本发明涉及钢铁冶金铁矿石烧结技术领域，特别涉及一种利用废弃镁碳砖生产含mgo烧结矿的方法。
背景技术
我国本土铁矿石资源无法支撑庞大的钢铁产能，必须从南半球国家大量进口高品位铁矿石，而这种高品位铁矿石的al2o3含量比较高，使得炉渣中al2o3含量升高，有些高炉渣al2o3含量高达15～18wt％。炉渣中al2o3含量长时间处于较高水平，则渣子粘度升高，流动性变差，脱硫能力下降(杜长坤，杨静，赵贤哲等.超高al2o3含量高炉渣的粘度及粘度及脱硫行为，钢铁研究学报，2013,25(7)：19)，渣铁不能及时排尽，引起高炉下部区域料柱透气性差，高炉风量萎缩，炉缸不活，影响高炉强化冶炼。此外，高炉炉型维护困难，高炉出现不同程度的下部炉衬结厚，最终导致炉况恶化甚至失常(杨志泉.武钢高炉渣中al2o3含量异常升高原因分析及对策，炼铁，2006,25(1):20)。
增加mgo含量，可以大幅度降低高炉渣粘度(耿明山，张玉柱，项利等.mgo含量和碱度对高炉渣的粘度的影响，河南冶金，2005,13(3)：7)。提高mgo含量能提高炉渣稳定性和实际脱硫能力。高mgo渣冶炼不仅有利于高炉顺行，降低了工人劳动强度，而且改善生铁质量。因此，随着高炉渣中al2o3含量的上升，增加炉渣中的mgo含量非常必要。
增加高炉炉渣中mgo含量有两种途径：(1)提高烧结矿中的mgo含量；(2)直接向高炉中加入含mgo熔剂，如白云石、蛇纹石和镁橄榄石等。当烧结矿碱度(cao/sio2)1.8～2.2，同时高炉配加不含mgo的非熔剂性氧化球团时，要满足高炉渣mgo含量8～12％的要求，烧结矿的mgo含量应该达到2.5～3.5％，甚至更高。但是，随烧结矿mgo含量升高，烧结生产指标下降、烧结矿转鼓强度和低温还原粉化指标恶化(usyadav；bdpandey；bkdasetal.influenceofmagnesiaonsinteringcharacteristicsofironore，ironmaking&steelmaking，2002，29,(2)：91；周春江，刘其敏.邯钢提高烧结矿中mgo含量的实践，烧结球团2005，30(6)：37；客海滨，张玉柱，王丽丽，邢宏伟.不同mgo含量对烧结矿质量的影响，河南冶金，2007，15(1)：8)。因此，在烧结中增加mgo含量受到一定程度的限制。
国内大多数钢厂都用白云石作为镁质添加剂进行烧结生产，一是可使烧结矿含有一定量mgo，二是其价格便宜。但现在的含铁料质量下降，al2o3含量上升，使高炉炉渣流动性变差。若采取在高炉料批中直接加入白云石、镁橄榄石等含mgo的炉料，将恶化高炉的造渣过程，同时容易引起高炉中、下部炉衬结厚，影响高炉顺行。因此，只有采取增加烧结矿mgo含量的措施来提高高炉渣中的mgo含量。
烧结矿混合料中配加白云石，一方面白云石分解出的cao和mgo熔点高，另一方面白云石分解吸热使周围温度下降，导致白云石分解出的高熔点氧化物与其他混合料之间的矿化程度下降，从而影响烧结生产指标和烧结矿的质量。使用白云石作镁质添加剂时，烧结配碳量在4.0～4.5wt％左右，折合成焦粉或煤粉的固体燃料配比为5.0～6.0wt％。
镁砂是以优质菱镁矿为原料，经反射窑、沸腾炉焙烧后，再经过细磨而成的一种质量稳定、纯度高、活性好的产品。在炼铁工艺中作为烧结配料，镁砂的mgo含量是白云石的5倍左右，又是熟熔剂，可降低烧结固体燃料消耗。但其成本高，因此工业生产中很少使用。
镁橄榄石主要矿物为mg2sio4，不含结晶水。这种橄榄石含mgo是白云石的2倍以上，但sio2高(36.55wt％)。加入镁橄榄石，使烧结料中sio2总量增加，降低了烧结矿品位，使高炉渣比升高，对高炉生产造成不利影响。
蛇纹石主要矿物为mg6[si4o10](oh)8，含mgo43.6％，sio2含量较镁橄榄石更高(43.6％)，并含结晶水13.1％。加入蛇纹石能提高烧结矿mgo含量，但结晶水分解需要吸收更多的热量，同时sio2的增加降低了烧结矿品位，使高炉渣比升高，对高炉生产造成不利影响。
高炉生产过程中，为了保证炉渣具有良好的流动性和脱硫能力，渣中mgo含量根据炉渣碱度和渣中al2o3含量的不同一般要达到6～12wt％。高炉含铁炉料中的块矿和氧化球团矿中通常只含微量的mgo，因此，炉渣中的mgo主要来源于烧结矿。但烧结矿中的mgo过高(如超过2.6wt％以后)，烧结生产指标、烧结矿转鼓强度和低温还原粉化性能大幅下降。因此，绝大多数烧结厂将烧结矿中的mgo控制在2.6wt％以下(usyadav；bdpandey；bkdasetal.influenceofmagnesiaonsinteringcharacteristicsofironore，ironmaking&steelmaking，2002，29,(2)：91；周春江，刘其敏.邯钢提高烧结矿中mgo含量的实践，烧结球团2005，30(6)：37；客海滨，张玉柱，王丽丽，邢宏伟.不同mgo含量对烧结矿质量的影响，河南冶金，2007，15(1)：8)。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种利用废弃镁碳砖生产含mgo烧结矿的方法，所利用的废弃镁碳砖来自于服役后的钢包内衬和转炉内衬，将已经被侵蚀的工作端镁碳砖破碎后作为烧结矿原料的镁质添加剂。镁碳砖的基本结构是由不同尺寸的mgo颗粒间填充大量石墨碳组成。在烧结矿中加入镁碳砖粉，由于镁碳砖中的mgo与石墨碳紧密接触，烧结过程中，镁碳砖中的石墨碳燃烧放热可有效促进mgo与其他烧结原料之间的固相反应，提高mgo的矿化程度，同时降低烧结矿固体燃料消耗。因此，本发明方法制备的烧结矿，由于mgo矿化程度高，提高烧结矿mgo含量对烧结生产指标和烧结矿强度的不利影响减小，故最佳的烧结矿mgo含量可从用白云石做镁质添加剂时的2.6％左右提高到用废弃镁碳砖粉时的3.0～3.5wt％。本发明提出的方法，在实现废弃镁碳砖高效综合利用的同时，为烧结生产提高mgo含量，降低固体燃料消耗，改善烧结矿质量提供了解决方案。
为实现本发明目的，本发明采用的技术方案为：一种利用废弃镁碳砖生产含mgo烧结矿的方法，根据目标烧结矿成分，通过配料计算得到构成烧结混合料的各种原料的质量百分比；所述原料包括含铁物料、钙质熔剂、镁质添加剂和燃料，并按配比准确称取各原料进行配料和混料，得到烧结混合料；完成制粒后的烧结料经烧结机布料、点火烧结、破碎、筛分，得到含mgo的成品烧结矿；所述含铁物料为选自富矿粉、精矿粉、钢铁厂二次含铁原料中的至少2种以上；所述钙质熔剂为石灰石粉或消石灰中的至少1种；所述镁质添加剂为镁碳砖粉或者以镁碳砖粉为主配加少量白云石粉；所述燃料为焦粉和无烟煤粉中的至少1种；所述镁质添加剂为将已经被侵蚀的镁碳砖破碎后得到的镁碳砖粉，所述废弃镁碳砖来自于服役后的钢包内衬和转炉内衬，将已经被侵蚀的工作端镁碳砖破碎，得到镁碳砖粉。在制粒工序中，为提高制粒效率，在烧结混合料中可加入适量返矿。
进一步地，本发明一种利用废弃镁碳砖生产含mgo烧结矿的方法，具体包括如下步骤：
(1)破碎：将已经被侵蚀的工作端所述镁碳砖破碎，其中粒度-3mm的粉粒达到80％以上，得到镁碳砖粉。
(2)配料：根据目标烧结矿成分，通过配料计算出原料的质量百分比，并按配比准确称取各原料。
(3)一次混料：将称好的各种物料在混料机中混合均匀，在混合过程中向原料中喷洒雾状水，合适的外加水量为烧结混合料量的4％～8wt％。
(4)制粒：将经过所述一次混料后的物料进一步混匀制粒，为了提高制粒效率，在制粒过程中加入适量返矿，外加返矿的量为烧结混合料量的10～20％；制粒时间为6～15min，获得烧结用球料。
(5)布料：将混合好的烧结用料球从下而上布料在烧结机台车上，烧结台车上的料层厚度为650～800mm。
(6)点火：通过烧结机机头的点火器点火烧结，点火温度为1000～1100℃。
(7)烧结：点火完成后进行抽风烧结，当废气温度下降至100～120℃时，烧结过程结束。
(8)破碎和筛分：将所述步骤(7)完成的烧结矿进行破碎和筛分，得到粒级为5～40mm的成品烧结矿。
本发明可以利用废弃镁碳砖代替或大部分代替白云石、蛇纹石、镁橄榄石和镁砂等含mgo的熔剂来生产烧结矿。优选地，所述烧结矿中的mgo全部或大部分来自废弃镁碳砖中的mgo。
优选地，所述原料中含铁物料为75～90wt％、钙质熔剂为5～10％wt％、镁碳砖粉为2.0～5.0wt％、白云石粉为0～3wt％、固体燃料为3～4wt％，外加返矿比例为烧结混合料总量的10～20wt％。
返矿是指成品烧结矿粒度不符合高炉对烧结矿的粒度要求的部分，而其含铁品位与烧结矿相当。在制备烧结矿中可作为含铁资源回收利用，减少了钙质添加剂和铁矿的消耗，提高了资源利用率，降低对环境的污染；但在本发明方法中制备烧结矿的时候，通过配加一定的返矿可提高铁精矿的制粒效率，这样能使烧结料球的粒度分布均匀，改善烧结过程的透气性。
优选地，对物料的质量要求为：
富矿粉：tfe55～65wt％，sio22.5～5wt％，al2o32.0～4.0wt％；粒度-8mm的粉粒≥90％。
精粉矿：tfe60～68wt％，sio21.5～5wt％，al2o31.0～3.0wt％；粒度-0.074mm的粉粒≥70％。
钢铁厂二次含铁原料：tfe≥50wt％，sio2≤10wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-10mm的粉粒≥90％。
返矿：tfe≥53wt％，sio2≤8wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-6.3mm的粉粒≥90％。
石灰石粉：cao≥52wt％，sio2≤5wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
消石灰：cao≥65wt％，sio2≤3wt％；粒度-1mm的粉粒占100％。
白云石粉：cao≥28wt％，mgo≥18wt％，sio2≤5wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
镁碳砖粉：mgo≥65wt％，c≥5～18wt％，sio2≤3wt％，al2o3≤2wt％，cao≤3wt％，fe2o3≤3wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
焦粉：固定碳≥80wt％，灰分≤12wt％，挥发分≤2wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
无烟煤粉：固定碳≥75wt％，灰分≤15wt％，挥发分≤10wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
本发明中采用焦粉和煤粉起燃料的作用。但焦粉作为燃料，燃烧性能较好；而煤粉的燃烧性能稍差于焦粉，但是煤的成本较低，因此，可采用焦粉配煤粉的方法，在保证较好燃烧性能的同时降低成本。优选地，焦粉配加煤粉时，当焦粉的比例稍微提高时，烧结矿的烧结过程和强度会有所改善。考虑到镁碳砖粉带入部分c，焦粉和煤粉的总量可控制在4wt％左右。如果燃料比太高，容易引起烧结矿在烧结过程中的过烧，feo含量升高使烧结矿的还原性能下降。
与现有技术相比，本发明方法的优势和特点主要包括以下几个方面：本发明利用废弃镁碳砖作为镁质添加剂生产含mgo烧结矿，由于镁碳砖中的mgo与石墨碳紧密接触，烧结过程中，镁碳砖中的石墨碳燃烧放热可有效促进mgo与其他烧结原料之间的固相反应，提高mgo的矿化程度，同时降低烧结生产固体燃料消耗。因此，本发明制备的烧结矿，由于mgo矿化程度高，提高烧结矿mgo含量对烧结生产指标和烧结矿强度的不利影响减小，故最佳的烧结矿mgo含量可从用白云石做镁质添加剂时的2.6％左右提高到用废弃镁碳砖粉时的3.0～3.5wt％，燃料消耗可从使用白云石作镁质添加剂时的5～6wt％降低到用废弃镁碳砖做镁质添加剂时的3～4wt％。本发明提出的方法，在实现废弃镁碳砖高效综合利用的同时，为烧结生产提高mgo含量，降低燃料消耗，改善烧结矿质量提供了解决方案。
具体实施方式
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例中含mgo烧结矿的转鼓强度按照gb8209-87标准来测定。
本发明实施例中含mgo烧结矿的低温还原粉化率按照gb/t13242-1991标准来测定。
实施例1
实施例1为参照例，本实施例原料中无镁碳砖粉，烧结矿中的mgo来自白云石。
原料中含铁物料为富矿粉和钢铁厂二次含铁原料，钙质熔剂为消石灰，镁质添加剂为白云石粉，各原料质量百分比为：富矿粉70wt％、钢铁厂二次含铁原料2.5wt％、消石灰7wt％、白云石粉15wt％、焦粉3.0wt％、无烟煤粉2.5wt％，外加返矿比例为烧结混合料总量的20wt％。
对原料的质量要求为：
富矿粉：tfe55～65wt％，sio22.5～5wt％，al2o32.0～4.0wt％；粒度-8mm的粉粒≥90％。
钢铁厂二次含铁原料：tfe≥50wt％，sio2≤10wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-10mm的粉粒≥90％。
返矿：tfe≥53wt％，sio2≤8wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-5mm的粉粒≥90％。
消石灰：cao≥65wt％，sio2≤3wt％；粒度-1mm的粉粒占100％。
白云石粉：cao≥28wt％，mgo≥18wt％，sio2≤5wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
焦粉：固定碳≥80wt％，灰分≤12wt％，挥发分≤2wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
无烟煤粉：固定碳≥75wt％，灰分≤15wt％，挥发分≤10wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
本实施例为参照例，具体制作过程包括如下步骤：
(1)破碎：将已经被侵蚀的工作端所述镁碳砖破碎，其中粒度-3mm的粉粒达到80％以上，得到镁碳砖粉。
(2)配料：根据目标烧结矿成分，通过配料计算出原料的质量百分比，并按配比准确称取各原料。
(3)一次混料：将称好的各种物料在混料机中混合均匀，在混合过程中向原料中喷洒雾状水，合适的外加水量为烧结混合料量的4％～8wt％。
(4)制粒：将经过所述一次混料后的物料进一步混匀制粒，为了提高制粒效率，在制粒过程中加入适量返矿，外加返矿的量为烧结混合料量的10～20％；制粒时间为6～15min，获得烧结用球料。
(5)布料：将混合好的烧结用料球从下而上布料在烧结机台车上，烧结台车上的料层厚度为650～800mm。
(6)点火：通过烧结机机头的点火器点火烧结，点火温度为1000～1100℃。
(7)烧结：点火完成后进行抽风烧结，当废气温度下降至100～120℃时，烧结过程结束。
(8)破碎和筛分：将所述步骤(7)完成的烧结矿进行破碎和筛分，得到粒级为5～40mm的成品烧结矿。成品烧结矿mgo含量3wt％。
通过按现有的标准和实验方法，对本实施例制备获得的含mgo烧结矿性能进行试验，测得转鼓强度为69.3％；低温还原粉化性率rdi+3.15为62.3％。
实施例2
原料中含铁物料为富矿粉和钢铁厂二次含铁原料，钙质熔剂为消石灰，镁质添加剂为镁碳砖粉，各原料质量百分比为：富矿粉77wt％、钢铁厂二次含铁原料5wt％、消石灰10wt％、镁碳砖粉5wt％、焦粉1.5wt％、无烟煤粉1.5wt％，外加返矿比例为烧结混合料总量的20wt％。
对原料的质量要求为：
富矿粉：tfe55～65wt％，sio22.5～5wt％，al2o32.0～4.0wt％；粒度-8mm的粉粒≥90％。
钢铁厂二次含铁原料：tfe≥50wt％，sio2≤10wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-10mm的粉粒≥90％。
返矿：tfe≥53wt％，sio2≤8wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-5mm的粉粒≥90％。
消石灰：cao≥65wt％，sio2≤3wt％；粒度-1mm的粉粒占100％。
镁碳砖粉：mgo≥65wt％，c≥5～18wt％，sio2≤3wt％，al2o3≤2wt％，cao≤3wt％，fe2o3≤3wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
焦粉：固定碳≥80wt％，灰分≤12wt％，挥发分≤2wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
无烟煤粉：固定碳≥75wt％，灰分≤15wt％，挥发分≤10wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
上述各种物料按比例配料、混匀、制粒、布料、点火、烧结、破碎、筛分，具体操作同上述实施例1的制作过程，得到成品烧结矿。成品烧结矿mgo含量3.5wt％。
通过按现有的标准和实验方法，对本实施例制备获得的含mgo烧结矿性能进行试验，测得转鼓强度为76.39％；低温还原粉化性率rdi+3.15为65.3％，低温还原粉化性能较好。
实施例3
原料中含铁物料为精矿粉、钢铁厂二次含铁原料，钙质熔剂为石灰石粉，镁质添加剂为镁碳砖粉+白云石粉，各原料质量百分比为：精矿粉77wt％、二次含铁粉尘5.5wt％、石灰石粉8wt％、镁碳砖粉2.5wt％、白云石粉3.0wt％、焦粉2wt％、无烟煤粉2wt％，外加返矿比例为烧结混合料总量的10wt％。
对物料的质量要求为：
精粉矿：tfe60～68wt％，sio21.5～5wt％，al2o31.0～3.0wt％；粒度-0.074mm的粉粒≥70％。
钢铁厂二次含铁粉尘：tfe≥50wt％，sio2≤10wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-10mm的粉粒≥90％。
返矿：tfe≥53wt％，sio2≤8wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-5mm的粉粒≥90％。
石灰石粉：cao≥52wt％，sio2≤5wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
白云石粉：cao≥28wt％，mgo≥18wt％，sio2≤5wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
镁碳砖粉：mgo≥65wt％，c≥5～18wt％，sio2≤3wt％，al2o3≤2wt％，cao≤3wt％，fe2o3≤3wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
焦粉：固定碳≥80wt％，灰分≤12wt％，挥发分≤2wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
无烟煤粉：固定碳≥75wt％，灰分≤15wt％，挥发分≤10wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
上述各种物料按比例配料、混匀、制粒、布料、点火、烧结、破碎、筛分，具体操作同上述实施例1的制作过程，得到成品烧结矿。成品烧结矿mgo含量3wt％。
通过按现有的标准和实验方法，对本实施例制备获得的含mgo烧结矿性能进行试验，测得转鼓强度为79.32％；低温还原粉化性率rdi+3.15为67.7％，低温还原粉化性能较好。
实施例4
原料中含铁物料为富矿粉、精矿粉、钢铁厂二次含铁原料，钙质熔剂为石灰石粉和消石灰，镁质添加剂为镁碳砖粉+白云石粉，各原料质量百分比为：富矿粉50wt％、精矿25wt％、钢铁厂二次含铁原料7.8wt％、石灰石粉3.5wt％、消石灰5.0wt％、镁碳砖粉3.5wt％、白云石粉1.5wt％、焦粉2.5wt％、无烟煤粉1.2wt％，外加返矿比例为烧结混合料总量的13wt％。对物料的质量要求为：
富矿粉：tfe55～65wt％，sio22.5～5wt％，al2o32.0～4.0wt％；粒度-8mm的粉粒≥90％。
精粉矿：tfe60～68wt％，sio21.5～5wt％，al2o31.0～3.0wt％；粒度-0.074mm的粉粒≥70％。
钢铁厂二次含铁粉尘：tfe≥50wt％，sio2≤10wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-10mm的粉粒≥90％。
返矿：tfe≥53wt％，sio2≤8wt％，al2o3≤3.0wt％；粒度-5mm的粉粒≥90％。
石灰石粉：cao≥52wt％，sio2≤5wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
消石灰：cao≥65wt％，sio2≤3wt％；粒度-1mm的粉粒占100％。
白云石粉：cao≥28wt％，mgo≥18wt％，sio2≤5wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
镁碳砖粉：mgo≥65wt％，c≥5～18wt％，sio2≤3％wt％，al2o3≤2wt％，cao≤3wt％，fe2o3≤3wt％；粒度-3mm的粉粒≥80％。
焦粉：固定碳≥80wt％，灰分≤12wt％，挥发分≤2wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
无烟煤粉：固定碳≥75wt％，灰分≤15wt％，挥发分≤10wt％；粒度-3mm的粉粒占100％。
上述各种物料按比例配料、混匀、制粒、布料、点火、烧结、破碎、筛分，具体操作同上述实施例1的制作过程，得到成品烧结矿。成品烧结矿mgo含量3.2wt％。
通过按现有的标准和实验方法，对本实施例制备获得的含mgo烧结矿性能进行试验，测得转鼓强度为77.87％；低温还原粉化性率rdi+3.15为64.7％，低温还原粉化性能较好。
实施例1为参照例，该实施例原料中无镁碳砖粉，实施例2～4为本发明所用原料而实现，经结果比较，实施例1成品烧结矿mgo含量虽然也能达到3wt％，需要的燃料为5.5wt％，而采用本发明的实施例2～4成品烧结矿mgo含量超出3wt％，且燃料为3～4wt％，即本发明方法能够提高烧结矿mgo含量，并能降低燃料的消耗，此外还能提高烧结矿转鼓强度和改善低温还原粉化指标。
综上所述，本发明方法的主要特征是将废弃镁碳砖破碎成粉料，作为烧结矿镁质添加剂按一定配比加入到烧结混合料中，提高烧结矿的mgo含量。本发明与其他生产含mgo烧结矿的方法显著不同之处在于利用废弃镁碳砖中的mgo作为烧结矿中mgo的主要来源，实现固废资源综合利用；同时，利用废弃镁碳砖中的石墨碳燃烧直接供给mgo颗粒与周围矿物矿化所需的热量，不仅可以降低烧结过程固体燃料消耗，还能提高烧结矿强度指标，改善烧结矿低温还原粉化性能。因此，利用废弃镁碳砖生产含mgo烧结矿是一种可行且优化的生产合格烧结矿的方法。