专利摘要

一种利用冲天炉处理海砂矿和钢铁厂含铁碳粉尘混合物的工艺，属于炼铁技术领域。其特征是将海砂矿颗粒与钢铁厂含铁碳粉尘制成冷固结自还原复合压块，在冲天炉内进行还原、熔化和渣铁分离，得到液态铁水和高钛渣。该方法解决了自还原复合压块强度低，入炉后球团易爆裂，高钛渣粘度大，熔点高，冲天炉能耗高、产量低和有害元素难富集等问题。在海砂矿-含铁碳粉尘造块过程中，海砂矿和粉尘的粒径能很好的互补，增强压块强度，降低粘结剂使用量，粉尘中的碳既可作为还原剂，也可以起到发热剂的作用，因此可大幅度降低焦比，提高还原效率，减少二氧化碳排放和能耗。产品附加值高，高钛渣可经过火法或湿法处理进一步生产金属钛。

权利要求

1.一种冲天炉处理海砂矿-钢铁厂含铁碳粉尘混合物的方法，其特征在于：

(1)海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块制备工艺的成分配比为海砂矿：钢铁厂含铁碳粉尘：还原剂粉：粘结剂(质量比)＝100：20～50：6～13：1～10，将各种物料按比例配好后，加入水分，在高速混料机内混匀后，进行压球，水分加入量为5～15％；

(2)将上述海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块作为炼铁原料，焦炭作为燃料，一起从炉顶布入冲天炉内；

(3)将冲天炉鼓风温度预热到500～1200℃，并且向鼓风中高富氧，富氧率为30～50％；

(4)以海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块为炼铁原料，采用冲天炉富氧鼓风炼铁，包括预热、预还原、还原和渣铁分离四个阶段；预热段温度为200～850℃预还原段温度为850～1100℃，还原阶段的温度为1100～1400℃，渣铁分离阶段的温度为1400℃以上，在该阶段，还原生成的金属铁与渣相开始逐渐熔化分离，最终形成铁水和高钛渣，铁水含碳3.5～4.5％；高钛渣中TiO₂含量达到58％；完整的冶炼周期4～6小时；

(5)海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块内的有害元素在冲天炉内被还原、气化进入煤气，当煤气经过煤气除尘装置时，有害元素重新被氧化并被除尘装置收集。

2.如权利要求1所述的一种冲天炉处理海砂矿-钢铁厂含铁碳粉尘混合物的方法，其特征在于：其中，海砂矿粒度组成小于149μm含量在5％以上、含铁量大于50％。

3.如权利要求1所述的一种冲天炉处理海砂矿-钢铁厂含铁碳粉尘混合物的方法，其特征在于：其中，含铁碳粉尘是指粒径小于0.074mm占95％以上，含碳量在5％以上的高炉布袋灰，以达到提高复合压块强度，促进海砂矿还原的效果。

4.如权利要求1所述的一种冲天炉处理海砂矿-钢铁厂含铁碳粉尘混合物的方法，其特征在于：其中，还原剂粉是指粒度小于1mm的无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质。

5.如权利要求1所述的一种冲天炉处理海砂矿-钢铁厂含铁碳粉尘混合物的方法，其特征在于：其中，粘结剂是指膨润土、水玻璃或羧甲基纤维素钠。

6.如权利要求1所述的一种冲天炉处理海砂矿-钢铁厂含铁碳粉尘混合物的方法，其特征在于：其中，含铁碳粉尘主要指含有高活性碳的高炉布袋灰，且含碳量大于5％。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种冲天炉处理复合压块的工艺，尤其是涉及一种利用冲天炉处理海砂矿和钢铁厂含铁碳粉尘混合物的工艺，属于炼铁技术领域。

背景技术

面对优质原料日益紧缺的巨大压力，钢铁企业对综合利用劣质资源寄予了厚望，如低品位铁矿石和钢铁厂二次资源等。其中，海砂矿是一种钛磁铁矿，具有价格低廉，来源稳定等优点。由于是一种难还原的高钛型复合铁矿石，且粒度较粗，结构致密，硬度、熔点均较高，尚未能大规模的应用于钢铁生产或后续提钛加工。

一般采用直接还原方法利用钛磁铁矿生产金属化球团，然后进行高温处理分离提取铁、钛，主要方法有“回转窑直接还原-电炉熔分”和“冷固球团直接还原法”。但钛磁铁矿在低温还原阶段(即从Fe₂O₃还原到Fe₃O₄阶段)发生膨胀，因此强度较差，在还原过程中容易粉化和粘结，即使还原温度达到1020℃，金属化率只能达到66％左右，即1/3与钛结合的铁氧化物在此温度下难于还原成金属铁，同时由于球团粉化及煤的灰熔点低，造成了结圈，难以正常运行，因此难于工业化。而且炉料中的TiO₂含量较高，大部分的TiO₂进入到渣相中，渣中过还原产生的高熔点Ti(CN)等物相能够极大地增加炉渣粘度，提高熔点，影响渣铁分离，造成冶炼困难。

钢铁厂含铁碳粉尘是一种含铁和碳的固体废弃物，主要产生于烧结、炼铁、炼钢及轧钢等工艺过程，如高炉布袋灰等。高炉布袋灰是在炼铁过程中由高炉炉顶排出的荒煤气携带着大量原燃料的粉尘以及高温区激烈反应而产生的微粒，经过重力除尘器除去较粗的颗粒后，通过除尘布袋过滤产生净煤气，被滤出的粉尘，其具有粒径小、比重轻、容易反应等特征。同时含有锌等有害元素，造块后返回高炉会造成有害元素在高炉中的富集，影响高炉的生产和寿命而无法有效回收。

为了解决海砂矿单独造球困难且强度不理想的问题，采取海砂矿与高炉布袋灰复合压块的方法，利用高炉布袋灰与海砂矿粒度互补的特点，增加生球的强度，进而改善还原过程中强度差、容易粉化和粘结的问题。高炉布袋灰不仅粒径细小、比重轻、容易反应，而且还含高活性的碳，其含量甚至高于自还原铁氧化物所需，可以作为补充还原剂还原海砂矿中铁氧化物，也可以提供热量，节省燃料。综合利用二者具有化学成分和粒度组成互补的特点。

为了解决海砂矿冶炼过程中，由于炉渣中TiO₂含量高，在高炉的还原性气氛下易于生成Ti(CN)，容易导致炉渣粘度增大，渣铁分离困难的问题，从而，计划采用高富氧鼓风冲天炉进行冶炼，利用其炉身下部高温区弱氧化气氛可以有效控制炉渣中高熔点Ti(CN)等物质生成的特点，从而改善高钛炉渣的冶金性能，实现对含钛炉料的高效冶炼。在冲天炉处理含铁炉料领域中，对于含碳球团处理工艺已有相关的应用。在已公开的专利中，CN103146913A公开了一种冲天炉处理钢铁厂含铁粉尘的方法，重在生产铁水，同时兼顾回收K、Na和Zn元素。CN94107087.5公开了一种改进的冲天炉用含铁氧化物团丸，克服了冲天炉用含铁氧化物团丸熔炼速度慢，不能被有效地还原、容易发生粘炉事故等缺点。利用鼓富氧热风的冲天炉处理海砂矿-含铁碳粉尘复合压块可以在不影响炉料顺行的情况下进一步降低焦炭消耗。因此，寻求一种有效的工艺充分利用含铁碳粉尘和海砂矿的互补优势进行铁水生产具有较大的社会价值和经济价值。

发明内容

本发明涉及一种利用冲天炉冶炼海砂矿和钢铁厂含铁碳粉尘自还原复合压块的方法。本发明方法是为了高效利用海砂矿和综合回收利用钢铁厂含铁碳粉尘，解决海砂矿因钛含量过高而容易出现泡沫渣、铁水粘、铁损高以及品位低、渣量大；海砂矿粒度过粗，钢铁厂含铁碳粉尘因粒度过细，均难以单独造块成型进而利用于生产；冲天炉焦炭用量过大，成本难以下降等技术问题。

具体说来是将海砂矿颗粒与钢铁厂含铁碳粉尘制成冷固结自还原复合压块，在冲天炉内进行还原、熔化和渣铁分离，得到液态铁水和高钛渣。该方法主要由海砂矿和粉尘制备自还原复合压块工艺和冲天炉高风温高富氧冶炼复合压块工艺两部分组成，解决了自还原复合压块强度低，入炉后球团易爆裂，高钛渣粘度大，熔点高，冲天炉能耗高、产量低和有害元素难富集等问题，其具体工艺方法如下：

(1)海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块制备工艺的成分配比为海砂矿：钢铁厂含铁碳粉尘：还原剂粉：粘结剂(质量比)＝100：20～50：6～13：1～10，其中，海砂矿是指粒度组成为小于149μm含量5％以上、含铁量大于50％，含铁碳粉尘是指含碳量在5％以上的高炉布袋灰，还原剂粉是指粒度小于1mm的无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质，粘结剂是指膨润土、水泥、水玻璃或羧甲基纤维素钠。将各种物料按比例配好后，加入水分，在高速混料机内混匀后，进行压球，水分加入量为5～15％。

(2)将上述海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块作为炼铁原料，焦炭作为燃料，一起从炉顶布入冲天炉内。

(3)将冲天炉鼓风温度预热到500～1200℃，并且向鼓风中富氧，富氧率为0～1％，可以提高鼓风带入冲天炉内的热量，减少焦炭燃烧所需要的风量，可起到降低固体燃料消耗，降低焦比，提高冲天炉冶炼强度和增加产量的作用。

(4)以海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块为炼铁原料，采用冲天炉富氧鼓风炼铁，包括预热、预还原、还原和渣铁分离四个阶段。预热段温度为200～850℃，在此阶段内主要发生的反应时水分蒸发和挥发分挥发；预还原段温度为850～1100℃，自还原复合压块开始发生铁氧化物的固固还原和其固还原，还原度较低，在此温度区间内，内配粘结剂失效，球团强度降低，由于铁连晶和颗粒间点接触的渣相的共同作用，球团仍然可以维持原来的外形；还原阶段的温度为1100～1400℃，大部分铁氧化物将在该阶段内被还原成金属铁，钛在渣相中富集，金属化率可达95％以上；渣铁分离阶段的温度为1400℃及以上，在该阶段，还原生成的金属铁与渣相开始逐渐熔化分离，最终形成铁水和高钛渣。铁水含碳3.5～4.5％；高钛渣中TiO₂含量可达到58％。该工艺完整的冶炼周期约4～6小时。

(5)海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块内的锌等有害元素在冲天炉内被还原、气化进入煤气，当煤气经过煤气除尘装置时，有害元素重新被氧化并被除尘装置收集。

本发明工艺的优点如下：

1)在海砂矿-含铁碳粉尘造块过程中，海砂矿和粉尘的粒径很好的互补，因此可增强压块强度，降低粘结剂使用量，改善炉料粉化等问题。

2)在冲天炉冶炼海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块过程中，粉尘中的碳可作为还原剂参与海砂矿-含铁碳粉尘复合压块的还原过程，也可以起到发热剂的作用，因此可大幅度降低焦比，提高还原效率。

3)采用冷固结造块工艺，避免了传统的烧结过程，可减少二氧化碳排放和能耗。

4)采用高富氧鼓风冲天炉，充分发展间接还原，而且有效防止Ti(CN)生成，改善炉渣粘稠，渣铁分离困难等问题。5)产品附加值高，高钛渣可经过火法或湿法处理进一步生产金属钛。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

将海砂矿(其成分见表1)，来自钢铁厂高炉工序的粉尘(其成分见表2)，煤粉以及羧甲基纤维素钠(CMC)按比例100：31.3：12.2：1.5称取，在多功能烘干箱中105C烘干后，在高速混料机混匀、润湿。将混合料装入模具中，使用液压机，压力为2t，保压时间为1分钟，脱模后，得到圆柱形冷固结复合压块(Φ20mm×10mm)，通过布料系统布入冲天炉内进行冶炼，生产铁水(其成分见表3)

表1海砂矿化学成分(％)

表2高炉布袋灰化学成分(％)

表3冲天炉生产的铁水的化学成分(％)

实施例2：

以冲天炉使用海砂矿-含铁碳粉尘自还原复合压块为例，假设复合压块内含碳量为15％，含铁量为45％，并且在鼓风中富1％的氧气，预热鼓风温度到1000℃。经理论计算，可将体系中95％以上的铁氧化物转化成还原成金属铁；高钛渣TiO₂含量达58％以上。

一种冲天炉处理海砂矿与钢铁厂含铁碳粉尘混合物的方法专利购买费用说明

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2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。