CN104073632A - 一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团及其制备方法，其高炉氧化球团由铁料和粘结剂构成，粘结剂由干燥后轧钢油泥和膨润土组成，干燥后轧钢油泥占粘结剂总重量比的85%~90%，粘结剂占高炉氧化球团总重的6%~11%，将主要矿物为磁铁矿的铁料与干燥后的油泥和膨润土在强力混合机中均匀混合，加入水形成高炉氧化球团混合料；制备成生球及将生球预热焙烧后冷却成高炉氧化球团。本发明不仅减少了传统球团粘结剂的用量、而且还回收了油泥中的铁资源、提高了球团的品位；油泥中的油作为热源还降低了球团生产能耗；避免了用油泥配烧结矿导致混合料中的油干燥时油烟集中挥发对生产设备和环境的危害。
Description
技术领域
本发明属于冶金废弃物循环利用领域，尤其涉及一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团及其制备方法。
背景技术
钢铁企业每年产生大量的含铁尘泥，据相关文献报导每生产一吨钢材将产生10~15kg的尘泥，其中部分在企业内部循环利用，还有一部分因含有害成分需要处理后才能利用或堆存废弃，既浪费资源、又对环境造成污染。如轧钢和连铸时钢坯表面的氧化铁皮在机械力和水冲力的作用下会剥落，冲入地沟后汇入旋流井，较细的铁鳞最后被冲入平流沉淀池。沉淀池中的铁鳞因混入轧机油、齿轮油、液压油和辊道油而又被称为油泥。烘干后的含水含油油泥全铁含量达70%~72%，如一家大型钢铁厂铁品位较高的油泥年产量达3万吨。但对这种油泥因含有约33%~36%的水和约1%~3%的油份给生产过程造成困难，油份大量挥发会污染生产环境。如何回收油泥中的铁资源和避免油泥对环境的污染已引起生产企业的重视。
目前还没有较好的油泥利用方法，传统的油泥处理方法如下：（1）焙烧法：在竖炉或回转窑中进行焙烧，该方法虽然能得到可以使用的铁鳞，但要消耗大量的能源，生产过程中产生的油烟会对空气造成较重的二次污染；（2）蒸馏法：申请号为03206650.3的中国专利“一种处理轧钢含油铁鳞的设备系统”，用蒸馏的方法将油泥中的水分和油份蒸发出去，回收铁鳞和油份，但该方法要消耗大量的能源，处理成本较高；（3）萃取法：该方法采用化学药剂将铁鳞中的油萃取出来并分离回收，这种方法的主要缺陷在于需要外加药剂、增加成本，并易产生新的水污染；（4）作为烧结原料循环利用法：即将油泥中部分含油较少的油泥放在堆料场并淋去部分水分，配入烧结矿以提高烧结矿的品位，但该方法会造成堆料场环境污染，又不能使油泥得到全部利用，更存在油泥在疏松的烧结混合料中抽风时油烟冷凝挂风机叶轮而使风机失去动平衡和低闪点的油起火酿成火灾事故的隐患。
美国专利US4,326,883，“轧钢油泥的除油和烧结”介绍将含油轧钢铁鳞与生石灰粉混合造球、再经干燥、在专用的高温炉中焙烧除油后用作烧结原料。该方法虽然能避免轧钢油泥直接用作烧结原料对空气造成的污染，但需上复杂的油泥预处理设备，处理成本较高。
美国专利US5,885,328，“轧钢油泥的固结方法”介绍了用轧钢油泥不含油的铁鳞或含碳的高炉粉尘等加粘结剂作为原料，控制混合料的水分并造生球，生球干燥后在转底炉中制备金属化球团。该方法设备投资高、维护成本高，相应的处理成本也较高。
专利（US5964045）提出向回转窑中通入250℃热烟气对油泥进行干燥脱水，然后采用两段真空干燥设备在300℃条件下对油泥进行真空脱油。该方法容易使废油和水同时蒸发，造成废油粘结除尘器，影响除尘器运行和降低除尘效果；不能使脱水后的含油铁鳞直接得到利用，真空脱油使生产成本增加。
公开号为CN1579972A的中国专利，“轧钢含油铁鳞的处理方法及设备系统”报导将油泥用螺旋输送机送入外加热的圆盘式干燥器进行脱水，脱水后的含油铁鳞再被送入蒸馏装置进行脱油。该方法采用先脱水后脱油的方法，也不能使脱水后的含油铁鳞直接得到利用。
申请号为200920179132.X的中国专利：“实现轧钢油泥三相分离并回收氧化铁粉和回炼油的设备”介绍了用内有固定刮板的外加热转筒对轧钢油泥进行干燥，干燥后的油泥进入脱油塔继续脱油。该方法虽然利用了烧结厂的热烟气作为热源，但需制备专用的外加热转筒，而且还需配备脱油塔，不能使干燥后的油泥直接得到利用，生产成本较高。
综上所述，国内外还没有较好的成本低、不产生二次污染的轧钢油泥处理和资源化利用方法。
发明内容
本发明公开用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团及其制备方法，为轧钢油泥低成本无害化资源利用提供了新的技术路线。本发明巧妙地利用脱水干燥后含一定量的油和水的轧钢油泥作为粘结剂和含铁原料，将其与其它铁料等均匀混合、再造生球、生球经预热、焙烧、冷却，最终得到高品位的高炉氧化球团。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的一种高炉氧化球团，高炉氧化球团由铁料和粘结剂构成，其特征在于，粘结剂由干燥后轧钢油泥和膨润土组成，干燥后轧钢油泥占粘结剂总重量比的85%~90%，粘结剂占高炉氧化球团总重量的6%~11%。
（1）铁料：构成高炉球团混合料中，按重量百分比，铁料的TFe含量大于67%、FeO含量为25.9%~28.7%、SiO2含量小于8%，铁料粒度要求为小于0.074mm的颗粒大于80%。
（2）干燥后轧钢油泥的技术指标要求如下：TFe为68%~72.5%，小于0.074mm的粒度大于30%，含水率为5%~9%，含油率为1%~3%。
干燥后轧钢油泥：其作为构成高炉球团混合料的含铁原料之一，同时因为干燥后的油泥含一定水和油，利用其粘性可作为混合料造球的粘结剂。干燥后轧钢油泥含油的粒度比铁料的粒度要大一倍以上，粗颗粒更容易成核造球。
（3）膨润土：其作为高炉球团混合料造球的粘结剂，其技术指标要求如下：蒙脱石含量大于60%，2小时吸水率大于120%，膨胀容大于12mL/g，小于0.074mm的颗粒不小于99%，水分小于10%。本发明所用膨润土的成分如下：SiO2为65.9%，Al2O3为13.25%，CaO为2.14%，MgO为2.14%，Na2O为2.38%，K2O为0.4%，TFe为1.83%。
本发明提供的高炉氧化球团的制备方法如下：将主要矿物为磁铁矿的铁料与干燥后的油泥和膨润土在强力混合机中均匀混合，加入的水形成高炉氧化球团混合料。
（1）油泥脱水干燥
将轧钢油泥从沉淀池中捞出，淋水后进行脱水干燥，油泥的干燥方法，控制轧钢油泥的干燥温度为280~300℃，以使干燥后的油泥的含水量能与配制球团混合料的其它原料混合均匀为标准，干燥后油泥的含水率控制在5%~9%。也可以采用其它干燥方法对油泥进行干燥。
（2）配料：根据干燥后轧钢油泥、铁精矿粉和粘结剂膨润土的成分，配制高炉氧化球团混合料，使制备的高炉氧化球团的物化性能指标满足下列指标：
以上原料由圆盘给料机下到配料皮带，运至强力混合机混合均匀。
（3）生球制备：混合均匀的混合料在圆盘造球机上造球，生球经过筛分，生球质量要求如下：粒度在9~16mm生球大于80%，生球落下次数大于5次/球，生球抗压强度为15~20 N/球。
（4）生球预热焙烧冷却：生球在链篦机回转系统的预热干燥预热段烘干预热后进入焙烧区，1280~1300℃保温15~25min后进入冷却区。
生产的高炉氧化球团的主要化学成分的重量百分比满足以下条件：TFe≥66%，FeO≤1%。抗压强度≥2500N/球，粒度为9 ~16mm。
本发明的优点及效果在于，（1）用干燥后不脱油的油泥制备高炉氧化球团，节省了购买油泥专用脱油装置的设备投资和脱油费用；（2）用油泥作为粘结剂，油泥中铁鳞的成核作用和油的粘结作用，使得球团生产时所用膨润土等传统球团粘结剂的用量减少，提高了球团的品位；（3）使因含油而难以利用的轧钢油泥得到有效利用、回收了铁资源，降低了高品位高炉氧化球团的生产成本，实现了油泥在冶金企业内部短流程资源化利用；（5）油泥中的油作为热源降低了球团的生产能耗；（6）密实的球团干燥时只有少量的油份挥发，球团内部的油在球团高温焙烧时被烧掉，避免了用油泥配烧结矿导致混合料中的油干燥时油烟集中挥发对生产设备和环境的危害。本发明不仅减少了传统球团粘结剂的用量、而且还回收了油泥中的铁资源、提高了球团的品位；油泥中的油作为热源还降低了球团生产能耗；节省了上油泥专用脱油装置的设备投资和脱油费用；避免了用油泥配烧结矿导致混合料中的油干燥时油烟集中挥发对生产设备和环境的危害。
具体实施方式
本发明是由高炉氧化球团由铁料和粘结剂构成，粘结剂由干燥后轧钢油泥和膨润土组成，干燥后轧钢油泥占粘结剂总重量比的85%~90%，粘结剂占高炉氧化球团总重的6%~11%。
（1）铁料：其作为构成高炉球团混合料的的主要含铁原料，技术指标要求如下：铁料的TFe含量大于67%、FeO含量为25.9%~28.7%、SiO2含量小于8%，铁料粒度要求为小于0.074mm的颗粒大于80%。
（2）干燥后轧钢油泥：其作为构成高炉球团混合料的含铁原料之一，同时因为干燥后的油泥含一定水和油，利用其粘性可作为混合料造球的粘结剂。干燥后轧钢油泥含油的粒度比铁料的粒度要大一倍以上，粗颗粒更容易成核造球。
干燥后轧钢油泥的技术指标要求如下：TFe为68%~72.5%，小于0.074mm的粒度大于30%，含水率为5%~9%，含油率为1%~3%。
（3）膨润土：其作为高炉球团混合料造球的粘结剂，其技术指标要求如下：蒙脱石含量大于60%，2小时吸水率大于120%，膨胀容大于12mL/g，小于0.074mm的颗粒不小于99%，水分小于10%。本发明所用膨润土的成分如下：SiO2为65.9%，Al2O3为13.25%，CaO为2.14%，MgO为2.14%，Na2O为2.38%，K2O为0.4%，TFe为1.83%。
上述原料生产高炉氧化球团物化性能技术指标如表1所示。
表1 油泥制备的高炉氧化球团物化性能技术指标
生产球团混合料原料的成分如表2所示，详见实施例。
表2 高炉氧化球团的原料成分（wt%）
本发明提供的高炉氧化球团制备方法是：将主要矿物为磁铁矿的铁料与干燥后的油泥和膨润土在强力混合机中均匀混合，加入一定量的水形成高炉氧化球团混合料。
（1）油泥脱水干燥
将轧钢油泥从沉淀池中捞出，淋水后进行脱水干燥，油泥的干燥方法，控制轧钢油泥的干燥温度为280~300℃，以使干燥后的油泥的含水量能与配制球团混合料的其它原料混合均匀为标准，干燥后油泥的含水率控制在5%~9%，也可以采用其它干燥方法对油泥进行干燥；
（2）配料：根据干燥后轧钢油泥、铁料和粘结剂膨润土的成分，配制高炉氧化球团混合料，使制备的高炉氧化球团的物化性能指标满足。
以上原料由圆盘给料机下到配料皮带，运至强力混合机混合均匀。
（3）生球制备：混合均匀的混合料在圆盘造球机上造球，生球经过筛分，生球质量要求如下：粒度在9~16mm生球大于80%，生球落下次数大于5次/球，生球抗压强度为15~20 N/球。
（4）生球预热焙烧冷却：生球在链篦机回转系统的预热干燥预热段烘干预热后进入焙烧区，1280℃保温15min后进入冷却区。生产的高炉氧化球团的主要化学成分的重量百分比满足以下条件：TFe≥66%，FeO≤1%。抗压强度≥2500N/球，粒度为9 ~16mm。
成球机理：细颗粒料打水后在机械力、毛细力、摩擦力和分子力的作用下，颗粒成核、长大密实，较粗的油泥更有利于成核、油份还有一定的粘结作用。
如油泥中全铁含量达72%，FeO含量达60%，球团烧结氧化机理同磁铁矿粉烧结。即在氧化气氛中，从200℃~300℃开始磁铁矿颗粒表明和裂缝处先被氧化，温度升至800℃时颗粒表明基本被氧化成Fe2O3，晶格转变时原子在比邻的颗粒间迁移，从而形成微晶连接键连接；继续升温则氧化过程沿球面向球心推进，一方面磁铁矿继续氧化，另一方面赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大，颗粒间空隙变园，气孔率下降，球体体积收缩，球内颗粒连接成致密的整体，球的强度大大提高。
磁铁矿中含有一定量的SiO2，1000℃左右产生部分2FeO·SiO2并产生部分液相，液相的形成也促进烧结。球团表面油泥中的油份约在400℃~500℃挥发，而球团内部的油份随温度的升高被燃烧，碳与氧气反应放热也利于球团烧结。
球团氧化机理如式（1）和式（2）所示。
4Fe3O4+O2=6γ-Fe2O3 （1）
γ-Fe2O3=α-Fe2O3 （2）
Fe3O4被氧化为γ-Fe2O3，γ-Fe2O3再相变为α-Fe2O3。
下面介绍几个本发明的最佳实施例。
实施例1
轧钢油泥被装入油泥料仓，料仓中的油泥经下料器送入螺旋输送机，由螺旋输送机送入强力混合机的入料口，粘性油泥被强力混合机的刮刀式桨叶沿强力混合机内筒壁推进。外热加热强力混合机外筒壁，受热的外筒
壁将热量传给内筒壁，内筒壁加热被刮刀式桨叶翻起落下并被向出料端推进的油泥，控制内筒壁温度为280~300℃，该温度低于油泥中的油的沸点、使其基本不挥发，而水分被蒸发形成蒸汽，蒸汽出口温度控制在120~130℃，蒸汽出口处有冷凝器回收水分，不影响环境。通过以上过程使油泥被均匀连续干燥。干燥后油泥的含水率为5%，含油率为3%。
将以上干燥后的油泥与表2中的铁料1、铁料2和膨润土配制球团混合料，各原料的成分如表2所示，高炉氧化球团混合料配料方案如表3所示。
表3 高炉氧化球团混合料配料方案（wt%）
以上干料外加混合料重量1.0%的膨润土混合均匀，加适量的水并在成球盘上造球，生球的性能如下：水分为9%，0.5m高生球落下次数为5次，抗压强度为13.3N。105℃干燥3h后干球抗压强度为33.3N。干球经950℃预热15min、1280℃焙烧15min后自然冷却得到成品球，其成分如表4所示。
表4 高炉氧化球团成品球主要成分（wt%）
成品球抗压强度为3.55kN/球，粒度为9~16mm。
实施例2
将轧钢油泥从沉淀池中捞出，淋水后进行脱水干燥，不论采用何种干燥方式，以能使干燥后的油泥的含水量以其能与配制球团混合料的其它原料能够混合均匀为标准，如干燥后油泥的含水率控制9%。各原料的成分如表2所示，高炉氧化球团混合料配料方案如表5所示。
表5 高炉氧化球团混合料配料方案（wt%）
以上干料外加混合料重量1.1%的膨润土混合均匀，加适量的水并在成球盘上造球，生球的性能如下：水分为8%，0.5m高生球落下次数为5次，抗压强度为13.5N。105℃干燥3h后干球抗压强度为35.6N。干球经950℃预热15min、1280℃焙烧15min后自然冷却得到成品球，其成分如表6所示。
表6 高炉氧化球团成品球主要成分（wt%）
成品球抗压强度为3.66KN/球，粒度为9~16mm。
实施例3
将轧钢油泥从沉淀池中捞出，淋水后进行脱水干燥，干燥后油泥的含水率为8%。各原料的成分如表2所示，高炉氧化球团混合料配料方案如表7所示。
表7高炉氧化球团混合料配料方案（wt%）
以上干料外加混合料重量1.1%的膨润土混合均匀，加适量的水并在成球盘上造球，生球的性能如下：水分为8%，0.5m高生球落下次数为5次，抗压强度为13N。105℃干燥3h后干球抗压强度为34N。干球经950℃预热15min、1280℃焙烧15min后自然冷却得到成品球，其成分如表8所示。
表8 高炉氧化球团成品球主要成分（wt%）
成品球抗压强度为3.60KN/球，粒度为9~16mm。
Claims (5)
1.一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团，高炉氧化球团由铁料和粘结剂构成，其特征在于，粘结剂由干燥后轧钢油泥和膨润土组成，干燥后轧钢油泥占粘结剂总重量比的85%~90%，粘结剂占高炉氧化球团总重的6%~11%。
2.根据权利要求1所述的一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团，其特征在于，所述铁料的TFe含量大于67%、FeO含量为25.9%~28.7%、SiO2含量小于8%，铁料粒度要求为小于0.074mm的颗粒大于80%。
3.根据权利要求1所述的一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团，其特征在于，所述干燥后轧钢油泥的技术指标要求如下：TFe为68%~72.5%，小于0.074mm的粒度大于30%，含水率为5%~9%，含油率为1%~3%。
4.根据权利要求1所述的一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团，其特征在于，所述膨润土的成分如下：SiO2为65.9%，Al2O3为13.25%，CaO为2.14%，MgO为2.14%，Na2O为2.38%，K2O为0.4%，TFe为1.83%，蒙脱石含量大于60%，2小时吸水率大于120%，膨胀容大于12mL/g，小于0.074mm的颗粒不小于99%，水分小于10%。
5.如权利要求1所述的一种用轧钢油泥作粘结剂的高炉氧化球团的制造方法，其特征在于：将主要矿物为磁铁矿的铁料与干燥后的油泥和膨润土在强力混合机中均匀混合，加入水形成高炉氧化球团混合料；具体步骤如下：
（1）油泥脱水干燥
将轧钢油泥从沉淀池中捞出，淋水后进行脱水干燥，控制轧钢油泥的干燥温度为280~300℃，干燥后油泥的含水率控制在5%~9%；
（2）配料：按比例将干燥后轧钢油泥、铁料和粘结剂膨润土配制，由圆盘给料机下到配料皮带，运至强力混合机混合均匀；
（3）生球制备：混合均匀的混合料在圆盘造球机上造球，生球经过筛分，生球质量要求如下：粒度在9~16mm的生球大于80%，生球落下次数大于5次/球，生球抗压强度为15~20 N/球；
（4）生球预热焙烧冷却：生球在链篦机回转系统的预热干燥预热段烘干预热后进入焙烧区，焙烧至1280~1300℃，保温15~20min后进入冷却区。
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