一种用于3D打印造球的含铁混合料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印造球的含铁混合料及其制备方法和用途。本发明专利技术将铁矿球团造球技术与3D打印成型技术相结合；通过对造球用含铁混合料配方的优化，提升了3D打印造球技术的可行性、适用性和推广性；利用3D打印造球技术的精确性、同步性与统一性，可获取稳定优质的球团成品矿。本发明专利技术提出的制备方法简易方便，利于工程化推广应用。考虑未来冶金领域智能球团和精准造球技术的发展，本发明专利技术的推广具有良好的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印造球的含铁混合料及其制备方法和用途
本专利技术涉及3D打印造球技术，具体涉及一种用于3D打印造球的含铁混合料及其制备方法和用途；属于3D打印冶金造球

技术介绍
进入21世纪以来，3D打印技术已广泛应用于医疗、建筑和制造等领域，以经过特殊处理的原料作为3D打印机的“油墨”，通过电脑程序的精确控制，打印出不同结构和形状的构筑物。3D打印技术在高温、高压及富粉尘等恶劣环境下的施工生产具有显著的优势。全流程的电脑控制和机械化生产，实现了生产的高效性和精确性，是未来冶金行业批量造粒领域的发展趋势之一。钢铁作为工业化进程中不可替代的结构性、功能性材料，其消耗量在相当长时间内占据金属总消耗量的95％以上，球团制备是生产钢铁的前期主要工序之一，我国2018年球团产量已达1.4亿吨左右，在国民经济中占有重要的地位。大部分球团厂的规模效应显著，比如2018年湛江钢铁厂、包头钢铁厂、首钢京唐钢铁厂球团年产量分别为443、406、354万吨。但是，由于球团制备过程中存在粒度不均匀、强度差、粉料多等不足，在后续的回转窑焙烧中容易出现结圈及成品球强度差等问题，导致生产不顺与产品不合格。而3D打印技术采用精细的电脑控制程序，可实现造球工序的统一性、精确性；同时3D成型过程的挤压力大于造球圆盘的作用应力，可进一步提高生球的强度，增加球团生产的稳定性。因此，有必要开发一种用于3D打印造球的含铁混合料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种用于3D打印造球的含铁混合料及其制备方法和用途，将3D打印成型技术与铁矿造球技术相结合，为含铁混合料的成型应用提供新的技术途径，同时含铁混合料的高细度、高弹性、高活性，以及优良的吸水保水性可满足3D打印成型技术的原料要求，并保证打印出的生球具有优异的强度和热稳定性。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案具体如下：根据本专利技术的第一种实施方案，提供一种用于3D打印造球的含铁混合料，该含铁混合料包含以下组分：铁精矿、粘结剂、二氧化钛、五氧化二钒、纤维和水。作为优选，该含铁混合料中各组分的含量为：铁精矿：70-150重量份，优选为80-140重量份，更优选为90-120重量份。粘结剂：0.1-10重量份，优选为0.3-8重量份，更优选为0.5-5重量份。二氧化钛：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1重量份。五氧化二钒：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1重量份。纤维：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1重量份。水：1-40重量份，优选为2-30重量份，更优选为3-20重量份。作为优选，所述铁精矿选自赤铁矿、磁铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿中的一种或多种。优选为赤铁矿和/或磁铁矿。作为优选，铁精矿的粒径为其粒径为0-0.5mm，优选为0.01-0.2mm，更优选为0.05-0.1mm。作为优选，所述粘结剂为膨润土、水玻璃、消石灰、腐殖酸钠、有机复合粘结剂中的一种或多种。作为优选，粘结剂的粒径为0-0.3mm，优选为0.01-0.2mm，更优选为0.03-0.1mm。作为优选，所述二氧化钛为纳米级二氧化钛。作为优选，所述纳米级二氧化钛的粒径小于500nm，优选为小于400nm，更优选为小于300nm。作为优选，所述五氧化二钒为微米级五氧化二钒。作为优选，所述微米级五氧化二钒的粒径小于80μm，优选为小于60μm，更优选为小于40μm。作为优选，所述纤维为聚乙烯纤维和/或聚氨酯纤维，优选所述聚乙烯纤维为高弹模聚乙烯纤维。所述聚氨酯纤维为聚醚型和/或聚酯型弹性纤维。作为优选，所述聚乙烯纤维的长度为0.1-100mm，优选为0.5-80mm，更优选为1-50mm。作为优选，所述聚乙烯纤维的弹性模量为50-200N/tex，优选为80-1800N/tex，更优选为100-150N/tex。作为优选，所述聚氨酯纤维的弹性伸长为400-700％，优选为450-650％，更优选为500-600％。作为优选，所述聚氨酯纤维的弹性回复率为≥90％，优选为≥95％，更优选为≥98％。作为优选，所述聚氨酯纤维的断裂强度为1-30cN/dtex，优选为3-25cN/dtex，更优选为5-20cN/dtex。作为优选，所述铁精矿的含水率小于10％，优选为小于8％，更优选为小于6％。根据本专利技术的第二种实施方案，提供一种用于3D打印造球的含铁混合料的制备方法或制备第一种实施方案所述含铁混合料的方法，该方法包括以下步骤：(1)按重量比例，将铁精矿、粘结剂、二氧化钛、五氧化二钒混合，进行第一次搅拌，获得预混合料。(2)将水加入到步骤(1)中的预混合料中，进行第二次搅拌；搅拌过程中加入纤维，获得用于3D打印造球的含铁混合料。作为优选，步骤(1)中还加入水。步骤(1)中加入水的重量为含铁混合料中加入水总重量的5-90％，优选为8-60％，更优选为10-30％。剩余的水在步骤(2)中加入。作为优选，步骤(2)中纤维的加入为分批次加入，具体为：加入第一批次纤维，搅拌。加入第二次纤维，搅拌；……加入第n次纤维，搅拌。作为优选，n为2-30，优选为3-20，更优选为4-10。根据本专利技术的第三种实施方案，提供一种第一种实施方案所述含铁混合料或第二种实施方案所述方法制备的含铁混合料，将所述含铁混合料用于铁矿的3D打印造球。根据本专利技术的第三种实施方案，提供一种铁矿球团的制备方法，将第一种实施方案所述含铁混合料或第二种实施方案所述方法制备的含铁混合料通过3D打印机打印成型后，获得铁矿球团。在本专利技术中，控制铁矿粉的含水量(所述铁矿粉含水量≤10％，优选为铁矿粉含水量≤8％，更优选为铁矿粉含水量≤6％)。同时控制所述粘结剂、二氧化钛、五氧化二钒和纤维等为完全干燥状态，其目的和作用是：由于球团第一个混合机的主要功能是混合，为了满足3D打印的要求，添加物较多，其对混合工序的要求更高，物料在低水分状态下经混合机不停转动，混合效果更佳。在本专利技术中，采用纳米级二氧化钛是由于二氧化钛具表面超亲水性，粘附力强，可增加球团混合料的整体粘合力，提高物料的拉伸强度，降低断裂伸长率，使球团混合料更好地成为合格的3D打印原料。在本专利技术中，采用微米级五氧化二钒是由于五氧化二钒可与球团混合料中的钙、镁元素及水发生反应，形成稳定的胶体溶液，增加球团混合料的整体粘合力，使其更符合3D打印原料的要求。在本专利技术中，纤维可以是聚氨酯纤维或聚乙烯纤维，其中聚氨酯弹性纤维优选为聚醚型和/或聚酯型弹性纤维。所述聚乙烯纤维优选为高弹模聚乙烯纤维。作为优选，当所述纤维为聚乙烯纤维时，其长度为0.1-100mm，优选为0.5-80mm，更优选为1-50mm。聚乙烯纤维的弹性模量为50-200N/tex，优选为80-1800N/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印造球的含铁混合料，其特征在于：该含铁混合料包含以下组分：铁精矿、粘结剂、二氧化钛、五氧化二钒、纤维和水。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印造球的含铁混合料，其特征在于：该含铁混合料包含以下组分：铁精矿、粘结剂、二氧化钛、五氧化二钒、纤维和水。


2.根据权利要求1所述的含铁混合料，其特征在于：该含铁混合料中各组分的含量为：
铁精矿：70-150重量份，优选为80-140重量份，更优选为90-120重量份；
粘结剂：0.1-10重量份，优选为0.3-8重量份，更优选为0.5-5重量份；
二氧化钛：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1重量份；
五氧化二钒：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1重量份；
纤维：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1重量份；
水：1-40重量份，优选为2-30重量份，更优选为3-20重量份。


3.根据权利要求1或2所述的含铁混合料，其特征在于：所述铁精矿选自赤铁矿、磁铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿中的一种或多种，优选为赤铁矿和/或磁铁矿；其粒径为0-0.5mm，优选为0.01-0.2mm，更优选为0.05-0.1mm；所述粘结剂为膨润土、水玻璃、消石灰、腐殖酸钠、有机复合粘结剂中的一种或多种；作为优选，粘结剂的粒径为0-0.3mm，优选为0.01-0.2mm，更优选为0.03-0.1mm。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的含铁混合料，其特征在于：所述二氧化钛为纳米级二氧化钛；作为优选，二氧化钛的粒径小于500nm，优选为小于400nm，更优选为小于300nm；和/或
所述五氧化二钒为微米级五氧化二钒；作为优选，五氧化二钒的粒径小于80μm，优选为小于60μm，更优选为小于40μm。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的含铁混合料，其特征在于：所述纤维为聚乙烯纤维和/或聚氨酯纤维，优选聚乙烯纤维为高弹模聚乙烯纤维；聚氨酯纤维为聚醚型和/或聚酯型弹性纤维；作为优选，聚乙烯纤维的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，魏进超，杨本涛，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43