一種通過機械混磨裝置強化轉底爐直接還原效率的方法
【專利摘要】本發明公開了一種通過機械混磨裝置強化轉底爐直接還原效率的方法，屬于鋼鐵冶金直接還原領域。該方法特征在于將機械混磨方法引入轉底爐煤基直接還原工藝中，在不妨礙原有生產流程的前提下，利用機械活化改變原料的物理化學性能，達到提高生球強度、降低還原開始溫度、提高還原速率、提高終點還原度、提高金屬化球團強度的目的。通過本方法，可以有效克服原有轉底爐煤基直接還原工藝中溫度高、能耗高、還原時間長、金屬化率偏低、生產效率低等問題，具有較好的社會和經濟效益及應用前景。
【專利說明】
-種通過機械混磨裝置強化轉底妒直接還原效率的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于鋼鐵冶金直接還原領域，具體設及到一種通過機械混磨裝置強化轉底 爐直接還原效率的方法。
【背景技術】
[0002] 第一座生產規模的煤基直接還原轉底爐于1978年建成，主體設備源于社鋼用的環 形加熱爐，最初的目的是用于處理鋼鐵企業含鐵廢料，但很快就有美國、德國、日本等國將 其轉而開發應用于鐵礦石的直接還原。轉底爐因具有環形爐膛和可轉動的爐底而得名，其 原料主要是鐵礦粉和煤粉制成的含碳球團，經配料、混料、制球和干燥后加入轉底爐中，爐 膛溫度可達1250~1350°C左右，含碳球團在隨著爐底旋轉的過程中被加熱，鐵礦被內配碳 快速還原，生成金屬化球團，旋轉一周后由螺旋出料機排出爐外。
[0003] 與Mi化er法、肌L法、煤基回轉害法等相比，轉底爐煤基直接還原工藝的優越性表 現在:原料和能源的靈活性大、設備和基建投資相對較低、設備運行穩定、操作簡單、廠址選 擇靈活、有利于環境保護等方面。但是該工藝也有一些不足之處，運是受工藝本身的特點限 制的。轉底爐通過燒嘴燃燒煤氣加熱爐體，熱量通過爐頂耐火材料福射至球團將其加熱，與 高爐良好的氣固熱交換相比，轉底爐的熱效率很低，同時，高溫煙氣從爐膛直接進入煙道， 造成熱量流失，一般認為，轉底爐煙氣帶走了爐膛全部輸入熱量的50% W上，最終導致生產 過程能耗較高。此外，轉底爐爐膛高、料層薄，設備的利用率低，生產效率也相應較低。能耗 和生成效率是制約轉底爐發揮效能和轉底爐工藝發展的核屯、問題。實際應用過程中還發 現，轉底爐還原后所得金屬化球團金屬化率較低，強度較差，特別是對于難還原鐵礦石(如 饑鐵磁鐵礦），還原效果不夠理想。
[0004] 因此，需要開發一種能夠提高轉底爐內含碳球團還原速率（即相應地可W提高生 產效率并降低單位產品能耗)和金屬化率的方法，W實現轉底爐煤基直接還原工藝的可持 續發展。
[0005] 發明名稱為"一種用磁場強化含鐵粉料內配碳球團直接還原的方法"的中國專利 (申請號:CN201410705801.8)，公開了一種用磁場強化含鐵粉料內配碳球團直接還原的方 法，對于白云鄂博鐵礦粉，C/0 = 1.2，含碳球團于0. WT恒穩磁場中還原，還原條件為950°C、 40min，與比無磁場相比，金屬化率從17%提高到86%。但是，該發明在如何將磁場發生裝置 應用于大型高溫工業生產設備、如何避免磁場對環境及操作人員的影響等方面還有較多不 確定因素。
[0006] 發明名稱為"采用低溫還原鐵礦粉生產鐵產品的制備方法"的中國專利（申請號： CN200410000815.6)，公開了一種將鐵精礦、煤炭和所添加的催化劑、脫硫劑在球磨機中進 行破碎加工后加入粘合劑進行混合造球再進行低溫還原的方法。該方法采用的是單一磨礦 的預處理方法，即先將鐵精礦、煤炭、催化劑、脫硫劑等分別磨細后再進行混合造球，并沒有 提及原料混合磨礦的特點和優勢，而且該方法需要加入0.1~5 %的堿金屬元素做催化劑， 不僅增加了生產成本還會由于堿金屬揮發而導致環境污染。
【發明內容】
[0007] 本發明針對轉底爐煤基直接還原工藝中溫度高、能耗高、還原時間長、金屬化率偏 低、生產效率低等問題，目的在于找到一種技術上可行、經濟上合理、簡單高效的強化轉底 爐煤基直接還原效率的方法。
[0008] 該方法是一種原料的預處理方法，在造球之前，將鐵礦粉、還原劑、粘結劑按預定 比例配好，經水分調整、混勻后送入磨礦裝置中進行混磨，利用機械力化學的作用原理，來 強化直接還原過程，達到提高生球強度、降低還原開始溫度、提高還原速率、提高終點還原 度、提高金屬化球團強度的目的。
[0009] 機械力化學是有關利用壓縮、剪切、摩擦、延伸、沖擊、彎曲等手段對凝聚態物質施 加機械能而誘發它們的物理化學性質發生變化的一口化學學科。最早用于合成具有超細結 構的復合金屬粉體，后來又被應用于無機粉末材料的制備。在選礦、濕法浸出、火法冶煉等 冶金工藝中，機械活化可W提高反應速率、降低反應難度，使上述過程得到強化。在機械磨 礦過程中，粉體顆粒被持續擠壓、破碎，顆粒尺寸不斷減小，接觸面增加，顆粒新生表面間的 接觸也相應增加，降低了反應物經過產物層的擴散難度和反應發生的溫度。此外，磨礦過程 產生的大量缺陷可W加速擴散過程。
[0010] 與單一磨礦相比，本發明最大的優點在于:采用鐵礦粉和煤粉混合后再進行混合 磨礦，而且用該方法處理的球團在轉底爐中進行加熱還原，目的在于優化現有的轉底爐煤 基直接還原工藝。鐵礦粉和煤粉混磨與單一磨礦再混合相比：由于煤粉質軟，相對于鐵礦粉 而言起到了助磨作用，使得鐵礦粉更易磨碎，降低了磨礦過程的能耗，并提高了磨礦的效 率;混磨所得的礦粉和煤粉粒度更細，二者混合得更均勻，使得礦粉和煤粉間的接觸面積進 一步增加，更加有利于發揮含碳球團鐵氧化物和還原劑緊密接觸的優勢;礦粉和煤粉在混 磨過程中在二者的界面已經發生一定程度的反應，存儲了一定的機械能。最終，還原試驗結 果表明，磨礦時間相同時，在相同的還原條件下，混合磨礦比單一磨礦含碳球團的金屬化率 更高。本方法更適合于難還原鐵礦石在轉底爐煤基直接還原工藝下的高效還原。
[001。 綜合W上，本發明具體生產過程是：
[0012] (1)將鐵礦粉、碳質還原劑W及粘結劑按預定比例配好，其中還原劑的配入量為鐵 礦量的15~25%、粘結劑的配入量為鐵礦量的1~3%，混合料的總水分控制在5~10%，將 配好的混合料經混勻后裝入磨機中進行一定時間的混磨；
[0013] (2)磨好的混合料經造球設備制成含碳球團，球團經烘干后單層布在轉底爐的爐 底耐火材料上，含碳球團在轉底爐內經加熱還原制得金屬化球團。
[0014] 所用的鐵礦粉可W是低品位普通鐵礦、高品位普通鐵礦W及較難還原的復合鐵 礦，所用的碳質還原劑為無煙煤、煙煤、褐煤、石油焦、半焦和焦粉中的一種或幾種的混合， 鐵礦粉和還原劑的粒度100%小于1mm。所用粘結劑為膨潤±、糖蜜、豆粉、糊精中的一種或 幾種的混合。所用的磨礦設備為潤磨機、球磨機、棒磨機，磨礦時間為5~20分鐘。所用的還 原設備為環形轉底爐，還原溫度為900~1200°C，還原時間為20~40分鐘。
[0015] 與現有轉底爐煤基直接還原技術相比所具有的優點：
[0016] 本發明不影響原有轉底爐工藝流程，操作簡單，工藝成熟，可操作性強。通過引入 混磨工藝，可將轉底爐的直接還原溫度降低l〇〇°C且不影響還原效果，同時還可W提高生球 強度，減少粘結劑配比，降低生產成本。從而有效克服原有轉底爐煤基直接還原工藝中溫度 高、能耗高、還原時間長、金屬化率偏低、生產效率低等問題，具有較好的社會和經濟效益及 應用前景。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明工藝的原則流程
【具體實施方式】 [001引實施例1
[0019] 將鐵礦粉、重量為鐵礦粉重量20%的無煙煤粉、重量為鐵礦和煤粉重量總和2%的 粘結劑經過皮帶輸送至混料機混勻，并調節混勻料水分至7%。將混合好的混勻料經皮帶輸 送至對漉壓球機制成含碳球團，壓力為15MPa，球團尺寸為40 X 30 X 20mm枕狀楠球。生球經 干燥后單層鋪在轉底爐的儀質耐火材料上。轉底爐內的還原溫度為Iioor，還原時間為30 分鐘，金屬化率達到89.6 %左右，然后由螺旋出料機排出，經冷卻后得到金屬化球團。鐵礦 粉成分、煤粉成分分別如表1、表2所示。
[0020] 表1鐵礦粉化學成分/%
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 買施例2
[0026] 將鐵礦粉、重量為鐵礦粉重量20%的煤粉、重量為鐵礦和煤粉重量總和1 %的粘結 劑經過皮帶輸送至混料機混勻，并調節混勻料水分至10%。將混合好的混勻料經皮帶輸送 至混磨機混磨lOmin，混磨后的物料經對漉壓球機制成含碳球團，壓力為15MPa，球團尺寸為 40 X 30 X 20mm枕狀楠球。生球經干燥后單層鋪在轉底爐的儀質耐火材料上。轉底爐內的還 原溫度為1000°C，還原時間為30分鐘，金屬化率達到86.6%左右，然后由螺旋出料機排出， 經冷卻后得到金屬化球團。鐵礦粉成分、煤粉成分分別如表1、表2所示。
[0027] 實施例3
[0028] 將鐵礦粉、重量為鐵礦粉重量20%的還原劑(其中60%的碳原子由煤粉提供，40% 的碳原子由反應性好的半焦提供）、重量為鐵礦和還原劑重量總和1 %的粘結劑經過皮帶輸 送至混料機混勻，并調節混勻料水分至10%。將混合好的混勻料經皮帶輸送至混磨機混磨 IOmin，混磨后的物料經對漉壓球機制成含碳球團，壓力為15MPa，球團尺寸為40 X 30 X 20mm 枕狀楠球。生球經干燥后單層鋪在轉底爐的儀質耐火材料上。轉底爐內的還原溫度為1000 °C，還原時間為30分鐘，金屬化率達到90.1%左右，然后由螺旋出料機排出，經冷卻后得到 金屬化球團。鐵礦粉成分、煤粉成分分別如表1、表2所示，半焦成分如表3所示。 [00巧]表3半焦主要成分/%
[0030]
【主權項】
1. 一種通過機械混磨裝置強化轉底爐直接還原效率的方法，其特征在于將機械混磨方 法引入轉底爐煤基直接還原工藝中，在不妨礙原有生成流程的前提下，利用機械活化改變 原料的物理化學性能，達到提高生球強度、降低還原開始溫度、提高還原速率、提高終點還 原度、提高金屬化球團強度的目的，主要生產工藝流程為： (1) 將鐵礦粉、碳質還原劑以及粘結劑按預定比例配好，其中還原劑的配入量為鐵礦量 的15~25%、粘結劑的配入量為鐵礦量的1~3%，混合料的總水分控制在5~10%，將配好 的混合料經混勻后裝入磨機中進行一定時間的混磨； (2) 磨好的混合料經造球設備制成含碳球團，球團經烘干后單層布在轉底爐的爐底耐 火材料上，含碳球團在轉底爐內經加熱還原制得金屬化球團。2. 如權利要求1所述的一種通過機械混磨裝置強化轉底爐直接還原效率的方法，其特 征在于:所用的鐵礦粉是低品位普通鐵礦、高品位普通鐵礦以及較難還原的復合鐵礦，所用 的碳質還原劑為無煙煤、煙煤、褐煤、石油焦、半焦或焦粉，鐵礦粉和還原劑的粒度100%小 于 Imm03. 如權利要求1所述的一種通過機械混磨裝置強化轉底爐直接還原效率的方法，其特 征在于:所用的混磨設備為潤磨機、球磨機、棒磨機。4. 如權利要求1所述的一種通過機械混磨裝置強化轉底爐直接還原效率的方法，其特 征在于:所用的還原設備為環形轉底爐，還原溫度為900~1200 °C，還原時間為20~40分鐘， 球團的金屬化率達到80~90%。
【文檔編號】C22B1/242GK105925745SQ201610464949
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】王廣, 王靜松, 薛慶國
【申請人】北京科技大學