CN104263916B - 一种用于球团矿的粘合剂及球团矿的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于球团矿的粘结剂，包括以下组分：76wt％～98wt％的含镁物质；1wt％～10wt％的含钙物质；1wt％～15wt％的植物蛋白胶。将本发明提供的粘结剂用于球团矿的制备，得到的球团矿还原膨胀率下降，有效提高了球团矿的质量；同时，与之匹配使用的烧结矿无需再添加含镁物质，大幅度提高烧结矿质量；而且，采用本发明提供的粘结剂制备球团矿，具有良好的经济效益和减排效益。实验结果表明，本发明制备得到的球团矿的还原膨胀率降低了6％；在球团生产能力210万吨/年的球团厂进行应用，年综合经济效益为541.1万元/年，可减排高炉渣3.22万吨/年，可降低CO₂排放量3.578万吨/年。

Description

一种用于球团矿的粘合剂及球团矿的制备方法

技术领域

本发明涉及炼铁技术领域，尤其涉及一种球团矿的粘合剂及球团矿的制备方法。

背景技术

球团矿是将细磨精矿制成能满足冶炼要求的块状物料，即是将细磨精矿粉和粘结剂等原料，按一定比例配料和混匀，经过造球、干燥、焙烧、冷却等工艺过程，固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。球团矿中铁品位高、杂质少、化学成分稳定，有利于高炉综合入炉品位的提高；球团矿粒度均匀，强度好、粉末少，能使高炉生产更加顺畅，保护冶炼设备，提高生产率；有利于合理调整高炉炉料结构；有利于节能降耗、减少对环境的污染。

现有技术制备球团矿常采用的粘结剂为膨润土，其中的膨润土由于具有较强粘结性、吸附性以及阳离子交换性和高温稳定性等，常用于铁矿球团的制备。在铁精矿粉中加入1.5wt％～4.5wt％的膨润土，经造球、干燥、焙烧、冷却后成球团，与烧结矿配合使用为高炉提供优质原料。

但是现有技术中，高炉使用球团矿的比例一直没有突破30％，这主要是由于球团矿中Fe₂O₃含量高，在还原过程中导致球团矿的还原膨胀过高，高炉大比例使用球团矿后，因球团矿还原膨胀率指标不佳而导致炉矿不顺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于球团矿的粘结剂及球团矿的制备方法，本发明提供的粘结剂用于球团矿的制备，得到的球团矿具有较低的还原膨胀率。

本发明提供了一种用于球团矿的粘结剂，包括以下组分：

76wt％～98wt％的含镁物质，所述含镁物质的质量以氧化镁计；

1wt％～10wt％的含钙物质，所述含钙物质的质量以氧化钙计；

1wt％～15wt％的植物蛋白胶。

优选的，包括81wt％～94wt％的含镁物质。

优选的，所述含镁物质包括氧化镁和/或碳酸镁。.

优选的，所述含镁物质包括菱镁石；

所述含钙物质为菱镁石。

优选的，包括以下组分：

94wt％～96wt％的菱镁石；

4wt％～6wt％的植物蛋白胶。

优选的，所述含镁物质为粉状；

所述含镁物质的粒径小于0.2mm。

优选的，包括2.4wt％～12.7wt％的植物蛋白胶。

本发明提供了一种球团矿的制备方法，包括以下步骤：

将铁矿与上述技术方案所述的粘结剂混配，得到混合物料，所述铁矿与粘结剂的质量比为100:(3～6)；

将所述混合物料成球，得到生球；

将所述生球进行焙烧，得到球团矿成品。

优选的，所述铁矿与粘结剂的质量比为100:(4～5)。

优选的，所述混合物料的含水量8.8wt％～9.8wt％。

优选的，所述成球的时间为10min～15min。

优选的，所述焙烧的温度为1200℃～1320℃。

本发明提供了一种用于球团矿的粘结剂，包括以下组分：76wt％～98wt％的含镁物质；1wt％～10wt％的含钙物质；1wt％～15wt％的植物蛋白胶。与现有技术采用膨润土作为粘结剂制备球团矿的技术方案相比，将本发明提供的粘结剂用于球团矿的制备，得到的球团矿还原膨胀率下降，实验结果表明，本发明制备得到的球团矿的还原膨胀率降低了6％，有效提高了球团矿的质量。

而且，本发明提供的粘结剂中不含SiO₂及Al₂O₃，减少了炉料中SiO₂及Al₂O₃含量，提高了入炉品位；本发明提供的粘结剂中含有Mg，与之配合使用的烧结矿无需再添加氧化镁，改善了烧结矿的质量；实验结果表明，采用本发明提供的粘结剂，可提高入炉品位0.09％；与之匹配使用的烧结矿取消配加含镁物质，大幅度提高了烧结矿质量。

而且，采用本发明提供的粘结剂制备球团矿具有良好的经济效益和减排效益，入炉品位的提高，能够增产、降焦，而且节省了烧结矿的氧化镁的使用；还能够降低炉渣的排放量和CO₂的排放量。实验结果表明，在球团生产能力210万吨/年的球团厂进行应用，年综合经济效益为541.1万元/年，可减排高炉渣3.22万吨/年，可降低CO₂排放量2.93万吨/年。

具体实施方式

本发明提供了一种用于球团矿的粘结剂，包括以下组分：

76wt％～98wt％的含镁物质；

1wt％～10wt％的含钙物质；

1wt％～15wt％的植物蛋白胶。

本发明提供的粘结剂与铁矿混料，制备球团矿，所述粘结剂使得到的球团矿的还原膨胀率降低，有效提高了球团矿的质量。实验结果表明，本发明制备得到的球团矿的还原膨胀率降低了6％。

本发明提供的用于球团矿的粘结剂包括76wt％～98wt％的含镁物质，优选为81wt％～94wt％。在本发明中，所述含镁物质优选包括氧化镁和/或碳酸镁，当所述含镁物质为氧化镁时，本发明提供的粘结剂优选包括81wt％～90wt％的氧化镁，更优选为81.5wt％～88.5wt％，最优选为81.6wt％～87.7wt％；当所述含镁物质为碳酸镁时，本发明提供的粘结剂优选包括90wt％～95wt％的碳酸镁，更优选为90.3wt％～94wt％，最优选为90.3wt％～93.8wt％。具体的，在本发明中的实施例中，所述含镁物质可具体为菱镁石，所述菱镁石中包括碳酸镁、碳酸钙和二氧化硅；所述菱镁石在所述粘结剂中的质量含量优选为92wt％～98wt％，更优选为94wt％～97wt％，最优选为94wt％～96wt％。在本发明中，所述菱镁石中碳酸钙的质量含量优选为85wt％～90wt％，更优选为87wt％～89wt％，最优选为88.58wt％；在所述菱镁石中，所述碳酸钙的质量含量优选为2wt％～5wt％，更优选为2.5wt％～3.5wt％，最优选为3.1wt％；在所述菱镁石中，所述碳酸钙中二氧化硅的质量含量优选为2wt％～5wt％，更优选为3wt％～4wt％，最优选为3.3wt％。

在本发明中，所述含镁物质优选为粉状；所述含镁物质的粒径优选小于0.2mm，更优选为小于0.05mm，最优选为0.01mm～0.05mm。

本发明提供的粘结剂包括含镁物质，使得到的球团矿的物理指标和热态指标都得到了改善；使用本发明提供的粘结剂制备球团矿时，后续使用的烧结矿无需再添加氧化镁，其品位可提高0.13％，相当于提高入炉品位0.09％。而且，采用本发明提供的粘结剂制备球团矿，使得到的球团矿中含有金属Mg，成为镁质球团，该球团矿中的镁对铁水有益，在炼铁或炼钢过程中，能够具有洁净铁水的作用，且产生的矿渣较少。

本发明提供的用于球团矿的粘结剂包括1.5wt％～10wt％的含钙物质，优选为1.8wt％～6.3wt％。在本发明中，所述含钙物质优选为氧化钙和/或碳酸钙；具体的，当所述含钙物质为氧化钙时，所述氧化钙在粘结剂中的质量含量优选为1.5wt％～4wt％，更优选为1.8wt％～3.6wt％；当所述含钙物质为碳酸钙时，所述碳酸钙在粘结剂中的质量含量优选为2.5wt％～8wt％，更优选为3.2wt％～6.3wt％。在本发明的实施例中，当所述含镁物质为菱镁石时，本发明上述技术方案所述菱镁石中含有的碳酸钙即可满足粘结剂的需要，无需再另外添加含钙物质。

本发明提供的用于球团矿的粘结剂包括1wt％～15wt％的植物蛋白胶，优选为2.4wt％～12.7wt％，最优选为4wt％～10wt％。在本发明中，所述植物蛋白胶优选为粉状，所述植物蛋白胶的粒度优选为200目；本发明对所述植物蛋白胶的来源没有特殊的限制，采用所述植物蛋白胶的市售商品即可，如可以采用中国林科院制备并出售的植物蛋白胶即可。

本发明对所述用于球团矿的粘结剂的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的组合物的制备方法即可。本发明优选将上述技术方案所述含镁物质、含钙物质与植物蛋白胶混合，即可得到用于球团矿的粘结剂。

本发明还提供了一种球团矿的制备方法，包括以下步骤：

将铁矿与上述技术方案所述的粘结剂混配，得到混合物料，所述铁矿与粘结剂的质量比为100:(3～6)；

将所述混合物料成球，得到生球；

将所述生球进行焙烧，得到球团矿成品。

本发明将铁矿与上述技术方案所述粘结剂混配，得到混合物料，所述铁矿与粘结剂的质量比为100:(3～6)。在本发明中，所述铁矿优选为铁精矿，更优选为磁铁矿。所述铁精矿中-200目的含量优选为大于80wt％，更优选为大于90wt％。

在本发明中，所述铁矿与所述粘结剂的质量比为100:(3～6)，更优选为100:(4～5)。在本发明的实施例中，所述粘结剂的用量可根据球团中SiO₂的含量确定，具体的，将所述粘结剂中Mg的含量转换为氧化镁的质量，以氧化镁的质量计，所述粘结剂中氧化镁的质量与球团中SiO₂的质量比优选为(0.4～0.5):1，更优选为(0.44～0.46):1。

本发明对所述混配的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备球团矿时采用的混料设备即可，如可以在配料皮带上进行配料。

本发明优选将铁矿与粘结剂的混合物料和水混合，得到造球原料。在本发明中，所述造球原料的含水量优选为小于9wt％，更优选为8wt％～8.5wt％。

得到造球原料后，本发明将所述造球原料成球，得到生球。本发明对所述成球的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的球团矿制备工艺中采用的成球技术方案即可。具体的可以将所述造球原料置于造球机中造球。本发明对所述造球机的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的造球机即可，如可以为圆筒造球机，还可以为圆盘造球机。

在本发明中，所述生球的粒径优选为9mm～16mm；成球得到的直径＜5mm和直径＞16mm的料粉优选进行生球粉碎，重新造球、筛分，制成生球。在本发明中，所述生球的水分含量优选＜10wt％，更优选为9.0wt％～9.5wt％。

在本发明中，所述成球的过程优选包括母球形成、生球长大和密实过程。在本发明中，所述成球的时间优选为10min～15min，更优选为11min～13min，最优选为12min。具体的，在本发明中，所述母球形成的时间按优选为2min～4min，更优选为2.5min～3.5min，最优选为3min；所述生球长大的时间优选为5min～7min，更优选为5.5min～6.5min，最优选为6min；所述密实过程的时间优选为2min～4min，更优选为2.5min～3.5min，最优选为3min。

得到生球后，本发明优选将所述生球进行焙烧，得到球团矿成品。在本发明中，所述焙烧的温度优选为1200℃～1320℃，更优选为1250℃～1300℃，最优选为1270℃；所述焙烧的时间12分钟～14分钟。本发明对所述焙烧用到的设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的制备球团矿时采用的焙烧设备即可，如可以采用带式机焙烧设备，也可以为链篦机-回转窑焙烧设备。

本发明对得到的生球和球团矿的性能进行测试，具体的：采用生球爆裂测定装置进行生球爆裂性能测试，要求爆裂温度≥300℃；

采用生球抗压强度试验机对生球进行抗压强度测试，抗压≥12N/个球；

采用生球落下测试装置对生球落下性能进行测试，落下高度为0.5m，落下次数≥4次。

本发明提供了一种用于球团矿的粘结剂，与现有技术采用膨润土作为粘结剂制备球团矿的技术方案相比，将本发明提供的粘结剂用于球团矿的制备，得到的球团矿还原膨胀率下降，有效提高了球团矿的质量。

而且，本发明提供的粘结剂中含有Mg，与之配合使用的烧结矿无需再添加氧化镁，提高了入炉品位，实验结果表明，采用本发明提供的粘结剂，可提高入炉品位0.09％；而且，采用本发明提供的粘结剂制备球团矿具有良好的经济效益和减排效益，入炉品位的提高，能够增产、降焦，而且节省了烧结矿的氧化镁的使用；还能够降低炉渣的排放量和CO₂的排放量。

直接经济效应：

球团使用本发明提供的粘结剂后，烧结矿品位提高0.13％，高炉炉料中烧结矿比例按70％计，则提高高炉入炉品位0.09％，根据经验公式高炉入炉品位提高1％，增产2％，降焦3％。目前吨铁固定费用为150元，综合焦炭价格为1150元/吨，吨铁综合焦比为490kg/t，则吨铁效益为：

(1)增产效益

150-[1÷(1+0.09×1×2％)]×100＝0.270元/吨

(2)降焦效益

(490÷1000)×0.09×3％×1150＝1.523元/吨

(3)高炉年经济效益

带式球团年生产球团矿210万吨，目前吨铁矿耗为1.62，球团矿比例为30％，则吨铁消耗球团矿0.486，210万吨球团矿可以生产432.1万吨生铁，生铁的增产降焦效益为：

432.1×(0.270+1.523)＝774.76万元/年；

(4)烧结矿减少镁石用量后的镁石费用降低

由于球团使用本发明提供的粘结剂后，停用镁石粉，镁石粉价格为85元/吨(含运费到家价)，210万吨球团需要配用烧结矿为490万吨，烧结矿镁石单耗16千克/吨烧结矿，其年费用为：

85×490×16÷1000＝666.4万元/年；

(5)使用本发明提供的粘结剂带来的成本变化

现使用的膨润土单价为351元/吨，本发明提供的粘结剂为230元/吨，两种粘结剂单耗分别为14.0千克/吨球团矿和40千克/吨球团矿，球团成本变化情况为：

每吨球团矿成本增加

230×40÷1000-351×14÷1000＝4.286/吨球团矿；

全年成本增加：

210万吨×4.098＝900.06万元/年；

(6)年综合收益为：

774.76+666.4-900.06＝541.1万元/年。

减排效益

降低高炉渣排放量：

目前带式球团年生产球团矿为210万吨，年需要膨润土量为2.24万吨，使用本发明提供的粘结剂后，年少用膨润土2.24万吨。膨润土中约60wt％的成份为SiO₂，高炉渣的碱度为1.4左右，中和膨润土中的SiO₂须添加的CaO的量为：

2.24×60％×1.4＝1.88万吨；

减少的高炉渣量为：

2.24×60％+1.88＝3.22万吨；

即年可以减排高炉渣为3.22万吨。

降低温室气体CO₂的排放量：

由于CaO是石灰石分解得来的，根据计算，产生1吨CaO将产生0.44吨的CO₂的排放量，则由于带式球团少用膨润土导致高炉渣中少用CaO量为1.88万吨，则年降低石灰石分解的CO₂的排放量为：

1.88×0.786＝0.83万吨；

降低综合焦比较少的CO₂排放量：

根据计算，1吨碳完全燃烧将产生3.67吨的CO₂，因入炉品位的升高，吨铁降低的碳量为：

(490÷1000)×0.09×3％＝0.0013吨/吨铁；

210万吨球矿可以生产432.1万吨生铁，则降低的碳量为：

432.1×0.0013＝0.572万吨；

减少的CO₂排放量为

0.572×3.67＝2.10万吨；

年降低温室气体CO₂的排放量为：

0.83+2.10＝2.93万吨。

按照上述分析，每年可以产生541.1万元的直接经济效益，每年可减少2.93万吨CO₂的排放，每年可减少3.22万吨的高炉渣排放量。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的用于球团矿的粘结剂及球团矿的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

在实施例1～2中，植物蛋白胶购自中国林科院。

在下述实施例3～6中，铁精矿采用赤铁矿和磁铁矿，赤铁矿和磁铁矿的理化指标如表1所示：

表1本发明实施例采用的铁精矿的理化指标

下述实施例中采用如下试验设备：圆盘造球机：Φ1000×200；生球爆裂测定装置：Φ500×1000；生球抗压强度试验机：WKD-10(20N)；生球落下测试装置：0.5m；赛多利斯水分仪：MA30-000V₃。

实施例1

将96wt％、粒度小于0.2mm的菱镁石粉与4wt％的植物蛋白胶经过搅拌、混匀，得到用于球团矿的粘结剂。

实施例2

将94wt％、粒度小于0.2mm的菱镁石粉与6wt％的植物蛋白胶经过搅拌、混匀，得到用于球团矿的粘结剂。

实施例3

将67wt％的磁铁矿、29wt％的赤铁矿和4wt％实施例1制备得到的粘结剂4wt％手工混合搅拌物料，将物料混匀；向物料中加水，使得水分含量为8.0wt％，得到成球物料；

将成球物料置于圆盘造球机中进行造球，成球时间为12min，其中：母球形成时间为3min，生球长大时间为6min，密实时间为3min；

本发明对生球抗压、落下、爆裂温度进行检测，要求：抗压≥12N/个球；落下≥4次；爆裂温度≥300℃；

采用管式电炉进行焙烧试验，焙烧温度为1270℃，并进行物化及热态指标分析，结果如表2所示，表2为本发明实施例3～6和比较例1得到的生球的性能测试结果。

本发明将得到的成品球进行化学成分分析和热态指标测试，结果如表3所示，表3为本发明实施例3～6和比较例1得到的成品球的测试结果。

实施例4

采用实施例3的技术方案制备球团矿，不同的是，本实施例采用的粘结剂为实施例2制备得到的粘结剂，粘结剂的质量含量为4wt％；磁铁矿的质量含量为67wt％，赤铁矿的质量含量为28wt％。。

本发明采用实施例3的测试方法对得到的生球和成品球的性能进行测试，结果如表2和表3所示，表2为本发明实施例3～6和比较例1得到的生球的性能测试结果，表3为本发明实施例3～6和比较例1得到的成品球的测试结果。

实施例5

采用实施例3的技术方案制备球团矿，不同的是，本实施例中粘结剂的质量含量为5wt％，磁铁矿的质量含量为67wt％，赤铁矿的质量含量为28wt％。

本发明采用实施例3的测试方法对得到的生球和成品球的性能进行测试，结果如表2和表3所示，表2为本发明实施例3～6和比较例1得到的生球的性能测试结果，表3为本发明实施例4～7和比较例1得到的成品球的测试结果。

实施例6

采用实施例3的技术方案制备球团矿，不同的是，本实施例采用的粘结剂为实施例2制备得到的粘结剂，粘结剂的质量含量为5wt％，磁铁矿的质量含量为67wt％，赤铁矿的质量含量为28wt％。

本发明采用实施例3的测试方法对得到的生球和成品球的性能进行测试，结果如表2和表3所示，表2为本发明实施例3～6和比较例1得到的生球的性能测试结果，表3为本发明实施例3～6和比较例1得到的成品球的测试结果。

比较例1

采用实施例3的技术方案制备球团矿，不同的是，本比较例中，粘结剂为膨润土，粘结剂的质量含量为2.1wt％，磁铁矿的质量含量为68wt％，赤铁矿的质量含量为29.9wt％。

本发明采用实施例4的测试方法对得到的生球和成品球的性能进行测试，结果如表2和表3所示，表2为本发明实施例3～6和比较例1得到的生球的性能测试结果，表3为本发明实施例3～6和比较例1得到的成品球的测试结果。

表2本发明实施例3～6和比较例1得到的生球的性能测试结果

由表2可以看出：使用本发明提供的粘合剂后，制备得到的生球的各项物理指标和热态指标都得到了改善。

.表3本发明实施例3～6和比较例1得到的成品球的测试结果

注：RDI为球团低温还原粉化率。

由表3可以看出，由于使用本发明提供的粘合剂后，MgO含量增加，使与之配合使用的烧结矿中无需再添加氧化镁，其品位可提高0.13％，相当于提高入炉品位0.09％；使用本发明提供的粘合剂制备球团矿，烧结矿停用镁石后其质量会得到很大改善；使用本发明提供的粘合剂制备得到球团矿，其还原膨胀率降低了6％，有效提高了球团矿质量。

由以上实施例可知，本发明提供了的用于球团矿的粘结剂包括以下组分：76wt％～98wt％的含镁物质；1wt％～10wt％的含钙物质，1wt％～15wt％的植物蛋白胶。与现有技术采用膨润土作为粘结剂制备球团矿的技术方案相比，将本发明提供的粘结剂用于球团矿的制备，得到的球团矿还原膨胀率下降，实验结果表明，本发明制备得到的球团矿的还原膨胀率降低了6％，有效提高了球团矿的质量。

而且，本发明提供的粘结剂中含有Mg，烧结矿中无需再添加的氧化镁，提高了入炉品位，实验结果表明，采用本发明提供的粘结剂，可提高入炉品位0.09％；而且，采用本发明提供的粘结剂制备球团矿具有良好的经济效益和减排效益，入炉品位的提高，能够增产、降焦，而且节省了烧结矿的氧化镁的使用；还能够降低炉渣的排放量和CO₂的排放量。实验结果表明，在球团生产能力为210万吨/年的球团厂进行应用，其年综合经济效益为541.1万元/年，可减排高炉渣3.22万吨/年，可降低CO₂排放量2.93万吨/年。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于球团矿的粘结剂，由以下组分组成：

94wt％～96wt％的菱镁石；

4wt％～6wt％的植物蛋白胶；

所述菱镁石为粉状；所述菱镁石的粒径小于0.2mm。

2.一种球团矿的制备方法，包括以下步骤：

将铁矿与权利要求1所述的粘结剂混配，得到混合物料，所述铁矿与粘结剂的质量比为100:(3～6)；

将所述混合物料成球，得到生球；

将所述生球进行焙烧，得到球团矿成品。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铁矿与粘结剂的质量比为100:(4～5)。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合物料的含水量8.8wt％～9.8wt％。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述成球的时间为10min～15min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为1200℃～1320℃。