[发明专利]一种防止预还原烧结矿过度熔化的方法

说明书

技术领域

本发明属于炼铁原料生产技术领域，涉及到预还原烧结矿的生产技术，特别是涉及一种防止预还原烧结矿过度熔化的方法。

背景技术

炼铁工序能耗约占钢铁生产总能耗的70%，为改善炼铁工序的能源结构，必须重新认识高炉使用的原燃料，而烧结矿是高炉最重要的原料之一。预还原烧结矿是在烧结原料中添加了还原剂，在造块的同时进行还原，生产出含金属铁和氧化亚铁的烧结矿。普通烧结矿在1150℃以后开始慢慢收缩，因此炉压差也高，超过1400℃时，会急剧收缩，在完全熔化后压差下降。而使用预还原烧结矿时，在1400℃之前的收缩相对小，炉压差也小，但在1400℃时会迅速收缩，并完全熔化，高温性能好。因此，高炉使用预还原烧结矿时，高炉软融带厚度减薄、炉压差减小，对提高高炉生产率具有很大的作用。

普通烧结矿完全在高炉中还原，其还原行为严格受高炉中碳氧还原平衡的限制；预还原烧结矿在烧结机上可以通过还原剂进行部分直接还原，其在高炉中的还原受CO/CO₂反应平衡的限制较小，因此预还原烧结矿在高炉中的使用将成为炼铁技术的一个重大突破。

生产预还原烧结矿的一个重要难题是：配碳量增加，料层温度升高，容易导致原料的过分熔化。原料的过分熔化不仅使预还原烧结矿的金属化率下降，而且使料层的透气性变差，甚至烧坏炉篦。

论文《预还原烧结矿生产工艺的开发》提出：在烧结料层中部和底部高温时间较长的区域添加涂有2mm高熔化温度镍渣涂层压块的方法，来防止料层过分熔化。但该方法引入了不易烧结成矿的镍渣，同时不利于透气性改善。

论文《日本研发新型预还原烧结技术》提出：在烧结料中添加白云石（CaCO₃·Mg CO₃）提高熔液发生温度，来抑制过熔，但该方法使烧结料中Mg含量过多，不利于高炉造渣。论文还提出利用准颗粒构造，即在颗粒内核的表面包裹上 CaO 成分、铁矿石（氧化铁），在其外部包裹上含碳材料，烧成由3 层构造组成的准颗粒来抑制含碳材料燃烧后发生熔融，但该烧结小球构造复杂，很难应用。

为改善烧结小球的高温熔融性，必须寻找新的燃料和小球粘结剂。石油焦是重油经延迟焦化制得的一种焦炭，本质是一种部分石墨化的碳素形态。论文《石油焦高温气化反应性》提出：高气化温度下，石油焦碳结构发生明显的有序化，石油焦反应性明显下降。经过试验可得：当气化温度高于1300℃，碳转化率高于0.7时，石油焦的反应速率急剧下降；石油焦的反应速率随气化温度的升高而下降，温度越高反应速率下降越快。

腐植酸钠是多功能的高分子化合物，含有羟基、醌基和羧基等较多的活性基团，具有很大的内表面积，有较强的吸附、交换和络合能力，Ca(OH)₂可与腐植酸钠反应生成高分子络合物。 Ca(OH)₂中的钙离子可使腐植酸钠发生凝聚作用，由线性分子转变为网状胶体。腐植酸钠与石灰反应形成的粘结剂成本下降，可以改善含碳小球的高温冶金性能。

发明内容

本发明提供一种防止预还原烧结矿过度熔化的方法，解决目前生产预还原烧结矿中由于配碳量增加，料层温度升高，容易导致原料的过分熔化等问题。

本发明是根据烧结料层透气性和温度分布，分三层布置不同特性和粒度的烧结用含碳球团，提高了含碳原料利用率；在含碳球团中添加石油焦和腐植酸钠，利用石油焦的反应特性以及腐植酸钠和Ca(OH)₂生成络合物胶体的固结，防止烧结矿过熔，提高预还烧结矿的金属化率。

本发明烧结布料时按粒度不同的三种含碳球团分上、中和下三层布置，其含碳球团粒度范围为3mm~12mm；该含碳球团由铁料、含碳原料及粘结剂混合制成，含碳原料为焦粉和石油焦粉，其中焦粉和石油焦粉的质量百分数为18%~24%，粘结剂为腐植酸钠，腐植酸钠质量百分数为0.8%~1.2%，其余为铁料，布完料后进行预还原烧结，得到成品预还原烧结矿，其生产的预还原烧结矿的二元碱度为1.8~2.0。

本发明所述上层含碳球团，含碳球团成分中含碳原料为焦粉，粘结剂为腐植酸钠，腐植酸钠添加量的质量百分数为0.8%~1%；焦粉质量百分数为22%~24%，其余为铁料。上层含碳球团的粒度为3mm~6mm，该层占烧结料层总质量的45%~55%。

本发明所述中层含碳球团，含碳球团成分中含碳原料为焦粉和石油焦粉，粘结剂为腐植酸钠，腐植酸钠质量百分数为1%~1.2%；含碳原料质量百分数为18%~20%，其余为铁料。中层含碳球团的粒度为5mm~10mm，该层占烧结料层总质量的25%~35%。