金属化团块的生产方法技术

本发明专利技术是一种金属化铁团块的生产方法，将铁／钢颗粒与还原剂材料及纤维素纤维粘结剂材料混合在一起，将该混合物挤压成固体团块，然后在直接还原炉（２２）中将团块中的铁还原。与使用本领域已知粘结剂的可比团块相比，这种纤维素纤维粘结剂材料能够使团块具有改进的强度和更低的总成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2000年6月5日申请的序列号为60/209526的临时专利申请的优先权。几种因素驱动人们去寻求回收炼钢厂废料的方法。首先而且最重要的是关心这些丢弃的有价矿物质。每生产一吨成品钢就同时生成大量炼钢厂废料。炼钢厂废料中含有大量通过炼钢厂的袋滤器和水处理设备收集的铁、氧化铁、其它金属氧化物组分及炭。通过适当地加工可以使废料铁直接还原和熔化以回收有价值的铁组分。当然，这样的回收能够降低炼钢厂的原料成本。对环境的关注也促使人们寻求有效回收炼钢厂废料的方法。一些炼钢厂废料如电弧炉(EAF)产生的袋滤器粉尘被认为是有害物质，在丢弃前必须进行处理。这样的处理费用极高。即使不被认为是有害物质的炼钢厂废料也需要很高相关的填埋或其它处置费用，因为每生产一吨钢就会生成大量废料。炼钢厂已经开发了一种回收炼钢厂废料的方法，该方法是收集废料，将废料与还原剂混合，将混合物挤压成固体团块，然后加热团块使团块中的铁材料直接还原，最后将直接还原的团块加入炼钢炉。直接还原前公知为“生”团块的团块形成方法在本领域是公知的。将炼钢厂废料加工成用于直接还原的团块的例子公开在授权于Kaneko等人的美国专利4701214中，该专利描述了下述方法将氧化铁粉尘或铁矿粉与炭粉及粘结剂混合，形成混合物，通过挤压、造球将混合物团块或将混合物压聚成团块或球团，将这些球团加入转底炉以预还原球团中的铁，将预还原后的球团作为金属料组分加入熔融还原器，将粒状含碳燃料和氧气通过熔融还原器底部加入熔融还原器与熔融还原器内的熔体反应，将铁还原成单质铁并形成含CO和H2的废气，将这种废气作为生产气体加入转底炉以预还原其中的球团，然后将热金属从熔融还原器内排出。利用氧化铁细粉的团块形成炼钢炉的直接还原炉料的最先进方法公开在授权给Meissner等人的美国专利5730775中，该专利描述了用由氧化铁和含碳材料组成的干团块生产直接还原铁的方法和设备，其方法是将团块堆积在炉膛上，其高度不超过两层，将所述团块暴露于温度为约2400°F至约2600°F的辐射热源下以脱除所有的挥发物，并将团块金属化。为了形成现有技术的生团块，将含铁的粉尘和/或铁矿石与还原剂混合，还原剂通常是含碳材料如煤或焦炭。团块的材料可以是湿的，也可以是干的，这取决于工艺条件。最后，在将混合物压成团块前在混合物中加入粘结剂。通过直接还原钢铁粉尘生团块回收钢铁粉尘的成功与否很大程度上取决于直接反应前形成的团块质量。从团块进入直接还原炉至进入炼钢炉的整个过程中团块必须保持其物理一体性。如果在直接还原过程中团块破裂或分解，则碎块将快速还原，随后进行氧化。在最坏情况下，破碎的团块被再氧化成FeO。在团块从直接还原炉转移至炼钢炉时没有损失掉的团块碎片将快速再氧化，在喷入炼钢炉时金属会进入炉渣或者被废气收集系统迅速抽出炼钢炉。因此，作为碎块损失的团块材料或粉尘会急剧降低钢铁粉尘回收系统的效率。为了防止团块破裂，在团块材料中加入粘结剂。在生团块中使用的粘结剂的选择通常是在成本和对下游工艺有害性之间寻找平衡。形成团块时使用的传统粘结剂是硅酸钠、1％生石灰和3％糖浆、沥青基粘结剂和水泥。硅酸钠生产的团块在加热时强度变小或者爆裂，硅酸钠分解成不需要的碱化合物，这些碱化合物在炉内能够损坏耐火材料。水泥粘结剂将增加脉石的相对含量，以致于在后续熔融步骤中矿渣量很高，高到生产上不允许的程度。生石灰/糖浆混合物和沥青基粘结剂具有可以接受的性能，但是其成本高。目前需要一种成本低并且能够使生团块的抗碎强度得到改进的粘结剂和将粘结剂用于钢铁粉尘团块的方法，从而避免在直接还原工艺或相关运输过程中团块的破裂。目前还需要对下游环境影响最小化和其它对炼钢工艺的不利影响最小化的粘结剂和利用该粘结剂的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种至少40％，优选大于80％金属化的并且强度得以改进的含碳的直接还原铁团块。纤维素纤维材料可以来自所有合适的纤维素纤维源，优选来自废料如纸、纸板、木屑、甘蔗渣或市政废物。铁颗粒来自炼钢工艺中的废物流，包括袋滤器粉尘和来自破碎团块和球团的粒状物。也可以在混合物中另外加入原生铁组分。为了正确还原团块，可以根据需要加入还原剂，优选加入粉煤。团块可以是通过辊式制团法形成的压块、通过圆盘/圆筒造球法、挤出法或其它已知的制备团块的方法形成的球团。团块在炉内加热6-20分钟，产生强度非常高的含碳的处理产品，该产品特别适用作炼铁炉或炼钢炉的原料。图2是用不同粘结剂制备的团块抗碎强度随其在箱式炉内处理时间变化的对比用座标图。图3是示出用四种不同粘结剂制备的团块的金属化与处理时间的关系的座标图。图4是示出用四种不同粘结剂制备的团块中剩余的碳含量随其在炉内加热处理时间变化的座标图。图5是示出用各种不同粘结剂制备的生团块的平均抗碎强度的柱形图。图6是示出用纤维素粘结剂和各种粒度的铁粉制备的团块的金属化百分数的座标图。图7是示出用纤维素粘结剂和各种粒度的铁粉制备的团块的抗碎强度的座标图。专利技术详述根据本专利技术，纤维素纤维在生产用于直接还原含铁材料的生团块中用作粘结剂。使用纤维素粘结剂和本专利技术的方法可以用分级含铁材料和分级还原剂生产生团块，这些含铁材料和还原剂可以赋予生团块足够高的生球强度，使团块可以直接加入转底炉或其它炉而不会破裂或产生细粉；使团块在加热过程中具有超高强度，不会损害热处理步骤或工艺设备；使它们与用其它粘结剂生产的团块相比总成本更低。在本专利技术中，生产生团块时用作粘结剂的纤维素纤维可以来自废料如废纸、纸板、木屑、甘蔗渣(甘蔗废物)或市政废物。当使用后者时，废物是一般废物还是有害废物并无区别，因为后续的热处理会分解废物中的热敏组分。用纤维素纤维作为优选粘结剂与使用传统粘结剂生石灰/糖浆相比能够节省大量费用。另外，生团块强度和还原后的压块强度比用生石灰/糖浆或其它常用粘结剂制备的团块的强度高。在团聚前用切碎的或磨碎的有机材料生产纤维素纤维材料。纤维素材料源可以是任何合适的原料或消费后的产品物流，包括有机废物物流。纤维素源可以包括但不限定为新纸或废纸、新报纸或旧报纸、新纸板或旧纸板、木屑、一般为甘蔗废物的甘蔗渣和市政废物，包括废物衍生燃料。因为来源非常丰富，所以生产纤维素纤维粘结剂的原料非常便宜，因为纤维素材料可以来自消费后的废物物流，所以使用纤维素粘结剂对环境是友好的。参看附图说明图1，料斗10中的含铁废料和料斗12中的粘结剂材料一起加入混合器14，然后进入造块机(在图1中示为团块机16)。团块材料排出造块机后可以用合适的设备如筛18进行筛分或分级。通过筛18的细粉经由循环管线20再循环到混合器14。收集大团块，将其加入炼铁炉或炼钢炉22。和含铁废料一起加入混合器14的是基本干燥的纤维素纤维粘结剂材料。纤维素粘结剂材料优选是混合物总重量的约0.5％至约2.0％，尽管粘结剂的使用量最高可达约25wt％。废铁材料来自炼钢炉袋滤器粉尘或从上述团块作业中收集的粉尘和碎片。含铁废料也可以来自炼钢工艺中的其它步骤或从炼钢厂以外的有含铁废料物流的设备中运输而来。含铁材料一般是高炉粉尘、高炉残渣、BOF(碱性氧气转炉)粉尘、BOF残渣、轧钢残渣、轧钢皮、切削屑、金属化DRI细粉、烧结矿粉尘、化铁炉粉尘、或废碎球团。电弧炉(EAF)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度金属化铁团块的生产方法，是将含铁材料、还原剂、和纤维素纤维与最多１５％的水混合，形成混合物，将该混合物形成团块，将团块在约１０００℃至约１５５０℃的温度下加热６－２０分钟。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：格伦E霍夫曼，詹姆斯MJr麦克莱兰，
申请(专利权)人：米德雷克斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]