以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法
【專利摘要】本發明公開一種以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,將高氫損高碳的一次還原鐵粉經加熱干燥,且控制布料量均衡穩定、結團粒度、料面平整光滑,并送入二次精還原鋼帶爐中進行精還原,視脫碳和脫氧效果由低向高調節1~10個脫氧、脫碳區的溫度;然后將二次精還原出口鐵塊進行粉碎,并經常規分級篩,即得合格微合金鐵粉。本發明僅實現了資源豐富而又價格相對低廉得多的攀西釩鈦磁鐵礦的制備微合金鐵粉,顯著降低了微合金鐵粉制造成本,大幅度減弱了制備優質鐵粉時對高穩定性優質精礦粉的依賴性。有效擴大了資源豐富、質量穩定而價格又相對廉價得多的攀西釩鈦磁鐵礦資源利用率,并獲取富含多種合金元素、性能優異的微合金鐵粉。
【專利說明】
以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,屬于直接還原鐵粉制造技術領域。
【背景技術】
[0002]從鐵礦石資源看,攀西地區釩鈦磁鐵礦資源豐富,現已探明的釩鈦磁鐵礦遠景儲量超過100億噸,保有儲量為67.3億噸,不僅數量巨大,品質穩定,并且釩鈦磁鐵礦是以鐵、釩、鈦元素為主,并伴有鈷、鎳、鈧、鎵等其它多種元素的多元共生鐵礦。從資源利用和改善產品特性出發,這就使充分利用釩鈦磁鐵礦資源及其合金元素改善鐵粉產品特性成分要求來看具有極為現實的意義。
[0003]目前國內采用釩鈦鐵精礦制取還原鐵粉的主要是:應用TFe含量低(52?60%)的攀西釩鈦磁鐵礦與固體還原劑(焦炭粉末或摻混10?15%石灰粉的無煙煤)以相互并不混合的間層式裝填于耐火罐子中,然后在隧道窯內加熱到1050?1100°C,經過長時間還原后冷卻到200°C左右取出卸罐,經破碎磨選及干燥后所獲得的海綿鐵粉用氨分解氣在耐熱的鋼帶式爐內進行還原退火(退火溫度為800?900°C )獲取得到高TFe含量(>98.5%)、C〈0.025%、固溶有釩(V)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉻(Cr)等多種元素的品質優異的天然微合金鐵粉。
[0004]在還原鐵粉企業生產過程中,高品質原料成本占噸材全成本的80%以上,伴隨國內優質礦石的匱乏、超級精礦提純代價及運輸費用的攀升,使得還原鐵粉競爭力日漸下降,中高端鐵粉市場又被國外鐵粉所占據。因此,開拓使用資源豐富、價格低廉而又富含合金元素的攀西釩鈦磁鐵礦資源,并降低鐵粉制備成本、發揮微合金鐵粉優異性能并最終達到部分取代進口還原鐵粉,對鐵粉后續深加工技術產品起到良好支撐,對于增強粉末冶金企業市場競爭力至關重要。
[0005]由于利用攀西釩鈦磁鐵礦制備微合金鐵粉過程中工序環節質量控制點多,流程:攀西釩鈦磁鐵礦+內配碳+工業鹽—混合料+邊煤+石灰石粉—長時間加溫保溫催化還原—三級磨礦磁選—脫水—干燥—二次還原鋼帶爐—破碎篩分—合批成品。在進入二次還原鋼帶爐前經過了六道處理工序,而每經過一道工序,原料質量和穩定性發生變化,均會對下一道工序操作參數、中間產品質量產生重大影響。尤其是,在催化還原階段,溫度點的分布、保溫時間長短、煤氣壓力、質量等發生變化都會使一次還原鐵粉成分和質量發生很大變化,繼而影響后續工序設備選型及操作參數的調整。
[0006]因此,系統研發利用資源豐富、價格低廉且含有多種合金元素的攀西釩鈦磁鐵礦作為原料制取高TFe含量(>98.5% )、低C含量(〈0.025%)、HL〈0.30%且固溶有釩(V)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鎳(Ni)等多種合金元素品質優異的微合金鐵粉的制備方法,是解決目前國內還原鐵粉成本高昂、性能不佳等競爭力不強的重要途徑之一。但由于攀西釩鈦磁鐵礦礦品位低、二氧化硅及其他脈石成分含量高,且在催化還原過程中帶入了較多的氯元素;同時由于釩鈦磁鐵礦在催化還原階段受煤氣壓力、熱值、溫度區域分布及保溫時間的變動,會影響鐵礦石還原程度和鐵晶粒的發育及長大過程,這會對微合金鐵粉原料一一次鐵粉品質成分產生重大影響。尤其是,易于造成一次鐵粉氫損及碳含量偏高的情形。
[0007]因此,用高氫損高碳一次鐵粉制取合格微合金鐵粉,進入二次還原鋼帶爐精還原時,會造成還原過程不穩定,脫碳脫氧效率降低,不僅造成二次鐵粉鐵元素含量及氫損、氧含量波動大,同時會因滿足脫除氧元素需要提升還原溫度造成鋼帶爐鐵粉粘結鋼帶現象,這又進一步惡化二次還原氣氛和效果,甚至使鋼帶壽命大幅減少。處理鋼帶會因為升降溫促使電費大幅上升,并且會因影響整個生產節奏而又導致產品質量合格率顯著降低。上述種種均是造成鋼帶爐精還原過程爐況不穩定的因素,使鋼帶爐還原過程難以穩定進行,產品質量得不到保證,使增加產量,降低加工費用困難,會因產品質量惡化、合格率降低等指標惡化引起成本大幅度上升。
[0008]因而在鋼帶爐對鐵粉進行二次精還原過程中規模使用高氫損高碳含量一次鐵粉,利用氨分解氣(3H2+1N2),并按普通還原鐵粉常規制備方法制取合格微合金鐵粉是極其困難的。現有利用普通鐵精礦(超級鐵精礦)、鐵鱗或用釩鈦精礦制取合格還原鐵粉的方法,仍然建立在整體入爐品位較高或是氫損、碳含量較低的水平,利用氫損>2.5%、碳含量>0.65%的一次鐵粉及使用氫氣純度不高的氨分解氣(體積比3:1,3H2+1N2),進行二次精還原制取合格微合金粉的方法,則未見有相關文獻報導。長沙礦冶研究院使用攀西釩鈦礦資源,并也保持著較高鐵粉性能和較好技術經濟指標,但其一次鐵粉中氫損和碳含量在2.5%、0.65%以下,并且一次鐵粉資源來源相當穩固,成分性能穩定,有害元素較低。其他鐵粉生產企業鐵粉雖具一定特色,但其大多數仍然屬于使用超級鐵精礦粉或是鐵鱗生產還原鐵粉,并屬于普通鐵粉的范疇。鋼帶爐所使用一次鐵粉整體上來講,氫損及碳含量較低、穩定性強,資源依賴性較高,且未能體現出微合金鐵粉富含多種合金元素等特點。因此,必須研發能在二次精還原鋼帶爐中規模使用高氫損高碳含量一次鐵粉及氫氣純度不高的氨分解氣(3H2+1N2),生產出合格微合金鐵粉的新方法。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在于提供一種能在還原鐵粉二次精還原中,能夠規模使用高氫損、碳含量高的一次鐵粉及使用氫氣純度不高的氨分解氣(3H2+1N2),并具有一定生產強度,能保持鋼帶爐爐況長周期穩定順行,最終制造出合格微合金鐵粉的方法,以擴大資源豐富而又相對廉價得多的攀西釩鈦磁鐵礦資源利用率,并獲取富含多種合金元素、性能優異的微合金鐵粉。
[0010]本發明通過下列技術方案實現:一種以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,經過下列步驟:
A、將高氫損高碳的一次還原鐵粉(含水10?15%)經加熱干燥至溫度為60?75°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.25?0.33,且控制布料量均衡穩定、結團粒度<5mm、料面平整光滑,并送入二次精還原鋼帶爐中進行精還原,控制參數為:
料層寬度860?900mm,厚度25?28mm,帶速120?160mm/min;入爐氨分解氣的流量為28?36m3/h,爐尾保護氮氣的流量為12?15m3/h;使爐內氨分解氣的壓力為0.05?0.08MPa,保護氮氣的壓力為0.50?0.70MPa;視脫碳和脫氧效果由低向高調節I?10個脫氧、脫碳區的溫度為720?900°C ;緩冷帶溫度為140?180°C ; B、將步驟A的二次精還原出口鐵塊進行粉碎,并經常規分級篩,即得200?325目的合格微合金鐵粉。所得微合金鐵粉中(K TFe) - WMFe)含量0.50?0.80%。
[0011 ] 所述步驟A的高氫損高碳的一次還原鐵粉的主要成分為:TFe 95.5?96.5wt%,MFe86.0?88.0 wt %,HL 2.50?3.0 wt %,C 0.65?0.85 wt %。
[0012]所述高氫損高碳的一次還原鐵粉是將低品位釩鈦磁鐵礦與普通無煙煤按質量比為55?57:12?15混合后,再加入工業鹽在1040?1080°C、保溫32?36h的常規催化還原后磨選分離而得到。
[0013]所述低品位釩鈦磁鐵礦的化學成分為: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]所述普通無煙煤的化學成分為: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]所述工業鹽化學成分為: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]所述步驟A的氨分解氣是出和他按體積比為3:1的混合氣體。
[0017]所述步驟A的保護氮氣的純度為99.95?99.99%。
[0018]所述步驟A的視脫碳和脫氧效果是指脫碳率小于90%、脫氧率小于85%時在溫度范圍720?900°C內由低向高調節I?10個脫氧、脫碳區的溫度。
[0019]本發明基于還原鐵粉制備基礎理論,利用氫氣、碳還原熱力學及動力學原理,結合還原鐵粉二次精還原爐實際工藝參數及控制,使二次精還原爐不僅實現了資源豐富而又價格相對低廉得多的攀西釩鈦磁鐵礦的制備微合金鐵粉,并有效提升技術經濟指標,顯著降低了微合金鐵粉制造成本,較大程度減弱了規模使用攀西釩鈦磁鐵礦資源時催化還原產生的高氫損、碳含量高的一次鐵粉及使用氫氣純度不高的氨分解氣(3H2+1N2)后對二次精還原爐生產的不利影響,使二次精還原爐爐況實現一定生產強度,以及長周期穩定順行,大幅度減弱了制備優質鐵粉時對尚穩定性優質精礦粉的依賴性,抑制了一次鐵粉氣損升尚、尚碳含量對微合金鐵粉化學成分、理化性能的影響幅度,使微合金鐵粉鐵含量及碳、氫損等主要指標改善穩定,不僅產量有所增加,且綜合制造成本顯著下降。有效擴大了資源豐富、質量穩定而價格又相對廉價得多的攀西釩鈦磁鐵礦資源利用率,并獲取富含多種合金元素、性能優異的微合金鐵粉。
[0020]本發明與現有的還原鐵粉及合金鐵粉制備方法相比,常規工藝對一次鐵粉成分特點針對性不強,產品質量指標較差,且不穩定,明顯的有,(K TFe) - WMFe)含量差值〉1.0%(說明還原不佳),(KC)易出現>0.030%上限情況,WHL)易出現>0.30%上限情況;成本方面,純氫價格為氨分解氣的10倍,僅此一項,噸鐵粉制備成本就相差600?700元/噸,此外,使用純氫安全風險增大。而本發明在全攀西釩鈦磁鐵礦資源條件下,不再依賴高品質超級精礦資源,規模使用利用攀西釩鈦磁鐵礦資源催化還原產生的高氫損、碳含量高的一次鐵粉及使用氫氣純度不高的氨分解氣(3H2+1N2),突破現有利用超級鐵精礦(TFe>70%)或鐵鱗以及利用釩鈦磁鐵礦生產的低碳低氧型一次鐵粉生產合金鐵粉的傳統鐵粉制備模式。在二次精還原爐平均入爐一次鐵粉TFe 95.5-96.5%,MFe 86.0?91.0%,HL 2.50-3.0%,C 0.65?0.85%時,二次精還原爐爐況保持一定生產強度,實現爐況穩定順行,制備的微合金鐵粉KTFe)突破99.0%, KCX0.025%,KHLK0.30%,產量有所增加,電耗及液氨消耗量穩定。有效擴大了資源豐富、質量穩定而價格又相對廉價得多的攀西釩鈦磁鐵礦資源利用率及利用氫氣純度不高的氨分解氣(3H2+1N2),所制取的富含多種合金元素的微合金鐵粉理化指標較好,并且,微合金鐵粉制造成本降低了 1000余元/噸。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例對本發明做進一步描述。
[0022]實施例1
將低品位釩鈦磁鐵礦與普通無煙煤按質量比為55.65:13混合后,再加入工業鹽在1060°C、保溫33h的常規催化還原后磨選分離而得到高氫損高碳的一次還原鐵粉(磨選分離流程為:破碎—磨礦磁選(二次重復)—脫水—干燥—分級—尚氫損尚碳一次鐵粉)。
[0023]其中,低品位釩鈦磁鐵礦的化學成分為:TFe 55.65%,S12 4.45%,Al2O3 3.73%,T12 6.86%,V2O5 0.79%,S 0.120%,FeO 24.23%;普通無煙煤的化學成分為:Ash 14.80%,V9.20%,S 0.80%,固定C含量77.36%,細度60目;工業鹽化學成分為:NaCl 99.3%, KCl
0.025%,MgCl2 0.025%,CaCl 0.025%,CaSO4 0.25%,S12 0.025%。
[0024]所得高氫損高碳的一次還原鐵粉的主要成分為:TFe 95.53%, MFe 86.2%, HL2.85%,C 0.795%。
[0025]A、將上述高氫損高碳的一次還原鐵粉(含水15%)經加熱干燥至溫度為70°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.279,且控制布料量均衡穩定、結團粒度<5mm、料面平整光滑,并送入二次精還原鋼帶爐中進行精還原,控制參數為:
料層寬度900mm,厚度26mm,帶速145mm/min;入爐氨分解氣(H2和N2按體積比為3:1的混合氣體)的流量為32m3/h,爐尾保護氮氣(純度為99.95?99.99%)的流量為12?15m3/h;使爐內氨分解氣的壓力為0.065MPa,保護氮氣的壓力為0.65MPa;10個脫氧、脫碳區溫度分別為720 cC、750 cC、780 cC、800 cC、850 cC、850 cC、870 cC、870 cC、880 cC、860 Γ;緩冷帶溫度為 162°C;
B、將步驟A的二次精還原出口鐵塊進行粉碎,并經常規分級篩,即得合格(-200目?325目)微合金鐵粉。
[0026]所得微合金鐵粉中(KTFe)98.55%,(KC)0.020%,(KHL)0.30%,(KTFe)-^KMFe)含量差值0.80%,碳脫除率97.48%、氧脫除率89.47%,未影響爐況穩定順行和技術經濟指標。
[0027]實施例2
將低品位釩鈦磁鐵礦與普通無煙煤按質量比為55:12混合后,再加入工業鹽在1040°C、保溫36h的常規催化還原后磨選分離而得到高氫損高碳的一次還原鐵粉(磨選分離流程為:破碎—磨礦磁選(三次重復)—脫水—干燥—分級—高氫損高碳一次鐵粉)。
[0028]其中,低品位釩鈦磁鐵礦的化學成分為:TFe 54.93%,S12 4.87%,Al2O3 3.79%,T12 7.03%,V2O5 0.76%,S 0.126%,FeO 22.63%;普通無煙煤的化學成分為:Ash 15.67%,V9.55%,S 0.86%,固定C含量75.88%,細度60目;工業鹽化學成分為:NaCl 99.2%, KCl
0.028%,MgCl2 0.022%,CaCl 0.031%,CaSO4 0.27%,S12 0.020%。
[0029]所得高氫損高碳的一次還原鐵粉的主要成分為:TFe 95.22%, MFe 86.0%, HL3.05%,C 0.805%o
[0030]A、將上述高氫損高碳的一次還原鐵粉(含水13%)經加熱干燥至溫度為60°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.264,且控制布料量均衡穩定、結團粒度<5mm、料面平整光滑,并送入二次精還原鋼帶爐中進行精還原,控制參數為:
料層寬度890mm,厚度25mm,帶速120mm/min;入爐氨分解氣(H2和N2按體積比為3:1的混合氣體)的流量為28m3/h,爐尾保護氮氣(純度為99.95?99.99%)的流量為14m3/h;使爐內氨分解氣的壓力為0.05MPa,保護氮氣的壓力為0.70MPa;10個脫氧、脫碳區溫度分別為750°C、780 °C ^ 800 °C ^ 830 °C ^ 860 °C ^ 860 °C ^ 870 °C ^ 880 °C ^ 880 °C、860°C ;緩冷帶溫度為 169°C ;
B、將步驟A的二次精還原出口鐵塊進行粉碎,并經常規分級篩,即得合格(-200目?325目)微合金鐵粉。
[0031]所得微合金鐵粉中(KTFe)98.52%,(K C)0.022%,(KHL) 0.29%,(K TFe) - WMFe)含量差值0.78%、碳脫除率97.27%、氧脫除率90.49%,未影響爐況穩定順行和技術經濟指標。
[0032]實施例3
將低品位釩鈦磁鐵礦與普通無煙煤按質量比為57: 15混合后,再加入工業鹽在1080°C、保溫32h的常規催化還原后磨選分離而得到高氫損高碳的一次還原鐵粉(磨選分離流程為:破碎—磨礦磁選(二次重復)—脫水—干燥—分級—尚氫損尚碳一次鐵粉)。
[0033]其中,低品位釩鈦磁鐵礦的化學成分為:TFe 55.93%,S12 4.47%,Al2O3 3.39%,T12 6.63%,V2O5 0.71%,S 0.116%,FeO 23.85%;普通無煙煤的化學成分為:Ash 15.25%,V
8.98%, S 0.86,固定C含量76.01%,細度60目;工業鹽化學成分為:NaCl 99.32%, KCl
0.033%,MgCl2 0.021%,CaCl 0.029%,CaSO4 0.23%,S12 0.022%。
[0034]所得高氫損高碳的一次還原鐵粉的主要成分為:TFe 9 5.46%, MFe 87.06%, HL2.58%,C 0.696%ο
[0035]A、將上述高氫損高碳的一次還原鐵粉(含水11%)經加熱干燥至溫度為75°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.270,且控制布料量均衡穩定、結團粒度<5mm、料面平整光滑,并送入二次精還原鋼帶爐中進行精還原,控制參數為:
料層寬度860mm,厚度28mm,帶速160mm/min;入爐氨分解氣(?和N2按體積比為3:1的混合氣體)的流量為36m3/h,爐尾保護氮氣(純度為99.95?99.99%)的流量為12m3/h;使爐內氨分解氣的壓力為0.08MPa,保護氮氣的壓力為0.50MPa;10個脫氧、脫碳區溫度分別為760°C、800 °C ^ 820 °C ^ 850 °C ^ 850 °C ^ 850 °C ^ 870 °C ^ 870 °C ^ 870 °C、860°C ;緩冷帶溫度為 180°C ;
B、將步驟A的二次精還原出口鐵塊進行粉碎,并經常規分級篩,即得合格(-200目?325目)微合金鐵粉。
[0036]所得微合金鐵粉中(KTFe) 98.85%,(K C) 0.016%,(K HL) 0.25%,(K TFe) - WMFe)含量差值0.69%、碳脫除率97.70%、氧脫除率90.31%,未影響爐況穩定順行和技術經濟指標。
【主權項】
1.一種以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于經過下列步驟: A、將高氫損高碳的一次還原鐵粉經加熱干燥至溫度為60?75°C、含水量〈0.19%、碳氧比0.25?0.33,且控制布料量均衡穩定、結團粒度<5mm、料面平整光滑,并送入二次精還原鋼帶爐中進行精還原,控制參數為: 料層寬度860?900mm,厚度25?28mm,帶速120?160mm/min;入爐氨分解氣的流量為28?36m3/h,爐尾保護氮氣的流量為12?15m3/h;使爐內氨分解氣的壓力為0.05?0.08MPa,保護氮氣的壓力為0.50?0.70MPa;視脫碳和脫氧效果由低向高調節I?10個脫氧、脫碳區的溫度為720?900°C ;緩冷帶溫度為140?180°C ; B、將步驟A的二次精還原出口鐵塊進行粉碎,并經常規分級篩,即得200?325目的合格微合金鐵粉。2.根據權利要求1所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述步驟A的高氫損高碳的一次還原鐵粉的主要成分為:TFe 95.5?96.5wt%,MFe 86.0?88.0 wt %,HL 2.50?3.0 wt %,C 0.65?0.85 wt %。3.根據權利要求2所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述高氫損高碳的一次還原鐵粉是將低品位釩鈦磁鐵礦與普通無煙煤按質量比為55?57:12?15混合后,再加入工業鹽在1040?1080°C、保溫32?36h的常規催化還原后磨選分離而得到。4.根據權利要求3所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述低品位釩鈦磁鐵礦的化學成分為: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.根據權利要求3所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述普通無煙煤的化學成分為: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.根據權利要求3所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述工業鹽化學成分為: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.根據權利要求1所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述步驟A的氨分解氣是出和他按體積比為3:1的混合氣體。8.根據權利要求1所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述步驟A的保護氮氣的純度為99.95?99.99%。9.根據權利要求1所述的以高氫損高碳的一次還原鐵粉制取合格微合金鐵粉的方法,其特征在于:所述步驟A的視脫碳和脫氧效果是指脫碳率小于90%、脫氧率小于85%時在溫度范圍720?900°C內由低向高調節I?10個脫氧、脫碳區的溫度。
【文檔編號】C21B13/00GK105880584SQ201610244541
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月19日
【發明人】楊雪峰, 林安川, 王濤, 劉曉紅, 吳繼云, 張寶軍, 高順超, 李秋萍, 游俊, 代將
【申請人】玉溪大紅山礦業有限公司