CN104152679A - 一种超声场烧结台车及超声波强化铁矿粉烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声场烧结台车及超声波强化铁矿粉烧结方法，该超声场烧结台车能够在其车架两侧的栏板之间形成超声场，用于在铁矿烧结过程中对料球进行超声波强化烧结；该超声波强化铁矿粉烧结方法能够提升铁矿粉烧结效果，减少燃料的消耗，有助于降低烧结生产成本，帮助企业的节能减排和提高效益，该并且超声波强化铁矿粉烧结方法可以提高铁矿粉的液相生成能力，使得烧结矿的成品率、强度提高，达到改善烧结矿冶金性能的目的，适合应用于低品位铁矿粉的烧结，对后续的高炉冶炼有很大的帮助，从而有效解决了低品位铁矿粉的烧结矿产品的冶金性能不足、耗能较高、不利于企业节能减排和降低成本的问题。

Description

一种超声场烧结台车及超声波强化铁矿粉烧结方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术以及环保节能技术领域，尤其涉及一种超声场烧结台车及超声波强化铁矿粉烧结方法。

背景技术

钢铁冶金中，铁矿粉烧结是将细粒含铁物料与燃料、熔剂按一定比例混合，再加水润湿、混合和制粒成为烧结料、铺于烧结机台车上，通过点火、抽风，借助燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化，生成部分低熔点物质，并软化熔融产生一定数量的液相，将铁矿物颗粒粘结起来，冷却后即成为具有良好性能的烧结矿。该过程中，铁矿粉烧结成矿机理包括固相反应、液相形成及其冷凝结晶三个过程。固相反应是指烧结混合料某些组分在烧结过程中被加热到熔融之前发生反应，生成新的低熔点的化合物或共熔体的过程。固相反应是液相生成的基础，其反应机理是离子扩散。由于固相反应产生了某些低熔点物质，当烧结料加热到一定温度时，这些新生的低熔点物质之间，以及低熔点物质与原烧结料的各组分之间还会进一步发生反应，生成低熔点化合物或共熔体，使得在较低的烧结温度下发生软化熔融，生成部分液相，成为烧结料固结的基础。而液相数量及性质如何，将在较大程度上决定着烧结矿的矿物组成和构造，从而影响烧结矿质量。因此提高铁矿粉的液相生成能力，对钢铁企业而言变得尤为重要。

我国绝大多数大型钢铁联合企业生产所需的铁矿石主要依靠进口。目前，随着优质铁矿石资源的不断减少和进口铁矿石价格的上涨。原料成本在各钢铁企业中所占的比例越来越高。虽然我国铁矿石资源丰富，但由于我国铁矿石品位低，氧化矿、多金属伴生矿多，难选矿多，绝大数铁矿石需经复杂磨选工艺处理，我国的铁矿生产企业的主产品是细粒铁精矿。然而，低品位铁矿石中杂质含量高，在烧结过程中产生的液相较少，往往需要增加配碳量、提升烧结温度来增加液相量，提升烧结效果；但是这种烧结方式对铁矿粉的烧结效果提升有限，烧结矿产品的冶金性能不足，并且燃料消耗较大，能耗较高，成本也相应增加，使得企业面临加大的节能减排和生产成本压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波强化铁矿粉烧结方法，用以提升铁矿粉烧结效果，减少燃料的消耗，提高铁矿粉的液相生成能力，进而提高烧结矿产品的冶金性能，以解决低品位铁矿粉的烧结矿产品的冶金性能不足、耗能较高、不利于企业节能减排和降低成本的问题。

要解决上述问题，现有技术中还缺乏能够用于直接应用于该超声波强化铁矿粉烧结方法的超声波相关设备，因此，本发明还提供了一种改造获得的超声场烧结台车，应用于超声波强化铁矿粉烧结方法中。为了实现该目的，本发明采用了如下的超声场烧结台车技术方案：

一种超声场烧结台车，包括车架，设置于车架两侧的栏板和车轮，以及由下至上依次设置在车架上的隔热垫和蓖条；所述车架两侧的栏板的外侧面上均固定安装有超声波发生装置，且两侧的超声波发生装置的超声波换能器相对设置。

为了解决上述的技术问题，本发明采用了如下的超声波强化铁矿粉烧结方法技术方案：

一种超声波强化铁矿粉烧结方法，包括如下步骤：

1）将62~64重量份铁矿粉、10~11重量份熔剂、4~5重量份焦粉、20~21重量份返矿以及0~2重量份炼钢所产生的钢渣组成的混合料加入圆筒混合机，再按所述混合料总重量的7%加水进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿；

2）在如权利要求1所述的超声场烧结台车上铺设厚度为20~25mm的铺底料；所述铺底料，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm之间的烧结矿作为铺底料其目的是保护炉蓖，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉蓖粘料；

3）采用圆辊布料机将所述混合料球均匀布设在超声场烧结台车上的铺底料上；

    4）点火烧结，在点火温度为1000℃~1100℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压8~10kpa的条件下进行抽风烧结，在烧结过程中，在混合料球温度达到800℃时开始，启动烧结台车上的超声波发生装置，让混合料球在超声场中进行强化烧结，并检测烧结废气的升温情况，直至烧结废气的温度不再升高而开始降低时关闭超声波发生装置，烧结结束，得到烧结矿；

5）将前一步得到的烧结矿进行热破碎处理，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm；然后冷却至室温，再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后铁矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm之间的烧结矿作为此后铁矿粉烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的炼铁流程。

上述的超声波强化铁矿粉烧结方法中，作为优选方案，所述熔剂为生石灰、白云石、蛇纹石中的一种或几种的混合物。

上述的超声波强化铁矿粉烧结方法中，作为优选方案，所述步骤1中，所述混合料中粒度小于5mm的颗粒占69%~71%。

上述的超声波强化铁矿粉烧结方法中，作为优选方案，所述步骤1中，组成混合料的比例优选为63重量份铁矿粉、11重量份熔剂、4重量份焦粉、20重量份返矿和2重量份钢渣。

上述的超声波强化铁矿粉烧结方法中，作为优选方案，所述步骤5中，烧结矿进行热破碎处理后，采用烧结机台车抽风冷却至室温。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的超声场烧结台车，在其车架两侧的栏板的外侧面上均固定安装有超声波发生装置，且两侧的超声波发生装置的超声波换能器相对设置，当两侧的超声波发生装置启动后，能够在超声场烧结台车车架两侧的栏板之间形成超声场，能够用于在铁矿烧结过程中对料球进行超声波强化烧结。

2、本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法，在烧结过程中使用超声波处理可以减少燃料添加量，能耗降低，对于企业的节能减排和提高效益具有很大的帮助。

3、本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法，能够提高烧结矿中的液相生成量，使得烧结矿的成品率、强度提高，改善烧结矿的冶金性能，特别适合应用于低品位铁矿粉的烧结。

4、本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法适用于低品位的铁矿粉烧结，可以使铁矿粉烧结更容易，降低企业成本，同时原烧结工艺流程不变，只需在烧结台车添加超声波设备，该装置安装简单，易于操作。

附图说明

图1为本发明超声波强化铁矿粉烧结方法的流程图。

具体实施方式

针对现有铁矿粉烧结耗能较高，不利于企业节能减排和降低成本的问题，本发明提供了一种超声场烧结台车，同时运用该超声场烧结台车提供了一种超声波强化铁矿粉烧结方法。

本发明超声场烧结台车的主要结构与现有技术中普通烧结台车相似，包括车架，设置于车架两侧的栏板和车轮，以及由下至上依次设置在车架上的隔热垫和蓖条。但不同的是，该超声场烧结台车车架两侧的栏板的外侧面上均固定安装有超声波发生装置，且两侧的超声波发生装置的超声波换能器相对设置；当两侧的超声波发生装置启动后，其超声波换能器发射的超声波能够穿透栏板，在超声场烧结台车车架两侧的栏板之间形成超声场，从而能够用于在铁矿烧结过程中对料球进行超声波强化烧结。

本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法流程如图1所示，具体包括如下步骤：

1）将62~64重量份铁矿粉、10~11重量份熔剂、4~5重量份焦粉、20~21重量份返矿以及0~2重量份炼钢所产生的钢渣组成的混合料加入圆筒混合机，再按所述混合料总重量的7%加水进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿。其中，熔剂可以选用生石灰、白云石、蛇纹石中的一种，或者其几种所构成的混合物，因为生石灰、白云石、蛇纹石烧结后的主要渣系成分为氧化钙（CaO）、二氧化硅（SiO₂）、氧化镁（MgO）等，与铁矿粉烧结后的渣系成分相近，不会增加铁矿粉烧结以及炼铁生产的后续冶炼排渣工序。同时，混合料中粒度小于5mm的颗粒最好能够占到69%~71%；因为制粒过程中粒度小于5mm的颗粒可以作为核子或形核颗粒以帮助制粒，而粒度大于5mm的颗粒既难以作为形核颗粒，也不能粘附到形核颗粒上，对于制粒过程不利；混合料中粒度小于5mm的颗粒占到69%~71%，既能够保证制粒效果，又避免了过分要求混合料粒度细化而造成粉碎加工成本增加的问题，帮助降低成本。

2）在如权利要求1所述的超声场烧结台车上铺设厚度为20~25mm的铺底料；所述铺底料，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm之间的烧结矿作为铺底料。采用铺底料铺设在超声场烧结台车上，目的是避免烧结料粘在超声场烧结台车的蓖条上减少抽风面积，减少、甚至消除蓖条粘料，对蓖条起到保护作用，另一方面也阻挡细颗粒随废气进入除尘风机的风箱，降低除尘风机的负荷，从而延长烧结台车和除尘风机的寿命。

3）采用圆辊布料机将所述混合料球均匀布设在超声场烧结台车上的铺底料上。铺设混合料球，要求混合料球在烧结台车上的铺底料平台均匀分布，铺设平整，并且混合料球之间间隙均匀，确保烧结效果，因此采用圆辊布料机进行混合料球的铺料，以确保铺料效果。

4）点火烧结，在点火温度为1000℃~1100℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压8~10kpa的条件下进行抽风烧结，在烧结过程中，在混合料球温度达到800℃时开始，启动烧结台车上的超声波发生装置，让混合料球在超声场中进行强化烧结，并检测烧结废气的升温情况，直至烧结废气的温度不再升高而开始降低时，此时表明混合料球中的燃料已经被完全消耗，因此关闭超声波发生装置，烧结结束，得到烧结矿。

5）将前一步得到的烧结矿进行热破碎处理，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm；然后冷却至室温，再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后铁矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm之间的烧结矿作为此后铁矿粉烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的炼铁流程。该步骤中，在烧结矿进行热破碎处理后，可以直接采用烧结机台车抽风冷却至室温，这样即可以提升冷却处理效率又无需增加其它的冷却设备，节省成本。

通过本发明超声波强化铁矿粉烧结方法的流程，可以看到，针对国内铁矿粉烧结生产的烧结矿存在的品位低、产生液相能力差的问题，本发明在传统的烧结工艺基础上，采用特殊的烧结工艺，在烧结过程中加入超声波强化烧结混合料球，从而将提高铁矿粉与氧化钙的同化性能，使得混合料之间的界面振动增强，强化了烧结液相生成的动力学，促使烧结料烧结过程中在相对较低的温度下（1000℃~1100℃）能够产生较多的液相，从而在保证烧结矿质量的前提下可以适当减少配碳，节省能耗，降低烧结成本；此外经过烧结处理得到的烧结矿进行热破碎处理冷却至室温后少分得到返矿和铺底料，其冷却处理采用烧结机台车抽风冷却（生产工艺中就是抽风冷却，得到的热空气可以循环利用），这样即可以提升冷却处理效率又无需增加其它的冷却设备，节省成本，而破碎后要求烧结矿粒径小于或等于40mm，使其符合后续不锈钢生产加工（例如电炉加工）过程对原料粒度的要求；其中，粒径小于5mm的烧结矿作返矿用于下次烧结，因为粒径小于5mm的返矿粒径过小而不利于后续炼铁生产流程，但其表面粗糙，可作为行核颗粒与铬铁矿粉矿相互粘附长大，能够有效利用资源同时对铁矿制粒有一定改善作用；而在烧结矿产品中，又可以取一部分粒径为10~25mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的铺底料，铺底料的铺设厚度为20~25mm，用以减少篦条烧坏的比率，保证抽风量和通风效果，避免烧结料粘在蓖条上减少抽风面积，阻挡细颗粒随废气进入除尘风机的风箱而缩短除尘风机寿命。

由此可见，本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法提升了铁矿粉烧结效果，减少了烧结配碳，减少了燃料的消耗，有助于降低烧结生产成本，并且本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法可以提高铁矿粉的液相生成能力，达到改善烧结矿冶金性能的目的，特别适合应用于低品位铁矿粉的烧结，对后续的高炉冶炼有很大的帮助，从而有效解决了低品位铁矿粉的烧结矿产品的冶金性能不足、耗能较高、不利于企业节能减排和降低成本的问题。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例采用本发明方法进行铁矿粉矿烧结实验，另外还采用现有技术中未加入超声波进行强化处理的烧结方法进行铁矿粉烧结对比实验，然后对比各组烧结实验所得烧结矿产品的物理指标。

本实施例中，烧结原料主要包括铁矿粉、熔剂、返矿和炼钢所产生的钢渣，烧结燃料采用焦粉。其中，铁矿粉原料有六种，分别为I号精矿、II号精矿、III号粉矿、IV号粉矿、V号粉矿和VI号粉矿。本实施例中，采用了两种熔剂，分别为生石灰和白云石。各烧结原料的化学成份见表1，采用的焦粉化学成份见表2。

表1 烧结原料的化学成分(%)

 

表2 焦粉化学成份

 

烧结原料的粒度组成对于制粒工艺以及烧结过程都有重要影响，混合料的粒度组成偏小不利于改善烧结过程中料层的透气性，而粒度组成偏大又会影响烧结过程中液相的产生量，所以合理的混合料粒度组成对于烧结过程具有重要的实际意义。烧结混合料制粒过程中原料的粒度组成可以分为三类：(1)形核颗粒，一般粒度为>5mm，制粒过程中作为核子继续长大；(2)粘附颗粒，一般粒度为<0.3mm，制粒过程中粘附到形核颗粒上促使颗粒长大；(3)中间颗粒，一般粒度为0.3～0.5mm，位于该粒度范围内的颗粒在制粒过程中既难以作为形核颗粒，也不能粘附到形核颗粒上，对于制粒过程不利。因此在配料过程中，精矿粒度较小要和粉矿搭配使用保证粒度组成较优。按粒级>5mm、3～5mm、1.25～3mm、1～1.25mm、0.1～1mm及<0.1mm对上述各种原料进行检测，筛分粒度组成如表3所示。

表3 烧结原料的粒度分布(%)

 

根据上述的原料，本实施例中根据混合料中粒度小于5mm的颗粒占到69%~71%的要求，采用了五组配料方案，分别编号为1#~5#，配料方案见表4。

表4 混合料组成(重量份)

 

对上述五组混合料采用不同的方法进行烧结实验：

（1）采用现有的烧结方法，在烧结过程中未加入超声波进行强化处理而直接进行烧结，得到烧结矿产品。

（2）采用本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法，在烧结过程中加入超声波进行强化处理，得到烧结矿产品。

实验结果：

（1）烧结过程中未加入超声波进行强化处理直接进行烧结得到烧结矿，五组配料方案的烧结矿产品指标见表5。

表5 不同配矿方案烧结指标(%)

 

（2）采用本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法，五组配料方案的烧结矿产品指标见表6。

表6 不同配矿方案烧结指标(%)

 

通过上述表5和表6的对比可以看出，加入超声波强化将有利于烧结矿成品率、烧成率、转鼓指数、落下指数、还原性提高，低温还原粉化率降低，这些指标的变化都都能体现出加入超声波后烧结矿性能变好，主要是因为在烧结过程中加入超声波可以改提高混合料的同化作用速率，在相同条件下会产生更多的液相，液相增多有利于混合料的粘结，使其强度增加，同时还会使铁酸钙的量增多，有利于提高烧结矿的还原性。未加入超声波强化和加入超声波强化的五组配料方案的烧结效果和烧结矿性能也不尽相同，这主要是由于原料配比不同导致混合料化学成分不同，化学成分对烧结矿的影响较大，混合料中CaO、Fe₂O₃含量增多，有利于铁酸钙的产生，提高烧结矿的冶金性能。因此从上述五组混合料配比的结果来看，1#方案是最优的。由上述的烧结矿指标可以看出，采用本发明的超声波强化铁矿粉烧结方法，在烧结过程中加入超声波强化处理，可以有效改善烧结矿冶金性能，特别适合应用于低品位铁矿粉的烧结，对后续高炉冶炼有很大的帮助，同时可以提高钢铁企业的生产效益。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种超声场烧结台车，包括车架，设置于车架两侧的栏板和车轮，以及由下至上依次设置在车架上的隔热垫和蓖条；其特征在于，所述车架两侧的栏板的外侧面上均固定安装有超声波发生装置，且两侧的超声波发生装置的超声波换能器相对设置。

2.一种超声波强化铁矿粉烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将62~64重量份铁矿粉、10~11重量份熔剂、4~5重量份焦粉、20~21重量份返矿以及0~2重量份炼钢所产生的钢渣组成的混合料加入圆筒混合机，再按所述混合料总重量的7%加水进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿；

2）在如权利要求1所述的超声场烧结台车上铺设厚度为20~25mm的铺底料；所述铺底料，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm之间的烧结矿作为铺底料其目的是保护炉蓖，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉蓖粘料；

3）采用圆辊布料机将所述混合料球均匀布设在超声场烧结台车上的铺底料上；

    4）点火烧结，在点火温度为1000℃~1100℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压8~10kpa的条件下进行抽风烧结，在烧结过程中，在混合料球温度达到800℃时开始，启动烧结台车上的超声波发生装置，让混合料球在超声场中进行强化烧结，并检测烧结废气的升温情况，直至烧结废气的温度不再升高而开始降低时关闭超声波发生装置，烧结结束，得到烧结矿；

5）将前一步得到的烧结矿进行热破碎处理，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm；然后冷却至室温，再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后铁矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm之间的烧结矿作为此后铁矿粉烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的炼铁流程。

3.根据权利要求2所述的超声波强化铁矿粉烧结方法，其特征在于，所述熔剂为生石灰、白云石、蛇纹石中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求2所述的超声波强化铁矿粉烧结方法，其特征在于，所述步骤1中，所述混合料中粒度小于5mm的颗粒占69%~71%。

5.根据权利要求2所述的超声波强化铁矿粉烧结方法，其特征在于，所述步骤1中，组成混合料的比例优选为63重量份铁矿粉、11重量份熔剂、4重量份焦粉、20重量份返矿和2重量份钢渣。

6.根据权利要求2所述的超声波强化铁矿粉烧结方法，其特征在于，所述步骤5中，烧结矿进行热破碎处理后，采用烧结机台车抽风冷却至室温。