專利名稱：降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金鐵礦石，特別涉及一種降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑及其使用方法。
背景技術(shù)：
豎爐壓差是豎爐一個(gè)重要而敏感的指標(biāo)，它表示了豎爐的順行狀態(tài)。當(dāng)豎爐壓差維持在60kPa左右時(shí)，表明豎爐內(nèi)爐料的透氣性較好，還原煤氣可順利加入豎爐并與爐料反應(yīng)，確保爐料達(dá)到一定金屬化率。如果壓差過高，將導(dǎo)致還原煤氣難以足量地加入豎爐， 如果強(qiáng)行加入，豎爐內(nèi)部將發(fā)生懸料，DRI螺旋無法正常排料，甚至有可能造成豎爐粘結(jié) (如豎爐第一次、第二次清空前塊礦使用比例均較高)。檢測(cè)研究結(jié)果表明，塊礦比例增加，豎爐透氣性惡化、壓差升高的主要原因是塊礦的低溫還原粉化指標(biāo)差，其低溫還原產(chǎn)生粉末(-6. 3mm)為22. 1 %，比球團(tuán)低溫還原產(chǎn)生粉末量高55%。鐵礦石還原粉化主要發(fā)生在低溫段GOO 60(TC)。在低溫還原過程中發(fā)生碎裂粉化的特性，以低溫還原粉化指數(shù)(RDI)來表示。低溫還原粉化的根本原因是礦石中的!^e2O3在低溫GOO 600°C)還原時(shí)，由赤鐵礦變成磁鐵礦發(fā)生了晶格的變化，前者為三方晶系六方晶格，而后者為等軸晶系立方晶格，還原造成晶格扭曲，體積膨脹約11%，產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致鐵礦石在應(yīng)力作用下碎裂粉化。目前，降低鐵礦石低溫還原粉化的相關(guān)專利情況如下中國專利CN1793390介紹了一種由鹵化物、有機(jī)酸和無機(jī)酸組成的燒結(jié)礦抑制粉化劑，可降低燒結(jié)礦低溫還原粉化率8%。中國專利CN1584071介紹了一種主要由氯化鈣(80 90%)組成的燒結(jié)礦改進(jìn)劑及其使用方法，將此改性劑加水配制成濃度1 4%的溶液，按燒結(jié)礦重量的1 3%均勻噴灑在燒結(jié)礦的表面，可降低燒結(jié)礦低溫還原粉化率。中國專利CN101144119介紹了一種主要由硝酸鈣、氯化鈣、硫酸鎂等組成的降低燒結(jié)礦低溫還原指數(shù)的助劑，使用該助劑，可降低燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)10%左右。中國專利CN1366085介紹了一種由硼酸和氯化鈣水溶液組成的高爐燒結(jié)礦復(fù)合表面添加劑，該添加劑也可降低燒結(jié)礦低溫粉化率，且該添加劑比純氯化鈣添加劑降低氯含量1/2 2/3。中國專利CN1M6603介紹了一種噴灑氯化鎂水溶液、降低人造富礦低溫還原粉化率的方法，可使人造富礦低溫還原粉化率降低到25%以下。韓國專利KR2006069618和KR6^467介紹了一種改善燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)的方法，通過向燒結(jié)礦表面噴灑或?qū)⑵浣n在水溶液中，該溶液有效成分為氯化鈣0. 004 0. 006%，硼1X10_6 5X10_6%，采用此方法可改善燒結(jié)礦的還原粉化。韓國專利KR200205377介紹了一種在燒結(jié)礦表面噴涂聚合碳溶液，降低其低溫還原粉化并改善高溫還原速率的技術(shù)，該技術(shù)的基本原理為將聚合碳溶解形成溶液，將此溶液噴涂在燒結(jié)礦的表面，低溫還原時(shí)GOO 600°C )，聚合碳溶液結(jié)焦碳化，形成含碳顆粒堵塞燒結(jié)礦的孔隙，阻止氣體進(jìn)入燒結(jié)礦內(nèi)部還原；但溫度更高后，堵塞孔隙的含碳顆粒被氣化，促進(jìn)和加速燒結(jié)礦的還原。上述已有專利主要是解決燒結(jié)礦的低溫還原粉化問題，還原氣氛為模擬高爐中上部的氣氛，即 C0/C02/N2 為 20/20/60。通過研究發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)有技術(shù)主要針對(duì)高爐氣氛下燒結(jié)礦的低溫還原粉化。這主要是由于高爐在煉鐵領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，燒結(jié)礦作為高爐的主要鐵原料自然備受研究者重視。因此，塊礦在豎爐含氫獨(dú)特氣氛下的低溫粉化極少有人研究。燒結(jié)礦作為高爐使用的最主要的人造富礦，存在孔隙率大、孔洞多等特點(diǎn)(孔隙率可達(dá)40 50% )，明顯不同于致密的天然塊礦(孔隙率僅為10 20% )。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑及其使用方法，可顯著地降低塊礦的低溫還原粉化指數(shù)，抑制塊礦在含氫(15%)混合煤氣下的低溫還原粉化。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑，其化學(xué)成分重量百分比為氯化鈣35 50 %，氯化鐵20 36 %，硼酸3 5 %，硫酸錳25 30 %。其中，氯化鈣主要起保護(hù)劑作用，該物質(zhì)溶于水后，噴灑在塊礦表面，干燥后，形成鹵化物薄膜，可阻止低溫下(< 600°C )還原氣體與鐵礦石的接觸，降低由此產(chǎn)生的還原應(yīng)力導(dǎo)致的礦石粉化。當(dāng)溫度高于782°C后，氯化鈣熔化并發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)CaCl2 (1) +H2O (g) = CaO (s) +2HC1 (g)生成的HCl氣體大部分與豎爐內(nèi)CaO反應(yīng)，少量隨還原煤氣流逸出，進(jìn)入煤氣洗滌系統(tǒng)的洗滌水中，被洗滌系統(tǒng)中堿性藥劑中和，并帶走。高溫下(> 782 °C)，失去鹵化膜保護(hù)的鐵礦石可迅速與還原氣體反應(yīng)，越過還原應(yīng)力集中相態(tài)，故不影響鐵礦石的最終的還原度。氯化鐵，主要起吸附強(qiáng)化劑作用，氯化鐵溶于水后，放出一定量熱，呈現(xiàn)酸性，促進(jìn)其它溶質(zhì)的溶解，噴灑至鐵礦石表面后，因其具有一定腐蝕性，可使鐵礦石表面物理吸附雜質(zhì)部分剝落，促進(jìn)助劑溶液與鐵礦石表面的吸附。同時(shí)，由于塊礦孔隙率較小，僅為10 20%,必須依靠氯化鐵的強(qiáng)滲透性，強(qiáng)化助劑溶液的滲透效果。硼酸，主要起孔隙填充劑的作用，該物質(zhì)溶于水后，性質(zhì)穩(wěn)定，噴灑到鐵礦石表面后，溶液滲入礦石表面孔隙中，還原過程中，當(dāng)溫度升高到170°C時(shí)，硼酸(H3BO3)分解成偏硼酸(HBO2)，形成的偏硼酸是一種白色的晶體，該物質(zhì)可堵塞礦石內(nèi)部孔隙，偏硼酸大約在 236°C熔化，繼續(xù)升溫到300°C，進(jìn)一步的分解成四硼酸(H2B4O7)或叫焦硼酸，它也是一種白色固體，再繼續(xù)加熱的話就變成三氧化二硼固體，仍起到堵塞礦石內(nèi)部孔隙作用，阻止還原氣體進(jìn)入鐵礦石內(nèi)部，當(dāng)溫度升到445°C時(shí)，二氧化硼將熔融并填充在礦石內(nèi)部孔隙中，繼續(xù)起到阻止還原的效果。硫酸錳，同樣起保護(hù)劑作用，該物質(zhì)溶于水后，形成水合物，噴灑在鐵礦石表面干燥后，形成水合物薄膜，當(dāng)溫度升高到200°C時(shí)，開始失去結(jié)晶水，280°C失去大部分結(jié)晶水， 700°C熔融覆蓋在鐵礦表面和孔隙中，阻礙還原，850°C分解，不影響鐵礦石的高溫還原。
本發(fā)明降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑的使用方法，將上述助劑配制成水溶液，助劑濃度為2 5%，以重量百分比計(jì)；再將該溶液均勻噴涂在塊礦表面，用量為每噸礦 3 15kg/t。由于低溫還原粉化的根本原因是礦石中的Fii2O3在低溫GOO 600°C )還原時(shí)， 由赤鐵礦變成磁鐵礦發(fā)生了晶格的變化產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，因此，要降低塊礦的低溫還原粉化的基本思路是抑制塊礦在該溫度段的還原。常溫下，在塊礦表面均勻噴涂一層特殊溶液，該溶液可迅速滲透進(jìn)入塊礦內(nèi)部孔隙。升溫過程中，溶液中水分蒸發(fā)，溶液內(nèi)有效成分結(jié)晶成晶體，吸附在礦石表面及空隙內(nèi)部形成一層薄膜。薄膜一方面阻礙了還原氣體與礦石表面的接觸，從而抑制了礦石表面的還原；另一方面薄膜堵塞了還原氣體進(jìn)入礦石的通道，阻礙了礦石內(nèi)部的還原。該薄膜通過覆蓋和阻塞氣孔產(chǎn)生物理阻隔，有效阻擋塊礦中!^e2O3在400 600°C內(nèi)的還原，減緩了礦石的還原速度，減少了內(nèi)應(yīng)力，從而降低了低溫還原粉化率。當(dāng)還原溫度繼續(xù)升高后，該薄膜揮發(fā)、氣化，F(xiàn)e2O3還原為Fe53O4，并快速還原形成狗0，此還原歷程產(chǎn)生的應(yīng)力較小，使得礦石不粉化，且最終的還原率不受薄膜的影響。本發(fā)明的有益效果1.可以降低塊礦低溫還原粉化9. 7 88. 9 % ；2.由于塊礦低溫粉化改善，豎爐可提高塊礦配比，其配比可提高5 10個(gè)百分
點(diǎn)3.由于塊礦比球團(tuán)便宜，噸鐵生產(chǎn)成本可降低6 10元/t HM ；4.每噸球團(tuán)焙燒過程需天然氣約35m3，采用本發(fā)明技術(shù)，提高天然塊礦配比后，球團(tuán)用量可降低，噸鐵可降少(X)2排放2. 6 5. 3m3，十分有利于煉鐵工藝節(jié)能環(huán)保。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例ISI塊礦噴涂后外貌的照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。具體實(shí)施例參見表1、表2。表1單位重量百分比
權(quán)利要求
1.降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑，其化學(xué)成分重量百分比為氯化鈣35 50%， 氯化鐵20 36 %，硼酸3 5 %，硫酸錳25 30 %。
2.如權(quán)利要求1所述的降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑的使用方法，將上述助劑配制成水溶液，助劑濃度為2 5%，以重量百分比計(jì)；再將該溶液多點(diǎn)噴灑，均勻噴涂在塊礦表面，用量為每噸礦3 15kg/t。
全文摘要
降低塊礦低溫還原粉化指數(shù)的助劑及其使用方法，其化學(xué)成分重量百分比為氯化鈣35～50％，氯化鐵20～36％，硼酸3～5％，硫酸錳25～30％。將助劑配制成一定濃度的水溶液，再按比例均勻噴涂到塊礦表面，助劑可以在塊礦表面和內(nèi)部孔洞形成一層保護(hù)薄膜，升溫后，部分薄膜形成結(jié)晶物，堵塞填充部分孔隙，在豎爐上部阻止含氫還原氣體的侵入，改善塊礦低溫還原粉化現(xiàn)象，保持完整的粒度，為豎爐順行創(chuàng)造條件，可提高塊礦的用量。本發(fā)明可使塊礦低溫還原粉化率(-6.3mm)降低9.7～88.9％。在豎爐壓差相同的情況下，助劑的使用可以提高塊礦配比5～10％，降低鐵水生產(chǎn)成本6～10元/t HM。
文檔編號(hào)C22B1/16GK102234718SQ20101015480
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者何佩逸, 況志華, 吳勝利, 彭新, 李建, 李肇毅, 林金嘉, 田廣亞 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司