[发明专利]铁矿石球团

说明书

本申请描述了包含颗粒状铁矿石和0.05重量％至1.0重量％的有机粘结剂的球团。还描述了这样的球团在电弧炉中生产钢的用途。

本发明涉及在电弧炉中使用的包含铁矿石的球团和由这样的球团生产钢的方法。

由颗粒状铁矿石和其他金属矿石生产团块是本领域中所公知的。通常，使用粘结剂例如水泥或粘土将这样的颗粒粘结在一起以形成团块。

这样的团块用于高炉或直接铁还原(Direct Iron Reduction，DRI)。团块被设计成足够强的而允许团块被成功地输送并在高炉内使用。团块必须能够保持其完整性以通过高炉进入熔化炉，否则高炉或DRI设备的性能可能受到不利影响。与使用水泥或粘土相关的问题是，这会增加工艺结束时生产的铁和炉渣中的二氧化硅的量。

这样的团块所需的高强度限制了使用更昂贵的粘结剂，例如淀粉或聚乙烯醇(PVA)。

电弧炉例如在两个石墨电极之间利用电弧加热装载的材料。在装载的材料与电极之间形成电弧。装载物被通过装载物的电流和由电弧释放的辐射能加热并且可以达到3000℃。

通常，电弧炉用于由废金属生产钢。通常使用切碎废钢(来自大型家电或汽车或其他轻量型钢)或大块废钢(大梁板)。使用废金属的问题是钢给料(和由此生产的钢)的品质通常是差的。钢通常需要添加相对昂贵的海绵铁或生铁。废金属目前的成本为约每吨280美元，海绵铁通常比该价格更昂贵。

本申请人意识到，使用较便宜的铁源将使得使用电弧炉生产钢较便宜。使用替代源例如铁矿石的一个问题是铁矿石需要还原为铁。这通常不在电弧炉中进行。然而，本申请人意识到，如果可以使用铁矿石颗粒废料并在电弧炉中使用还原气氛，则可以使用该替代源。

与用于高炉的常规球团相比，用于电弧炉的球团的生产产生了不同的问题。球团需要足够重以穿透电弧炉顶部上的渣层。然而，它们还必须是足够多孔的以允许球团内的铁矿石与炉内的还原气氛反应以产生铁。然后，铁与废金属混合以在电弧炉中产生所需的钢。将颗粒保持在一起的结合也应足够弱以允许颗粒熔化并均匀地分散到熔化的金属中。

颗粒状材料的使用增加了铁氧化物的表面积，使得其能够更有效地与还原气氛反应。此外，本发明人意识到，如果使用有机粘结剂，则该粘结剂在炉的热内被烧除并增加球团的孔隙率使得其更容易与还原气氛反应。铁矿石球团的成本通常比铁矿石现货价格高100％(目前，球团的成本为约每吨120美元)。因此，该方法使通过电弧炉生产的钢的价格降低。

此外，选择较便宜的还原气体也有助于降低使用电弧炉生产钢的成本。

本发明提供了包含颗粒状铁矿石和小于1.5重量％的粘结剂的球团。粘结剂通常为有机粘结剂。如上所述，有机粘结剂具有这样的优点：其通常被炉的热烧除以增加炉内的材料的孔隙率。颗粒状材料的直径通常为4mm或更小，更通常小于1mm、或小于500微米、或小于100微米。这可以通过能够通过筛来确定。通常，颗粒状材料的至少10重量％在形成为球团之前能够通过100μm筛。更通常，使用30μm或20μm的筛尺寸来筛分材料。材料的至少50％、80％、或100％可以通过筛。

应注意，术语“球团”包括通常被称为球团、棒材、铅笔芯(pencils slugs)的物体。球团通常具有20mm更通常为16mm或15mm的最大平均直径、2mm特别地5mm的最小平均直径、或10mm至12mm的平均直径。这些物体的共同特征是材料的压实形式，并且主要区别在于它们的尺寸和形状。

粘结剂可以为聚合物粘结剂，并且可以选自有机树脂，例如聚丙烯酰胺树脂、甲阶酚醛树脂或酚醛清漆树脂；和/或多糖，例如淀粉、羟基乙基甲基纤维素、阿拉伯胶、瓜尔胶或黄原胶。多糖可以用作增稠剂。发现羟基乙基甲基纤维素(MHEC)具有特别好的储存期限。可以将其与有机树脂混合。