[发明专利]高炉炼铁用生物质含碳球团及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高炉炼铁用生物质含碳球团及其制备方法，通过将生物质破碎后进行水热炭化，制备了低碱金属含量、高热溶萃取率的生物质水热炭；再将生物质水热炭中的一部分进行热解炭化处理，制成低挥发分的生物质炭，并将生物质水热炭中的另一部分进行热溶萃取，制成生物质高温粘结剂；将生物质炭、生物质高温粘结剂、铁矿粉和溶剂破碎并混匀后进行热压成型，得到生物质含碳球团。通过上述方式，本发明能够将高挥发分、高水分、高有害元素含量的生物质制备为高固定碳含量、高粘结性、低有害元素含量的生物质基还原剂和粘结剂，并通过热压成型方法制备出可以作为高炉冶炼炉料使用的高品质生物质含碳球团，有效降低炼铁生产过程的碳排放量。

技术领域

本发明涉及高炉低碳炼铁技术领域，尤其涉及一种高炉炼铁用生物质含碳球团及其制备方法。

背景技术

与传统化石燃料相比，生物质能作为植物光合作用的产物，具有产量大、可再生、碳中性的特点，是唯一具有可再生性能的含碳清洁能源，在工业生产领域具有巨大的应用潜力。如果能将丰富的生物质资源应用于炼铁生产，一方面能够降低传统高炉炼铁工艺对化石能源的依赖，减少钢铁生产过程化石燃料CO₂排放；另一方面也能够消纳大量农林废弃物，减少露天燃烧对环境的影响，提高废弃物的利用效率。目前，农林废弃生物质资源在炼铁生产中的应用研究主要集中于高炉喷吹、焦化、烧结、氧化球团和含碳球团的制备等工序。研究结果表明，生物质具有应用到炼铁生产中的潜力，为低碳炼铁技术的开发开辟了一条新的路径。

含碳球团是指由铁矿粉和焦煤或煤粉等含碳物料经过充分混合后压制而成的球状炉料，国外最初研究含碳球团的主要目的是用于非高炉炼铁，近年来随着研究的深入，逐渐开始考虑把含碳球团作为新型炉料用于高炉中。含碳球团新型炉料替代传统炉料(烧结矿、球团矿和块矿)应用于高炉冶炼的主要优势体现在能够降低高炉内的还原平衡温度，实现低焦比和低燃料比冶炼，有利于提高高炉效率和减少CO₂排放。利用生物质替代传统化石能源制备含碳球团，在实现传统含碳球团节能减排功效的基础之上，结合生物质能碳中性的属性和炼铁生产CO₂脱除、利用与封存(CCUS)技术的实施，将进一步推动钢铁制造早日实现低碳、零碳、甚至负碳生产。

含碳球团按成型温度高低，分为冷压含碳球团和热压含碳球团两种。冷压含碳球团在常温或低温下成型，但需大量使用黏结剂，易产生高温强度失效、增加渣量等问题。热压含碳球团是将具有热塑性的煤粉和含铁粉料加热到一定温度，在热态下进行压制成型的含碳铁复合炉料。热压含碳球团物料成型的温度高于冷压含碳球团，热压含碳球团由于煤、矿紧密接触，提供了良好的还原动力学条件，故具有优良的还原性能和更好的高温强度。因此有必要尝试采用热压成型技术制备生物质含碳球团，实现生物质资源在炼铁生产中的高效利用。

公开号为CN104975173A的专利提供了一种高炉用熔剂性复合含碳球团的生产方法，该专利通过将一定量的铁精矿、粘接剂、含碳材料和熔剂混合成混合料A，再将其加水混匀后制成自熔性球团核；然后将不同用量的铁精矿、粘接剂、含碳材料和熔剂混合成混合料B，将自熔性球团核与混合料B共混造球，制成含碳球团生球，焙烧后制得熔剂性复合含碳球团。该专利通过在混合料A中使用生物质炭作为含碳材料，虽然能够在一定程度上实现生物质资源在炼铁生产中的利用，但是其并未对生物质炭的性能及其制备方法进行控制，而生物质炭的性能对于最终制得的含碳球团的性能及其实际应用效果具有重要影响。

实际上，现有的生物质炭大多存在碱金属含量较高、挥发分含量较高的问题，而碱金属的存在对于含碳球团的性能以及高炉冶炼会产生负面影响，挥发分在含碳球团升温过程中的大量析出也容易引起球团的异常膨胀而导致其破裂。此外，采用热压成型技术制备生物质含碳球团，如何保证生物质含碳球团能够在热压下有效成型，并改善其高温性能，以使其满足高炉冶炼生产的需求，均是当前亟待解决的问题。

有鉴于此，有必要设计一种改进的高炉炼铁用生物质含碳球团及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容