2016国家技术发明奖推荐公示材料：铁矿粉复合造块法

推荐国家技术发明奖项目公示项目名称铁矿粉复合造块法推荐单位教育部项目简介：本项目属钢铁冶金领域，涉及高炉炼铁炉料的制备。铁矿造块是现代钢铁联合企业第一道工序，对钢铁生产具有重要影响。经过近百年发展，钢铁生产形成了烧结和球团两种造块方法和高碱度烧结矿配加酸性球团矿为主的炉料结构。我国造块生产中烧结占据支配地位，酸、碱炉料不平衡成为长期困扰我国钢铁企业的难题。新世纪以来，随着钢铁工业的快速发展，自产细粒铁精矿供应量迅速增加，远超过现有球团生产的处理能力。细粒铁精矿的高效利用和酸碱炉料不平衡成为新世纪来我国钢铁生产必须解决的紧迫问题。本项目突破铁矿造块现有生产模式的限制，创造性提出了复合造块的技术思想，并在国家杰出青年科学基金等项目的支持下，历时十年攻关研究，发明了铁矿粉复合造块法。主要技术发明点如下：1）构建了基体部分以铁酸钙液相固结成矿、球团部分以铁氧化物固相固结成矿、两者间的过渡区为液相渗入球团表层与铁氧化物交织成矿的复合成矿新模式。通过调控熔剂在球团料和基体料的分布，并创造同时满足球团料和基体料固结的热工条件，实现固相固结和液相固结的有机结合，形成了新的铁矿粉固结成矿理论，奠定了复合造块的成矿基础。2）确定了复合造块球团料和基体料的原料类型，形成了细粒铁精矿和各类难处理含铁资源优先作为球团原料，其他含铁原料、熔剂、燃料和返矿用作基体原料的分类原则；建立了球团料与基体料粒度间的相互匹配关系。实现了复合造块原料的优化配置，与烧结法相比，料层透气性提高30%，造块生产效率提高20%以上。3）建立了球团料在料层中的理想分布曲线，设计了优化的料层结构，发明了复合造块布料新方法，解决了传统布料方法存在的球团料过度偏析的问题，实现了球团料在料层中的合理分布，为最大限度利用料层蓄热确保产品固结、实现低能耗造块生产奠定了基础。优化条件下获得了固体燃料消耗较烧结法降低10%的优良效果。4）查明了复合造块料层的温度分布特性，建立了以高料层（700-1000mm）、低配碳量(4.0-4.5%)和低抽风负压(7-9kPa)为主要特征的复合造块焙烧工艺制度，为复合造块法的优质、高效和低能耗生产提供了坚实的热工保障。本方法突破了近百年来形成的高炉炼铁炉料由烧结和球团两套工艺生产的传统模式，实现了利用烧结机高效处理细粒含铁原料制备出性能优良的中低碱度造块产品。与烧结法相比，本方法提高生产率20%以上，节约固体燃耗10%以上，碳、氮、硫氧化物的排放明显下降。本方法还具有大幅提高难处理含铁资源利用率的优势，于2008年9月起在包钢应用，解决了困扰包钢数十年的炼铁生产炉料不平衡以及难处理自产精矿利用率低的问题，经济和社会效益十分显著。由教育部组织的专家鉴定认为本方法“是与烧结法、球团法并列的第三种造块方法，是炼铁炉料制备方法和工艺的重大创新，推动了我国炼铁科学技术的进步，整体技术处于国际领先水平”。共申请国家发明专利17项，已获授权10项。共发表学术论文27篇，培养各类人才190人。客观评价：(1)成果鉴定由教育部组织召开的以殷瑞钰院士、张寿荣院士为主任的“铁矿粉复合造块法”科技成果鉴定委员会专家一致认为：本成果“在国内外首次提出了复合造块的技术思想，发明了以原料分类、分流处理、联合焙烧、复合成矿为主要技术特征的炼铁炉料制备新方法——铁矿粉复合造块法，……，该成果创新性、实用性强，具有自主知识产权，是与烧结法、球团法并列的第三种造块方法，是炼铁炉料制备方法和工艺的重大创新，推动了我国炼铁科学技术的进步，整体技术处于国际领先水平。”(2)项目验收意见①国家杰出青年科学基金项目的验收结论：紧密结合我国铁矿资源难选冶矿多，共生矿多，利用困难等特点，抓住其中的关键点和难点，从实践应用考虑出发并紧密结合应用实际，完成了“铁矿粉复合造块的理论与新工艺”研究，并实现工业化，……。项目整体验收意见为“优秀”。②2013年本项目组与日照钢铁公司合作，开展了全钒钛磁铁精矿复合造块的试验研究。验收意见认为：通过查明钒钛磁铁精矿的主要物化性能、制粒性能、造球性能以及烧结性能，采用复合造块法，有效解决了钒钛磁铁精矿高效造块的难题，为高炉炼铁法大规模利用钒钛磁铁精矿提供了可靠的理论与技术依据，具有较高的理论和实际价值。同时，查明了钒钛烧结矿低温还原粉化严重的原因，揭示了钒钛磁铁精矿复合造块的固结机理和抑制低温还原粉化机理，具有较高学术价值，研究成果在钒钛磁铁矿制备优质炼铁炉料方面达到了国际领先水平。本研究为合理利用钒钛磁铁矿资源、促进钢铁工业的可持续发展提供了有力技术支撑，具有深远的社会影响。③2014-2015年本项目组与宝钢公司合作，开展了含铁粉尘复合造块特性研究。项目验收意见认为：……，本项目解决了烧结高配比使用含铁粉尘带来的生产和环保难题，实现了优质、高产、节能环保烧结，为宝钢高效环保利用铁区粉尘提供了理论和技术依据。推广应用情况：本成果于2008年4-8月份在包钢三烧车间265m2烧结机及5#高炉进行了工业试验，并于2008年9月份开始工业生产，在碱度为1.5~1.6的条件下，制备出冶金性能优良的复合造块产品，使高炉利用系数提高0.169t/m3•d，高炉生产中的矽石量由原来的25.87kg/t降低至13.6kg/t，综合焦比降低13.29kg/t，渣比降低37kg/t。随着包钢主东矿区的开发，巴润铁精矿产量大幅增加。由于该矿粒度超细、难烧结、难焙烧的特性，导致其在烧结、球团生产中的最大使用量不超过40%。鉴于复合造块法在三烧车间生产的成功实践及其产品在5#高炉的优良应用效果，包钢决定采用复合造块工艺处理巴润铁精矿，于2010年1月开始对四烧车间两台265m2烧结机进行改造，2011年1月转入工业生产，使自产巴润精矿的使用比例由40%提高到60%，进口澳矿使用比例降低了5%~6%，4#高炉和6#高炉使用复合造块产品后冶炼指标获得改善。为解决钢铁生产过程产生的含铁尘泥的利用问题，包钢自2015年1月起采用复合造块法，将所有含铁尘泥制备成球团料配入混合料中造块，实现了含铁尘泥的高效利用，并生产出优质的复合造块产品。复合造块工艺在包钢的应用，成功制备出冶金性能优良的中低碱度炉料，解决了包钢炼铁生产炉料不平衡的问题；大幅度提高了难处理自产巴润精矿的使用比例。此外，由于复合造块产品独特的结构和优良冶炼性能，使高炉生产时由于炉料偏析带来的炉况不顺等问题明显减少，高炉炼铁技术经济指标获得显著提高。该技术的推广应用，有力地推动了包钢炼铁生产技术的进步。此外，项目组还与宝钢、攀钢西昌、日钢、武钢、酒钢等企业合作开展了镜铁精矿、含铁粉尘、钒钛磁铁矿、高硅铁精矿等难造块含铁资源复合造块技术的试验研究，均获得了良好的指标。目前正与宝钢、攀钢西昌、酒钢、武钢商谈本成果的工业化应用事宜。主要知识产权证明目录：本项目实施过程中共申请国家发明专利17项，已获授权发明专利10项。已获授权国家发明专利清单如下：序号专利名称国家授权号授权日期主要发明人专利有效状态1铁矿粉复合造块工艺中国ZL200510032095.62009.09.09姜涛，李光辉，胡友明，张克诚等有效2一种铁矿粉复合造块的布料方法中国ZL200910303235.72011.02.02姜涛，李光辉，郭宇峰,杨永斌，等有效3一种高配比镜铁矿精矿的烧结方法中国ZL200910303234.22010.12.08李光辉，姜涛，李骞，张元波，等有效4一种铁矿石烧结混合料布料的方法中国ZL201210152045.12013.09.11李光辉，张元波，姜涛，张树辉等有效5一种全钒钛磁铁精矿制备高炉炼铁炉料的方法中国ZL201310047830.52014.07.30李光辉，姜涛，张元波，余正伟，等有效6一种抑制铁矿烧结矿低温还原粉化的方法中国ZL201310400501.42015.03.11姜涛，李光辉，张元波，余正伟，等有效7一种铁矿石中提取钾钠并同步制备炼铁炉料中国ZL201310340794.12014.09.24李光辉，姜涛，李骞，张元波，等有效8一种钢铁厂含铁尘泥的造块方法中国ZL201310047593.22015.05.20张元波李光辉姜涛黄柱成，等有效9一种由全赤铁精矿制备氧化球团矿的方法中国ZL201110364142.22013.07.31张元波，姜涛，李光辉，范晓慧，等有效10一种铁矿球团的制备工艺中国ZL201210420713.42013.11.06黄柱成，姜涛，范晓慧，李光辉，等有效主要完成人情况：1.姜涛，排名1，教授，中南大学，对技术发明点1、2、3、4均有重要贡献。是本项目的第一负责人，全面负责新技术的开发和产业化推广应用工作。提出了复合造块的技术思想，构建了复合造块的成矿模式，开发了复合造块的布料方法。是国家发明专利ZL200510032095.6、ZL200910303235.7和ZL201310400501.4的第一发明人。2.李光辉，排名2，教授，中南大学，对技术发明点1、2有重要贡献。开发出实现复合造块成矿的关键技术，建立了球团料和基体料的匹配关系。是国家发明专利ZL200910303234.2、ZL201210152045.1、ZL201310047830.5和ZL201310340794.1的第一发明人。3.张元波，排名3，副教授，中南大学，对技术发明点3、4有重要贡献。建立了球团料在料层中的理想分布曲线，查明了复合造块料层温度的分布特性。是发明专利ZL201110364142.2和ZL201310047593.2的第一发明人。4.李春龙，排名4，教授级高级工程师，包头钢铁（集团）有限责任公司。对技术发明点4有贡献。研究了含氟铁精矿复合造块的焙烧工艺制度，组织本成果在包钢公司工业应用过程中的工艺改造和生产调试，确保了本项目的顺利实施。5.范晓慧，排名5，教授，中南大学，对技术发明点4有贡献。研究了铁矿粉复合造块法的适宜焙烧工艺制度。是发明专利ZL201210152045.1、ZL201110364142.2、ZL201210420713.1、ZL201310302314.2的主要发明人之一。6.邬虎林，排名6，教授级高级工程师，包头钢铁（集团）有限责任公司。对技术发明点3有贡献。研究了含氟铁精矿球团料在料层中的分布特性，参与开发铁矿粉复合造块的布料方法，参加本项目工业应用过程中的设备改造、生产调试及工业化试验工作。是国家发明专利ZL200910303235.7的发明人之一。完成人合作关系说明：本项目主要由中南大学姜涛、李光辉、张元波、范晓慧，包头钢铁（集团）有限责任公司李春龙、邬虎林等人共同完成。第一完成人姜涛自1991年参加工作以来，一直从事铁矿造块领域的科学研究，项目组主要完成人范晓慧、李光辉、张元波分别于1996年、1999年、2003年加入研究团队，开展难造块铁矿制备优质炼铁炉料的基础与新技术研究。2004年开始，本团队开展了铁矿粉复合造块的可行性研究，并于2005年9月1日申请了本项目的第一个国家发明专利——铁矿粉复合造块工艺（ZL200510032095.6），在后续研究与应用过程中，持续开展铁矿复合造块的相关理论基础和关键技术研究，并获得系列国家发明专利授权。2006年6月，本项目负责人姜涛应时任包钢集团公司总工程师兼包钢技术中心主任李春龙和副主任邬虎林的邀请，前往该公司进行技术交流，探讨在该公司实施铁矿粉复合造块新技术的可行性，旨在解决高炉炼铁生产酸性炉料不足、自产细粒精矿难以大规模利用的问题。在李春龙总工的支持和推动下，2007年12月，包钢技术中心副主任邬虎林代表该公司与中南大学正式签订包钢含氟铁精矿复合造块试验研究技术开发合同。2008年1~4月，姜涛带领团队主要成员同时在中南大学和包头钢铁集团公司两地的实验室开展含氟铁精矿复合造块工艺验证试验，研究取得全面成功后，于2008年5~8月在包钢生产现场开展复合造块工业化试验。在工业化试验期间，李春龙组织和协调生产改造、设备调试和整个工业化试验；邬虎林作为现场工业试验的主要技术骨干和具体实施者，负责整个工业化试验方案的制定