处理高磷鲕状赤铁矿竖炉防球团高温还原黏结的方法

摘要

一种处理高磷鲕状赤铁矿竖炉防球团高温还原黏结的方法，属于直接还原炼铁技术领域。将高磷鲕状赤铁矿粉与煤粉、脱磷剂和粘接剂按合适的比例进行配料、混碾、压球，制成冷固结球团，该固结球团经过烘干或养生处理，进入直接还原竖炉；球团在直接还原竖炉内，将自上而下地经历热煤气焙烧及气基预还原、煤基直接还原和冷却过程，固结球团经历的气基预还原、煤基直接还原温度范围850-1200℃，在竖炉内的停留时间为1-5h；还原气组成：为H2/CO=1.2-4，经还原后的球团密封冷却，在冷却段出口处，固结球团温度控制在100～200℃，再将固结球团破碎、磁选和压块，得到的铁产品中TFe≥88%，磷含量

权利要求

1.一种处理高磷鲕状赤铁矿竖炉防球团高温还原黏结的方法，采用气基+煤基相结合的复合直接还原竖炉处理高磷鲕状赤铁矿，生产直接还原铁；其特征在于：将高磷鲕状赤铁矿粉与煤粉、脱磷剂和粘接剂按合适的比例进行配料、混碾、压球，制成冷固结球团，该固结球团经过烘干或养生处理，进入直接还原竖炉；球团在直接还原竖炉内，将自上而下地经历热煤气焙烧及气基预还原、煤基直接还原和冷却过程，固结球团经历的气基预还原、煤基直接还原温度范围850℃-1200℃，在竖炉内的停留时间为1-5h；还原气组成：为H2/CO＝1.2-4，经还原后的球团密封冷却，在冷却段出口处，固结球团温度控制在100～200℃，再将固结球团破碎、磁选和压块，得到的铁产品中TFe≥88％，磷含量<0.3％；

所述的固结球团抗压强度>1500N；

所述的还原竖炉采用三段式的竖炉结构：竖炉自上而下依次为球团焙烧及气基预还原段、煤基直接还原段和冷却段，竖炉的空间和高度方向确保球团的下料速度控制在2-8m/h范围内；

在焙烧及气基预还原段，竖炉内温度控制在850～950℃范围；在煤基直接还原段，竖炉内温度控制在950～1200℃范围；

所述的鲕状赤铁矿重量百分含量TFe：>40％，SiO2：4-15％，Al2O3：>5％，P：0.4-1.0％；

所述的冷固结球团二元碱度为0.7-1.3；鲕状赤铁矿重量百分含量为65-85％；配煤：

5-20％；粘结剂：3-7％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固结球团中加入的提高球团强度的物质是硅质粘结剂，防止固结球团表面高温还原黏结所配加的材料为氧化钙质、氧化铝质或氧化镁质材料。

说明书

处理高磷鲕状赤铁矿竖炉防球团高温还原黏结的方法

技术领域

[0001] 本发明属于直接还原炼铁技术领域，涉及一种处理高磷鲕状赤铁矿竖炉防球团高温还原黏结的方法，即利用气基+煤基竖炉处理鲕状赤铁矿的工艺。

背景技术

[0002] 针对国内大量存在、又难以利用的鲕状高磷赤铁矿资源，国内一直试图解决关键技术瓶颈，打通工艺流程，实现规模化生产，使国内钢铁企业逐渐摆脱对国外高价铁矿资源的依赖性。但从已有的研究成果看，该方向的应用技术研发进展比较缓慢。以往在鲕状高磷赤铁矿选矿技术的优化方面虽已开展了大量研究工作，特别是选矿方面，如中南大学（专利：一种由含磷鲕状赤铁矿制备炼铁用铁精矿的方法，申请号:CN200710034838.2），贵州大学（专利：一种鲕状赤铁矿的选矿方法，申请号:CN200910309207.6）。但由于鲕状高磷赤铁矿特殊的致密嵌套的矿相结构，氧化铁与磷灰石等矿相分布尺寸在10μm，导致该矿种中的金属铁与杂质元素磷很难有效分离，尚不能满足现有钢铁生产流程对成品矿中磷含量的限制要求。而目前相对比较成熟的煤基直接还原方法（如转底炉、回转窑等），无论在生产规模、生产稳定性和技术经济指标方面，还是处理鲕状高磷赤铁矿这种特殊矿种结构，都还没有成功的案例。目前大量与煤基直接还原相关的基础实验研究，很多成果仅限于针对具体工艺环节而开展，距真正工程化还有一定的距离。

[0003] 对于鲕状高磷赤铁矿这种特殊矿种的资源化利用，要达到目前炼钢所需的铁源要求，必须选择有利的技术途径，高效解决提铁、降磷的技术瓶颈问题。本发明尝试通过气基+煤基相结合竖炉复合直接还原方法达到提铁、降磷的目的，使该矿种所含的氧化铁被高效还原成具有一定磁性的金属铁，同时，使其所含的氧化磷等杂质物质尽可能留存在非磁性的脉石相中，还原产物再经过较经济的破碎磁选，实现铁与磷的有效分离。

[0004] 制约本工艺所提出的气基+煤基竖炉工程化的最大难点是如何解决团矿在高温（850℃—1200℃）还原过程中的炉料顺行以及荷重软化现象和黏结问题。目前的相关研究较少，特别是针对煤基+气基的竖炉的防止团矿高温还原粘结的研究。本发明专利利用具有规模化生产潜力的竖炉装置处理鲕状高磷赤铁矿资源，解决煤基竖炉存在的球团高温还原黏结问题，从而得到低磷、高铁含量的直接还原产品。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种处理高磷鲕状赤铁矿竖炉防球团高温还原黏结的方法及装置，解决了球团高温还原黏结的问题，该工艺技术路线一旦打通，有望成为钢铁行业最具发展潜力的规模化处理鲕状高磷赤铁矿资源的有效手段，为钢铁行业提供新的铁源，既可以作为转炉流程中大量使用的废钢的替代品，又可以成为电炉短流程中废钢的主要来源。因此，该工艺技术路线的打通，对钢铁行业技术进步的推动作用是显而易见的。

[0006] 本发明的工艺路线是采用气基+煤基相结合的复合直接还原竖炉处理高磷鲕状赤铁矿，生产直接还原铁产品。将高磷鲕状赤铁矿粉与煤粉、脱磷剂和粘接剂按合适的比例进行配料、混碾、压球，制成冷固结球团，该固结球团经过烘干或养生处理，进入直接还原竖炉；球团在直接还原竖炉内，将自上而下地经历热煤气焙烧及气基预还原、煤基直接还原和冷却过程，固结球团经历的气基预还原、煤基直接还原温度范围850-1200℃，在竖炉内的停留时间为1-5h；还原气组成：为H2/CO=1.2-4，(CO+H2>90%，N2<10%)，经还原后的球团密封冷却，在冷却段出口处，固结球团温度控制在100～200℃，再将固结球团破碎、磁选和压块，得到的铁产品中TFe≥88%，磷含量<0.3%。

[0007] 所述的固结球团抗压强度>1500N；

[0008] 所述的还原竖炉采用三段式的竖炉结构：竖炉自上而下依次为球团焙烧及气基预还原段、煤基直接还原段和冷却段，竖炉的空间和高度方向可确保球团的下料速度控制在2-8m/h范围内；

[0009] 在焙烧及气基预还原段，竖炉内温度控制在850～950℃范围；在煤基直接还原段，竖炉内温度控制在950～1200℃范围。

[0010] 所述的鲕状赤铁矿重量百分含量TFe：>40%，SiO2：4-15%，Al2O3：>5%，P：0.4-1.0%。

[0011] 所述的冷固结球团二元碱度为0.7-1.3；鲕状赤铁矿重量百分含量为65-85%；配煤：5-20%；粘结剂：3-7%。

[0012] 所述的固结球团中加入的提高球团强度的物质是硅质粘结剂，防止固结球团表面高温还原黏结所配加的材料为氧化钙质、氧化铝质或氧化镁质材料。

[0013] 对竖炉尾气进行除尘和脱除二氧化碳的处理，处理后的竖炉尾气经煤气加热装置升温，再进入竖炉煤气风口处，形成竖炉尾气循环利用的闭环控制，降低竖炉还原过程的能源消耗。

[0014] 为了实现上述方法，本发明的竖炉具有如下特点：

[0015] （1）为了保证球团在竖炉内的有效还原和防止黏接，通过控制竖炉内下料速度和不同高度的风口处煤气流量和温度，确保上部球团焙烧及气基预还原段、中部球团煤基直接还原段和下部球团冷却段始终处于预期的温度控制范围内。

[0016] （2）整个竖炉在不同高度位置上至少设计三排煤气风口，每排风口处鼓入的煤气流量和温度可根据工艺需要控制；

[0017] （3）鼓入竖炉的热煤气需经过煤气加热装置加热至所需温度，再进入竖炉；为确保进入竖炉的煤气使对应竖炉内不同位置获得相对均匀的温度场，可将煤气风口设计成可进入竖炉径向的中心位置；

[0018] （4）通过控制竖炉的出料速度，将竖炉内炉料的下料速度控制在2～8m/h的范围，缓解炉料在高温还原下的粘结的问题；

[0019] （5）采用对辊式或圆盘式出料装置。

[0020] 为了防止入炉球团在竖炉中产生高温还原黏结，采用的方法是：

[0021] （1）向球团中添加粘结剂提高球团的强度（抗压强度>1500N）；

[0022] （2）竖炉内防止球团黏结的结构设计：采用竖炉包括球团焙烧及气基预还原段、高温煤基直接还原段和冷却段；通过控制出料速度，控制球团在竖炉内的下料速度为2-8m/h；通过对不同风口处煤气流量和温度的控制，严格控制球团焙烧及气基预还原段和高温煤基直接还原段温度，焙烧及气基预还原段温度为850～950℃，高温煤基直接还原段温度为950～1200℃。

[0023] （3）在球团表面配加一定量的防黏结剂。

[0024] 本发明与其他方法相比本发明具有如下优点：

[0025] （1）在所尝试的气基+煤基复合还原过程中，最高还原温度可达到1200℃，有利于含铁矿物的高效还原；而目前竖炉气基在850-900℃。通过提高入炉球团强度、采用独特的竖炉结构设计及球团中配加防黏剂的方法以解决球团高温还原的黏结问题。

[0026] （2）考虑到还原过程中鲕状赤铁矿所含金属铁与杂质元素磷的选择性还原和提铁、降磷问题，本发明利用添加石灰等碱性物质抑制磷的还原，造成矿石中氧化铁优先于氧化磷被还原成具有一定磁性的金属铁和有利于磁选分离的铁晶相微观尺寸要求。

[0027] （3）利用煤气发生炉制取还原竖炉所用的煤气；利用煤气加热装置将煤气发生炉产生的煤气加热至竖炉还原所需温度范围；通过对竖炉尾气进行脱出二氧化碳的处理，确保进入还原竖炉的煤气中有效组分CO+H2>90%，实现高效、低能耗还原。

附图说明

[0028] 图1为煤基+气基竖炉处理鲕状赤铁矿的工艺流程。

[0029] 图2为气基+煤基竖炉防球团高温还原粘结示意图。

具体实施方式

[0030] 实施例1

[0031] 原料为质量百分含量TFe45.27%、SiO28.21%、Al2O35.61%、P0.58%的鲕状赤铁矿。按照比例：重量百分含量为80%鲕状赤铁矿、8%的煤、消石灰7%及粘结剂5%混匀，压球。通过还原竖炉，还原温度为1130℃，还原时间为1.5h，还原气组成为(H2:50%；CO:42%；N2:8%)，密封冷却到室温。将还原矿破碎、磨碎后进行弱磁选，得到的产品重量百分含量TFe92%，磷含量0.10%。

[0032] 实施例2

[0033] 原料为质量百分含量TFe42.1%、SiO212.4%、Al2O36.5%、P0.82%的鲕状赤铁矿。按照比例：重量百分含量为78%鲕状赤铁矿、10%的煤、消石灰5%及粘结剂7%混匀，压球。通过还原竖炉，还原温度为1200℃，还原时间为1.2h，还原气组成为(H2:52%；CO:40%；N2:8%)，密封冷却到室温。将还原矿破碎、磨碎后进行弱磁选，得到的产品重量百分含量TFe94%，磷含量0.13%。

[0034] 实施例3

[0035] 原料为质量百分含量TFe40.7%、SiO214.4%、Al2O37.5%、P0.98%的鲕状赤铁矿。按照比例：重量百分含量为82%鲕状赤铁矿、7%的煤、消石灰6%及粘结剂5%混匀，压球。通过还原竖炉，还原温度为1150℃，还原时间为1.0h，还原气组成为(H2:50%；CO:40%；N2:10%)，密封冷却到室温。将还原矿破碎、磨碎后进行弱磁选，得到的产品重量百分含量TFe90%，磷含量0.16。