專利名稱：一種高爐用鐵焦及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及一種高爐用鐵焦及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
高爐冶煉需要大量的優(yōu)質(zhì)冶金焦炭，其生產(chǎn)依賴于結(jié)焦性能良好的焦煤，由于我國焦煤 資源分布很不均衡，以及焦碳產(chǎn)量因煉焦工序能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重被嚴(yán)格限制，加上鋼鐵 工業(yè)高速發(fā)展，造成不少廠家焦碳資源緊缺。而化學(xué)成份、發(fā)熱量等物化性能與焦炭差異不 大的焦粉，因粒度太小影響高爐料柱的透氣性而得不到很好的利用。在大塊焦炭破碎過程中 可產(chǎn)生20-25%的焦粉，而且焦炭入爐前由于整粒還將篩分出部分焦粉，目前我國焦碳產(chǎn)量超 過3億噸，即使按照焦粉產(chǎn)生比例20%計算，我國每年的焦粉數(shù)量在7500萬噸以上，焦粉主要 作為燃料用于燒結(jié)，按照年產(chǎn)5億噸燒結(jié)礦、燒結(jié)中焦粉配比5%計算，每年消耗量為2500萬 噸左右，因此還剩余5000萬噸左右的焦粉由于沒有較好的成型技術(shù)，只能堆積甚至廢棄，不 但資源得不到利用，還污染環(huán)境，若能對這些資源加以開發(fā)利用作高爐燃料，可高效利用焦 粉資源，而且焦粉的價格僅為焦碳的1/10-1/3，如果用焦粉替代部分焦碳用于高爐冶煉，將 有利于大幅降低生鐵成本。所以對焦粉深加工，開發(fā)技術(shù)含量高、附加值大的產(chǎn)品是焦粉高 效利用的重要課題。其中利用焦粉生產(chǎn)鐵焦就是潛在的應(yīng)用途徑之一。
國外有利用焦粉生產(chǎn)鐵焦的試驗研究，其方法是在煉焦配煤中加入部份焦粉和含鐵原料 ，在900-100(TC的煉焦?fàn)t內(nèi)干餾后得到的一種含鐵的塊狀焦炭。上述方法主要是利用配煤中 的結(jié)焦煤在高溫下干餾固結(jié)的原理，因此對配煤提出了要求，不能大比例的利用焦粉，而且 鐵焦需要高溫處理才能達(dá)到冶煉的強度要求，焦粉再次回爐造成二次耗能、二次污染。而對 于在冷壓成型、低溫固結(jié)的條件下，制備出既能承受皮帶輸送過程中的機械碰撞、跌落，又 能承受爐內(nèi)的熱沖擊、機械擠壓、摩擦及熱荷重的鐵焦還未有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之一提供一種性能優(yōu)良的高爐用鐵焦，其既能承受皮帶輸送過程中的 機械碰撞、跌落，又能承受爐內(nèi)的熱沖擊、機械擠壓、摩擦及熱荷重。
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之二就是開發(fā)冷壓成型、低溫固結(jié)條件下生產(chǎn)鐵焦的方法，使得能較 大比例范圍地利用焦粉，并使鐵焦具有運轉(zhuǎn)、冶煉所需要的冷態(tài)和熱態(tài)強度。
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)之三是提供本發(fā)明鐵焦的應(yīng)用。
本發(fā)明高爐用鐵焦由以下質(zhì)量百分比的成分組成，焦粉10 7Q wt%、含鐵原料20 82wt%、粘結(jié)齊!j8 10wt。/。。
所述的粘結(jié)劑是將有機高分子聚合物、硅溶膠或硅膠、水按質(zhì)量比例0.5 1.5:5 7:11 13添加得混合溶液，再加入占混合溶液0.05 0.6wt。/。的穩(wěn)定劑；攪拌均勻，反應(yīng)釜溫 度170 19(TC， 1.2 1.4Mpa壓力下，反應(yīng)l. 5 3小時，冷卻分離沉降不溶物得到。
所述粘結(jié)劑中的有機高分子聚合物為SHN或羧甲基纖維素鈉；所述的硅溶膠或硅膠中 Si02的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30 60。/。。所述的穩(wěn)定劑為NaOH、 K0H或NH40H。
所述鐵焦中的含鐵原料為鐵礦粉、鐵精礦、除塵灰、氧化鐵皮、轉(zhuǎn)爐污泥的一種或多種 ，粒度小于10mm。
所述的鐵焦的制備方法是將粘結(jié)劑添加到含鐵原料和焦粉中，通過冷壓成型-低溫固結(jié) 制備得到鐵焦，具體過程如下按照焦粉10 70 wt%、含鐵原料20 82wt。/?；旌?，同時配入 8 10wt。/。的粘結(jié)劑，并加水至混合料重量的15-20%，在300 800kg/ci/的壓力下冷壓成型得 到濕塊；將濕塊在300 60(TC溫度下干燥制得鐵焦。
焦粉比例為10-50wty。的鐵焦用于中型高爐與燒結(jié)礦混裝，替代部分含鐵爐料和燃料。焦 粉比例為50-70wt。/。的鐵焦用于小型高爐，布料在礦層與焦碳層之間作燃料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
1) 鐵焦制備將焦粉和含鐵原料按一定比例配料，并配入8 10wt。/。的粘結(jié)劑，視原料 水分情況適當(dāng)加水使壓塊原料達(dá)到適宜的水分， 一般為15 20wt。/。。壓塊原料經(jīng)混勻后在 300 800kg/ci/的壓力下冷壓成型得到①(30 40) mmX (20 25) mm的橢球形濕塊，然后 將濕塊送入干燥筒，在300 60(TC溫度下干燥至水分完全脫除，即可制得鐵焦。其工藝流程 圖見圖l。
2) 鐵焦使用方法焦粉比例為50-70wt。/。的鐵焦用于小型高爐，布料在礦層與焦碳層之 間作焦碳代用燃料，鐵焦布料在焦碳層之上、礦層之下；焦粉比例范圍為10-50wt。/。的鐵焦用 于中型高爐與燒結(jié)礦混裝，替代部分含鐵爐料并減少高爐焦碳消耗量。
所述步驟l)中的焦粉配比為10 70wt。/。，當(dāng)焦粉配比為10-50wt。/。時，焦粉粒度小于 6. 3mm;而焦粉配比為50-70wt。/。時，焦粉粒度小于10mm。
所述步驟l)中的含鐵原料，可以為鐵礦粉、鐵精礦或除塵灰、氧化鐵皮、轉(zhuǎn)爐污泥等 含鐵雜料，可選擇其中的一種或多種，要求粒度小于10mm。
所述步驟2)中焦粉比例為10-50wt。/。的鐵焦在高爐中的用量為20 80Kg/tFe，焦粉比例 為50-70wt。/。的鐵焦用量為20 100Kg/tFe。
本發(fā)明的特征及帶來的有益效果1) 冷壓成型-低溫固結(jié)法的優(yōu)點
與現(xiàn)有技術(shù)相比，冷壓成型、低溫固結(jié)制備鐵焦能耗低，投資小，解決了傳統(tǒng)鐵焦生產(chǎn) 效率低，影響焦?fàn)t爐襯使用壽命的弊病，且不需要結(jié)焦煤和弱粘結(jié)性煤為粘結(jié)劑，可單獨使 用焦粉成型，無需高溫焙燒，無環(huán)境污染。
2) 粘結(jié)劑制備鐵焦產(chǎn)品的性能
① 焦粉比例為10-50wt。/。的鐵焦指標(biāo)為濕塊落下強度大于3次/ (0.5m'個)；干塊轉(zhuǎn)鼓 強度TI (測量方法同燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度)為79. 5% 87. 1%，抗壓強度大于2000N/個；熱強度 130(TC不潰散，兩米高落下不碎；其質(zhì)量能滿足高爐冶煉的要求；
② 焦粉比例為50-70wt。/。的鐵焦指標(biāo)為濕塊落下強度大于3次/ (0.5111*個)；干塊抗碎
強度(測量方法同焦碳抗碎強度)]\125為87. 2% 90. 0%，耐磨強度Mn)為6. 5 9. 0%，抗壓強度 大于2000N/個；熱強度130(TC不潰散，兩米高落下不碎；其質(zhì)量能滿足替代部分冶金焦碳的 要求。
3) 用該粘結(jié)劑制備的鐵焦應(yīng)用到高爐的效果
① 焦粉比例為50-70wt。/。的鐵焦應(yīng)用到高爐的效果
A. 能替代冶金焦碳作煉鐵燃料，以當(dāng)量的固定碳為基準(zhǔn)，鐵焦的置換比在1.0附近；
B. 能改善還原反應(yīng)的條件，有利于提高煤氣的利用率。
② 焦粉比例為10-50wt%的鐵焦應(yīng)用到高爐的效果
A. 鐵焦粒度均勻，能改善高爐中塊狀帶的透氣性，對軟熔帶的透氣性影響不大；
B. 鐵焦中焦粉表面積大，含鐵礦物與焦粉接觸良好，改善了還原反應(yīng)的條件，有利于 含鐵礦物的還原；
C. 由于還原產(chǎn)生的C02首先與鐵焦中反應(yīng)性能較好的焦粉進(jìn)行碳的氣化反應(yīng)，因此混裝 鐵焦對層狀大塊焦具有保護(hù)作用，使進(jìn)入中心焦層的大塊焦具有較大的粒度和強度，改善了 爐缸及其附近區(qū)域的透氣、透液性。
D. 鐵焦的應(yīng)用提高了煤氣利用率，提高高爐產(chǎn)量，降低冶金焦碳的用量。


圖l為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實施例方式
下面實例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制發(fā)明的范圍。 具體操作方法實施例l:生產(chǎn)粘結(jié)劑的原料配比SHN:硅溶膠:水為1:5:12，硅溶膠質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 40. 0%，加入0. 2wt。/。Na0H為穩(wěn)定劑，攪拌均勻。反應(yīng)條件為反應(yīng)釜反應(yīng)溫度180。C ，蒸汽壓 1.3Mpa，反應(yīng)時間為2.5小時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結(jié)劑。
鐵焦原料配比焦粉:鐵礦粉:粘結(jié)劑為60:30:10，并加水至混合料重量的17. 0%，焦粉、 鐵礦粉粒度均小于10mm，壓塊大小為①35mmX20mm，壓力為300Kg/cm2，在350。C溫度下干燥 。得到的鐵焦質(zhì)量指標(biāo)為濕塊落下強度3.4次/ (0.5111*個)；干塊抗碎強度M25為88. 6%， 耐磨強度Mw為7. 8%，抗壓強度2533N/個；熱強度130(TC不漬散，兩米高落下不碎。
實施例2:生產(chǎn)粘結(jié)劑的原料配比SHN:硅溶膠水為1:6:11，硅膠質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50. 5%， 加入0.2wt。/。K0H為穩(wěn)定劑，攪拌均勻。反應(yīng)條件為反應(yīng)釜反應(yīng)溫度185'C，蒸汽壓l. 2Mpa， 反應(yīng)時間為3小時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結(jié)劑。
鐵焦原料配比焦粉:鐵礦粉:粘結(jié)劑為65:27:8，并加水至混合料重量的17. 5%，焦粉、鐵 礦粉粒度均小于10mm，壓塊大小為①35mmX20mm，壓力為500Kg/cm2，在300。C溫度下干燥。 得到的鐵焦質(zhì)量指標(biāo)為濕塊落下強度3.6次/ (0.5m"個)；干塊抗碎強度M25為87. 4%，耐 磨強度Mn)為8.0%，抗壓強度2362N/個；熱強度130(TC不漬散，兩米高落下不碎。
實施例3:生產(chǎn)粘結(jié)劑的原料配比羧甲基纖維素鈉硅溶膠:水為1:6:12，硅溶膠質(zhì)量百 分?jǐn)?shù)為40%，加入0.2wt。/。NaOH為穩(wěn)定劑，攪拌均勻。反應(yīng)條件為反應(yīng)釜反應(yīng)溫度190。C ，蒸 汽壓1.2Mpa，反應(yīng)時間為2.5小時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結(jié)劑。
鐵焦原料配比焦粉:鐵礦粉:粘結(jié)劑為32:60:8，并加水至混合料重量的15. 5%，鐵礦粉粒 度小于10mm，焦粉粒度小于6. 3mm，壓塊大小為①35mmX20mm，壓力為300Kg/cm2，在400。C 溫度下干燥。得到的鐵焦質(zhì)量指標(biāo)為濕塊落下強度3.6次/ (0.5111*個)；干塊轉(zhuǎn)鼓強度 丁1為82.3%，抗壓強度2609N/個；熱強度130(TC不潰散，兩米高落下不碎。
實施例4:生產(chǎn)粘結(jié)劑的原料配比羧甲基纖維素鈉硅膠:水為1:7:12，硅膠質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 為50. 5%，加入O. 3wt。/。K0H為穩(wěn)定劑，攪拌均勻。反應(yīng)條件為反應(yīng)釜反應(yīng)溫度19(TC ，蒸汽 壓1.3Mpa，反應(yīng)時間為3小時，冷卻分離沉降不溶物得到粘結(jié)劑。
鐵焦原料配比焦粉:鐵礦粉:粘結(jié)劑為25:65:10，并加水至混合料重量的15. 0%，鐵礦粉 粒度小于10mm，焦粉粒度小于6.3mm，壓塊大小為①35mmX20mm，壓力為600Kg/cm2，在450 'C溫度下干燥。得到的鐵焦質(zhì)量指標(biāo)為濕塊落下強度4.2次/ (0.5111*個)；干塊轉(zhuǎn)鼓強度 TI為84. 1%，抗壓強度2822N/個；熱強度130(TC不潰散，兩米高落下不碎。
采用上述實例l、 2制備得到的焦粉比例為50-70wt。/。的鐵焦應(yīng)用在小型高爐中，比例逐步 增加到100Kg/tFe，高爐工藝順行，冶金焦炭消耗量下降，高爐利用系數(shù)略有增加；而采用上述實例3、 4制備得到的焦粉比例為10-50wt。/。的鐵焦應(yīng)用在中型高爐中，比例逐步增加到 80Kg/tFe，高爐操作無異常情況，且焦比下降。
權(quán)利要求
1.一種高爐用鐵焦，其特征在于，所述的鐵焦由以下質(zhì)量百分比的成分組成，焦粉10～70wt％、含鐵原料20～82wt％、粘結(jié)劑8～10wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鐵焦，其特征在于，所述的粘結(jié)劑是將有機 高分子聚合物、硅溶膠或硅膠、水按質(zhì)量比例0.5 1.5:5 7:11 13添加得混合溶液，再加 入占混合溶液O. 05 0. 6wt。/。的穩(wěn)定劑；攪拌均勻，反應(yīng)釜溫度170 19(TC， 1. 2 1. 4Mpa壓 力下，反應(yīng)1.5 3小時，冷卻分離沉降不溶物得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵焦，其特征在于，所述的有機高分子聚合 物為SHN或羧甲基纖維素鈉；所述的硅溶膠或硅膠中Si02的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30 60呢。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵焦，其特征在于，所述的穩(wěn)定劑為NaOH、 K0H或NH40H。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鐵焦，其特征在于，所述的含鐵原料為鐵礦 粉、鐵精礦、除塵灰、氧化鐵皮、轉(zhuǎn)爐污泥的一種或多種，粒度小于10mm。
6.權(quán)利要求l所述的鐵焦的制備方法，其特征在于，將粘結(jié)劑添加到 含鐵原料和焦粉中，通過冷壓成型-低溫固結(jié)制備得到鐵焦。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵焦的制備方法，其特征在于，按照焦粉 10 70 wt%、含鐵原料20 82wt。/?；旌?，同時配入8 10wt。/。的粘結(jié)劑，并加水至混合料重量 的15-20%，在300 800kg/cm2的壓力下冷壓成型得到濕塊；將濕塊在300 600。C溫度下干燥 制得鐵焦。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵焦的制備方法，其特征在于，所述的含鐵 原料為鐵礦粉、鐵精礦、除塵灰、氧化鐵皮、轉(zhuǎn)爐污泥的一種或多種，粒度小于10mm。
9.權(quán)利要求l所述的鐵焦的應(yīng)用，其特征在于，焦粉比例為 10-50wt。/。的鐵焦用于中型高爐與燒結(jié)礦混裝，替代部分含鐵爐料和燃料。
10. 權(quán)利要求l所述的鐵焦的應(yīng)用，其特征在于，焦粉比例為 50-70wty。鐵焦用于小型高爐，布料在礦層與焦碳層之間作燃料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高爐用鐵焦及其制備和應(yīng)用，為低廉焦粉的高效利用開辟了新的途徑。冷壓成型-低溫固結(jié)法制備鐵焦的方法是加入8～10％的粘結(jié)劑到含鐵原料和焦粉中，經(jīng)混勻后在300～800kg/cm²的壓力下冷壓成型得到Φ(30～40)mm×(20～25)mm的橢球形濕塊，在300～600℃溫度下干燥即可制得鐵焦。焦粉配比可在10-70％的范圍內(nèi)變化；上述方法能大比例的利用焦粉，無需高溫處理，不會造成二次耗能、二次污染；而對于在冷壓成型、低溫固結(jié)的條件下，制備出既能承受皮帶輸送過程中的機械碰撞、跌落，又能承受爐內(nèi)的熱沖擊、機械擠壓、摩擦及熱荷重的鐵焦。
文檔編號C22B1/244GK101619386SQ20091030555
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者濤 姜, 張元波, 張振慧, 騫 李, 李光輝, 楊永斌, 敏 甘, 白國華, 范曉慧, 袁禮順, 斌 許, 郭宇峰, 陳許玲, 黃柱成 申請人:中南大學(xué)