一种铁焦的制备方法

摘要

一种铁焦的制备方法，在CO2和CO的混合气氛下对铁焦生球进行干馏处理制取铁焦，所述混合气氛中，CO2气体的分压在10％以下；所述铁焦生球是将煤粉与铁矿粉混合压制成的压块。工艺操作简单，可以有效防止铁焦炭化过程产生裂纹和被CO2侵蚀的现象，提高了铁焦的机械强度和成品率。

权利要求

1.一种铁焦的制备方法，其特征在于，在CO2和CO的混合气氛下对铁焦生球进行干馏处理制取铁焦，所述混合气氛中，CO2气体的分压在10％以下；所述铁焦生球是将煤粉与铁矿粉混合压制成的压块；

所述干馏处理的条件为：

加热所述铁焦生球，使其以3～5℃/min的升温速率从室温加热至530～600℃，再以5～

7℃/min的升温速率从530～600℃加热至900～1100℃，然后恒温3～5h；

所述铁焦生球的制备方法包括：

将铁矿粉、烟煤和无烟煤混合并加热，获得第一混合物；按质量百分数计，第一混合物中铁矿粉占10％～40％、烟煤占55％～80％、无烟煤占5％～10％；

将所述第一混合物与粘结剂混合均匀，获得第二混合物，所述粘结剂为沥青粘结剂或高分子聚合物类粘结剂；

对所述第二混合物压制成型，获得铁焦生球。

2.根据权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物类粘结剂为纤维素类粘结剂。

3.根据权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，向所述第一混合物中喷入占第一混合物质量5％～7％的热沥青粘结剂并混合均匀，获得第二混合物。

4.根据权利要求3所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述热沥青粘结剂是采用蒸汽加热的沥青制得，加热的温度为60～150℃。

5.根据权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述铁矿粉的粒度在1mm以下，所述煤粉的粒度在4mm以下。

6.根据权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述压制采用对辊压制工艺，所述对辊压制的压力为3t/cm～6t/cm。

7.根据权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于，所述铁焦生球的抗压强度不低于900N，所述铁焦生球的落下强度不低于15次/球。

说明书

一种铁焦的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种铁焦的制备方法。

背景技术

[0002] 铁焦作为一种新型复合炼铁炉料，因其原料来源广泛、资源综合利用率高、可降低高炉燃料比、减少CO2排放等优点，成为中外学者研究的热点。铁焦是指将含铁物质与煤混合均匀后，经过成型、焦炉或竖炉干馏炭化处理制得的碳铁复合炉料。制备铁焦的原料是冶金含铁废料、低品位铁矿石、铁精粉等含铁物料和弱粘结性煤、非粘结性煤等非炼焦煤粉，不仅价格低廉，而且极大提高原料来源及废料综合利用；并且铁焦具有较高的气化反应性和较低的气化反应开始温度，能够降低热储备区温度，因此铁焦代替部分焦炭参与高炉冶炼，能够减少焦炭消耗，降低焦比，减少CO2排放。

[0003] 目前，铁焦的制备方法主要有热压成型-焦炉或竖炉炭化、冷压成型-焦炉或竖炉炭化两种方法。其中，冷压成型工艺通过添加粘结剂，增加铁焦机械强度，所使用的粘结剂主要有无机粘结剂、有机粘结剂和复合粘结剂。但是发现，在铁焦的炭化处理过程中，会出现因挥发分析出、半焦收缩及铁矿还原速率过快，导致铁焦成品率降低，铁焦机械强度不能满足生产需求；并且由于在铁焦的炭化处理过程中采用的炭化气氛多含CO2，会出现铁焦与炭化气氛中CO2发生气化反应而被侵蚀的现象。

[0004] 因此，针对上述问题，亟需一种合理的铁焦炭化处理方法。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种铁焦的制备方法。工艺操作简单，可以有效防止铁焦炭化过程产生裂纹和被CO2侵蚀的现象，提高了铁焦的机械强度和成品率。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

[0009] 一种铁焦的制备方法，在CO2和CO的混合气氛下对铁焦生球进行干馏处理制取铁焦，所述混合气氛中，CO2气体的分压在10％以下；所述铁焦生球是将煤粉与铁矿粉混合压制成的压块。

[0010] 作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，干馏处理的条件为：加热铁焦生球，使其以3～5℃/min的升温速率从室温加热至530～600℃，再以5～7℃/min的升温速率从530～600℃加热至900～1100℃，然后恒温3～5h。

[0011] 作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，铁焦生球的制备方法包括：将铁矿粉、烟煤和无烟煤混合并加热，获得第一混合物；按质量百分数计，第一混合物中铁矿粉占10％～40％、烟煤占55％～80％、无烟煤占5％～10％；向第一混合物中喷入占第一混合物质量5％～7％的热沥青粘结剂并混合均匀，获得第二混合物；对第二混合物压制成型，获得铁焦生球。

[0012] 作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，热沥青粘结剂是采用蒸汽加热的沥青制得，加热的温度为60～150℃。

[0013] 作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，铁矿粉的粒度在1mm以下，煤粉的粒度在4mm以下。

[0014] 作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，压制成型采用对辊压制，压制成型的压力为3t/cm～6t/cm。

[0015] 作为本发明铁焦的制备方法的一种改进，铁焦生球的抗压强度不低于900N，铁焦生球的落下强度不低于15次/球。

[0016] (三)有益效果

[0017] 本发明的有益效果是：

[0018] 1、控制干馏气氛中CO2气体的分压在10％以下，降低了碳气化溶损反应的发生，从而提高铁焦的冶金性能。

[0019] 2、550℃之前，选择升温速率范围为3～5℃/min，大大弱化煤剧烈分解、解聚导致的裂纹产生和强度下降；从550℃加热至1000℃时，选择升温速率范围为5～7℃/min，大大弱化半焦收缩和铁矿还原带来的收缩应力过大。从而，提高了铁焦的机械强度和成品率，为后续铁焦的应用提供了保障。

具体实施方式

[0020] 为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

[0021] 在本发明的具体实施方式中涉及的百分数含量，除特别说明之外，均为重量百分数含量。

[0022] 本发明提供一种铁焦的制备方法，具体包括以下步骤：

[0023] 步骤S1、铁焦生球的制备：按照10％～40％铁矿粉、55％～80％烟煤和5％～10％无烟煤，均匀混合铁矿粉和煤粉，并加热至60～150℃，获得第一混合物；向第一混合物中喷入占第一混合物质量5～7％蒸汽加热的沥青并混合均匀，获得第二混合物；以3t/cm～6t/cm的压力对第二混合物进行对辊压制成型，获得铁焦生球。

[0024] 烟煤和无烟煤为非炼焦煤，以其作为制备铁焦的原料，不仅价格低廉，而且极大提高原料来源及废料综合利用。对混合均匀的铁矿粉和煤粉进行加热，保证了沥青加入到第一混合物中仍然具有良好的流动性，以促进沥青与第一混合物的均匀混合。

[0025] 优选地，铁矿粉的粒度在1mm以下，煤粉的粒度在4mm以下。进一步优选地，铁焦生球的抗压强度不低于900N，铁焦生球的落下强度不低于15次/球，保证铁焦生球在进入竖炉之前的运输和装卸过程中不发生形变和破裂。

[0026] 步骤S2、铁焦产品的制备：将铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，且CO2气体的分压在10％以下；铁焦生球在竖炉内以3～5℃/min的升温速率从室温加热至530～600℃，然后以5～7℃/min的升温速率从530～600℃加热至900～1100℃，之后恒温3～5h，经冷却后获得铁焦产品。

[0027] 控制干馏气氛中CO2气体的分压在10％以下，降低了碳气化溶损反应的发生，从而提高铁焦的冶金性能。并且申请人研究发现，在铁焦生球的干馏过程中，550℃之前，煤剧烈分解、解聚，析出大量的焦油和气体，焦油几乎全部在这一阶段析出，升温速度过快，会产生裂纹，破坏其强度，申请人优化选择一个适宜的升温速率范围为3～5℃/min；从550℃加热至1000℃，会产生半焦收缩和铁矿还原，升温过快，收缩应力会更大，申请人优化选择一个适宜的升温速率范围为5～7℃/min。

[0028] 综上所述，本发明针对铁焦炭化热分解特性，同时考虑了炭化加热制度和炭化气氛对铁焦冶金性能的影响，且炭化气氛只需考虑CO2和CO混合气中CO2分压的影响效应。本发明工艺操作简单，效果明显，可以有效防止铁焦炭化过程产生裂纹和被CO2侵蚀的现象，提高了铁焦的机械强度和成品率，为后续铁焦的应用提供了保障。

[0029] 在本发明实施例中，所使用的铁矿粉的化学成分见表1，该铁矿粉粒度小于0.074mm的占80％；所使用的烟煤和无烟煤的工业分析见表2，该烟煤和无烟煤的煤粉粒度均在4mm以下；所使用的粘结剂优选为沥青，当然，选用纤维素类和高分子聚合物类作为粘结剂也可以实现类似的效果。

[0030] 表1铁矿粉化学成分(重量百分数/％)

[0031]

[0032] 表2煤粉工业分析(重量百分数/％)

[0033]

[0034]

[0035] 铁焦制备过程中炭化升温制度对铁焦冶金性能的影响：

[0036] 对比例1

[0037] 本实施例提供一种铁焦的制备方法，其包括如下步骤：

[0038] 步骤S1、铁焦生球的制备：按照30％铁矿粉、55％(烟煤1+烟煤2)、5％无烟煤和10％烟煤3，均匀混合铁矿粉和煤粉，并加热至60℃，获得第一混合物；向第一混合物中喷入占第一混合物质量5％蒸汽加热的沥青并混合均匀，获得第二混合物；以6t/cm的压力对第二混合物进行对辊压制成型，获得铁焦生球。

[0039] 步骤S2、将铁焦生球装入竖炉，在氮气气氛下进行干馏；铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。

[0040] 经测试，对比例1中铁焦产品的抗压强度为3977N，I型转鼓指数 为83.4％，转鼓指数为86.5％，炭化失重率为29.5％，成品率100％。

[0041] 对比例2

[0042] 本实施例提供一种铁焦的制备方法，其包括如下步骤：

[0043] 步骤S1、同对比例1中的制备方法制备铁焦生球。

[0044] 步骤S2、将铁焦生球装入竖炉，在氮气气氛下进行干馏；铁焦生球在竖炉内以7℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。

[0045] 经测试，对比例2中铁焦产品的抗压强度为3759N，I型转鼓指数 为82.4％，转鼓指数为84.6％，炭化失重率为30.1％，成品率74％。

[0046] 对比例3

[0047] 本实施例提供一种铁焦的制备方法，其包括如下步骤：

[0048] 步骤S1、同对比例1中的制备方法制备铁焦生球。

[0049] 步骤S2、将铁焦生球装入竖炉，在氮气气氛下进行干馏；铁焦生球在竖炉内以7℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以9℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。

[0050] 经测试，对比例3中铁焦产品的抗压强度为3545N，I型转鼓指数 为76.2％，转鼓指数为79.4％，炭化失重率为29.3％，成品率62％。

[0051] 将对比例1与对比例2、对比例3对比后可知，以3～5℃/min的升温速率从室温加热至550℃，再以5～7℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，可有效防止铁焦炭化过程产生裂纹，提高了铁焦的机械强度和成品率。

[0052] 铁焦制备过程中炭化气氛对铁焦冶金性能的影响：

[0053] 实施例1

[0054] 本实施例提供一种铁焦的制备方法，其包括如下步骤：

[0055] 步骤S1、同对比例1中的制备方法制备铁焦生球。

[0056] 步骤S2、铁焦产品的制备：将铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，CO2气体的分压为10％；铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。

[0057] 经测试，实施例1中铁焦产品的抗压强度为3542N，I型转鼓指数 为80.3％，转鼓指数为83.5％，炭化失重率为31.5％，成品率100％。

[0058] 实施例2

[0059] 本实施例提供一种铁焦的制备方法，其包括如下步骤：

[0060] 步骤S1、同对比例1中的制备方法制备铁焦生球。

[0061] 步骤S2、铁焦产品的制备：将铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，CO2气体的分压为7.5％；铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。

[0062] 经测试，实施例2中铁焦产品的抗压强度为3603N，I型转鼓指数 为81.1％，转鼓指数为83.9％，炭化失重率为31.0％，成品率100％。

[0063] 实施例3

[0064] 本实施例提供一种铁焦的制备方法，其包括如下步骤：

[0065] 步骤S1、同对比例1中的制备方法制备铁焦生球。

[0066] 步骤S2、铁焦产品的制备：将铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，CO2气体的分压为5％；铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。

[0067] 经测试，实施例3中铁焦产品的抗压强度为3692N，I型转鼓指数 为82.1％，转鼓指数为84.6％，炭化失重率为30.3％，成品率100％。

[0068] 将实施例1、2、3与对比例1进行对比。可知，实施例1至3中铁焦的炭化失重率分别为31.5％、31.0％和30.3％，与铁焦在氮气气氛下(此时不发生碳气化反应)的炭化失重率30.1％相差无几；表明，控制干馏气氛中CO2气体的分压在10％以下，降低了碳气化反应的发生，从而降低了铁焦的失重率，与氮气气氛保护下的干馏达到几乎相当的低炭化失重率。

[0069] 对比例4

[0070] 本对比例提供一种铁焦的制备方法，其包括如下步骤：

[0071] 步骤S1、同对比例1中的制备方法制备铁焦生球。

[0072] 步骤S2、铁焦产品的制备：将铁焦生球装入竖炉，在CO2和CO的混合气氛下进行干馏，CO2气体的分压为15％；铁焦生球在竖炉内以3℃/min的升温速率从室温加热至550℃，然后以5℃/min的升温速率从550℃加热至1000℃，之后恒温4h，经冷却后获得铁焦产品。

[0073] 经测试，对比例4中铁焦产品的抗压强度为2918N，I型转鼓指数 为75.2％，转鼓指数为80.3％，炭化失重率为36.7％，成品率83％。

[0074] 与实施例1对比可知，当干馏气氛中CO2气体的分压在10％以上时，炭化失重率较高，表明铁焦干馏过程中CO2侵蚀情况较严重，导致大幅降低了铁焦的抗压强度和成品率。

[0075] 综上，采用本发明方法制备的铁焦抗压强度不低于3100N，I型转鼓指数 不低于80％， 转鼓指数不低于80％，炭化失重率在31.5％以下，成品率为100％。有效防止铁焦炭化过程产生裂纹和被CO2侵蚀的现象，并且提高了铁焦的机械强度和成品率。

[0076] 需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。