本发明涉及钢铁冶金领域，具体属于黑色金属冶金原材料预处理
技术领域：
(c22b1/16)。
背景技术：
：铁焦是指用含铁物料与炼焦煤配合炼制的焦炭。含铁物料可以部分地替代配煤中的低挥发组分，在结焦过程中起瘦化作用。铁焦主要用在高炉中，起到降低高炉能耗、减少排放的作用。铁焦的研究具有较长的历史，1865年，h.wending提出在煤中加入含铁材料炼成含铁焦炭的想法，20世纪初在鲁尔地区以常规焦炉进行了肥煤中添加7-10％黄铁矿的炼焦试验。30年代，苏联用顿巴斯和库涅茨煤生产了大量的铁焦，并用于高炉冶金试验。50年代，美国也开始了铁焦的试验研究，试验生产的铁焦是以20％的高炉灰和80％的炼焦煤在常规焦炉中炼制的，所产铁焦强度低于普通焦炭。但使用铁焦替代普通焦炭可大幅度降低燃料比。在同一时期德国和苏联进行的高炉冶炼实验，以及英国、法国、保加利亚、波兰和罗马尼亚等国进行的铁焦实验研究，均肯定了铁焦用于炼铁和化铁的降耗节能效果。国内方面，50年代，本钢和大连工学院开展铁焦工业生产前的实验室研究。70-80年代，涪江钢铁厂、马鞍山钢铁厂均开展过焦炉生产铁焦球，加入高炉冶炼的工业试验。涪江钢厂15m3高炉，使用铁焦，吨铁焦比由1437-1470kg降低至1243kg。尽管20世纪，世界各国的铁焦试验都取得了高炉降焦的显著效果，但因高炉喷煤后，焦比大幅度下降，使得高炉对焦炭的骨架作用更为依赖，而铁焦强度比焦炭差、制备环境差，未得到大规模推广应用。21世纪，铁焦技术在日本重新得到极大的关注。2006年11月至2009年3月，日本开始了铁焦工艺先导研究工作。众多日本学者开展了大量的理论分析和实验室研究。jfe负责开发中试装置生产技术，神户制钢负责开发铁矿石和煤的结合剂.新日铁和住友金属工业负责开发高炉生产工艺。3家钢企和东北大学等于共同开发铁焦技术。日本认为“铁焦”项目在节能效果上表现优异，实现实用化的可能性很高，是将来日本钢铁业的主要减排项目之一。目前，介绍铁焦制备的相关专利及公知技术文献情况如下：专利申请cn102498190a“铁焦的制造方法”介绍了一种冶金用成型铁焦的制造方法，其中，在制造粒径比较小的铁焦时，通过使作为原料的铁矿石的粒度适宜，能够在维持目标还原率的同时，制造高强度的铁焦。使用一种铁焦的制造方法，其特征在于，将煤与最大粒径为1～2mm的铁矿石混合而制造成型物，在竖式干馏炉内进行干馏。铁矿石的含铁<63％。专利cn102471692b“铁焦的制造方法”介绍了一种铁焦的制造方法，在使用立式干馏炉制造铁焦时，能够防止铁焦内的成分的氧化反应进行，从而能够防止铁焦的强度降低。使用具有如下特征的铁焦的制造方法：向用于将含碳物质与含铁物质的成型物干馏来制造铁焦的立式干馏炉中吹入干馏气体时，将从干馏炉的炉顶部排出的炉顶排出气体的至少一部分作为循环气体并作为干馏气体的一部分使用，将循环气体与使燃料气体燃烧而得到的燃烧气体混合，将所述混合后的混合气体作为干馏气体吹入时，对循环气体与燃烧气体的混合量进行调节，使混合气体的组成成为还原气氛。优选在使燃料气体燃烧时，对与燃料气体混合的空气进行预热，或优选在使燃料气体燃烧时，对与燃料气体混合的空气进行富氧化。专利申请cn102822315a“立式竖炉、铁焦制造设备及铁焦的制造方法”提出一种立式竖炉，其可使设备简单化、且操作条件也并不复杂化；涉及的立式竖炉通过使由炉顶装入的填装物燃烧、气化、干馏或还原来连续制造铁焦的立式竖炉进行干馏。专利申请cn102782095a“冶金用铁焦制造方法”提供一种铁焦的制造方法，其在对由炭材料和铁矿石形成的成型物进行干馏来制造铁焦时，能够提高高炉内的铁焦中的焦炭的co2反应性，由此能够降低储热带温度从而能够降低燃料消耗。本发明的冶金用铁焦的制造方法是通过对由炭材料和铁矿石形成的混合物进行干馏来制造铁焦，其中，上述干馏时的铁焦的最高温度在800℃～900℃的范围内。专利cn102899484b“一种高反应性高强度铁焦复合球团及其制造方法”介绍了一种高反应性高强度铁焦复合球团，它是由内外两层具不同成分和不同反应性的焦碳组成的，内层是弱粘结性煤或中性粘结性煤的煤粉和焦炭钝化剂按照一定比例焦化而成的，外层是由强粘结性煤和含铁物料按照一定比例焦化而成含有一定金属铁和铁氧化物的焦碳复合体；其外层物料强粘结性煤50％～90％，含铁物料10％～50％；内层物料煤粉90％～99.5％，焦炭钝化剂为0.5％～10％，外层原料组成的质量占铁焦复合球团总质量百分比含量为：30％～50％。专利cn103468942b“一种热压铁焦用复合粘接剂及其制备方法”提供一种热压铁焦用复合粘接剂及其制备方法，其成分质量百分比为：焦油渣30％～60％、沥青5％～10％、有机高分子聚合物1％～10％、含铁原料30％～64％。将焦油渣、沥青、有机高分子聚合物、含铁原料按比例混合搅拌均匀后进入反应釡，反应温度110-160℃，1.6～2.0mpa压力下，反应0.5～2小时，冷却到室温后,将其破碎成粒级为小于1mm占质量比95％以上的粉末。本发明原料来源广，价格较便宜，制造工艺简单，能耗低，充分利用冶金企业的污染性废渣，既可实现废物的综合利用，又能减少环境污染；减少铁矿粉的用量，节省矿产资源；使用本发明粘结剂制备铁焦，成球率达到80％以上，生球及成品球抗压强度分别达到1200n/个、3800n/个。专利cn103468287b“一种高强度—高反应性含铁焦炭的制备方法”介绍了高强度—高反应性含铁焦炭的制备方法，它经过两次筛选，得到适当的煤样，取粒径小于74μm的铁矿粉作为催化剂与煤样分别烘干后均匀混合形成混料，加入占混料质量的9～11％的水放入炼焦反应罐中并捣固密封得到煤饼，铁矿粉占混料质量的0～15％，混料放入炼焦反应罐中的堆积密度为950～1150kg/m3，将炼焦炉升温至800℃时将炼焦反应罐快速置入炉膛中心，炉温升至1000～1100℃后恒温6～8h，取出反应罐，冷却即得高强度高反应性的含铁焦炭。在不添加粘结剂的条件下制得的含铁焦炭与常规焦炭强度相近；减少了炼焦煤中强粘结性煤的配入量；在高炉炼铁过程中较高钙煤焦炭产生的渣量少，增强了焦炭溶损反应。专利cn104119939b“一种炼铁用热压铁焦及其制备方法”涉及一种炼铁用热压铁焦及其制备方法。其原料由质量分数为10％～30％铁矿粉、60％～80％烟煤煤粉、10％～20％的无烟煤煤粉组成；原料充分混匀后得到混合物，将混合物在加热炉中加热至200～350℃，迅速将其热压成型制得热压铁焦生球，将铁焦生球置于隧道窑内以一定的速率升温到一定温度下进行高温干馏碳化，取出焖料冷却，制得热压铁焦。所制备的热压铁焦具有优良的抗压强度、耐磨强度、反应性和反应后强度，代替部分焦炭进行高炉炼铁，提高了高炉炼铁对燃料的适应性。专利申请201611237961.x“一种生产铁焦的竖炉工艺”介绍了一种生产铁焦的竖炉工艺，所述的竖炉工艺生产的铁焦能够部分替代高炉生产用焦炭。专利申请201710069390.1“一种铁焦生产装置及方法”特征在于，一个或多个竖炉，竖炉的上方设置有料罐，料罐的出口与竖炉的入口连接，竖炉外围设有密闭燃烧室，密闭燃烧室上设有多个烧嘴，下方依次设有过渡仓和铁焦冷却及余热装置。东北大学王宏涛，储满生等(东北大学学报(自然科学版)，2016，vol37(6):1108-1112；810-814)在铁矿a配比15％、烟煤a配比55％、烟煤c配比10％、无烟煤配比20％、热压温度300℃、炭化温度1000℃、炭化时间4h条件下，制备的铁焦反应性为61.08％，反应后强度为51.23％，采用该铁焦(10％-40％)与焦炭混合，可显著保护焦炭，焦炭反应后强度由基准的57％提高到65％。该铁焦与烧结矿混装后，熔滴性能测试结果表明，铁焦加入，可使混合料层的软化温度升高、软熔区间变窄、最大压差大幅度降低。鞍钢任伟等(中国冶金，2015，vol(25)4:41-44)在实验室条件下利用冷压工艺制备型煤铁焦，研究了铁矿粉配比和煤种对铁焦性能的影响。当铁矿粉配比为10％、1/3焦煤配比为90％时，铁焦性能较优：m40为54.3％，m10为8.8％，金属化率为60％左右，反应性为42.5％。武汉科技大学毕学工等(武汉科技大学学报，2014，vol37(2):91-96)将铁矿粉添加炼焦配合煤中，采用传统炼焦工艺制得铁焦。当铁矿粉配比为15％时，铁焦金属化率在55％～70％范围内，铁焦的反应性为64.07％，反应后强度为21.63％。河北联合大学孙章等(燃料与化工，2014，vol45(6):1-4)将钢渣添加至焦煤中采用室式炼焦工艺炼制坩埚铁焦，并研究了钢渣添加量及粒度对铁焦热性能的影响。随着钢渣添加量的增加，铁焦溶损率增大，反应后强度降低。钢渣粒度越小，铁焦反应性指数越大。北京科技大学张建良(钢铁，2016，vol51(9):22-29)等将铁矿粉添加至气煤中模拟炼焦工艺制得铁焦。在气煤中配加铁矿粉可以有效提高铁焦的转鼓强度及反应性，随着铁矿粉配比的增加，铁焦的堆垛高度lc值逐渐减小，气孔逐渐减小，各向同性结构和镶嵌结构减少，残炭结构增多，气化反应活化能增加。太原理工大学石恭俭等(太原理工大学学报，2013，vol44(4):444-451)将澳矿粉和黏结剂沥青添加至神府动力煤中，采用热压型煤-炭化处理工艺制备出圆柱形铁焦，其中热压温度150℃，压力80mpa，铁焦尺寸为铁焦由于煤粉和矿粉颗粒结合紧密，抗压强度达5.17mpa以上。随着澳矿粉含量的增加，铁焦抗压强度降低，气化反应起始温度降低。综合上述信息，现有的铁焦工艺都是以铁矿石、高炉粉尘类作为含铁物质，具有杂质含量高(脉石含量通常在10-30％)、粒度粗的特点，因焦炭依靠有机质膨胀形成的基质粘结形成强度，而含杂质高的无机物将破坏其原有的固结方式，故已知文献和专利中，加入铁矿石制备的铁焦均存在强度下降的现象，这也是制约铁焦技术推广的难题之一。因此，如能通过利用轧钢含油污泥，利用轧制油与煤的亲和力，压块后，干馏过程，残余细粒高纯氧化铁与炼焦煤一起，形成铁焦，既能将传统钢厂危废消纳掉，也可以合理回收轧钢污泥中轧制油，还能制备铁焦复合炉料，无疑具有重要的现实意义。技术实现要素：轧钢污泥因含微细、深度融合的轧制油和氧化铁皮，是钢厂最难综合利用的危废之一。本发明见轧钢污泥与炼焦煤混合，干馏、制备铁焦。干馏过程中，轧制油挥发、裂解，进入焦炉煤气处理系统，分解物溶入焦油和煤气中，高纯、超细铁氧化物物在干馏过程中还原大部分碳反应生成碳化铁与焦炭基质紧密结合，少量还原为金属铁镶嵌在焦炭的孔隙中，制备得到高强度、高反应性的铁焦。这种铁焦部分替代焦炭供高炉使用，可提高高炉产量、降低燃料消耗，实现炼铁能耗和排放的降低。为解决上述发明目的，本发明提供了一种利用轧钢污泥生产铁焦复合炉料的方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥4.5～50％、炼焦煤30～79％、粘结剂4.5～15％和水7～15％混合，压制成块；(2)在900-1100℃干馏结焦4-12小时，冷却，得到所述铁焦复合炉料。其中，炼焦煤粒度<3mm；优选地，所述炼焦煤的重量百分组成为：气煤15-30％，肥煤15-30％，焦煤20-35％，瘦煤3-10％，1/3焦煤10-20％。所述粘结剂为糖蜜、软沥青、焦油渣中一种或多种；所述轧钢含油污泥为冷轧、热轧、硅钢、钢管或厚板等钢铁轧制过程中产生的一种或几种含油污泥；所述轧钢含油污泥粒度≤1mm；优选地，所述轧钢含油污泥中轧制油含量为3-20％，脱油后的残渣的重量百分组成为：tfe67-71％，feo20-30％，cao1-4％，sio20.4-1％，al2o30.1-1％，tc0.1-0.5％，s0.1-0.3％。糖蜜参照qb/t5005-2016标准的要求的甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜，要求总糖分(蔗糖分+还原糖分)含量≥45％，纯度≥56％，总灰分≤12％。软沥青优选为满足yb/t030-2012标准要求的ml-1或ml-2型煤沥青筑路油。焦油渣优选为炼焦过程中，煤焦油槽、反应釜、过滤器等底部的渣，主要组成为煤粉、焦粉、煤焦油和其它聚合物，要求固定碳≥45％、挥发分≥40％、灰分≤12％。步骤(1)所述压制采用对辊压球机或液压冲压机，压力为10-30mpa，压制时间为1-10s；步骤(2)所述干馏结焦在炼焦炉中进行，如传统室式炼焦炉的炭化室内进行；步骤(2)所述冷却采用干熄焦(n2气保护)方式冷却或水熄焦方式冷却。通过压块得到煤和含铁矿物结合紧密，高密度、高强度的团块，干馏、结焦后，得到新型高强度、高反应性的铁焦复合炉料，最终实现轧钢含油污泥的综合利用和高炉减排新型炉料的开发。轧钢过程为降低钢板的轧制力，通常采用乳化液和轧制油润滑，这类油与钢板表面的细粒氧化铁泥被水流带走，沉淀后，产生轧钢含油污泥，含水率在20％左右，干基含油量通常在2-15％之间，其余基本为氧化铁泥。含油污泥中油和水高度结合，呈现水包油、油包水的结构，难以将其中的水和油以物理方法脱除。含油污泥最主要该成分为氧化铁，通常含氧化铁物质可用于烧结过程，但含油污泥因油含量高，烧结过程将挥发进入烟气中，将对机头电除尘器带来爆炸的风险，故难以采用烧结工序回收。为钢铁厂难以返生产利用的固体废弃物，2008年起，被列为危险废弃物名录。本发明的优点在于：利用炼焦过程，协同处置含油污泥，使得污泥中轧制油在270-500℃之间蒸馏挥发，进入焦炉煤气中，被煤气回收系统净化。污泥中细粒铁氧化物镶嵌在焦炭孔隙中，并与焦炭基质形成新的物质，包括碳化铁、金属铁等，共同组成铁焦复合炉料。本方案具有3方面的优点：1)可消纳钢厂常规流程难利用的危险固体废弃物——含油污泥，实现资源的循环利用。2)铁焦复合炉料具有高反应性的特点，在高炉中可改善铁矿石还原和降低热储备区的温度，进而提高高炉炉身效率。3)铁焦复合炉料含油部分碳化铁、金属铁等已还原炉料，使用后可提高高炉的产量，降低高炉燃料消耗和co2排放，是一种环境友好的炉料，对炼铁降低温室气体排放具有重要意义。本发明的有益效果是，可以回收利用传统钢铁流程难利用的含油污泥，以此作为主要原料，生产高强度、高反应性的新型铁焦复合炉料，使用该炉料，可以降低高炉的能耗和排放，为钢铁流程的绿色化提供先进、环保的技术方案。该技术可对推广至所有具有高炉-转炉-轧钢流程的大型联合钢铁企业，具有重要的推广应用前景。具体实施方式下面结合本发明具体实施例对本发明进行进一步说明。实施例和对比例中轧钢含油污泥成分及炼焦煤组成如表1和表2所示。表1轧钢含油污泥成分表2炼焦煤组成(重量百分比，％)气煤肥煤焦煤瘦煤1/3焦煤25.524.529.47.013.6糖蜜参照qb/t5005-2016标准的要求的甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜，要求总糖分(蔗糖分+还原糖分)含量≥45％，纯度≥56％，总灰分≤12％。软沥青为满足yb/t030-2012标准要求的ml-1煤沥青筑路油。焦油渣为炼焦过程中，煤焦油槽、反应釜、过滤器等底部的渣，主要组成为煤粉、焦粉、煤焦油和其它聚合物，要求固定碳≥45％、挥发分≥40％、灰分≤12％。对比例一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将炼焦煤83.3％、糖蜜9.3％和水7.4％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为15mpa，常温压制时间2s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，1000℃干馏结焦8小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为4114n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为900℃，团块孔隙率为49.0％，铁矿物金属化率为33.4％。实施例1一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥配比4.6％、炼焦煤78.7％、糖蜜9.3％和水7.4％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为10mpa，常温压制时间10s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，1000℃干馏结焦8小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为3860n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为890℃，团块孔隙率为48.5％，铁矿物金属化率为33.6％。添加少量轧钢含油污泥后，铁焦团块的反应性增强，强度略有下降。实施例2一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥配比9.2％、炼焦煤71.6％、焦油渣11.0％和水8.4％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为25mpa，常温压制时间5s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，1050℃干馏结焦6小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为3367n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为876℃，团块孔隙率为49.8％，铁矿物金属化率为43.1％。添加9.2％轧钢含油污泥后，铁焦团块的反应性继续增强，铁矿物金属化率升高，强度有所下降。实施例3一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥配比13.8％、炼焦煤70.6％、软沥青7.3％和水8.3％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为30mpa，常温压制时间1s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，1000℃干馏结焦8小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为6722n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为863℃，团块孔隙率为45.6％，铁矿物金属化率为52.0％。添加13.8％轧钢含油污泥后，铁焦团块的反应性继续增强，强度大幅度上升，铁矿物金属化率升高。经显微分析和xrd分析，发现主要原因是细粒铁氧化物镶嵌在焦炭基质孔隙中，并且生成部分碳化铁，使得铁焦结构和物相发生变化，制备得到高强度、高反应性的铁焦炉料。实施例4一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥配比18.2％、炼焦煤63.6％、糖蜜9.1％和水9.1％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为15mpa，常温压制时间2s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，1000℃干馏结焦8小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为6543n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为852℃，团块孔隙率为45.1％，铁矿物金属化率为65.3％。添加18.2％轧钢含油污泥，铁焦强度、反应性均优于焦炭，铁矿物金属化率达到65.3％。实施例5一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥26.8％，炼焦煤56.5％、糖蜜9.3％和水7.4％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为15mpa，常温压制时间2s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，1000℃干馏结焦8小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为6539n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为836℃，团块孔隙率为46.4％，铁矿物金属化率为74.6％。添加26.8％轧钢含油污泥，铁焦强度、反应性均优于焦炭，孔隙率低于焦炭，铁矿物金属化率达到74.6％。实施例6一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥35.7％，炼焦煤49.1％、软沥青4.5％和水10.7％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为15mpa，常温压制时间2s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，1100℃干馏结焦4小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为4139n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为826℃，团块孔隙率为51.3％，铁矿物金属化率为79.6％。添加35.7％轧钢含油污泥，铁焦反应性高于焦炭，起始反应温度降低74℃，强度略高于焦炭，孔隙率高于焦炭，铁矿物金属化率达到79.6％。实施例7一种铁焦复合炉料的生产方法，其包括如下步骤：(1)按重量百分比将轧钢含油污泥43.5％，炼焦煤30.4％、焦油渣13.0％和水13.0％混合，压制成25×35×45mm椭圆形团块，压制采用液压冲压机，压制压力为15mpa，常温压制时间2s，；(2)在传统室式炼焦炉的炭化室内，900℃干馏结焦12小时，采用水熄焦方式冷却，得到所述铁焦复合炉料。得到铁焦复合炉料抗压强度为4080n/个，与co2反应性温度(定义为失重0.5％对应温度)为798℃，团块孔隙率为51.9％，铁矿物金属化率为78.2％。添加43.5％轧钢含油污泥，铁焦反应性远高于焦炭，起始反应温度降低102℃，孔隙率大于焦炭，强度略低于焦炭，铁矿物金属化率达到78.2％。当前第1页12