本發明屬于冶金技術領域，具體地講，本發明涉及一種鐵礦熱壓含碳球團的制備方法。

背景技術：
鋼鐵工業發展的主題是高效、低碳和綠色。高爐作為鋼鐵生產的最重要單元之一，生產了全世界95wt％以上的生鐵，其能量消耗和CO2排放量均占整個鋼鐵工業的70％左右。煉鐵系統(包括燒結、球團、焦化、高爐)能耗最高，且對環境造成很大的影響(主要是CO2、粉塵等的排放)。另外，隨著鋼鐵產量的逐年增加，對原燃料的需求也愈來愈大。然而，優質礦產資源量有限，高品位的優質原燃料消耗殆盡。因此，對質量較差的原燃料的使用量的增加，使得燒結礦和球團礦生產面臨巨大困難，同時也加重了高爐冶煉的負擔，導致其冶煉指標下降。另外，世界范圍內優質煉焦用煤資源日趨匱乏，而且焦炭價格極其昂貴。因此，為了鋼鐵產業的持續良性發展，各國都致力于開發革新新型的鋼鐵冶金技術。從冶金生產的節能、資源再利用以及環境保護角度出發，含碳球團作為一種新的優質煉鐵爐料，一直備受青睞。含碳球團多為通過將配以固體還原劑(如煤粉)的鐵礦粉與適當的粘結劑充分混合后，經造球機或壓球機壓制成型的一種含碳的鐵礦粉球團或團塊。含碳球團因具有還原速率大、原料來源廣泛、省去焦化和燒結工藝等優點，無論在高爐高效煉鐵，還是在以煤代焦中都備受關注。現有技術的生產含碳球團采用冷固結生產方法。由于含碳球團高溫強度差以及在其生產過程中使用大量的粘結劑，這樣會導致諸如如下問題的產生：生產成本提高、冶煉過程中渣量增大以及能耗提高等。上述問題的產生限制了現有的含碳球團的生產方法的進一步發展。公告號為CN100529121C的中國專利文獻公開了一種鐵精礦煤粉熱壓團塊的制備方法，在該制備方法中，鐵精礦粉、煤粉和生石灰粉三者分別加熱至600℃～750℃、100℃～200℃以及100℃～200℃，然后將其混合加熱至 350℃～500℃后熱壓成型。該方法制備出了冶金性能優良的熱壓塊，但這種方法的物料的預熱溫度高、熱壓溫度高、能耗大、工藝較為復雜以及對熱壓設備的耐熱保溫性能具有較高的要求。

技術實現要素：
本發明旨在解決現有技術存在的不足，提供一種具有低能耗、工藝簡單、生產效率高的鐵礦熱壓含碳球團的制備方法，該方法滿足鋼鐵生產對低能耗、低成本以及環保的要求。根據本發明公開的一種鐵礦熱壓含碳球團的制備方法，包括以下步驟：首先，將鐵礦粉、煤粉、熔劑混合均勻，以得到第一物料，其中，第一物料中的鐵礦粉的含量為60wt％～80wt％，煤粉的含量為20wt％～40wt％，熔劑的含量為0wt％～10wt％；然后，將第一物料加熱到100℃～300℃后將其熱壓成型為球團，以得到第二物料；最后，將第二物料置于隧道窯或煤基豎爐中以干餾的方式進行熱處理，以制得鐵礦熱壓含碳球團，其中，熱處理的溫度為800℃～1100℃，熱處理的時間為4h～6h，控制熱處理的氣氛為中性或還原性氣氛。根據本發明的制備方法，鐵礦粉中的鐵的含量不低于45wt％；煤粉為1/3焦煤、1/3焦煤和肥煤、1/3焦煤和無煙煤或者1/3焦煤和弱粘結性煤，其中，肥煤的含量不超過煤粉總量的40wt％，無煙煤的含量不超過煤粉總量的10wt％，弱粘結性煤的含量不超過煤粉總量的20wt％，且煤粉中的固定碳的含量不低于50wt％，灰分的含量不高于15wt％，揮發分的含量不高于35wt％；熔劑為冶金石灰或輕燒菱鎂石，有效熔劑性不低于70wt％；鐵礦粉、煤粉以及熔劑的粒度均不大于0.15mm。根據本發明的制備方法，熱壓成型的壓力可以不小于35MPa。根據本發明的制備方法，熱壓成型的設備可以為對輥熱壓機，對輥熱壓機的線壓力可以不小于3.0t/cm。根據本發明的制備方法，球團可以為20mm～30mm×15～25mm×10～15mm的尺寸的橢球形顆粒。根據本發明的一種煉鐵原料，所述煉鐵原料可以包括上述任一種制備方法制備出的熱壓含碳球團。總體而言，根據本發明的鐵礦熱壓含碳球團的制備方法，具有以下優點：(1)流程簡化，能耗顯著降低。本發明將鐵礦粉、煤粉和熔劑先稱量并充分混勻，然后再加熱的制備方法顯著簡化了工藝流程；同時，大幅度降低的加熱溫度顯著降低了生產能耗以及降低了環境負荷。(2)優良的抗壓強度。與現有技術生產的含碳球團相比，根據本發明的制備方法制備的鐵礦熱壓含碳球團的冷態抗壓強度增大。實驗證明，根據本發明的制備方法制備的鐵礦熱壓含碳球團的冷態抗壓強度高于2000N/個，落下強度大于4次/個，完全滿足高爐煉鐵爐料的使用要求。另外，鐵礦熱壓含碳球團的高溫抗壓強度明顯高于現有技術生產出的球團。因此，可以在高爐綜合爐料中加入適量的熱壓含碳球團，以有效改善高爐料柱的透氣性，從而實現高效冶煉。(3)優良的還原性能。鐵礦熱壓含碳球團自身帶有還原劑，且具有良好的微觀結構，為還原反應提供了良好的動力學條件。而且其內部存在耦合反應，即碳的氣化反應和鐵氧化物還原反應同時進行并相互促進，最終可以加速含鐵爐料的還原。并且，根據本發明的制備方法制備的鐵礦熱壓含碳球團具有不低于60％的還原率，其還原率相當于金屬化球團。因此，鐵礦熱壓含碳球團的還原性優于普通燒結礦和氧化球團等其他爐料，高爐使用將更為顯著地降低焦炭消耗。(4)優良的軟熔滴落性能。根據本發明的制備方法制備的鐵礦熱壓含碳球團內新還原出來的鐵顆粒與細小碳顆粒可以充分接觸，加速滲碳反應的進行，故與燒結礦相比，根據本發明的制備方法制備的鐵礦熱壓含碳球團的軟熔滴落溫度區間將大幅降低。由熔滴試驗結果可知，與普通高堿度燒結礦相比，根據本發明的制備方法制備的熱壓含碳球團的熔滴溫度降低了100℃～200℃。(5)廣闊的工業應用前景。根據本發明的制備方法制備的鐵礦熱壓含碳球團可增加普通煤、弱粘結性煤、低品位鐵礦、含結晶水鐵礦以及含鐵粉塵的使用量，從而可以提高煉鐵工藝對原料的適應性。另外，根據本發明的制備方法制備的熱壓含碳球團與冷固結球團及其他煉鐵原料相比，具有高溫強度高、還原性能強以及低溫快速還原等特點。同時，根據本發明的制備方法的生產工藝流程簡單，熱壓溫度低。因此，根據本發明的制備方法制備的熱壓含碳球團具有廣闊的工業應用前景。具體實施方式下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點會在描述中更為清楚，但這些實施例近似范例性質，并不對本發明的范圍構成任何限制。實施例1首先，將粒度均小于0.15mm鐵礦粉、1/3焦煤以及冶金石灰混合均勻，從而得到第一物料。其中，第一物料中的鐵礦粉的含量為63.3wt％，粒度小于0.075mm的鐵礦粉按體積百分比計占鐵礦粉總加入量的60％，鐵礦粉的主要成分如表1所示；1/3焦煤的含量為32.6wt％，粒度小于0.075mm的1/3焦煤按體積百分比計占1/3焦煤的總加入量的90％，1/3焦煤的化學成分如表2所示；冶金石灰的含量為4.1wt％，粒度小于0.075mm的冶金石灰按體積百分比計占冶金石灰的總加入量的100％，冶金石灰的有效熔劑性為85wt％。其次，將第一物料加熱至200℃后，迅速將其在壓力為40Mpa的條件下熱壓成22mm×18mm×12mm的橢球形球團的第二物料。最后，將第二物料置于隧道窯內，并在中性氣氛下，以干餾的方式對第二物料進行預熱、熱處理以及冷卻，從而得到鐵礦熱壓含碳球團。其中，熱處理的時間為5h，熱處理的溫度為850℃。根據本實施例的制備方法制得的鐵礦熱壓含碳球團的理化性能指標數據如下：未進行熱處理的鐵礦熱壓含碳球團的冷態抗壓強度為858N/個，落下強度為5.8次/個。進行熱處理后的得到的冷態的鐵礦熱壓含碳球團的抗壓強度為3250N/個，落下強度為9.4次/個，還原粉化指數RDI+3.15為86.7％，還原膨脹性指數RSI為7.5％，還原率達75％，滴落溫度為1346℃。上述理化性能指標明顯低于現有技術制備的高堿度燒結礦和酸性球團礦的理化性能指標。實施例2首先，將粒度均小于0.15mm鐵礦粉、1/3焦煤、無煙煤煤粉以及冶金石灰混合均勻，從而得到第一物料。其中，第一物料中的鐵礦粉的含量為72.7wt％，粒度小于0.075mm的鐵礦粉按體積百分比計占鐵礦粉總加入量的70％，鐵礦粉的主要成分如表1所示；1/3焦煤的含量為24.0wt％，粒度小于 0.075mm的1/3焦煤按體積百分比計占1/3焦煤的總加入量的90％，1/3焦煤的化學成分如表2所示；無煙煤煤粉的含量為2.3wt％，粒度小于0.075mm的無煙煤煤粉按體積百分比計占無煙煤煤粉的總加入量的90％，無煙煤煤粉的化學成分如表3所示；冶金石灰的含量為1.0wt％，粒度小于0.075mm的冶金石灰按體積百分比計占冶金石灰的總加入量的100％，冶金石灰的有效熔劑性為87wt％。其次，將第一物料加熱至120℃后，迅速將其在壓力為40Mpa的條件下熱壓成25mm×20mm×13mm的橢球形球團的第二物料。最后，將第二物料置于隧道窯內，并在非氧化性氣氛下，以干餾的方式對第二物料進行預熱、熱處理以及冷卻，從而得到鐵礦熱壓含碳球團。其中，熱處理的時間為4.3h，熱處理的溫度為1000℃。根據本實施例的制備方法制得的鐵礦熱壓含碳球團的理化性能指標數據如下：未進行熱處理的鐵礦熱壓含碳球團的冷態抗壓強度為746N/個，落下強度為5.2次/個。進行熱處理后的得到的冷態的鐵礦熱壓含碳球團的抗壓強度為2948N/個，落下強度為8.2次/個，還原粉化指數RDI+3.15為85.1％，還原膨脹性指數RSI為8.3％，還原率達72％，滴落溫度為1384℃。上述理化性能指標明顯低于現有技術制備的高堿度燒結礦和酸性球團礦的理化性能指標。實施例3首先，將粒度均小于0.15mm鐵礦粉、1/3焦煤、弱粘結性煤煤粉以及冶金石灰混合均勻，從而得到第一物料。其中，第一物料中的鐵礦粉的含量為78.6wt％，粒度小于0.075mm的鐵礦粉按體積百分比計占鐵礦粉的總加入量的60％，鐵礦粉的主要成分如表1所示；1/3焦煤的含量為18.3wt％，粒度小于0.075mm的1/3焦煤按體積百分比計占1/3焦煤的總加入量的90％，1/3焦煤的化學成分如表2所示；弱粘結性煤煤粉的含量為2.0wt％，粒度小于0.075mm的無煙煤煤粉按體積百分比計占無煙煤煤粉的總加入量的90％，弱粘結性煤煤粉的化學成分如表4所示；冶金石灰的含量為1.1wt％，粒度小于0.075mm的冶金石灰按體積百分比計占冶金石灰的總加入量的100％，冶金石灰的有效熔劑性為87wt％其次，將第一物料加熱至280℃后，迅速將其在壓力為40Mpa的條件下熱壓成28mm×24mm×14mm的橢球形球團的第二物料。最后，將第二物料置于隧道窯內，并在非氧化性氣氛下，以干餾的方式對第二物料進行預熱、熱處理以及冷卻，從而得到鐵礦熱壓含碳球團。其中熱處理的時間為5.8h，熱處理的溫度為1100℃。根據本實施例的制備方法制得的鐵礦熱壓含碳球團的理化性能指標數據如下：未進行熱處理的鐵礦熱壓含碳球團的冷態抗壓強度為760N/個，落下強度為4.2次/個。進行熱處理后的得到的冷態的鐵礦熱壓含碳球團的抗壓強度為2546N/個，落下強度為7.8次/個，還原粉化指數RDI+3.15為84.5％，還原膨脹性指數RSI為7.8％，還原率達76％，滴落溫度為1360℃。上述理化性能指標明顯低于現有技術制備的高堿度燒結礦和酸性球團礦的理化性能指標。從以上三個實施例可以看出，根據本發明的制備方法以“1/3焦煤”為主，同時可以添加多種煤種。在礦粉、煤粉、熔劑粉三者比例相差不多的情況下，熱壓成型工藝中完全使用1/3焦煤時，所需熱壓溫度低、熱處理溫度低、產品指標更為優良。但由于地區差異，各地1/3焦煤的價格不盡相同，在考慮生產成本的條件下，在無煙煤價格低廉地區，可以在配料中加入少量無煙煤，代替部分1/3焦煤，同時微量提高壓塊溫度和熱處理溫度，所生產的產品指標與完全使用1/3焦煤時略有下降，但仍較傳統燒結礦和球團礦性能優良；在弱粘性煤價格低廉地區，可以添加相對較多量的弱粘性煤以代替部分1/3焦煤，同時可以提高壓塊溫度和熱處理溫度，所制備的產品的冶金性能也遠優于傳統高爐煉鐵的優質原料的冶金性能。表1鐵礦粉的主要成分(wt％)表21/3焦煤煤粉的主要成分(wt％)表3無煙煤煤粉的主要成分(wt％)表4弱粘結性煤煤粉的主要成分(wt％)