一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法与流程

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法。

背景技术：

铁焦是以煤和催化剂为原料炼制的具有高反应性的一种优良的炼铁原料。铁焦具有起始反应温度低、反应速率快、提高还原铁矿石还原驱动力的特点。铁焦可使碳的气化反应在较低温度下提前进行，进而降低热储备区的温度水平，改善高炉内铁矿石还原反应效率，提高煤气利用率。

碱土金属、过渡元素金属均可作为催化剂加入煤中，进而提高反应性。催化剂的加入方式有预先加入法和后加入法。预先加入法是指在将催化剂加入到配煤中共同焦化得到铁焦。后加入法是指在出焦过程中在表面喷洒催化剂溶液。采用后加入法会时在运输过程中铁焦表面的催化剂会脱落，不能很好的起到提高铁焦反应性。

另一方面，钢渣中含有大量的氧化钙、氧化镁和含铁物质，这对焦炭气化反应有很好的催化作用。铁矿粉中的铁氧化物在铁焦炭化过程中会被还原成金属铁进而对碳的气化反应起到催化作用。钢渣和铁矿粉共同作用比两者单独作用更能显著提高焦炭的反应性。因此可以利用钢渣和铁矿粉双重催化作用制备铁焦。

目前，关于铁焦的制备的方法有很多种，如专利cn103756701中所述，以配合煤为原料，以钢渣为添加剂，采用焦炉炼焦的工艺制备铁焦。所加钢渣粒度不超过0.2mm，质量不超过配合煤质量的1％。

专利cn101910364中所述，将含有铁氧化物的物质和含碳物质混合并进行成型，然后使所述成型物的表面温度在550-600℃的温度范围内，以不大于20℃/min的加热速度进行干馏来制造铁焦。

专利cn102827624所述，其原料以赤泥10％～40％、煤粉60％～90％的比例混合，在300-800g/cm²的压力下采用对辊压球机冷压成型，得到强度不低于20n/球的铁焦，然后采用混装方式将及散装物料装于焦炉中，在保护气氛下加热至焦饼中心温度达到900～1100℃，并保温1-2小时，最终得到高强度铁焦。

如cn103468287所述，将粒径小于74μm的钢渣作为催化剂与煤样分别烘干后均匀混合形成混料，向炼焦反应罐中加入占混料质量的9～11％的水和占混料质量0～15％的钢渣，并捣固密封得到煤饼，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，冷却即得铁焦。

如cn103468289所述，将5％～20％钢渣和80％～95％配合煤加水混合均匀并捣固，在800℃时将其放入焦炉，以2℃/min～5℃/min速率升温，950～1050℃时出焦；并采用湿法熄焦而得到铁焦，其所述的配合煤由25％～29％1/3焦煤、40％～44％焦煤、7％～11％瘦煤、6％～10％气肥煤和12％～16％肥煤混合而成。

但这些方法主要存在以下问题：(1)单纯采用含铁物质或钢渣来制备铁焦，没有用钢渣和含铁物质共同制备铁焦。(2)有些方法需使用昂贵的粘结剂，同时无机粘结剂含有na、k、cl等杂质元素，有机粘结剂不具有高温强度。(3)有些方法配加了将近一半或者更多的焦煤，节焦效果有限，同时限制了无焦煤地区的推广使用。为降低能耗，简化工艺流程，降低环境负荷，实现钢铁工业的可持续发展，有必要积极探索研究制备铁焦的新方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种原料来源广泛，工艺流程简单，能耗低，成本低的以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法，包括如下步骤：

以质量百分比计，按5％～15％的钢渣、5％～15％的铁矿粉、10％～25％的瘦煤、50％～65％的1/3焦煤、5％～15％的无烟煤配备原料；

将上述原料混合后加热，然后热压成型制得热压块；

将热压块置于外热式炭化炉内炭化；

炭化后的热压块在密闭的容器中冷却至室温得到铁焦。

进一步地，所述原料混合后加热到150～300℃。

进一步地，所述热压块在外热式炭化炉内的炭化包括预热、升温、高温炭化三个阶段。

进一步地，所述预热阶段的预热温度不高于350℃，所述升温阶段的升温速率不大于5℃/min，所述高温炭化阶段的高温炭化温度为950～1050℃，高温炭化时间为3～5h。

进一步地，所述钢渣中氧化钙含量不低于40％；所述铁矿粉中全铁含量不低于40％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于10％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。

进一步地，所述钢渣的粒度不超过0.5mm；所述铁矿粉的粒度不超过0.15mm；所述1/3焦煤、瘦煤、无烟煤的粒度均不超过0.15mm。

本发明提供的一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法，主要依据如下几个原理实现本发明的主要内容和优点：(1)加入了铁矿粉和钢渣，充分利用铁矿粉和钢渣的双重催化作用，这比单一使用钢渣或铁矿粉更能对煤炭中的碳气化反应起到催化作用。(2)通过控制外热式炭化炉升温速率，降低升温过程挥发分的分解析出速率，同时，在配料中配加部分无烟煤和瘦煤，可降低整个铁焦的挥发分含量，保持铁焦在升温过程中不出现裂纹，从而确保产品铁焦的强度合格。(3)铁焦具有较高的反应性，与焦炭混装时能够优先与二氧化碳反应，在一定程度上对高炉内的焦炭起到一定的保护作用

本发明提供的一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法，具有以下优点：(1)利用钢渣和铁矿粉的双重催化作用，从而显著提高了焦炭的反应性。(2)铁焦生产工艺能大量使用非焦煤，特别是配加了部分廉价的钢渣和铁矿粉，在煤资源应对措施上和炼铁厂的环保措施强化方面等具有良好的效果。(3)铁焦具有较高的反应性，与焦炭混装时能够优先与二氧化碳反应，在一定程度上对高炉内的焦炭起到一定的保护作用，从而减少焦炭的使用。铁焦用于高炉后，碳的气化反应可提前在较低温度下进行，热储备区温度降低，煤气利用率提高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法，包括如下步骤：

以质量百分比计，按5％～15％的钢渣、5％～15％的铁矿粉、10％～25％的瘦煤、50％～65％的1/3焦煤、5％～15％的无烟煤配备原料；

将上述原料混合后加热，然后热压成型制得热压块；

将热压块置于外热式炭化炉内炭化；

炭化后的热压块在密闭的容器中冷却至室温得到铁焦。

其中，所述原料混合后加热到150～300℃。

其中，所述热压块在外热式炭化炉内的炭化包括预热、升温、高温炭化三个阶段。

其中，所述预热阶段的预热温度不高于350℃，所述升温阶段的升温速率不大于7℃/min，所述高温炭化阶段的高温炭化温度为900～1050℃，高温炭化时间为3～5h。

其中，所述钢渣中氧化钙含量不低于40％；所述铁矿粉中全铁含量不低于40％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于10％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。

其中，所述钢渣的粒度不超过0.5mm；所述铁矿粉的粒度不超过0.15mm；所述1/3焦煤、瘦煤、无烟煤的粒度均不超过0.15mm。

下面通过实施例对本发明提供的一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法做具体说明。

实施例1

钢渣主要成分见表1，铁矿粉主要成分见表2，1/3焦煤煤化学成分见表3，无烟煤的化学成分见表4，瘦煤的化学成分见表5。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占60％。铁矿粉中粒度不超过0.15mm的占95％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占80％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占90％，其中粒度小于0.075mm的占80％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占70％。

表1某钢渣主要成分(质量分数)

表2某铁矿粉主要成分(质量分数)

表3某1/3焦煤煤粉的工业分析

表4某无烟煤煤粉的工业分析

表5某瘦煤粉的工业分析

以质量分数钢渣15％、铁矿粉15％、1/3焦煤煤粉50％、瘦煤10％、无烟煤煤粉10％的比例配料。物料充分混合均匀后，将混合物加热至200℃后，迅速将其热压成型，制得热压块。将热压块块置于外热式炭化炉内，在非氧化性气氛下，经过预热、升温、高温炭化三个阶段。其中，预热阶段的预热温度不高于350℃，升温速率为5℃/min，高温炭化温度为1050℃，高温炭化时间为4小时，取出后在密闭容器中冷却至室温制得铁焦。所制得的铁焦抗压强度为3194n/个，落下强度为12.5次/个，转鼓指数为66.3％，cao含量为7.84％，sio2含量为5.73％，反应性cri为59.5％。

实施例2

钢渣主要成分见表6，铁矿粉主要成分见表7，1/3焦煤煤化学成分见表8，无烟煤的化学成分见表9，瘦煤的化学成分见表10。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占70％。铁矿粉中粒度不超过0.15mm的占90％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占85％，其中粒度小于0.075mm的占85％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。

表6某钢渣主要成分(质量分数)

表7某铁矿粉主要成分(质量分数)

表8某1/3焦煤煤粉的工业分析

表9某无烟煤煤粉的工业分析

表10某瘦煤粉的工业分析

按照质量分数分别为钢渣10％、铁矿粉10％、1/3焦煤煤粉50％、瘦煤20％、无烟煤煤粉10％的比例配料。物料混合均匀后，将混合物加热至250℃后，迅速将其热压成型，制得热压块。将热压块置于外热式炭化炉内，在非氧化性气氛下，经过预热、升温、高温炭化三个阶段。其中，预热阶段的预热温度不高于300℃，升温速率为3℃/min，高温炭化温度为1000℃，高温炭化时间为4小时，取出后在密闭容器中冷却至室温制得铁焦。所制得的铁焦抗压强度为3260n/个，落下强度为13次/个，转鼓强度指数为68.6％，cao含量为7.64％，sio2含量为7.53％，反应性cri为56.3％。

实施例3

钢渣主要成分见表11，铁矿粉主要成分见表12，1/3焦煤煤化学成分见表13，无烟煤的化学成分见表14，瘦煤的化学成分见表15。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占65％。铁矿粉中粒度不超过0.15mm的占90％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占78％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占94％，其中粒度小于0.075mm的占85％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。

表11某钢渣主要成分(质量分数)

表12某铁矿粉主要成分(质量分数)

表13某1/3焦煤煤粉的工业分析

表14某无烟煤煤粉的工业分析

表15某瘦煤粉的工业分析

按照质量分数分别为钢渣10％、铁矿粉5％、1/3焦煤煤粉55％、瘦煤20％、无烟煤煤粉10％的比例配料。物料混合均匀后，将混合物加热至300℃后，迅速将其热压成型，制得热压块。将热压块置于外热式炭化炉内，在非氧化性气氛下，经过预热、升温、高温炭化三个阶段。其中，预热阶段的预热温度不高于350℃，升温速率为4℃/min，高温炭化温度为950℃，高温炭化时间为4小时，取出后在密闭容器中冷却至室温制得铁焦。所制得的铁焦抗压强度为3160n/个，落下强度为11次/个，转鼓指数为66.4％，cao含量为7.54％，sio2含量为7.47％，反应性cri为55.3％。

本发明提供的一种以钢渣和铁矿粉制备铁焦的方法，选用合适的钢渣、铁矿粉和煤粉，通过合适的配比热压压块成型，再经过外热式炭化炉高温炭化，冷却后即可得到符合高炉使用的铁焦。不仅工艺流程简单，而且不使用焦煤，不添加粘结剂，仅使用钢渣、铁矿粉、1/3焦煤、无烟煤、瘦煤等原料，原燃料来源广泛。同时，使用外热式炭化炉高温炭化处理，可以利用国内大量闲置的外热式炉，能耗低，生产率高，能够满足钢铁生产低能耗、低成本的要求。并且，从上述实施例制得的铁焦的性能可以看出，本发明所制得的铁焦具有优良的抗压强度、较高的反应性，可作为优良的高炉炼铁原料。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。