过渡态粘结剂及制备方法和制备高强度含碳球团的方法与流程

本发明属于钢铁冶金，涉及一种过渡态粘结剂及制备方法和制备高强度含碳球团的方法。

背景技术：

1、目前钢铁工业生产以高炉-转炉长流程为主，具有规模大、效率高、成本低的特点，但高炉生产依赖于优质的焦炭，而焦化生产过程能耗高、污染物排放量大，且需要消耗昂贵的焦煤资源。直接还原炼铁生产技术由于摆脱了对昂贵焦煤资源的依赖，受到了众多炼铁生产者的关注；其中直接还原炼铁技术可以分为气基直接还原炼铁技术和煤基直接还原炼铁技术两大类，气基直接还原炼铁的还原剂主要包括h2、co或其它混合气体，其生产直接还原炼铁的反应容器包括竖炉、反应罐和流化床，主要包括midrex法、hyl法、fior法等；煤基直接还原使用的还原剂主要以煤为主，其还原铁氧化物的反应容器包括回转窑、转底炉、竖炉和外热的反应罐，主要包括drc法、fasmet法、sl/rn法等。

2、含碳球团由于其自身反应性好、原料使用范围广等优点，在炼铁生产工艺中得到了广泛的应用；然而与铁精矿球团不同，含碳球团在铁矿粉原料中配加一定比例的固体炭还原剂，造成制备生球强度和干燥球强度较低，同时在高温焙烧过程中因还原剂中碳的气化反应、铁氧化物还原以及热应力多重作用致使球团物理结构发生改变，引起球团热态强的快速降低，造成含碳球团难以满足高效反应器生产要求。目前在国内外有利用转底炉直接还原工艺或类似工艺处理含碳球团制备金属化炉料的研究，能够成功的原因是该类工艺流程料层较薄，一般只有单层炉料或者几层炉料，并且在还原过程中炉料处于相对静止状态，还原过程球团载荷低，对球团强度要求不高。因此，如何确保球团的强度已成为开发高效冶炼含碳球团制备金属化炉料技术实施的关键。

3、目前，高强度含碳球团制备方法的技术较少，比如中国专利公开号为cn112575182a中利用热压方法制备赤泥含碳球团；中国专利公开号为cn110129557a中以烟煤、瘦煤、钒钛矿和钒钛海砂矿为原料采用热压成型方法制备含碳球团；中国专利公开号为cn110079668a中将铁矿粉、煤粉和粘结剂按照不同比例，进行两次造球制备双层含碳球团；中国专利公开号cn108504857a中用无机粘结剂、调整剂、还原剂和含铁物料混合，采用冷压成型制备冷固结含碳球团。上述技术制备含碳球团的技术中，虽然能获得强度高的含碳球团，但是存在能耗高、生产效率低、过程污染物排放难以解决的问题；部分研究者采用有机粘结剂来保证冷球团的强度，无机粘结剂确保高温区的强度，但在实际的生产中400～1000℃之间冷强度失效，但高温热强度还未发生作用的阶段，由于缺乏该温度区间的过度态粘结剂的使用，导致含碳球团焙烧过程中强度变差，粉化严重的问题。

4、通过检索现有技术，对于生产高强度含碳球团的过渡态粘结剂的技术未见相关报道。鉴于此，亟待研究一种兼具冷热强度粘结效果的粘结剂，能够在含碳球团焙烧过程中冷强度失效和高温强度再生之前起到强化含碳球团强度的功效。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种过渡态粘结剂及制备方法和制备高强度含碳球团的方法，通过优化过渡态粘结剂原材料的配比，获取兼具冷热强度粘结效果的过渡态粘结剂；该过渡态粘结剂能够解决现有技术存在的含碳球团焙烧过程中强度变差、粉化严重的问题，在含碳球团的高炉炼铁及直接还原炼铁过程中冷强度失效和高温强度再生之前起到强化含碳球团强度的功效。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供了一种过渡态粘结剂，其原料包括按重量份数计的如下成分：

4、

5、优选的，所述有机粘结剂的烧损≥80％；和/或

6、所述膨润土的吸兰量≥30％；和/或

7、所述铝矾土中al2o3的含量≥60wt％；和/或

8、所述石灰石中cao的含量≥60％；和/或

9、所述酚醛树脂的残蚀残炭率≥50％；和/或

10、所述预糊化淀粉的粘度≥700mpa·s。

11、优选的，所述有机粘结剂采用石蜡蜂蜡、聚甲醛、聚乙烯醇、醋酸共聚物中的一种或多种；和/或

12、所述预糊化淀粉采用玉米预糊化淀粉、小麦预糊化淀粉、马铃薯预糊化淀粉、木薯预糊化淀粉、大米预糊化淀粉中的一种或多种。

13、优选的，所述有机粘结剂、铝矾土、石灰石的粒度均≤5mm。

14、本发明的第二方面提供了一种如本发明第一方面所述的过渡态粘结剂的制备方法，其特征在于，将有机粘结剂、膨润土、铝矾土、石灰石、酚醛树脂、预糊化淀粉按比例混合并搅拌均匀获得混合料，采用干式研磨将所述混合料研磨至粒度≤0.1mm后，获得过渡态粘结剂。

15、本发明的第三方面提供了一种制备高强度含碳球团的方法，包括以下步骤：

16、s1，将如本发明第一方面所述的过渡态粘结剂与铁矿粉、还原炭按比例混合均均匀后得到混合物；

17、s2，将所述混合物加水搅拌混匀后进行冷压成型获得含碳湿球团；

18、s3，将所述含碳湿球团进行烘干处理获得高强度含碳球团。

19、优选的，所述步骤s1中：

20、所述铁矿粉的全铁含量≥55wt％，s含量≤0.6wt％，p含量≤0.1wt％；和/或

21、所述铁矿粉中，粒度≤0.074的部分的质量占比＞80％；和/或

22、所述还原炭的干燥基挥发分含量≤20wt％，干燥基灰分含量≤15wt％，干燥基固定碳含量≥70wt％，干燥基s含量≤0.5wt％；和/或

23、所述还原炭中，粒度≤0.074的部分的质量占比＞70％；和/或

24、所述过渡态粘结剂与铁矿粉、还原炭的重量比为2～10:70～80:10～20。

25、优选的，所述步骤s1中：

26、所述铁矿粉包括磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、钒铁磁铁矿中的一种或几种混合矿；和/或

27、所述还原炭包括无烟煤、烟煤、提质煤、兰炭、生物质炭、热解炭黑、焦粉中的一种或几种混合物。

28、优选的，所述步骤s2中：

29、所述水的添加量为所述混合物的3～10wt％；和/或

30、所述冷压成型的成型压力为5～100mpa；和/或

31、所述含碳湿球团的抗压强度≥150n/个，0.5m落下强度≥3次，热爆裂温度≥500℃。

32、优选的，所述含碳湿球团0.5m落下强度≥4次，热爆裂温度≥730℃。

33、优选的，所述步骤s3中：

34、所述高强度含碳球团的抗压强度≥2000n/个，0.5m落下强度≥15次；和/或

35、600℃焙烧后的高强度含碳球团的高温抗压强度≥1000n/个，0.5m落下强度≥15次；和/或

36、900℃焙烧后的高强度含碳球团的高温抗压强度≥300n/个，0.5m落下强度≥15次；和/或

37、1200℃焙烧后的高强度含碳球团的高温抗压强度≥2000n/个，3m落下强度≥5次，金属化率≥80％。

38、优选的，所述步骤s3中：

39、所述高强度含碳球团的抗压强度≥2100n/个，0.5m落下强度≥25次；和/或

40、600℃焙烧后的高强度含碳球团的高温抗压强度为2500～3000n/个，0.5m落下强度≥50次；和/或

41、900℃焙烧后的高强度含碳球团的高温抗压强度≥600n/个；和/或

42、1200℃焙烧后的高强度含碳球团的高温抗压强度≥4000n/个，3m落下强度≥10次。

43、本发明过渡态粘结剂及制备方法和制备高强度含碳球团的方法具有以下有益效果：

44、1、与现有技术相比，本发明通过优化过渡态粘结剂原材料的配比，获取兼具冷热强度粘结效果的过渡态粘结剂；该过渡态粘结剂能够解决现有技术存在的含碳球团焙烧过程中强度变差、粉化严重的问题，在含碳球团的高炉炼铁及直接还原炼铁过程中冷强度失效和高温强度再生之前起到强化含碳球团强度的功效；

45、2、本发明所制备的过渡态粘结剂具有原料来源广泛、价格低廉，兼具冷热强度直接粘结的效果，能提高含碳球团的冷热态强度，改善含碳球团的冶金性能。

技术特征：

1.一种过渡态粘结剂，其特征在于，其原料包括按重量份数计的如下成分：

2.根据权利要求1所述的过渡态粘结剂，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的过渡态粘结剂，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的过渡态粘结剂，其特征在于，所述有机粘结剂、铝矾土、石灰石的粒度均≤5mm。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的过渡态粘结剂的制备方法，其特征在于，将有机粘结剂、膨润土、铝矾土、石灰石、酚醛树脂、预糊化淀粉按比例混合并搅拌均匀获得混合料，采用干式研磨将所述混合料研磨至粒度≤0.1mm后，获得过渡态粘结剂。

6.一种制备高强度含碳球团的方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备高强度含碳球团的方法，其特征在于，所述步骤s1中：

8.根据权利要求6所述的制备高强度含碳球团的方法，其特征在于，所述步骤s1中：

9.根据权利要求6所述的制备高强度含碳球团的方法，其特征在于，所述步骤s2中：

10.根据权利要求9所述的制备高强度含碳球团的方法，其特征在于，所述含碳湿球团0.5m落下强度≥4次，热爆裂温度≥730℃。

11.根据权利要求6所述的制备高强度含碳球团的方法，其特征在于，所述步骤s3中：

12.根据权利要求11所述的制备高强度含碳球团的方法，其特征在于，所述步骤s3中：

技术总结
本发明公开了一种过渡态粘结剂及制备方法和制备高强度含碳球团的方法，其中过渡态粘结剂的原料包括按重量份数计的如下成分：有机粘结剂20～80份；膨润土5～40份；铝矾土2～10份；石灰石2～20份；酚醛树脂2～20份；预糊化淀粉5～30份。本发明的过渡态粘结剂能够解决现有技术存在的含碳球团焙烧过程中强度变差、粉化严重的问题，在含碳球团的高炉炼铁及直接还原炼铁过程中冷强度失效和高温强度再生之前起到强化含碳球团强度的功效。

技术研发人员：熊林,毛晓明,朱彤,李建,沈红标
受保护的技术使用者：宝山钢铁股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5