D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1993.06.019 第15卷第6期 北京科技大学学报 Vol.15 No.6 1993年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dc.1993 对采用有机粘结剂球团生产 DRI产品的评价 许杰* 张圣弼* 摘要：以氧化铁皮为原料、采用有机粘结剂“CC”和以皂土为粘结剂，生产球团作对比试验， 结果表明：有机粘结剂~CC”和皂土均可降低生球长大速度，提高生球、干球落下和抗压强度， 但生产同样质量的球团矿，“CC”的用量只有皂土用量的1/I0。且其直接还原铁(DR)产品 质量优于皂土球团。 关键词：直接炼铁，直接还原，球团/有机粘结剂 中图分类号：TF559 Evaluation of DRI Produced with Organic Binder Pellets Xu Jie Zhang Shengbei ABSTRACT:This paper compared "CC'-pellets(pellet with organic material as binder),using roll scale as raw material and low cost coal as reductant.The results showed that "CC"and bentonite may reduce growth speed of green pellets and increase strengths of green and dry pel- lets,but"CC"addition rates were only one -tenth of that of bentonite producing the same quality pellets.DRI(Direct Reduction Iron)produced with"CC"-pellets were superior to that of bentonite pellets. KEY WORDS direct ironmaking,direct reduction pelleting /organic binder 随着钢铁工业产品质量的提高和优质电炉钢产量的增加，DR(即直接还原铁)产品已 成为钢铁生产中十分迫切需求的高级治金原料)。为提高DR质量，美国、委内瑞拉等 国引采用易燃粘结剂代替皂土，降低了DRI产品的脉石含量；我国这方面的研究还很欠 缺，大多数厂家仍采用无机粘结剂（如膨润土、消石灰等），这样不可避免地带人一定数量 的有害元素。据报道，在铁精矿中添加1%的膨润土，可使酸性球团矿的铁含量约降低 8kg/t,而对直接还原球团矿来说，每增加1%酸性脉石含量就会使电耗增加30kW·h〔， 19930612收稿第一作者：女，27岁，博士 +国家教委博士生基金资助项目 *物理化学系(Department of Physical Chemistry)
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 以 巧 长劝 川 。 。 犯 对采 用有 机粘结剂球 团生产 产 品 的评价 许 杰 ’ 张圣弼 爷 摘要 以氧化铁皮为原料 ， 采 用有 机粘结剂 “ ， 和 以 皂 土 为粘结 剂 ， 生 产球 团 作 对 比试 验 。 结果表 明 有机粘结 剂 ‘ ” 和 皂 土均可 降低生球长大速度 ， 提高生球 、 干 球落下 和 抗 压 强 度 ， 但生产 同样 质 量 的球团矿 ， “ ” 的用量只 有皂 土用量 的 了 。 且 其 直接还 原铁 产 品 质量优于 皂 土球 团 。 关键词 直接炼铁 ， 直接还 原 ， 球团 有机粘结剂 中图分类号 ” 正月 “ ” 一 中山 俪 ， 日以 七 万 “ ， 忱 而 “ 沮 代以 代川 众无 尽 ， “ ” 服比 一 血 归江。 沈 比 众过 “ ” 一 悦 币 万 〕 ， 代￡ 代 ， 。 堪 山 随着 钢 铁工 业 产品质量 的提 高和 优质 电炉钢产量 的增 加 ， 即 直 接 还 原 铁 产 品 已 成 为 钢铁 生 产 中 十 分迫 切 需 求 的 高级 冶 金 原 料 ’ 。 为 提 高 质 量 ， 美 国 、 委 内瑞 拉 等 国 【 ， 采 用易燃 粘结剂代替皂 土 ， 降低 了 产 品 的脉 石 含 量 我 国 这 方 面 的研 究 还 很 欠 缺 ， 大多 数厂家仍采 用 无 机粘结剂 如膨润土 、 消 石灰 等 ， 这 样 不 可 避 免 地 带人 一 定 数 量 的有 害元 素 。 据 报道 ， 在 铁精 矿 中添 加 的 膨 润 土 ， 可 使酸 性 球 团 矿 的 铁 含 量 约 降低 ， 而对直 接 还 原球 团矿来 说 ， 每 增加 酸 性 脉 石 含 量 就 会使 电耗 增 加 · 〕 ， 叭， 男 收稿 第 一作 者 女 ， 岁 ， 博士 国家教委博士 生 基金 资助 项 目 物理 化学 系 块 妙 喇 阮而 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．06．019
.640 北京科技人学学报 1993年No.6 因此迫切需要研究膨润土的代用品。本文研制出：一种纤维素衍生物有机粘结剂“CC”,其主 要特点是用量少，且在球团还原过程中消失。经实验室和工厂试验表明，这种粘结剂可以取 代皂土。 1实验室试验 1,1原料 所用原料有：舞阳钢铁公司的氧化铁皮，含Te73.3%.Fe063.37%,F0334.10%。 还原剂用平顶山无烟煤，固定碳68%，灰份19.2%，挥发份8.9%。粘结剂分别用皂士和自己 配制的有机粘结剂“CC”,以便作比较。 1.2造球实验 氧化铁皮和煤块分别粉碎到一160一一200月，然后按一定比例干混均匀，再配入水 和粘结剂湿混均匀，即可造球。造球用自制小型圆盘造球机，直径为Φ500mm,倾角45℃， 转速为45r/min。首先造成Φ3-5mm母球，然后再造8~12mm合格球，每次成球量约2kg。 造好后湿球立即测定水份，落下次数、抗压强度。湿球千燥一定时间后，再测干球落下次 数，抗压强度和爆裂温度。所得结果见表1。 表1“C℃”球团和皂土球团的部分性质 Table 1 Some properties of CC"-pellets and bentonite-pellets 名 称 配 比 湿 球 球 C/Fe粘结剂 水份煤裂温度 抗压温度落下次数 抗压强度 落下次数 % % % ℃ kg/个 次个 kg个 次个 皂土球闭10.27 0.5 8.04 350 0.59 2.5 0.59 2.5 20.30 1.0 7.83 400 0.95 4.9 0.95 4.9 30.25 L.5 8.08 380 1.13 8.4 1.13 8.4 C℃"球团游通)0.29 0.1 8.04 >450 3.0 >10 4.45 3.3 (复合)0.29 0.1 8.26 >450 3.15 >10 12.4 5.0 由表中可以看出：有机粘结剂球团无论是湿球还是下球，生球的强度均优于皂土球团，且 湿球的爆裂温度有所提高。这可能是由于有机粘结剂使湿球基体中水份的粘度增加，从而阻 碍了水快速逸出。 为了考察有机粘结剂球团在干燥过程中是否会失去强度。在不同温度下烘干0.5，然 后测抗压强度，结果见图1。由图可以看出：随着烘干温度提高，“CC”球团强度继续提 高，且高于皂土球团。图2是皂土球团在250℃温度下抗压强度随烘干时间变化 1.3还原实验 为了比较这2种粘结剂球团的还原情况，用铁铬铝电阻丝炉进行了还原试验。为模拟工业生 产中转底炉内弱氧化气氛、采用C0:CO=1:【混合气。生球经自然干燥后分3层共10 个球放入电阻炉恒温带内。在规定温度和规定时间内进行还原.还原后球团取样分析全铁
· 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 因此迫 切需 要 研究膨 润 土 的代用 品 。 本文研 制 出匕种纤 维 素衍 生物 有 机 枯 结 剂 “ ” ， 其 主 要 特 点是 用 量 少 ， 且 在球 团还 原过 程 中 消失 。 经 实验室 和 工 厂 试验 表 明 ， 这 种粘结 剂可 以取 代 皂土 。 实 验 室 试 验 原 料 所 用 原 料 有 舞 阳 钢 铁公 司 的 氧 化 铁 皮 ， 含 爪 ， ， 户 。 还 原 剂 用平 顶 山 无烟 煤 ， 固定 碳 ， 灰 份 ， 挥发 份 。 粘结剂分 别用皂 士和 自己 配制 的有机粘结 剂 “ ” ， 以 便作 比较 。 造球实验 氧化铁皮 和煤 块分 别 粉 碎 到 一 一 一 叨 目 ， 然 后 按 一 定 比 例 干 混 均 匀 ， 再 配 人水 和 粘结 剂湿混 均 匀 ， 即 可造球 。 造球 用 自制小 型 圆盘造球机 ， 直径 为巾 佣 加 ， 倾角 ℃ ， 转 速 为 而 。 首 先造 成 巾卜 母球 ， 然后 再造 中 一 合格球 ， 每次成球量 约 。 造 好后 湿球立 即测 定水份 、 落下 次 数 、 抗 压 强 度 。 湿 球 干燥 一 定 时 间 后 ， 再 测 干 球 落 下 次 数 ， 抗 压强 度 和爆 裂温度 。 所得结果 见表 。 表 “ ’ 球团和皂土球团的部分性质 缺 能 冈脚 巴 “ ’ 一 州眺 翻日 加” 加 位 一 洲 七 名 称 配 比 湿 球 干 球 粘结 剂 水 份 爆 裂温 度 抗 压 温度 落 下 次数 抗 压强 度 落下次数 ℃ 个 次 个 个 次 个 皂土球 团 印 今刃 · · · · · · “ ” 球团 潜通 汉 又 复合 一 印 由表 中可 以 看 出 有 机 粘结 剂球 团无论 是 湿球 还是 干球 ， 生球 的强 度均 优于 皂土球 山 ， 且 湿球 的爆 裂温 度有 所提 高 。 这可 能 是 由于 有机粘结 剂使湿球 基体 中水份 的 粘 度 增加 ， 从而阻 碍 了水 召缺速 逸 出 。 为 了考察 有 机粘结 剂球 团在 于 燥 过程 中是 否 会失 去强 度 。 在 不 同温 度 下 烘 干 ， 然 后 测抗 压 强 度 ， 结 果 见 图 。 由 图 可 以 看 出 随 着 烘 干 温 度 提 高 ， “ ” 球 团 强 度 继续 提 高 ， 且 高于 皂 土球 团 。 图 是 皂 土球 团在 ℃ 温 度下抗 压 强度 随供 千 时 间变 化 。 还原 实验 为 了 比较这 种 粘结 剂球团 的还 原情况 ， 用铁铬铝 电阻 丝炉进 行了还原 试验 。 为模拟工业生 产 中转底 炉 内弱 氧化气氛 ， 采 用 二 混 合 气 。 生 球 经 自然 干 燥 后 分 层 共 个球 放 人 电阻 炉 恒 温 带 内 。 在规定 温 度 和规定 时 间 内进行还 原 。 还 原 后 球 团取 样分 析全 铁 、 甲 ‘
Vol.15 No.6 许杰等：对采用有机粘结剂球团生产DR产品的评价 641· 6.0然干时间 0.5h 6.0 千燥涩度250口 5.0 5.0f 3.0 2.0t 一0一-160目 2.0 据 一-4…=一粉目 0一-160 1.0-球 1.0溪球 -一--0目 0.060101502002030350 00.51.01.52.02.53.03.5 温度/℃ 时间/b 图1干燥温度对·C℃”-球团抗压强度的影响1！ 图2干燥时间对皂士球团抗压强度的影响51 Fig.I Infhence of drying temperature on the Fig.2 Influence of drying time on the compressive compressive strengths of"CC-pellets is strengths of beatonite-pellets s 金属铁和残碳。结果见表2， 表2还原实验结果 Table 2 Results of the reduction experiment 球团种类 粘结剂用量 还原温度 还原时间 、实 验 结 果 % ℃ min T.% M.% 金属比率，%残C,% 皂土球团 0.5 1150 20 83.19 75.66 91 2.98 1.0 1150 20 81.59 71.58 88 4.86 1.5 1100 20 82.32 72.60 88 4.2 “CC球团 0.1 1100 20 84.16 81.89 97 2.82 0.1 1200 10 85.56 81.93 96 1.85 由表中可知：在类似条件下， 采用有机粘结剂DRI产品中全铁含量可比皂土粘结剂球 团提高约3%，金属铁约提高10%。这可能是由于有机粘结剂参与还原后形成气体逸出，不 带入或很少带入无机杂质，且反应后在球团内留下空隙，有利于还原剂的还原反应。 2半工业性试验 为了检验“CC"有机粘结剂在工业化生产中的使用效果，在舞阳钢铁公司直径3转底炉 (生产能力为3000t/a)上进行了半工业性试验。 2.1原料 工业试验用氧化铁皮含T=61.4%,粒度-160~一200目；煤粉固定碳52.9%，'灰份 35.93%,挥发份9.7%，粒度-200目。粘结剂全部采用“CC”有机粘结剂
、 许杰等 对采用 有机粘结 剂球团生产 产 品 的评价 供 干 时 间 千 炼 设度 龙刃 ℃ 一 。 一 目 一 功 目 以 占 。 一 幻 目 肠侧︶、票︸名田编的 ， · 。补 ，” 一孟曰一 侧编召票田舒令︸望︵ 二卜 派球 一‘ 自户 · 一 阶 目 加 温 度 ℃ 。『斌亏气万丫歹了吞飞污 如 ’ 如 时间 图 干燥温度对 “ ” 一 球团抗压强度的影响 瑰 过 曰忱 健 少帅嗯 加 伴口 成 叨 血 。 圈 户妞 视 劝旧电 “ ” 一 叫 朽 弓 图 干燥时 间对皂土球团抗压强度的影响 触 】团。 曰 犯 拭 句吨 如犯 血 。 ，” 脚图卿 劝旧笔血 了 ” 如面加 一 州比 弓 金 属铁和 残碳 。 结果 见表 。 表 知 匕 曰 还 原 实 验 结 果 触 斑山‘ 山扣 渊面 皿 球 团种类 粘结剂用量 还 原温度 还 原 时间 实 验 结 果 ℃ 界 金属 比率 ， 残 ， 皂 土球 团 肠 佣 印 “ 叉 ” 球 团 由表 中可 知 在类 似条件 下 ， 采 用有机粘结剂 产 品 中全 铁 含 量 可 比皂 土 粘 结 剂 球 团提高约 ， 金 属铁 约提高 。 这 可能是 由于 有 机粘结剂 参与还 原后 形 成 气 体 逸 出 ， 不 带人 或很 少带人无机 杂质 ， 且 反 应后在球 团 内留下 空 隙 ， 有 利于 还 原剂 的还 原反 应 。 半 工 业 性 试 验 为了检验 “ ” 有机粘结 剂在工 业化生产 中的使用效果 ， 在 舞 阳钢铁公 司直径 转底 炉 生 产能力 为 幻 上进行 了半 工 业性试验 。 原料 工业试验 用氧化铁皮含 二 ， 粒 度 一 一 一 目 煤 粉 固 定 碳 ， ‘ 灰 份 ， ， 挥发 份 ， 粒度 一 目 。 粘结 剂全部采 用 “ ” 有机粘结剂
.642 北京科技大学学报 1993年No.6 2.2造球 粉状氧化铁皮和煤粉按比例干混均匀后，加入部分粘结剂再湿混均匀，即可进人圆盘 造球机造球。造球盘直径l.2m,转速20r/min,倾角35°，球长大到8~12mm自动盘中 摔出。生球经废气干燥后即可入转底炉。生球定期取样分析化学成分、测定湿球和干球抗 压强度和落下次数等性能。 2.3还原 还原在转底炉内进行，转底炉技术又名英麦脱柯(Inmetoo)或法斯特米特(Fastmet), 是国外近20年来开发的直接还原技术。球团静置辅在炉底上，随炉底旋转1周完成还原 出炉。燃烧气流与炉料逆向运动。由于炉料间没有相对运动，故生球强度不要求高。炉内 温度控制在1180~1380℃，还原时间即炉底旋转1周所需时间，可在20~50min之调节。 实验结果见表3。 表3在转底炉(RHF)的试验结果 Table 3 Results of the test in RHF (Rotary Hearth Fumace 球团种类 还原温度，℃ 还原时间，min TEe,% MEs, 金属化率，% "C℃"球团（费通）1400~1200 30 76.5 67.6 88.3 1400-1200 30 78.8 68.6 87.1 ~CC球团使合)1320~1170 40 87.0 74.8 86.0 1380-1180 40 84.3 79.4 94.1 工业性试验表明：“CC”有机粘结剂球团的强度和还原性均取得很好效果。 3结论 (1)添加有机粘结剂的球团矿脉石含量较添加皂土的球团矿低. (2)有机粘结剂球团生球强度高于皂土球团，且用量仅为皂土球团的1/10。 (3)有机粘结剂球团的爆裂温度比添加皂土的球团矿高得多，这表明有机粘结剂球团 在干燥过程中会具有较好的抗碎裂强度。 (4)实验室和工业试验表明：有机粘结剂球团具有较好的还原性，提高了DRI产品的 质量，完全能替代皂土生产DRI产品. 参考文献 1叶匡吾.烧结球团、1993.(2)：35 2 Roorda H J,Burghardt O,Kortmann H A,Jipping M J,Kater T.XI IMPC Cagliari,Italy.1975.139-158 3 Roorda H J,Burghardt O,Kortmann HA,Kater T.Agglomeration 81,Third Int Symp On Agglomeration Nuremberg,1981.B152-B164 4 de Souza R P,de Mendonca C F,Kater T.Mining Engineering,1981,36:1437-1441 5陈韧.北京科技大学硕士研究生论文1991.3
· 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 造球 粉状氧化铁皮 和 煤粉 按 比例干 混 均 匀 后 ， 加 人 部分 粘 结 剂再 湿 混 均 匀 ， 即 可 进 人 圆 盘 造球机造球 。 造球 盘直径 ， 转速 ， 倾角 “ ， 球 长 大 到 一 自动盘 中 摔 出 。 生球经废气干 燥后 即可 人转底 炉 。 生 球 定 期 取 样 分 析 化 学 成 分 、 测 定 湿 球 和 干球抗 压强度 和 落下 次数等 性 能 。 还原 还 原在转底 炉 内进行 ， 转底炉 技术又 名英 麦 脱 柯 或 法 斯 特 米 特 以 ， 是 国外 近 年来 开 发 的直接还原技术 。 球 团 静 置 铺在 炉 底 上 ， 随 炉 底 旋 转 周 完 成 还 原 出炉 。 燃 烧 气 流 与 炉 料逆 向运 动 。 由于 炉料 间没有相 对运 动 ， 故 生 球 强 度 不 要 求 高 。 炉 内 温度控 制在 一 ℃ ， 还 原时间 即炉 底 旋 转 周所需 时 间 ， 可 在 一 云 之 调节 。 实验结 果见 表 。 表 在转底炉 的试验结果 决 妇 血 把盆 面 卜肠 ， 肉 ， 自川 万、 笼 》 球 团种 类 还 原温度 ， ℃ “ 尸球 团 普通 还 原时 间 ， 刀 “ ，球 团 腹 幼 《 刃 田 《 的 即 一 劝 爪 。 ， 。 。 ， 金 属 化率 ， 只 幻 工 业性 试验 表 明 “ ” 有 机粘结剂 球 团的强 度 和 还 原性 均取 得很好效 果 。 结 论 添 加有机 粘结 剂 的球 团矿脉 石 含量较添加皂 土 的球 团矿低 。 有 机粘结 剂球 团生球 强 度 高于 皂土球 团 ， 且 用量 仅 为皂 土球 团 的 。 有 机粘结 剂 球 团的爆 裂温度 比添加 皂 土 的 球 团 矿 高 得 多 ， 这 表 明 有 机 粘 结 剂 球 团 在 干燥 过 程 中会具有较好 的抗碎 裂 强度 。 实验 室 和工 业 试验表 明 有机粘结 剂球 团具有较好 的还 原 性 ， 提 高 了 产 品 的 质量 ， 完全能替代 一 皂土 生 产 产 品 。 参 考 文 献 叶 匡 吾 烧结球 团 ， ， ， 记 ， 必 ， ， 翅 ， 一 ， ， 以 ， ， 讨 几 此以 沈 ， 一 左 ， 以 ， ， ， 一 科 陈韧 北 京科技 大 学 硕 士 研究 生论 文