本發(fā)明屬于黑色金屬冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種粉狀鐵礦直接還原鐵熱壓煅軋材/機械零部件制品的方法。
背景技術(shù)：
我國雖然鐵礦資源分布廣泛，但低貧細難選鐵礦資源(鮞狀赤鐵礦、羚羊石礦、褐鐵礦、鏡鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦等難選礦；釩鈦磁鐵礦(海砂)、硼鐵礦、錳鐵礦、鉻鐵礦、紅土鎳礦等復合礦)分布卻鐵礦資源占97％以上，至今沒有得到很好的利用和開發(fā)，造成資源閑置和浪費，反而，鋼廠每年還需要進口大量的高品位鐵礦石，進口依賴程度占鋼廠鐵礦石總消耗量的85％以上，并且每年也會有大量的氧化鐵皮，只作為普通鐵礦粉進行燒結(jié)使用，沒有發(fā)揮其獨有的特長優(yōu)勢，浪費了資源。
氣割渣主要來源于鋼結(jié)構(gòu)及鋼鐵采用氣割切割過程中，氣割槍的燃燒溫度，噴出高速切割氧氣流，使切口處金屬劇烈燃燒并將燃燒后的金屬氧化物吹除實現(xiàn)工件分離，是鐵在純氧中的燃燒過程而不是熔化過程生產(chǎn)出渣塊，它主要包括：氣焊渣，氧化鐵，氧化皮。
鋼材鍛造、熱軋熱加工及冷拔絲時，由于鋼鐵和空氣中氧的反應(yīng)，常會大量形成氧化鐵皮，屬于鋼鐵冶金固體廢棄物，氧化鐵皮的主要成分是fe2o3、fe3o4、feo。還有硫酸渣、氧化鋁赤泥、銅渣、鎳渣、鉛鋅渣、鉻渣(含六價鉻)、冶金污泥(灰)等含鐵廢料。
全國每年生產(chǎn)氧化鐵皮約1000萬噸左右，每年還有幾千萬噸含鐵廢料產(chǎn)生，如果不及時處理，造成堆積，浪費資源。
近十年來，中國制造業(yè)始終保持良好的發(fā)展態(tài)勢，并且具有比較牢固的基礎(chǔ)和抗沖擊能力。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展和制造環(huán)境的變化，尤其是以計算機和信息技術(shù)為代表的高技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為當代制造業(yè)的革命提供了眾多的手段，正在使制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)規(guī)模發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，高技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合而形成的先進制造技術(shù)也引起了各國的高度重視，因此，需求大量的機械零部件。
目前，國家在積極推廣各領(lǐng)域環(huán)保項目，污水處理、廢酸水置換排放等環(huán)保項目也越來越多，需要大量的金屬鐵粉進行污水脫氧處理、廢酸置換處理及食品保鮮劑等應(yīng)用。
采用還原金屬鐵粉進行污水處理是目前污水和自來水處理的主要方法之一，在國內(nèi)外已經(jīng)有多年的歷史。但是，由于還原鐵粉本身化學成分復雜、組織結(jié)構(gòu)細密，導致反應(yīng)速度慢、反應(yīng)柱易堵塞、對高濃度廢水處理效果差，而且還原鐵粉用量大，投資、運行費用相對較高。
直接還原金屬鐵粉(也稱為化工金屬鐵粉、凈水劑)，因其比表面積遠遠大于鐵屑、鋼削，每噸直接還原金屬鐵比表面積是鐵屑、鋼削的5～10萬倍，要求tfe含量80％～90％，30～160目可調(diào)，近年來，用直接還原金屬鐵取代鐵削粉、鋼削粉用于污水處理、廢酸水置換排放，取得了很好的效果，國內(nèi)外這方面的例子越來越多。
粉末冶金壓制的制品，取得機車等行業(yè)的廣泛認可，我國粉末冶金制品在汽車、摩托車等領(lǐng)域其應(yīng)用量越來越廣大，已經(jīng)達到5％～8％的應(yīng)用量，同時具有環(huán)保節(jié)能；但粉末冶金制品的工藝傳統(tǒng)、落后，原料來源少，價格昂貴，因此，生產(chǎn)成本很高，一般在8000～20000元/噸，甚至10000元/噸以上，成本很高，粉末冶金制品一般只能用于單件重量1～2kg以下的部件，尚無法生產(chǎn)幾十公斤、甚至1噸重的較大型部件，更重要的是，粉末冶金需要的超純鐵精礦粉的來源有限，這是阻礙粉末冶金發(fā)展的致命根源，因此，低端、中端機械部件尚無法采用粉末冶金制品替代，需要開發(fā)出加工成本低、節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟的部件制品，以滿足機械配件、配重鐵、五金等行業(yè)的廣泛應(yīng)用的意義非常大。
2016年全球粗鋼產(chǎn)量為16.29億噸，其中亞洲粗鋼產(chǎn)量達到11.25億噸，中國粗鋼產(chǎn)量8.08億噸，占全球比重49.6％，現(xiàn)有的鋼鐵冶煉技術(shù)均為轉(zhuǎn)爐冶煉、電爐冶煉和感應(yīng)爐熔化的熔融煉鋼形式。
在中國，絕大部分鋼鐵冶煉為轉(zhuǎn)爐法和電弧爐法，甚至還有“感應(yīng)爐地條鋼”煉鋼方法，造成產(chǎn)能過剩，能耗高，環(huán)境污染嚴重；隨著焦煤資源的日益貧乏，中國政府很早就提出鼓勵開發(fā)直接還原鐵、熔融還原鐵和短流程煉鋼，開拓出節(jié)能減排降碳的環(huán)保鋼鐵冶煉新方法，至今，也沒有真正的突破短流程煉鋼及熔融還原鐵工藝技術(shù)的重大突破，2017年計劃去產(chǎn)能1億噸。
我國是機械生產(chǎn)大國，當然也是鑄鐵、鑄鋼大國，現(xiàn)有的鑄件毛坯均采用沖天爐、化鐵爐、高爐或感應(yīng)爐對生鐵、廢鋼等加熱熔分，再進行鑄造，不但需要消耗焦炭，而且能耗較高，也造成環(huán)境污染。因此，國家計劃取締年規(guī)模1萬噸以下的小型鑄造廠。因此，鑄造市場也逐漸存在廢鋼積壓，鑄件難買等問題。因此，尋找一種原料來源廣泛、資源持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟的新的冶鐵或煉鋼的方法，勢在必行！
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種粉狀鐵礦直接還原鐵熱壓煅軋材/機械零部件制品的方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種粉狀鐵礦直接還原鐵熱壓煅軋材/機械零部件制品的方法，步驟如下：
(1)取堿度r＞0.1、細度為140-200目的粉狀鐵礦；加入助劑混合、潤磨，再配加入粒度為0-10mm，鐵礦粉重量30-40％的還原劑；
(2)在惰性氣體保護下，將步驟(1)的混合料加入回轉(zhuǎn)窯中，在1050-1080℃條件下還原，還原時間為2.0-2.8h，出料后在煤粉保護下冷卻至200℃以下；
(3)將步驟(2)冷卻后的物料，在2800-3200gs磁場強度下磁選分離出磁性物和非磁性物；將磁性物進一步分離出金屬鐵粉和粒度為2-6mm、強度為2800-3200n/個的粒鐵；
(4)將步驟(3)的金屬鐵粉經(jīng)濕式打磨后，在2200～2800gs的磁場強度下進行濕式磁選，獲得tfe≥90％、ηfe≥93％、放氫量400～500的還原金屬鐵粉，經(jīng)200℃以下熱煙氣烘干，制得優(yōu)質(zhì)化工金屬鐵粉；
(5)將步驟(3)的粒鐵在800～1000gs磁選強度進行打磨和濕式弱磁選，獲得細度200-325目、tfe95-98％的粒鐵金屬鐵粉，加入粒鐵金屬鐵粉重量0.5-0.6％的硅鐵粉和粒鐵金屬鐵粉重量0.9-1.2％的錳鐵粉混合，加熱到750℃，在模具內(nèi)經(jīng)一次熱壓或二次熱壓后，置于石灰粉中緩冷4h，制得煅軋材/機械零部件制品。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明將任何高品位及各種難選礦、復合礦、含鐵廢料的氧化鐵(包括硅酸鐵、碳酸鐵)，在一定還原溫度下，進行深度還原的同時，改變了原有復雜物相晶格結(jié)構(gòu)，使金屬鐵晶粒變大(一般鐵晶?！?00μm，甚至是幾個毫米)，形成脈石(渣)與金屬鐵兩種聚團分明、簡單的物相結(jié)構(gòu)，由難選復雜的物相結(jié)構(gòu)改變成簡單的物相結(jié)構(gòu)；被還原物料出爐冷卻后，通過簡單的濕式打磨和濕式磁選就可以獲得tfe≥90％、回收率≥93％金屬鐵粉。
2、以往發(fā)明的半熔融狀態(tài)分離得到的粒鐵，強度極高，難以打磨成很細的粉末，并且其氣孔率較低；如果降低還原溫度，就無法實現(xiàn)渣鐵分離的還原要求，更無法還原獲得粒鐵；而本發(fā)明使用適合的還原窯爐和適合的還原溫度及專有的配方，才能獲得適合強度的粒鐵強度，粒鐵才能輕松打磨、分離出很高品質(zhì)的金屬細粉。
3、本發(fā)明還可以將磁選物進一步分離得到的金屬鐵粉和粒鐵混合，直接打磨至160～180目，在800-1200gs磁場強度下進行濕式磁選，得到tfe＞95％的高純金屬鐵粉和tfe＞85％的普通金屬鐵粉；將高純金屬鐵粉與其重量30-50％的鋼削金屬鐵粉等混合，將混料加熱到750℃，在模具內(nèi)經(jīng)一次熱壓后，置于石灰粉中緩冷4h，制得普通配重鐵塊制品(低端制品)。
4、本發(fā)明采用液壓機進行熱壓成型，制品的密度在6.9～7.8t/m3，可以熱壓成鋼坯、板坯、配重鐵或低強度的機械零部件制品；磁選分離出的磁選物不經(jīng)過進一步分離，直接打磨和濕式磁選得到的金屬鐵粉可用于制備機械強度要求較低的制品(低端制品)，如各種配重鐵塊及裝飾品、工藝品、logo、爐灶底盤、或如下水道井蓋、井漏、皮帶輪、軸承座及蓋、電機殼、低壓法蘭、耐磨球等(中端制品)。
一次成型后的熱壓制品，再進行二次加溫燒結(jié)，加熱溫度在750～900℃，再進行二次煅壓，煅壓密度達到7.8t/m3以上，可煅壓出鍛件機械零部件制品或特種鋼材制品。二次煅壓的機械零部件制品，可用于各種低壓閥體、聯(lián)軸器、齒輪、泵體、葉輪、機械曲軸甚至大型曲軸等機械強度較高的部件(中高端制品)；
二次熱壓的制品完全替代鑄鐵、鑄鋼機械部件，也無需采用沖天爐、化鐵爐、感應(yīng)爐等高污染爐具，進行熔融鑄造，最大限度的做到了節(jié)能環(huán)保降碳，比鑄鐵成本費用幾乎降低50％，比鑄鋼成本費用降低60％以上。
5、本發(fā)明制備的制品可替代絕大部分鑄鐵、鑄鋼機械部件毛坯，甚至也可替代熔融煉鋼法生產(chǎn)煅材或鋼坯、鋼錠、板坯等軋鋼材料；渣鐵分離還原后分離出粒鐵以外少量的金屬粉，經(jīng)打磨、濕式磁選獲得tfe85～90％的還原金屬鐵粉，可作為400～500高放氫量的化工金屬鐵粉使用。tfe95～98％高品質(zhì)粒鐵金屬鐵粉也可配加部分合金粉或非金屬粉，熱壓鍛造更高端的耐腐、耐磨、耐高溫、高強度的特鋼零部件制品或復合材料。
6、本發(fā)明顛覆了國際上傳統(tǒng)熔融冶煉鋼鐵和熔融鑄造的方法和工藝技術(shù)，開創(chuàng)出一種原料來源廣泛、工序簡單、操作簡單、成本低廉、節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟的固-固態(tài)冶煉鋼鐵及機械零部件制備并聯(lián)產(chǎn)化工金屬鐵粉的新方法，在國際上鋼鐵冶煉和鑄造領(lǐng)域樹起一座新的里程碑。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
進一步，步驟(1)中所述的粉狀鐵礦品位為tfe＞62％，助劑的配加量為粉狀鐵礦重量的1-3％，使得粉狀鐵礦堿度r為0.1-0.3。
進一步，步驟(1)中所述的粉狀鐵礦品位為tfe42-62％，助劑的配加量為粉狀鐵礦重量的3-12％，使得粉狀鐵礦堿度r為0.3-0.6。
進一步，所述的助劑按重量百分比包括：熟化石灰粉25-60％、螢石粉25-60％、玻璃粉15-30％、純堿0-5％和硼砂0-5％。
采用上述進一步方案的有益效果是，熟化石灰粉既是助劑也是粘結(jié)劑，使石灰粉和鐵礦粉顆粒充分結(jié)合一起，利于鐵礦粉顆粒進行渣鐵分離還原；本身也是脫硫劑，可以脫出大部分還原劑及鐵礦粉的硫份，
更進一步，所述的螢石粉中caf2≥88％，所述的玻璃粉熔點≤800℃。
進一步，所述的還原劑為無煙煤、煙煤、蘭炭或生物質(zhì)碳。
進一步，步驟(2)中所述的惰性氣體為氮氣或二氧化碳，所述的回轉(zhuǎn)窯為通體外加熱隔焰式回轉(zhuǎn)窯或煤基隔焰式回轉(zhuǎn)窯。
其中，所述的通體外加熱隔焰式回轉(zhuǎn)窯為本人專利號201510078928.6公開的一種通體外加熱隔焰式回轉(zhuǎn)窯；所述的煤基隔焰式回轉(zhuǎn)窯為本人專利號201620075171.5公開的一種煤基隔焰式回轉(zhuǎn)窯。
采用上述進一步方案的有益效果是，本發(fā)明使用的回轉(zhuǎn)窯可以采用任何鐵礦種還原生產(chǎn)還原鐵產(chǎn)品，入爐的鐵原料加工靈活(可以是顆粒料，也可以是粉狀料)，還原劑可任意選擇還原煤炭粒度和種類，還原劑配加方法靈活，物料受熱均勻，實現(xiàn)低溫度深度還原和渣鐵分離還原，還原速度快，可操作性強、節(jié)能減排環(huán)保、單條生產(chǎn)線產(chǎn)能大。
進一步，步驟(3)中所述的非磁性物為還原劑殘留物，作為還原劑循環(huán)使用。
進一步，步驟(3)中的磁選物分離方法為孔徑1.5mm振動篩或打磨磁選。
具體實施方式
以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
實施例1
一種粉狀鐵礦直接還原鐵熱壓配重鐵塊(低檔制品)的方法，步驟如下：
(1)取堿度r為0.116、細度為140-160目的湖南石門鮞狀赤鐵礦粉，加入赤鐵礦粉重量8％助劑混合潤磨，使其堿度r為0.45，再加入粒度為0-10mm、按照鐵礦粉重量30％、熱值28590kj/kg的無煙煤，混合10min；
其中，湖南石門鮞狀赤鐵礦粉的指標見表1，助劑配方見表2。
表1
表2
(2)在惰性氣體保護下，將步驟(1)的混料直徑￠219mm×22000mm的隔焰式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行渣鐵分離還原，在1080℃條件下還原2.5h，出料在煤粉保護下冷卻至150℃；
(3)將步驟(2)的出料在3200gs磁場強度下磁選分離出磁性物和非磁性物；將磁性物將磁性物進一步分離出金屬鐵粉和粒度為2-6mm、強度為2800-3200n/個的粒鐵，金屬鐵粉和粒鐵混合，直接打磨至160-180目，在800gs磁場強度下進行濕式磁選，得到高純金屬鐵粉和普通金屬鐵粉，普通金屬鐵粉作為優(yōu)質(zhì)化工金屬鐵粉使用，其指標見表3。
表3
(4)將步驟(3)的高純金屬鐵粉與其重量50％的鋼削金屬鐵粉(tfe98.88％、細度100～160目)混合，將50kg混合金屬鐵粉在1噸感應(yīng)爐內(nèi)采用電感應(yīng)加熱到750℃，迅速加入2000噸液壓機的模具內(nèi)，迅速將模具內(nèi)的金屬鐵粉刮平，一次熱壓，取出壓件，放入石灰粉中緩冷4h，取出，配重塊平整、無缺陷、呈銀灰色，檢測密度為7.78t/m3。
實施例2
一種粉狀鐵礦直接還原鐵熱壓機械零部件制品(中檔制品)的方法，步驟如下：
(1)取堿度r為0.02、細度為140-180目的鐵礦粉(選自遼寧省北票市某選礦廠)，按照加入鐵礦粉重量2.5％的助劑混合潤磨，使其堿度r為0.21，再加入粒度為0-10mm、熱值22990kj/kg、鐵礦粉重量40％的煙煤，混碾10min；助劑配方見表4。
表4
(2)在惰性氣體保護下，將步驟(1)的混料加入直徑￠219mm×22000mm的隔焰式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行渣鐵分離還原，在1050℃條件下還原2.8h，出料在煤粉保護下冷卻至150℃；
(3)將步驟(2)的出料在3200gs磁場強度下磁選分離出磁性物和非磁性物；將磁選物采用14目振動篩分離出金屬鐵粉和粒度為2-6mm、強度為2800-3200n/個的粒鐵；
(4)將步驟(3)的金屬鐵粉打磨至160～180目，經(jīng)濕式打磨后，在2200gs的磁場強度下進行濕式磁選，獲得tfe≥90％、ηfe≥93％、放氫量480的還原金屬鐵粉，經(jīng)200℃以下熱煙氣烘干，制得優(yōu)質(zhì)化工金屬鐵粉；
(5)將步驟(3)的粒鐵在800gs磁選強度進行打磨和濕式弱磁選，獲得細度200-325目粒鐵金屬鐵粉，加入粒鐵金屬鐵粉重量0.6％的硅鐵粉和粒鐵金屬鐵粉重量1.2％的錳鐵粉混合，得到混合金屬粉，其指標見表5；
表5
(6)將步驟(5)的混合金屬粉加熱到750℃，迅速加入1250噸液壓機的模具內(nèi)，迅速將模具內(nèi)的金屬鐵粉刮平，一次熱壓，取出壓件，再進行加熱、燒結(jié)到950℃，將熱壓塊，再次放入2000噸壓力機模具內(nèi)，煅壓一次，取出后再加熱到900℃調(diào)質(zhì)后，放入石灰粉中緩冷4h，取出，加工，機械部件制品無砂孔，光潔明亮、無缺陷檢測密度為7.8t/m3。
實施例3
一種粉狀鐵礦直接還原鐵熱壓煅軋材(中高檔制品)的方法，步驟如下：
(1)取堿度r為0.02、細度為140-180目的鐵礦粉(選自遼寧省北票市某選礦廠)，按照加入鐵礦粉重量3％的助劑混合潤磨，使其堿度r為0.26，再加入粒度為0-10mm、熱值22990kj/kg、按照鐵礦粉重量40％的煙煤，，混碾10min；助劑配方見表6。
表6
(2)在惰性氣體保護下，將步驟(1)的混料加入直徑￠219mm×22000mm的隔焰式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行渣鐵分離還原，在1050℃條件下還原2.8h，出料在煤粉保護下冷卻至150℃；
(3)將步驟(2)的出料在3200gs磁場強度下磁選分離出磁性物和非磁性物；將磁選物采用14目篩孔的振動篩分離出金屬鐵粉和粒度為2-6mm、強度為2800-3200n/個的粒鐵；
(4)將步驟(3)的金屬鐵粉打磨至160～180目，經(jīng)濕式打磨后，在2200gs的磁場強度下進行濕式磁選，獲得tfe≥90％、ηfe≥93％、放氫量480的還原金屬鐵粉，經(jīng)200℃以下熱煙氣烘干，制得優(yōu)質(zhì)化工金屬鐵粉；
(5)將步驟(3)的粒鐵在800gs磁選強度進行打磨和濕式弱磁選，獲得細度200-325目粒鐵金屬鐵粉，加入粒鐵金屬鐵粉重量0.5％的硅鐵粉和粒鐵金屬鐵粉重量0.9％的錳鐵粉混合，得到混合金屬粉，其指標見表7。
表7
(6)將步驟(5)的混合金屬粉加熱到750℃，迅速加入1250噸液壓機的模具內(nèi)，壓制成一個圓柱型，再采用空氣錘直接鍛打出直接￠25mm的棒材，放入石灰粉中緩冷4h，取出，加工成￠16mm的圓鋼試樣棒，經(jīng)檢測，其物理指標見表8。
表8
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。