阅读说明：本技术 基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法 (The carbon-free sintering method of magnetic iron ore based on electromagnetic induction ) 是由 吕学伟 周炫庚 向俊一 游志雄 党杰 辛云涛 余文轴 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法,包括S1原料准备：原材料为钒钛磁铁矿和添加料,往钒钛磁铁矿中加入适量的添加料,然后将钒钛磁铁矿与添加料进行混料；S2对S1中的混料进行压球；S2焙烧：将S2得到的压块在电磁感应炉内进行热处理,在一定的焙烧条件下进行焙烧,对加热完毕的烧结矿料进行空冷。通过采用电磁感应烧结,不用配碳,可以减少C、S等氧化物的排放,减少环境污染。通过采用压球工艺,相比现有的烧结工艺,可以增大反应物接触面积,提高反应物的反应性和成品,降低了烧结的返矿率,减少了能量消耗,节约能源,降低成本。(The present invention provides the carbon-free sintering method of magnetic iron ore based on electromagnetic induction, including S1 raw material preparation: raw material are vanadium titano-magnetite and additive, and suitable additive is added into vanadium titano-magnetite, and vanadium titano-magnetite and additive are then carried out mixing；S2 carries out pressure ball to the mixing in S1；S2 roasting: the briquetting that S2 is obtained is heat-treated in electromagnetic induction furnace, is roasted under certain roasting condition, is carried out to the sintered ore materials that heating finishes air-cooled.It is sintered by using electromagnetic induction, does not have to match carbon, it is possible to reduce the discharge of the oxides such as C, S reduces environmental pollution.By using ball press technique, existing sintering process is compared, reactant contact area can be increased, the reactivity and finished product of reactant is improved, reduce the rate of return mine of sintering, reduce energy consumption, it is energy saving, reduce cost.)

基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法

技术领域

本发明涉及磁铁矿烧结技术领域，具体为基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法。

背景技术

烧结是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块的过程，是钢铁生产工艺的一个重要环节，在钢铁行业中烧结矿主要作用是为高炉提供成分稳定，粒度均匀、还原性好冶金性能高的优质炉料，从而强化冶炼过程，为高炉的高产、优质、低耗创造良好的条件。

现有烧结工艺流程是“原料准备-配料-混合、制粒-布料-点火、保温-烧结-热破碎-冷却-破碎、整粒、筛分-检测”，随着时代技术的发展，烧结技术也不断改进，已经研发出许多成熟的烧结技术:高碱度烧结技术、球团烧结技术、小球团烧结技术、低温烧结技术、低硅烧结技术等，虽然现有烧结以及这些成熟的烧结技术具有优点且被国内广泛使用，但其仍存在不足：

1)烧结工序能耗高，国外相比，国内烧结废气的预热利用率较低，尤其对大烟道废气和环冷低温废气热量利用不足，同时烧结机和环冷机漏风较高，点火制度不合理，均使烧结电耗增高；

2)烧结污染物排放量大，现有烧结技术以焦粉作为燃料，会产生一系列大气污染物，加之现今有些工艺的烟气脱硫装置由于脱硫技术的原因达不到设计效果，导致污染物排放过大；

3)破碎伴随碎石产生，粉化率高，导致返矿率增加，提升成本。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法，解决了点火制度不合理，均使烧结电耗增高，烧结污染物排放量大，破碎伴随碎石产生，粉化率高，导致返矿率增加，提升成本的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：原料准备：原材料为钒钛磁铁矿和添加料，往钒钛磁铁矿中加入适量的添加料，然后将钒钛磁铁矿与添加料研磨，并混合均匀；

S2:对S1中的混合料进行压块处理，得到压球；

S2：热处理：将S2得到的压球置入电磁感应炉进行热处理，在一定的焙烧条件下进行焙烧，对加热完毕的烧结矿料进行空冷。

作为改进，所述添加料为铁粉或铁酸钙。添加铁粉可以增加烧结混合料的导电性，使得烧结混合料在电磁感应交变磁场作用下产生较强涡流，进而使烧结混合料内部自发热，从而达到更好加热的效果；添加铁酸钙的目的是为了提高烧结矿的强度、还原性等，烧结的其中一个目标是为了得到更多的铁酸钙，通过预制铁酸钙，可以一定程度上达到提高烧结矿强度、还原性的目的。

作为改进，所述S1中铁粉的添加量为混料总量的7.7％～12.2％。铁粉的成本较贵，为了节约成本而不影响效果，选择所选范围。铁粉添加量过少，达不到自发热的效果，添加量过多，可能会造成过熔，从而影响实际效果。

作为改进，所述S1中铁酸钙的添加量为18.52％-25.5％。铁酸钙的添加量按照碱度配加的，通过计算而来的。铁酸钙的制备按照三氧化二铁和氧化钙的摩尔比为1:1的比例制备，根据碱度和钒钛磁铁矿的氧化钙含量和二氧化硅含量，可直接计算出需要配加的铁酸钙。

作为改进，所述S1中向混料中添加氧化钙将混料的碱度R调整在1.7-2.5之间。

作为改进，所述S3中热处理条件是：保温温度为1200℃-1250℃，保温时间为8～15min。

作为改进，所述铁酸钙的制作包括以下流程：

a.将纯的三氧化二铁和氧化钙原料按照1:1的比例进行混合均匀；

b.将混匀后的三氧化二铁和氧化钙原料进行压块，从而制得相同大小的压球；

c.将制得的压球进行热处理，完毕之后，取出产物，使其进行自然冷却，即可得铁酸钙；

d.制备好的铁酸钙利用振磨设备进行研磨，将其磨成粉末状铁酸钙。

(三)有益效果

本发明提供了基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法。具备以下有益效果：

1、该基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法，通过采用电磁感应烧结，不用配碳，可以减少C、S等氧化物的排放，减少环境污染。

2、该基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法，通过采用预压块工艺，相比传统的烧结工艺，可以增大反应物接触面积，提高反应物的反应性和成品，降低了烧结的返矿率，减少了能量消耗，节约能源，降低成本。

3、该基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法，通过采用电磁感应加热，通过交变磁场使金属导体产生感应涡流，金属导体发热从而达到加热的目的，是一种可以从金属导体内部发热的一种加热方式，焙烧效果更好。

4、该基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法，通过添加铁粉，加强感应加热的作用，可促进固相反应。

附图说明

图1为制备铁酸钙的流程图。

图2为本发明方法的流程简图。

图3为未加铁粉烧结样品X射线衍射物相检测。

图4为添加铁粉烧结样品X射线衍射物相检测。

图5为添加铁粉试样的矿相显微结构，其中图片a表示放大50倍，图片b表示放大100倍，图片c表示放大200倍，图片d表示放大500倍。

图6为未添加铁粉试样矿相结构，其中图片a表示放大50倍，图片b表示放大100倍，图片c表示放大200倍，图片d表示放大500倍。

图7为烧结矿抗压强度测试结果。

图8 R＝1.7、R＝2.1、R＝2.5三种碱度条件下配加铁酸钙的XRD图谱。

图9为R＝1.7、R＝2.1、R＝2.5三种碱度条件下配加氧化钙的XRD图谱。

图10为R＝1.7磁铁矿配加氧化钙实验矿相结果。

图11为R＝1.7磁铁矿配加铁酸钙矿相结果。

图12为R＝2.1磁铁矿配加氧化钙矿相结果。

图13为R＝2.1磁铁矿配加铁酸钙矿相结果。

图14为R＝2.5磁铁矿配加氧化钙矿相结果。

图15为R＝2.5磁铁矿配加铁酸钙矿相结果。

具体实施方式

下面将结合本发明中的多个实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法，包括以下步骤：

S1：原料准备：原材料为钒钛磁铁矿和添加料，向钒钛磁铁矿中加入适量的铁粉，对其进行研磨，并混合均匀，所述混料的碱度为R1.7-2.5；

S2:对S1中的混料进行压球处理，压球；

S2：焙烧：将S2得到的压块进行热处理，在一定的焙烧条件下进行焙烧，对加热完毕的烧结矿料进行空冷。

以下实施例主要是对碱度、CaO添加量、添加料、添加料的添加量和焙烧条件的选择不同，为节约篇幅列表说明。

表1-1中，原料采用的是钒钛磁铁矿，为了方便试验，称取钒钛磁铁矿36g。

表1-1

对比例

表1-2中，原料采用的是钒钛磁铁矿，为了方便试验，称取钒钛磁铁矿40g。

表1-2

结果分析：

如图3所示，未加铁粉试样主要物相为四氧化三铁、氧化亚铁以及钙钛矿。由于烧结矿中理想粘接相铁酸钙的生成需通过Fe₂O₃的参加，Fe₃O₄不能直接与CaO反应生成铁酸钙，因此XRD结果中没有检测到铁酸钙的特征峰，同时也反应了烧结氧化性气氛较弱，钒钛磁铁矿物相经历了烧结过程后仍得以保留。由于钒钛磁铁矿中钛主要以钛铁矿(FeTiO₃)形式存在，在烧结过程中，与生石灰反应生成钙钛矿与氧化亚铁，反应如下：

FeO·TiO₂+CaO＝CaO·TiO₂+FeO

进而解释了XRD结果中钙钛矿与氧化亚铁的存在。

如图4所示，添加铁粉试样主要物相为氧化亚铁、钙钛矿、磁铁矿与铁粉。

铁粉在感应烧结过程中产生热效应，为钒钛磁铁矿的烧结提供部分热量；同时，铁粉起到还原剂的作用，与磁铁矿发生归中反应生成氧化亚铁，反应：Fe₃O₄+Fe＝4FeO。

由于烧结时间有限，因此样品中仍残余部分铁粉，通过矿相显微镜观察可证明该现象。在矿相观察中，可以观察到少量铁酸钙的生成，而XRD分析中，未检测到铁酸钙的生成，原因可能是生成的量较少。

图5为添加铁粉试样的矿相显微结构，主要物相为磁铁矿，橄榄石，铁酸钙及残余铁粉。其中磁铁矿呈红色，橄榄石呈深灰色，铁酸钙呈青灰色，铁粉呈白色。烧结矿强度主要靠磁铁矿的连晶作用及橄榄石相的粘接作用。

当使用铁粉作为添加料时，保温温度设置为1200摄氏度左右，这是因为超过这个温度很有可能出现过熔现象，不利于焙烧。

表2-1中，原料采用的是钒钛磁铁矿，为了方便试验，称取钒钛磁铁矿40g。

表2-1

当使用铁酸钙作为添加料时，相比铁粉作为添加料，可以适当提交保温温度，这是因为铁酸一钙的熔点是1217℃，适当提高保温温度有利于焙烧，优选保温温度为1250℃。

表2-2中，原料采用的是钒钛磁铁矿，为了方便试验，称取钒钛磁铁矿40g。

表2-2

烧结矿抗压强度测试

从抗压强度测试结果可以看出，强度关系为：添加铁酸钙>添加铁粉>空白组，并且结果显示利用电磁感应烧结技术做出的烧结矿可以达到一定的强度。说明基于电磁感应的磁铁矿无碳烧结方法也可以取得和现有烧结技术一致的效果，把烧结矿的粉化率控制在一个合理区间范围，添加铁粉之后，烧结矿强度较未添加铁粉较高，说明添加铁粉可以使抗压强度提高。利用Origin制得的抗压强度曲线如图7所示。

不同碱度条件配加铁酸钙、氧化钙实验结果

XRD物相分析

得到的XRD图谱如图8、图9所示，从得到的XRD图谱来看，特征峰数量最多的均为Fe₃O₄，其次为CaTiO₃,图9显示的XRD。

图谱的CaTiO₃数量多于图8显示的。另外，也发现少量CF、C₂F、FeO的特征峰。

试样矿矿相显微结构分析

参见图10-图15,的显微矿相结构图中：H:赤铁矿；M：磁铁矿；CF：铁酸一钙；C2F：铁酸二钙；S：玻璃质；K：孔洞从显微矿相结构图可以看出，矿相组成主要为磁铁矿，存在晶面呈多孔状态，矿相结果显示有CF、C₂F、赤铁矿存在，烧结矿中Fe₃O₄被硅酸盐胶结。

结论：利用电磁感应现象，一方面可达到和现有烧结技术一致的效果，同时可以降低能耗、减少有害物的排放，具体如下：

(1)矿相显微结构主要物相为磁铁矿，橄榄石，铁酸钙及残余铁粉。其中磁铁矿呈红色，橄榄石呈深灰色，铁酸钙呈青灰色，铁粉呈白色。烧结矿强度主要靠磁铁矿的连晶作用及橄榄石相的粘接作用；

(2)抗压强度利用电磁感应技术得到的烧结矿，同样可以使烧结矿达到较好的强度。并且，配加铁粉进行烧结，可达到提高烧结矿强度的效果；

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。