一种提高铁酸钙还原性的方法与流程

本发明涉及冶金工程技术领域,尤其涉及一种提高铁酸钙还原性的方法。

背景技术：

烧结矿是高炉炼铁最重要的原料之一，在高炉炉料比重达70％以上，其还原性指标是高炉能耗高低的直接反映，还原性好的烧结矿可有效降低高炉燃料比，这对整个钢铁长流程工艺节能减排意义重大。铁酸钙作为现今高碱度烧结矿最重要的粘结相成分，其还原性的提高对烧结矿还原指标的影响是最为直接的。

增强铁酸钙在烧结矿中还原性，提高温度是较为直接的方式，但随之而来的是需提供更多的能量，成本提高。其次，增加烧结过程中还原性气氛浓度也可以使液相中产生更多的低价铁氧化物，整体还原性提高，但是可操作不强，且也需额外增加燃料比。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种提高铁酸钙还原性的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提高铁酸钙还原性的方法，包括如下步骤：

S1：混合，将碳酸钙、三氧化二铁和二氧化硅均匀混合，其中，碳酸钙、三氧化二铁的摩尔比为1:1，二氧化硅的占混合物的质量分数为7％-9％；

S2：压块，将S1均匀混合后的试样运用压样机压制成圆柱体块状样品；

S3：焙烧，将S2制成的圆柱体块状样品放置在高温硅钼炉中加热，空气气氛，从室温升至900℃，保温1小时，使得碳酸钙充分分解成氧化钙；继续升温至1200℃，恒温8-10小时，然后冷却，振磨成粉状。

作为优化，所述S1中碳酸钙、三氧化二铁和二氧化硅纯度大于99.99％。高纯的原料选择，保证后续焙烧环节的化学反应更加充分完全，X射线衍射对物相检测中半定量结果表明，纯铁酸钙的生成率可达到95％以上。而作为对比论证，运用分析纯试剂(原料纯度99％)配制的铁酸钙样品，生成率只能达到85％。

作为优化，所述S2中压样机的压力为10Mpa。选择10Mpa的压力压制粉状试样成圆柱状，也是为了在保证样品在焙烧过程中充分反应的前提下，不至于烧制过程中因为过于紧实或者松弛而热分裂。10Mpa压力下的焙烧试样可以保证很好的完整度。

作为优化，所述S2中将S1均匀混合后的试样制成直径1cm，高1cm的圆柱体块状样品。如此尺寸形状的压制试样，不至于因为过小而得到的样品量太少，也不至于过大而使得焙烧过程中化学反应不够充分。

作为优化，所述S3中将焙烧完后的试样振磨成100目以下的粉体。在后续的热重实验中检测样品的反应度，试样的粒度大小起到关键性作用，100目粒度大约74μm大小，这样的粒度范围可以赋予试样在气固相还原过程中保持很好的动力学条件。此外，在高炉生产过程中，细粉状炉料的还原过程很少得到研究，本发明在样品细粉状态下进行，也是作为这个研究方面的补充。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、相比于温度提高等增强铁酸钙还原度的外部因素的方法,控制二氧化硅含量是从根本上提高其还原性，既易于生产操作，也节约能源，缩减成本。

2、二氧化硅本身即为烧结矿的重要化学成分，通过将其含量控制在一定水平获得最优的还原能力，不会影响到烧结矿的整体特性，通过调整氧化钙的含量也可以获得目标碱度范围内的优质烧结矿。

3、添加本发明中含量范围7％-9％的二氧化硅后，铁酸钙的还原性不仅得到提高，且还原时间大大减少，纯铁酸钙还原时间长达80分钟，而通过配加本发明给定的二氧化硅含量，还原时间可以减少至58分钟，即还原效率大大增强。应用到工业生产上，高炉炼铁效率可随之迅速提高。

附图说明

图1为本发明方法和还原性测量流程示意图。

图2为纯铁酸钙和本发明方法处理后铁酸钙试样的物相组成。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

本发明通过成分改造的方式，依靠化学反应提高铁酸钙中更易还原的三氧化二铁成分的含量，在铁酸钙基体中配加二氧化硅，其与氧化钙的结合能力更强，易于生成硅酸钙而使得三氧化二铁更多地游离在铁酸钙中，最终铁酸钙基体还原性得到提高。二氧化硅在烧结矿中过少不易生成充足的粘结相，过多又造成高炉渣量激增等问题。因此控制好二氧化硅含量，即本发明控制的二氧化硅质量分数范围，不仅不会造成液相量的减少，高炉渣量增加，还会有效提高铁酸钙的还原性。

参见图1，一种提高铁酸钙还原性的方法，包括如下步骤：

S1：混合。配制试样主要是碳酸钙、三氧化二铁和二氧化硅。其中碳酸钙和三氧化二铁按照摩尔比1：1，混入质量分数7-9％的二氧化硅。三种试样纯度均大于99.99％。均匀混合试样。

S2:压块。将均匀混合的试样运用压样机(压力10Mpa)压制成直径1cm，高1cm的圆柱体块状样品。

S3.焙烧。样品放置高温硅钼炉中加热，空气气氛，从室温升至900℃，保温1小时，使得碳酸钙充分分解成氧化钙。继续升温至1200℃，恒温10小时，使得样品成分间充分反应。样品焙烧完成并冷却后，振磨成粉状(100目以下)试样。

成分控制对提高铁酸钙还原性可操作性强，且易于推行到生产实践中。二氧化硅也是烧结矿的重要化学成分，本发明通过在铁酸钙中添加7％-9％的二氧化硅，测定还原性较之纯铁酸钙有所提高，还原时间大大减少。

对比例：制备纯铁酸钙粉末试样，具体包括如下步骤：

S1：混合。配制纯铁酸钙，配制试样原料是碳酸钙、三氧化二铁。碳酸钙和三氧化二铁按照摩尔比1：1，混样总质量10g。

S2:压块。将均匀混合的试样运用压样机(压力10Mpa)压制成直径1cm，高1cm的圆柱体块状样品。

S3.焙烧。样品放置高温硅钼炉中加热，空气气氛，从室温升至900℃，保温1小时，使得碳酸钙充分分解成氧化钙。继续升温至1200℃，恒温10小时，使得样品成分间充分反应。样品焙烧完成并冷却后，振磨成粉状(100目以下)试样。

热重分析。通过热重分析检测记录粉状样品在30％一氧化碳和70％氮气混合气氛，温度为950℃下的失去质量，以计算其还原度达到94％，还原时间80分钟。

实施例1：一种提高铁酸钙还原性的方法，包括如下步骤：

S1：混合。配制试样原料是碳酸钙、三氧化二铁和二氧化硅。其中碳酸钙和三氧化二铁按照摩尔比1：1，分别混入质量分数7％的二氧化硅。

S2:压块。将均匀混合的试样运用压样机(压力10Mpa)压制成直径1cm，高1cm的圆柱体块状样品。

S3.焙烧。样品放置高温硅钼炉中加热，空气气氛，从室温升至900℃，保温1小时，使得碳酸钙充分分解成氧化钙。继续升温至1200℃，恒温8小时，使得样品成分间充分反应。样品焙烧完成并冷却后，振磨成粉状(100目以下)试样。

S4.热重。通过热重分析检测记录粉状样品在30％一氧化碳和70％氮气混合气氛，温度为950℃下的失去质量，以计算其还原度达到96％，还原时间65分钟。

实施例2：一种提高铁酸钙还原性的方法，包括如下步骤：

S1：混合。配制试样原料是碳酸钙、三氧化二铁和二氧化硅。其中碳酸钙和三氧化二铁按照摩尔比1：1，分别混入质量分数8％的二氧化硅。

S2:压块。将均匀混合的试样运用压样机(压力10Mpa)压制成直径1cm，高1cm的圆柱体块状样品。

S3.焙烧。样品放置高温硅钼炉中加热，空气气氛，从室温升至900℃，保温1小时，使得碳酸钙充分分解成氧化钙。继续升温至1200℃，恒温9小时，使得样品成分间充分反应。样品焙烧完成并冷却后，振磨成粉状(100目以下)试样。

S4.热重。通过热重分析检测记录粉状样品在30％一氧化碳和70％氮气混合气氛，温度为950℃下的失去质量，以计算其还原度达到98％，还原时间60分钟。

实施例3：一种提高铁酸钙还原性的方法，包括如下步骤：

S1：混合。配制试样原料是碳酸钙、三氧化二铁和二氧化硅。其中碳酸钙和三氧化二铁按照摩尔比1：1，分别混入质量分数9％的二氧化硅。

S2:压块。将均匀混合的试样运用压样机(压力10Mpa)压制成直径1cm，高1cm的圆柱体块状样品。

S3.焙烧。样品放置高温硅钼炉中加热，空气气氛，从室温升至900℃，保温1小时，使得碳酸钙充分分解成氧化钙。继续升温至1200℃，恒温10小时，使得样品成分间充分反应。样品焙烧完成并冷却后，振磨成粉状(100目以下)试样。

S4.热重。通过热重分析检测记录粉状样品在30％一氧化碳和70％氮气混合气氛，温度为950℃下的失去质量，以计算其还原度达到98％，还原时间58分钟。

物相组成

运用X射线衍射技术表征粉状焙烧试样的物相组成。发现配加7％-9％二氧化硅的铁酸钙相较于未添加的纯铁酸钙，物相组成中出现了更多的三氧化铁成分，这是最终促进其还原度提高的最根本原因。

热重分析

在热重分析仪中检测添加7％-9％二氧化硅的铁酸钙粉状焙烧试样在30％一氧化碳和70％氮气混合气氛，温度为950℃下的失去质量，以计算其还原度和还原时间。见表1。

表1

还原性用样品结束还原过程的失氧量占理论最大失氧量的比值来表示。通过测试纯铁酸钙和添加7％-9％二氧化硅的铁酸钙的还原性，发现配加7％-9％二氧化硅的铁酸钙的还原度相比未添加二氧化硅的纯铁酸钙得到了提高且还原时间大大缩减，这表明在铁酸钙中配加7％-9％二氧化硅可极大提高烧结矿还原的反应效率，本发明对高炉高效生产提供了更多的可能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。