利用铁矿粉和煤制备高反应性铁焦的方法和高反应性铁焦与流程

本发明涉及铁矿粉和低品位煤加工及焦炭制备，更具体地说，涉及一种利用铁矿粉和煤制备高反应性铁焦的方法和高反应性铁焦。

背景技术：

1、近年来，全球变暖等环境问题形势日益严峻，co2减排已成为人类共同面对的挑战；尤其是钢铁行业将长期承受巨大的碳减排压力。在当前乃至未来相当长一段时期内，高炉-转炉流程仍是钢铁生产的主要流程，该流程中高炉炼铁co2排放量和能耗分别占整个流程的80％和70％以上。因此，高炉炼铁是钢铁工业降低能耗和减少co2排放的关键。因此炼铁高产能对炼铁必要原料焦炭提出了较高要求，而生产焦炭需要使用炼焦煤资源，随着炼焦煤资源的大量消耗，炼焦煤资源越来越少，特别是优质炼焦煤资源逐渐枯竭，如何更多使用低变质程度的煤，或者更少使用炼焦煤资源已经成为目前最大的课题。

2、研究表明，铁元素和碱金属元素化合物对焦炭气化反应有正催化作用，促进高炉内co的生成，从而可以促进焦炭与矿石在高炉内的反应，可作为炼制高反应焦炭的原料，依据rist操作线原理，高反应性铁焦可以降低高炉热储备区温度，提高炉身还原效率，提高煤气利用率，提高矿石的还原程度，从而达到降低焦比，降低高炉生产成本。高炉降低生产成本提高高炉生产效率是炼铁的永恒主题，从而如何制备高反应焦炭或者类似物料成为当前炼铁同仁研究的热点。

3、中国专利公开号cn106048114a、cn104119939a、cn106635067a等均提出了铁焦的生产方法和炭化方法，但这些技术均是采用的热压的方法，同时热压后的铁焦均是采用竖炉炭化方法；竖炉炭化分为内热式后外热式炭化，外热式炭化属于间接传热效率低，产能很低；而内热式炭化则由于气体与物料直接接触而容易导致物料发生溶损而导致物料强度很差，在物料加热的过程中炉内气氛很难控制；另外热压过程不但消耗大量能源，而且控制的要求非常高，操作难度大，生产工艺流程长，并且会产生环境污染问题。

4、中国专利cn 103468287 b公开了一种高强度—高反应性含铁焦炭的制备方法，经过两次筛选，得到适当的煤样，取粒径小于74μm的铁矿粉作为催化剂与煤样分别烘干后均匀混合形成混料，加入占混料质量的9～11％的水放入炼焦反应罐中并捣固密封得到煤饼，铁矿粉占混料质量的0～15％，混料放入炼焦反应罐中的堆积密度为950～1150kg/m3，将炼焦炉升温至800℃时将炼焦反应罐快速置入炉膛中心，炉温升至1000～1100℃后恒温6～8h，取出反应罐，冷却即得高强度高反应性的含铁焦炭。但是该技术铁矿粉的粒径非常细，在生产中需要消耗大量能耗达到该粒度，同时在备料过程中需要进行捣固过程，会造成极大的环境污染，并且其煤样细度(<3mm比例)需要达到90％以上，在大生产中流程非常复杂，能耗也非常高，成本极高，从而在大生产中很难实现其过程，其恒温时间为6-8h，也远远超过了炼焦生产过程的炼焦时间，消耗大量能源，制备的产品与常规焦炭相当，并不能达到高炉生产要求的高反应性。

5、鉴于上述情况，本发明提供了一种利用铁矿粉和煤制备高反应性铁焦的方法，不使用压制方法，直接将物料配合加入焦炉内，炼制出高反应性铁焦，与上述的竖炉炭化方法相比，本发明具有以下优点：(1)解决了内热式竖炉炭化时，气体与物料接触，物料与加热气体中氧化性成分发生化学反应造成产品质量下降问题；(2)焦炉在加热过程中物料是静止的，避免了竖炉炭化方法中物料因连续运动连续生产而造成的物料间的相互挤压和摩擦而导致物料粉化产品合格率下降问题；(3)本发明在焦炉内可以一次性装入大量物料，煤在高温下产生的胶质体可以发挥作用将碳和铁氧化物进行充分反应及相互融合，从而解决了批量生产问题；由此可见，本发明以铁矿粉和配合煤为原料制备出高反应性铁焦，不仅可以节约成本又可以大批量生产。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用铁矿粉和煤制备高反应性铁焦的方法和高反应性铁焦，以铁矿粉、1/3焦煤和瘦煤为原料制备高反应性铁焦，为铁矿粉的高价值利用和低品位煤资源的利用提供了新的路径，将高反应性铁焦应用于高炉生产时，可以提高炉身还原效率，促进co还原气体的生成，减少炼焦过程和炼铁过程中co2的排放，达到降低高炉炼铁生产成本的目的，具有很好的环境效益和经济效益。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供了一种高反应性铁焦，其原料按重量百分比计如下：铁矿粉10～15％，配合煤85～90％；

4、所述配合煤由1/3焦煤和瘦煤配合后获得，所述瘦煤的用量为所述配合煤总量的30～40％；

5、所述高反应性铁焦的焦炭反应性指数cri≥39％，焦炭反应后强度csr≤22％。

6、优选的，所述铁矿粉中，tfe含量为57～61％，cao含量为0.3～0.4％，mgo含量为0.5～0.6％，sio2含量为4～5％，以重量百分比计。

7、优选的，所述原料混合前，所述铁矿粉的水分含量＜0.5％，粒度＜0.1mm；所述配合煤的粒度＜2mm。

8、优选的，所述配合煤中，灰分ad含量为9～10％，挥发分vmd含量为22～26％。

9、本发明的第二方面提供了一种利用铁矿粉和煤制备高反应性铁焦的方法，包括以下步骤：

10、s1，将铁矿粉进行通风干燥处理，之后将干燥后的铁矿粉进行筛分处理；

11、s2，将1/3焦煤和瘦煤配合后得到配合煤，之后将配合煤进行机械破碎处理；

12、s3，将筛分后的铁矿粉和机械破碎后的配合煤进行混合搅拌，搅拌均匀后获得原料；

13、s4，将搅拌均匀的原料加入到焦炉内，控制原料的堆密度为800～1000kg/m3，之后进行加热炭化处理，出炉后在保护气氛下冷却后获得高反应性铁焦。

14、优选的，所述步骤s1中：

15、所述铁矿粉中，tfe含量为57～61％，cao含量为0.3～0.4％，mgo含量为0.5～0.6％，sio2含量为4～5％，以重量百分比计；

16、所述通风干燥过程中，干燥时间为1～1.5h；

17、所述干燥后的铁矿粉的水分含量＜0.5％，所述筛分后的铁矿粉的粒度＜0.1mm；

18、所述筛分处理中，利用圆孔筛对干燥后的铁矿粉进行筛分，粒度≥0.1mm的筛上物进行球磨破碎后返回筛分处理过程。

19、优选的，所述步骤s2中：

20、所述瘦煤的用量为所述配合煤总量的30～40％；

21、所述配合煤中，灰分ad含量为9～10％，挥发分vmd含量为22～26％；

22、所述配合煤的粒度＜6mm，经机械破碎后配合煤的粒度＜2mm。

23、优选的，所述步骤s3中，所述铁矿粉的用量为所述原料重量的10～15％，所述配合煤的用量为所述原料重量的85～90％。

24、优选的，所述步骤s4中：

25、所述加热炭化处理过程中，控制原料的升温速度为5～7℃/min，加热至500～550℃后恒温0.5～1h，之后控制原料的升温速度为10～12℃/min，将原料加热至980±10℃后在980±10℃条件下恒温1～2h；

26、所述保护气氛选用氮气或惰性气体。

27、优选的，所述高反应性铁焦的焦炭反应性指数cri≥39％，焦炭反应后强度csr≤22％。

28、本发明具有以下几点有益效果：

29、1、本发明利用干燥筛分后的铁矿粉与合适的煤按照一定比例配合后装入生产焦炉内，控制原料的堆密度，之后利用煤的高温粘结性与铁矿粉的充分融合经过加热炭化过程生成高反应性铁焦，解决了铁矿粉只能用于烧结和造球，省去了常规铁焦制备所需的繁杂的热态压球工艺过程和冷态压球工艺，同时省去了粘结剂的大量使用，节约了成本，可以有效缓解由于钢铁产能消耗大量焦炭而造成炼焦煤资源的大量使用造成的短缺问题，为铁矿粉的高价值利用提出了一种新的方法，为制备高反应性铁焦找到一种合适的原料，同时为使用大量低变质程度炼焦煤提供了一种新的方法；

30、2、本发明使用1/3焦煤作为原料，保证了铁矿粉与配合煤之间的充分融合和发生粘结成块，使用一定量的瘦煤保证了生成物料的强度；充分利用了铁矿石中铁及其氧化物，有效的利用了低变质程度炼焦用煤或弱粘结性煤；

31、3、本发明利用焦炉方法炭化制备高反应性铁焦有效的解决了内热式竖炉碳化时气体与物料接触从而造成氧化性气体与物料反应，物料强度大幅降低问题；利用焦炉加热时物料是静止的，有效避免了物料在竖炉中炭化由于连续运动连续生产而造成的物料间的相互挤压和摩擦，从而导致物料粉化成品率降低，同时避免了物料粘接难以排料问题；另外通过焦炉加热炭化的方法可以实现大批量生产，从而解决了批量生产问题，具有很强的实用性；

32、4、本发明将炼制的高反应焦炭应用于高炉生产时，可以提高炉身还原效率，提高煤气利用率，促进co还原气体的生成，提高煤气利用率；同时有效的利用了铁矿粉中的铁元素及其化合物，可以部分提高铁水产量，减少炼焦过程和炼铁过程co2排放，从而降低高炉消耗焦炭比例，节约炼焦煤资源，达到降低炼焦过程和高炉炼铁生产成本的目的，具有很好的环境效益和经济效益。