專利名稱：采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐煉鐵技術(shù)，尤其是指一種采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法。
背景技術(shù)：
中國2005年的鋼鐵產(chǎn)量預(yù)計達(dá)到三億噸，約占全世界鋼鐵產(chǎn)量的25％。根據(jù)上世紀(jì)90年代末的地質(zhì)統(tǒng)計資料中國已探明的鐵礦儲量約543億噸，富礦平均品位52.59％，占總儲量的5.59％；其余的貧礦平均品位為33.47％，而且大部分為難選的赤鐵礦，按行業(yè)規(guī)定及傳統(tǒng)工藝經(jīng)濟(jì)效益推算，品位低于60％的鐵礦不適宜于直接煉鐵。基于以上原因，近年來中國每年約從海外進(jìn)口品位≥62％的鐵礦約2～3億噸，用以搭配國內(nèi)的低品位鐵礦。今年二月底，中國最大的鋼鐵廠---上海寶山鋼鐵廠被迫接受全球最大的鐵礦供應(yīng)商CVRD提價71.5％的要求。僅此一項(xiàng)，本年度中國需支付提價部分的支出即超過40億美元。本發(fā)明人對現(xiàn)有煉鐵行業(yè)的成本構(gòu)成及煉鐵原料現(xiàn)行價格進(jìn)行粗略分析(詳見附表一)，推算出單獨(dú)使用60％的鐵礦與單獨(dú)使用價格僅為其40％、品位為53％的鐵礦其成本接近，但鐵礦品位降低時，脈石增大，相對造渣劑量增大，造成焦比升高及煉鐵爐產(chǎn)量減少。傳統(tǒng)的煉鐵理論認(rèn)位；直接入爐的鐵礦品位低于60％時，沒有經(jīng)濟(jì)價值，而鐵礦石的市場價格驗(yàn)證了這一理論。中國現(xiàn)有的大中型鋼鐵企業(yè)只能用昂貴的進(jìn)口高品位鐵礦或搭配適量的國產(chǎn)廉價的低品位鐵礦煉鐵，以求得生存及發(fā)展。
隨著不可再生的自然資源之減少及市場對鋼鐵制品需求的增長，鐵礦價格上升迫使鋼鐵制品漲價成為一種必然的趨勢。人類進(jìn)入鐵器時代開始到目前為止，鼓風(fēng)爐煉鐵的基本原理幾乎沒有改變。而且在今后若干年內(nèi)，淘汰鼓風(fēng)爐煉鐵的新技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槊磕?0億噸產(chǎn)量的煉鐵鼓風(fēng)爐其設(shè)備投資是一個天文數(shù)字。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷進(jìn)步，煉鐵高爐大型化，機(jī)械化，自動化及連續(xù)化程度越來越高。但技術(shù)改造的潛力越來越小，通過采用噴煤，富氧，提高風(fēng)溫、風(fēng)壓等強(qiáng)化熔煉措施以提高產(chǎn)量及降低或本已經(jīng)沒有多大的余地。鐵礦及煤炭的升價使鋼鐵制品漲價到一定程度時，設(shè)備落后、污染嚴(yán)重、高能耗但使用廉價低品位鐵礦的小容積煉鐵爐必然逐步增多。而以廢鋼鐵為原料的小型中頻爐也大量生產(chǎn)高危非標(biāo)俗稱“地拉鐵”的建筑材而累禁不止。本發(fā)明人認(rèn)為，若大中型鋼鐵企業(yè)能使用低品位含鐵原料部分替代高品位鐵礦使生產(chǎn)成本逐步降低且產(chǎn)量增加，這些問題都可以逐步得到解決。但低品位含鐵原料存在原料成分復(fù)雜、穩(wěn)定性差的問題，在大、中型高爐中極少使用。
中國專利“使用煤基預(yù)還原球團(tuán)的高爐煉鐵法”(專利號ZL99105541.1，授權(quán)公告號CN1151280C)，作為底轉(zhuǎn)爐二步煉鐵的代表，此類專利國內(nèi)外的研究都很深而且已有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，其要點(diǎn)是將高爐煉鐵的還原過程即能耗最大的部分移出高爐外，用底轉(zhuǎn)爐去完成。由于底轉(zhuǎn)爐可以用廉價的白煤替代焦炭。從減少煉焦污染方面，底轉(zhuǎn)爐更具優(yōu)勢。但分析國內(nèi)外這方面的方法，本發(fā)明人認(rèn)為，底轉(zhuǎn)爐煉鐵僅適用于高品位鐵礦還原后直接進(jìn)入電弧爐煉鋼方面可以部分替代高爐煉鐵。由于底轉(zhuǎn)爐還原供熱需用氣體燃料而不適宜于中國國情，若以煤造氣除成本高外，總體投資高、產(chǎn)量低造成回收周期過長也是底轉(zhuǎn)爐在國內(nèi)難以推廣應(yīng)用的主要原因。
中國專利申請“采用低溫還原鐵礦粉生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的制備方法”(申請?zhí)?00410000815.6，
公開日2004年12月29日)，公開了一種低溫還原超細(xì)粒度鐵礦生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的方法，該專利申請通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明了超細(xì)粒度鐵礦與超細(xì)粒度煤粉具有優(yōu)異的活化性能、兩者之間的還原反應(yīng)有很好的低溫效應(yīng)，豐富了傳統(tǒng)熱力學(xué)及煤基還原理論，為解決鋼鐵企業(yè)的環(huán)境污染、降低消耗提出了一種新的思路，但未能解決國產(chǎn)低品位含鐵原料在高爐中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝路線可行、經(jīng)濟(jì)合理的一種采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法。本發(fā)明在不降低煉鐵爐產(chǎn)量的前提下，通過使用廉價的低品位國產(chǎn)含鐵原料替代高價、高品位進(jìn)口鐵礦，部分以煤代焦兩種方式降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，具體流程為將含鐵原料、含碳物料、粘結(jié)劑分別破碎、充分混合后造粒，其中所述的含鐵原料采用含鐵品位為56％以下的原料，經(jīng)破碎后混合成成分穩(wěn)定的物料；粘結(jié)劑采用水泥熟料，各原料破碎后的粒徑為0.03～0.06mm，原料在造粒時加入適量的水混合后沖壓成型，已成型的粒料固化后加水養(yǎng)護(hù)16～25天，然后全部或部分替代高爐燒結(jié)塊按常規(guī)煉鐵方法煉鐵；含碳物料的加入量為含鐵原料的12～25％、粘結(jié)劑的加入量是鐵礦石的0.5～9％。
上述采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法中所述的低品位含鐵原料是磁鐵礦，褐鐵礦，赤鐵礦或硫鐵礦燒渣的其中至少一種。
上述采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法中所述的含鐵原料的破碎和混合方法采用兩步首先將含鐵原料初步破碎到40～80目，然后根據(jù)各含鐵原料的成分搭配成成分穩(wěn)定的原料后進(jìn)一步破碎、混合。
上述的采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法中所述的含碳物料是白煤、煙煤、焦粉等含碳物料的其中一種或其組合。
上述的采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法中所述粒料是兩端為半球型的圓柱體或中空圓柱體。
上述的采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法中所述的粒料沖壓成型后的抗壓強(qiáng)度大于4kg/cm2。
上述的采用采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法中加入高爐的粒料為爐料的10～100％。
本發(fā)明采用的低品含鐵原料的特點(diǎn)是脈石比率高，熔劑消耗量增加，渣量也相應(yīng)增加，造成焦比升高和產(chǎn)量降低。傳統(tǒng)理論認(rèn)為低品位鐵礦直接煉鐵在經(jīng)濟(jì)上是不合算的，(在技術(shù)上也是不合理的)，但是傳統(tǒng)的煉鐵經(jīng)濟(jì)核算理論由于進(jìn)口鐵礦大幅度漲價與現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生差異、相對而言、根據(jù)中國的國情國產(chǎn)低品位鐵礦由于開采成本低，資源豐富，價格低等優(yōu)勢，直接煉鐵應(yīng)該有一定的競爭力。本發(fā)明人針對生鐵成本中兩個最大的成本項(xiàng)目——鐵礦及焦炭進(jìn)行針對性研究，提出使用低品位鐵礦替代進(jìn)口高品位鐵礦，使鐵礦成本大幅度降低，另外根據(jù)目前白煤價格僅為焦炭的45％的實(shí)際情況，使用含碳冷壓粒料以白煤替代部分焦炭以降低成本，從而解決成本問題低品位含鐵原料的第二個特點(diǎn)雜質(zhì)成分不穩(wěn)定而影響煉鐵爐正常運(yùn)行；本發(fā)明通過如下方法解決，成分復(fù)雜的各種類型低品位含鐵原料先破碎到40～80目，先分別混合均勻；然后根據(jù)其有害雜質(zhì)成分搭配至合格，進(jìn)行充分混和，再進(jìn)一步精破碎至99％通過325目再一次混和，經(jīng)過二次破碎及三次混和，可以獲得使煉鐵爐穩(wěn)定運(yùn)行的相對穩(wěn)定的爐料。
傳統(tǒng)煉鐵爐的燒結(jié)料要求有一定的質(zhì)量指標(biāo)，如冷態(tài)力學(xué)性能的耐跌落性能、抗壓強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓系數(shù)等指標(biāo)，對天然鐵精礦為原料的燒結(jié)塊而言由于其加工方式使其具有不可改變的特性。相對于本發(fā)明的粒料，由于已經(jīng)是超細(xì)粒度，當(dāng)使用圓盤造粒機(jī)時，其物理性能不一定能達(dá)到要求。但使用高壓沖床時，現(xiàn)代技術(shù)水平完全可以滿足煉鐵爐的要求。對煉鐵原料的熱強(qiáng)度指標(biāo)，如熱爆裂性、低溫還原粉化率、熱膨脹性等指標(biāo)，本發(fā)明人在各種粘結(jié)劑中進(jìn)行對比試驗(yàn)、選取水泥熟料作粘結(jié)劑，經(jīng)測定其熱強(qiáng)度指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)燒結(jié)塊，而本發(fā)明的粒料一個最大的特點(diǎn).就是粒料在煉鐵爐下行時，低溫還原速度比傳統(tǒng)燒結(jié)塊高。隨著金屬化率的升高，粒料體積收縮后比重增大，抗壓強(qiáng)度隨著升高。當(dāng)溫度達(dá)到950℃時金屬化率已達(dá)到95％，體積僅為冷料時的40％，本發(fā)明人選用冷態(tài)粒料抗壓強(qiáng)度單粒4kg/cm2進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)升溫到1150℃時，抗壓強(qiáng)度升到200kg/cm2，符合爐料下行時溫度逐步升高而壓力逐步增大的要求，而且當(dāng)粒料在軟化點(diǎn)前可以達(dá)到的強(qiáng)度，完全可以滿足大、中型煉鐵爐的要求。
對煉鐵爐料的軟化性指標(biāo)，天然鐵精礦同樣具有其不可改變性。本發(fā)明之粒料由于使用低品位含鐵原料，SiO2及Al2O3含量相對較高，具有軟化點(diǎn)比高品位鐵礦相對較高及軟化區(qū)間較窄的優(yōu)點(diǎn)，鋼鐵行業(yè)限制品位為60％以下的鐵礦直接煉鐵，其理由是低品位含鐵原料直接入爐時焦比高，能耗大.，低品位含鐵原料脈石增大造成熔劑增大，能耗(焦比)增大是必然的。本發(fā)明由于粒料在下行到950℃已95％金屬化，使用低品位含鐵原料脈石和熔劑理論并沒有減少，但傳統(tǒng)煉鐵爐燒結(jié)塊的還原反應(yīng)自表至里逐步進(jìn)行，必須維持爐膛內(nèi)的強(qiáng)還原氣氛(CO∶CO2的高比值)而造成大量CO隨尾氣帶走而使焦比升高，燒結(jié)料與氣態(tài)CO的還原反應(yīng)按表面積計與本發(fā)明的超細(xì)粒料相差幾十倍，本發(fā)明的粒料具有優(yōu)異的自還原性能。與傳統(tǒng)煉鐵的燒結(jié)塊對比反應(yīng)速度加快。本發(fā)明的粒料在熔化區(qū)段只需要維持弱還原氣氛即可以使粒料在軟化點(diǎn)前金屬化率達(dá)到95％以上，煉鐵過程的焦炭理論上只需要將金屬鐵及渣熔化即可。本發(fā)明煉鐵所消耗的焦炭接近完全燃燒，使傳統(tǒng)煉鐵爐變成化鐵爐，化鐵的理論焦比只需要0.15左右，本發(fā)明人實(shí)際測試在15M3的小高爐使用品位為53％的鐵礦(熱風(fēng)溫度550℃)進(jìn)行測試，焦比僅需要0.6，而且已省去燒結(jié)過程的焦耗，相對傳統(tǒng)煉鐵爐焦比大幅度下降。
高爐利用系數(shù)對比，在15M3小高爐(熱風(fēng)溫度550℃)用含鐵品位為53％的燒結(jié)料與本發(fā)明的粒料進(jìn)行對比試驗(yàn)，傳統(tǒng)方法使用燒結(jié)料日產(chǎn)生鐵18噸，使用本發(fā)明的粒料可以達(dá)到28噸，煉鐵爐利用系數(shù)大大提高。
具體實(shí)施例方式
鐵礦石的預(yù)破碎將各種低于56％品位的鐵礦分別破碎到40～80目，為達(dá)到均勻混合的目的，以破碎后的粒礦能以自重下可以呈流態(tài)以達(dá)到適合機(jī)械化混料為標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)行預(yù)混料。
配料首先選定一種品位配方，例如53％品位，根據(jù)價格、成分將不同品位的已經(jīng)過預(yù)破碎及混料鐵礦進(jìn)行搭配，但搭配時必須將各種雜質(zhì)因素計算在內(nèi)，如高硫低磷搭配高磷低硫等，搭配后再進(jìn)行第二次混合。同樣，對白煤也應(yīng)依據(jù)其成分的穩(wěn)定性確定是否需要預(yù)破碎并充分混合。
精破碎將已預(yù)破碎的各種固態(tài)原料分別破碎到99％通過325目。
混合將各種精破碎的物料依照配方充分混合均勻沖壓成型依據(jù)各種不同爐型所需要的抗壓強(qiáng)度選擇沖床壓力及粒料形狀及大小，大、中型煉鐵爐料柱高時，粒料應(yīng)選擇較大壓力的沖床，料柱低時，壓力沖床可以選擇低壓力沖床或?qū)L機(jī)，粒徑可以選擇為5～30mm，并依據(jù)爐料所需要的透氣性而定，特別適用的是兩端呈半球型的中空粒料，沖壓時適當(dāng)加入6～10％左右的水分。
固化已沖壓成型的粒料依據(jù)水泥的常規(guī)水化反應(yīng)后固化，并加入適量的水養(yǎng)護(hù)16～25天使其達(dá)到使用強(qiáng)度。
投料按常規(guī)煉鐵方法確定所需的二元堿度，分別將塊狀焦炭，粒料，石灰石逐層投入煉鐵爐，并依據(jù)各種爐型及設(shè)備情況使用富氧，噴煤、噴熔劑等技術(shù)、使用傳統(tǒng)鼓風(fēng)爐燒結(jié)塊煉鐵的操作條件、可以制取相應(yīng)的煉鋼生鐵或鑄造生鐵。
表一是采用不同低品位含鐵原料的投料重量。
表二是傳統(tǒng)工藝冶煉每噸生鐵成本測算表。
表三是本發(fā)明每噸生鐵成本測算表。
從表二、表三可以看出，傳統(tǒng)工藝使用品位為59～62％鐵礦時每噸生鐵平均成本2566元，本發(fā)明使用鐵礦品位為50～59％時每噸平均成本為1921元，可降低成本25％。
表一

附注固體物料粉碎到99％通過325目，粒料為φ45mm×70mm、兩端為半球型的圓柱體，單粒徑向千態(tài)抗壓強(qiáng)度4kg/cm2以上，混料時的水加入量為8～12％，粒料在沖壓成型后在室溫凝固16～25天。
表二

附注澳洲礦到岸價120美元×8.28(兌換率)×1.14(增值稅)+150元雜費(fèi)＝1283元/噸，62％礦是以進(jìn)口65％礦與59％國產(chǎn)礦各50％計價表三

附注鐵礦∶白煤∶粘結(jié)劑＝100∶22∶9。
權(quán)利要求
1.一種采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，具體流程為將含鐵原料、含碳物料、粘結(jié)劑分別破碎、充分混合后造粒，其特征是所述的含鐵原料采用含鐵品位為56％以下的原料，經(jīng)破碎后混合成成分穩(wěn)定的物料；粘結(jié)劑采用水泥熟料，各原料破碎后的粒徑為0.03～0.06mm，原料在造粒時加入適量的水混合后沖壓成型，已成型的粒料固化后加水養(yǎng)護(hù)16～25天，然后全部或部分替代高爐燒結(jié)塊按常規(guī)煉鐵方法煉鐵；含碳物料的加入量為含鐵原料的12～25％、粘結(jié)劑的加入量是含鐵原料的0.5～9％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，其特征是所述的低品位含鐵原料是磁鐵礦，褐鐵礦，赤鐵礦或硫鐵礦燒渣的其中至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，其特征是所述的含鐵原料的破碎和混合方法采用兩步首先將含鐵原料初步破碎到40～80目，然后根據(jù)各含鐵原料的成分搭配成成分穩(wěn)定的原料后進(jìn)一步破碎、混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，其特征是所述的含碳物料是自煤、煙煤、焦粉等含碳物料的其中一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用低晶位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，其特征是所述粒料是兩端為半球型的圓柱體或中空圓柱體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，其特征是所述的粒料沖壓成型后的抗壓強(qiáng)度大于4kg/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，其特征是加入高爐的粒料為爐料的10～100％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用低品位超細(xì)含鐵原料粉沖壓粒料直接煉鐵法，是將含鐵原料、含碳物料、粘結(jié)劑分別破碎、充分混合后造粒，其中所述的含鐵原料采用至少兩種以上的含鐵品位為56％以下的原料，經(jīng)初步破碎后混合均勻再進(jìn)一步破碎、混合；粘結(jié)劑采用水泥熟料，各原料破碎后的粒徑為0.03～0.06mm，原料在造粒時加入適量的水混合后沖壓成型，已成型的粒料固化后加水養(yǎng)護(hù)16～25天，然后全部或部分替代高爐燒結(jié)塊按常規(guī)煉鐵方法煉鐵；含碳物料的加入量為含鐵原料的12～25％、粘結(jié)劑的加入量是鐵礦石的0.5～9％。本發(fā)明的方法具有工藝路線可行、經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)點(diǎn)，可降低生產(chǎn)成本25％。
文檔編號C21B5/00GK1710112SQ20051003515
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者孔凡逸, 陸波, 趙林 申請人:孔凡逸, 陸波, 趙林