CN107893141A - 一种复杂难选铁矿石预还原‑冶炼‑铸轧全流程工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂难选铁矿石预还原‑冶炼‑铸轧全流程工艺，包括：将复杂难选铁矿石和褐煤分别破碎后混合，混合比例按照两者的重量比为：铁矿石∶褐煤＝100∶30～100；在混合物料中加入脱磷剂进行预还原，得到高温还原料；将预还原后的高温物料进行熔炼，并分离出铁水和熔渣；将铁水进行精炼；将精炼得到的钢水连铸出钢坯，并进一步连轧成型钢材。本发明以复杂难选铁矿为原料，以褐煤为还原剂进行升温预还原将铁矿中的铁氧化物转化为金属铁，然后经熔分生产出生铁水，再经精炼除杂，合格液态钢经连铸连轧生产出成型钢材。该工艺流程短，出钢水前无主动降温过程，热流无中断，热量利用率高，不经选矿可实现复杂难选铁矿石的高效利用。

Description

一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺。

背景技术

我国铁矿石储量巨大，探明储量为380～410亿吨，但是我国铁矿石的禀赋很差，主要特点是“贫”、“细”、“杂”，平均铁品位为30％～32％，比世界平均铁品位约低11个百分点。其中97％的铁矿石需要选矿处理。随着国内钢铁需求的急剧增加，优质铁矿石被大量消耗，国内多数大型钢铁企业不得不高价购买澳大利亚、巴西、印度等国的铁矿石，铁矿进口量大幅度攀升，对外依存度连年增高。2016年，我国铁矿石对外依存度超过87％，严重威胁我国国民经济的健康持续发展。因此，开展对复杂难选铁矿石的开发利用新技术、新工艺研究具有战略意义。

我国复杂难选铁矿石主要包括(1)微细粒浸染的鞍山式贫赤(磁)铁矿石，该矿石浸染粒度微细，矿物组成复杂，如山西岚县袁家村铁矿；(2)宣龙-宁乡式铁矿，约占我国铁矿总储量的12％，占我国红铁矿储量的30％，由于矿石嵌布粒度微细，矿石结构为鲕状，有害杂质磷含量高，属极难选铁矿石，如湖北高磷鲕状赤铁矿；(3)褐铁矿和菱铁矿，由于此类矿石嵌布粒度微细，脉石矿物组成较复杂，因此我国褐铁矿和菱铁矿资源利用率极低，如陕西大西沟铁矿等；(4)海南贫铁矿石，赤铁矿晶粒多分布在10～30μm，细小者在3～9μm，集合体粒度在60～200μm，部分赤铁矿还呈鲕状结构，属微细粒难选氧化铁矿石。由于上述复杂难选矿石的矿物结晶粒度太细、组成复杂、含磷高等原因，常规的选矿方法已经无法对这种难选铁矿石进行有效的分选利用。再加上目前的高炉炼铁工艺对原料的要求很高，无法对复杂难选矿石的低质量精矿进行有效处理。因此，研究一种能够有效冶炼低质量铁矿石的新工艺就显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺，该工艺以上述复杂难选铁矿石(以下简称铁矿石)为原料，通过预还原反应将铁氧化物还原为金属铁，再经冶炼除杂生产出合格钢水，最后经连铸连轧工艺得到合格的成型钢材。本发明的技术方案为：

一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺，包括以下步骤：

(1)将复杂难选铁矿石和褐煤分别破碎后混合，混合比例按照两者的重量比为：铁矿石∶褐煤＝100∶30～100；

(2)在混合物料中加入脱磷剂进行预还原，得到高温还原料；

(3)将预还原后的高温物料进行熔炼，并分离出铁水和熔渣；

(4)将铁水进行精炼；

(5)将精炼得到的钢水连铸出钢坯，并进一步连轧成型钢材。

进一步地，所述步骤(1)中铁矿石破碎至粒度≤50mm，褐煤破碎至粒度≤4mm。

进一步地，所述步骤(2)中预还原的控制条件为：脱磷剂为石灰，用量为复杂难选铁矿石的3～15％，还原温度为1000～1300℃，还原时间为20～100min。

进一步地，所述步骤(3)中熔炼的控制条件为：熔炼温度为1400～1700℃，熔炼时间为30～90min。

进一步地，所述步骤(4)中精炼的控制条件为：精炼温度为1500～1800℃，熔炼时间为20～50min。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：本发明以复杂难选铁矿为原料，以褐煤为还原剂进行升温预还原将铁矿中的铁氧化物转化为金属铁，然后经熔分生产出生铁水，再经精炼除杂，合格液态钢经连铸连轧生产出成型钢材。该工艺流程短，无需球团过程，出钢水前无主动降温过程，热流无中断，热量利用率高，不经选矿可实现复杂难选铁矿石的高效利用，具有较大的经济和社会效益。

附图说明书

图1为本发明具体实施例的工艺流程示意图。

图2为本发明实施例中采用的羚羊铁矿石的X射线光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明实施例中采用的复杂难选铁矿石取自吉林羚羊，该羚羊铁矿石的X射线衍射结果如图1所示。其化学成分如表1所示。临江羚羊铁矿石中主要金属矿物为磁铁矿和菱铁矿，其次为黄铁矿、黄铜矿和钛铁矿；非金属矿物主要为石英、鲕绿泥石和磁绿泥石，其次为伊利石、高岭石和磷灰石等；此外，还含有少量的稀土元素矿物独居石。矿石中菱铁矿含量较大，由于菱铁矿的理论铁品位低，且其密度与硅酸盐类脉石矿物接近，采用普通的选矿方法铁精矿品位很难达到45％以上。矿石中全铁品位为35.08％，铁矿石中的铁主要以Fe²⁺的形式存在于含铁矿物中，Fe²⁺含量为24.89％，Fe³⁺含量为10.19％；矿石中锰的含量较高；铁矿石中铝、硅的含量较高，说明矿石中含有一定量的铝硅酸盐脉石矿物。

表1

该矿为本发明选用，使用本发明的方法不限于该种羚羊铁矿石。

本发明实施例中预还原阶段采用的设备是回转窑。

本发明实施例中炼铁阶段采用的设备是矿热炉。

本发明实施例1、2中炼钢阶段采用的设备是电炉，实例3、4中采用的是转炉。

本发明实施例中连铸连轧阶段采用的设备是连铸连轧生产线。

本发明实施例中采用的褐煤来自内蒙古，其主要化学组成如表2所示。该褐煤为本发明选用，本发明的方法不限于使用该成分的褐煤。

表2

本发明实施例中采用的粉碎设备为PEF100×60mm颚式破碎机和Φ200×125mm对辊破碎机。

实施例1

将羚羊铁矿石原矿采用颚式破碎机粉碎至-50mm，将褐煤采用颚式破碎机与对辊破碎机粉碎至-4mm，获得鲕状赤铁碎矿和褐煤粉；

将羚羊铁矿石碎矿和褐煤粉混合，并配入一定量的石灰，混合比例按重量比为羚羊铁矿石碎矿∶褐煤粉∶石灰＝100∶50∶3；

将混合后的物料从进料口给入回转窑进行预还原，混合物料在回转窑筒体的倾斜和缓慢的回转作用下，物料既沿圆周方向翻滚又沿轴向(从高端向低端)移动，在移动的过程中物料快速混合并升温，矿石中的铁氧化物与煤粉发生还原反应生成金属铁，回转窑内温度为1275℃，物料在炉内停留时间为50min，还原后的物料从低端出料口排出，得到金属化率94％的预还原物料；

将预还原后的物料不经冷却直接给入矿热炉进行熔炼，熔炼温度为1450℃，加入原矿质量3％的碳酸钠和2％的氟化钙改善铁水流化性能，炉内下部的生铁水陆续从底部出料口排出，上部铁渣间歇从渣口排出，得到P含量为0.09％，S含量为0.04％，C含量为5.6％的高温铁水；

将热装铁水倒入电炉中进行精炼，电弧温度可达4000℃，熔炼温度大于1500℃，吹入适量纯氧进行升温和脱碳。装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前造好熔化渣，有利于早期降低磷和硫的含量，通过扒渣操作防止回磷。通过取样化验后确定排出合格钢水产品，本实施例得到的钢水的成分见表3；

表3

把合格钢水装入钢水包后，由天车运往连铸连轧生产线生产出各类合格钢材。

实施例2

将羚羊铁矿石原矿采用颚式破碎机粉碎至-50mm，将褐煤采用颚式破碎机与对辊破碎机粉碎至-2mm，获得鲕状赤铁碎矿和褐煤粉；

将羚羊铁矿石碎矿和褐煤粉混合，并配入一定量的石灰，混合比例按重量比为羚羊铁矿石碎矿∶褐煤粉∶石灰＝100∶60∶5；

将混合后的物料从进料口给入回转窑进行预还原，混合物料在回转窑筒体的倾斜和缓慢的回转作用下，物料既沿圆周方向翻滚又沿轴向(从高端向低端)移动，在移动的过程中物料快速混合并升温，矿石中的铁氧化物与煤粉发生还原反应生成金属铁，回转窑内温度为1250℃，物料在炉内停留时间为60min，还原后的物料从低端出料口排出，得到金属化率93％的预还原物料；

将预还原后的物料不冷却直接给入矿热炉进行熔炼，熔炼温度为1450℃，加入原矿质量3％的碳酸钠和2％的氟化钙改善铁水流化性能，炉内下部的生铁水陆续从底部出料口排出，上部铁渣间歇从渣口排出，得到P含量为0.08％，S含量为0.04％，C含量为6.3％的高温铁水；

将热装铁水倒入电炉中进行精炼，电弧温度可达4000℃，熔炼温度大于1500℃，吹入适量纯氧进行升温和脱碳，装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前造好熔化渣，有利于早期降低磷和硫的含量，通过扒渣操作防止回磷。通过取样化验后确定排出合格钢水产品，本实施例得到的钢水的成分见表4；

表4

把合格钢水装入钢水包后，由天车运往连铸连轧生产线生产出各类合格钢材。

实施例3

将羚羊铁矿石原矿采用颚式破碎机粉碎至-50mm，将褐煤采用颚式破碎机与对辊破碎机粉碎至-4mm，获得鲕状赤铁碎矿和褐煤粉；

将羚羊铁矿石碎矿和褐煤粉混合，并配入一定量的石灰，混合比例按重量比为羚羊铁矿石碎矿∶褐煤粉∶石灰＝100∶50∶3；

将混合后的物料从进料口给入回转窑进行预还原，混合物料在回转窑筒体的倾斜和缓慢的回转作用下，物料既沿圆周方向翻滚又沿轴向(从高端向低端)移动，在移动的过程中物料快速混合并升温，矿石中的铁氧化物与煤粉发生还原反应生成金属铁，回转窑内温度为1200℃，物料在炉内停留时间为50min，还原后的物料从低端出料口排出，得到金属化率90％的预还原物料；

将预还原后的物料不冷却直接给入矿热炉进行熔炼，熔炼温度为1450℃，加入原矿质量3％的碳酸钠和2％的氟化钙改善铁水流化性能，炉内下部的生铁水陆续从底部出料口排出，上部铁渣间歇从渣口排出，得到P含量为0.1％，S含量为0.05％，C含量为5.6％的高温铁水。

将热装铁水倒入转炉中进行精炼，熔炼温度大于1500℃，吹入适量纯氧进行升温和脱碳，装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前造好熔化渣，有利于早期降低磷和硫的含量，通过扒渣操作防止回磷。通过取样化验后确定排出合格钢水产品，本实施例得到的钢水的成分见表5；

表5

把合格钢水装入钢水包后，由天车运往连铸连轧生产线生产出各类合格钢材。

实施例4

将羚羊铁矿石原矿采用颚式破碎机粉碎至-50mm，将褐煤采用颚式破碎机与对辊破碎机粉碎至-2mm，获得鲕状赤铁碎矿和褐煤粉；

将羚羊铁矿石碎矿和褐煤粉混合，并配入一定量的石灰，混合比例按重量比为羚羊铁矿石碎矿∶褐煤粉∶石灰＝100∶60∶8；

将混合后的物料从进料口给入回转窑进行预还原，混合物料在回转窑筒体的倾斜和缓慢的回转作用下，物料既沿圆周方向翻滚又沿轴向(从高端向低端)移动，在移动的过程中物料快速混合并升温，矿石中的铁氧化物与煤粉发生还原反应生成金属铁，回转窑内温度为1250℃，物料在炉内停留时间为60min，还原后的物料从低端出料口排出，得到金属化率94％的预还原物料；

将预还原后的物料不冷却直接给入矿热炉进行熔炼，熔炼温度为1450℃，加入原矿质量3％的碳酸钠和2％的氟化钙改善铁水流化性能，炉内下部的生铁水陆续从底部出料口排出，上部铁渣间歇从渣口排出，得到P含量为0.07％，S含量为0.04％，C含量为6.3％的高温铁水；

将热装铁水倒入转炉中进行精炼，熔炼温度大于1500℃，吹入适量纯氧进行升温和脱碳，装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前造好熔化渣，有利于早期降低磷和硫的含量，通过扒渣操作防止回磷。通过取样化验后确定排出合格钢水产品，本实施例得到的钢水的成分见表6；

表6

把合格钢水装入钢水包后，由天车运往连铸连轧生产线生产出各类合格钢材。

根据实施例1～4给出的数据结果可以看出，采用本发明的工艺对复杂难选铁矿进行处理，可在缩短工艺流程、降低能耗的基础上实现复杂难选铁矿石的高效利用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将复杂难选铁矿石和褐煤分别破碎后混合，混合比例按照两者的重量比为：铁矿石∶褐煤＝100∶30～100；

(2)在混合物料中加入脱磷剂进行预还原，得到高温还原料；

(3)将预还原后的高温物料进行熔炼，并分离出铁水和熔渣；

(4)将铁水进行精炼；

(5)将精炼得到的钢水连铸出钢坯，并进一步连轧成型钢材。

2.根据权利要求1所述的一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺，其特征在于，所述步骤(1)中铁矿石破碎至粒度≤50mm，褐煤破碎至粒度≤4mm。

3.根据权利要求1所述的一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺，其特征在于，所述步骤(2)中预还原的控制条件为：脱磷剂为石灰，用量为复杂难选铁矿石的3～15％，还原温度为1000～1300℃，还原时间为20～100min。

4.根据权利要求1所述的一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺，其特征在于，所述步骤(3)中熔炼的控制条件为：熔炼温度为1400～1700℃，熔炼时间为30～90min。

5.根据权利要求1所述的一种复杂难选铁矿石预还原-冶炼-铸轧全流程工艺，其特征在于，所述步骤(4)中精炼的控制条件为：精炼温度为1500～1800℃，熔炼时间为20～50min。