[发明专利]一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术与矿产资源综合利用领域，具体涉及一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法。

背景技术

随着钢铁工业的发展，国内优质铁矿石供应不足问题日益严重，矿产资源已成为我国钢铁工业发展的“瓶颈”，中国铁矿石的需求量急剧增加，2009年至今中国进口铁矿石量年均增长21.8％，进口量的不断攀升，也使得中国铁矿石的进口依存度不断提高，2012年，中国铁矿石进口依存度约为63％，2014年对外进口依存度再度升高到78.5％。同时焦炭资源面临的巨大压力严重制约着高炉炼铁工业的发展。我国煤炭资源质量差异大，烟煤、无烟煤比例较大，焦煤只占煤炭储量的约27％，且分布不均，对高炉炼铁生产发展十分不利。

煤基直接还原以煤为主要能源，以回转窑作为主体设备，回转窑直接还原技术已趋于成熟，生产能力、规模、作业率、自动化水平和设备运转能力都有很大发展。然而回转窑工艺存在流程长、投资大、总体能耗高，球团在窑内停留时间长，易产生低温还原粉化，窑容利用系数偏低，窑内粉末量大，回转窑易结圈等方面的问题，仍需进一步完善。内配碳球团因其优越的反应动力学条件，可明显缩短还原时间、强化还原效果而成为目前研究的热点，但是其仍存在成球强度低、易粉化的等难以克服的缺陷，尚未能应用于回转窑还原工艺。

发明内容

本发明针对现有煤基直接还原效率低、难顺行，而高质量内配碳球团制备工序复杂、难度大的不足，开发出一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法，可显著改善内配碳球团质量、强化其后续还原效果，进入回转窑进行高效还原，具有处理流程短、投资成本少、能源消耗低、产品质量好等显著优点。

本发明提出的一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法，包括以下步骤：

(1)将铁矿、煤粉、添加剂和粘结剂混合；

(2)直接将步骤(1)得到的混合料共同进行破碎、磨矿和混匀，获得细粒级的混匀料；

(3)将步骤(2)所得混匀料造球或压团，得到内配碳球团；

(4)将步骤(3)所得内配碳球团干燥后送入回转窑或隧道窑或转底炉等进行还原焙烧，得到金属化球团产物。

其中，添加剂按铁矿干基质量的0～5.0％配取。

粘结剂按铁矿干基质量的0～3.0％配取。

通过上述方法制备得到的内配碳球团可以送入隧道窑或转底炉等常规的还原焙烧窑进行还原焙烧。且由于通过上述方法制备得到的内配碳球团的强度高，不同于一般的内配碳球团，可用于回转窑进行还原焙烧处理。

在现有的煤基回转窑直接还原技术中，铁矿石经磨矿→造球→干燥→焙烧等工序制备成具有较高强度的氧化球团矿后再与煤加入回转窑内还原，在窑内铁矿球团与煤处于混合堆积状态、传质效果差，铁氧化物的还原基本以CO的间接还原反应为主，反应速度慢、对温度要求高；同时铁矿氧化球团在还原过程中易膨胀产生粉化，导致回转窑结圈、运行不畅，存在流程长、能耗高、顺行难度大、利用效率偏低的问题。

本发明通过不针对铁矿、煤粉分别磨矿，而是直接将铁矿、煤粉、添加剂和粘结剂混合，通过混合磨矿的方式同步实现各原料的破碎、细磨和混匀，不仅大大简化了处理环节、强化了混匀效果，且改变了原料的表面性质，为高质量含碳球团的制备创造了良好物质基础的同时改善了还原过程的传质条件。而且内配碳的消耗在球团内部留下孔隙，为还原膨胀应力的消纳提供空间，有效减少了粉末的产生、保证了回转窑的正常运转。本发明与传统的煤基回转窑直接还原流程相比，具有工艺流程短、投资成本少、能源消耗低、产品质量好等显著优点，为高效综合利用钒钛铁矿资源提供了新技术，具有广阔的应用前景。

本发明进一步包括以下优选的技术方案：

优选的方案中，在混合前，将铁矿和煤粉先分别破碎至小于10mm。

优选的方案中，煤粉与铁矿中的C/Fe质量比为0.2～0.6。

进一步优选所述煤粉与铁矿中的C/Fe质量比为0.5～0.6。

进一步优选将步骤(3)所得内配碳球团干燥后送入回转窑还原，得到金属化球团产物。

优选的方案中，步骤(1)所述铁矿，其总铁的质量分数大于或等于25％。

优选的方案中，步骤(1)所述煤粉为无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭或生物质碳中一种或几种的混合物。

优选的方案中，步骤(1)所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠、氯化钠、硼酸钠、氯化钙、氟化钙或氯化铁中的一种或几种的混合物。

优选的方案中，步骤(1)所述粘结剂为膨润土、复合膨润土、氧化钙、水玻璃或佩利多中的一种或几种的混合物。