氧率小于85%时在温度范围720?900°C内由低向高调节I?10个脱氧、脱碳区的温度。
【文档编号】C21B13/00GK105880584SQ201610244541
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】杨雪峰, 林安川, 王涛, 刘晓红, 吴继云, 张宝军, 高顺超, 李秋萍, 游俊, 代将
【申请人】玉溪大红山矿业有限公司