CN105132673A

CN105132673A - 一种降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法

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Publication number: CN105132673A
Application number: CN201510616000.9A
Authority: CN
Inventors: 张元波; 姜涛; 李光辉; 刘兵兵; 刘臣; 范晓慧; 黄柱成; 郭宇峰; 杨永斌; 李骞; 陈许玲; 彭志伟; 余正伟; 苏子键; 游志雄; 杜明辉; 陈迎明; 刘继成; 陈军; 欧阳学臻
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: CN105132673B

Abstract

本发明公开了一种降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，该方法是将含碳含铁粉尘与粘结剂混合造球；将包括铁矿粉、熔剂和焦粉在内的原料混合制粒；所得球团料和颗粒料混合，依次经过布料、点火、烧结和冷却，得到复合造块；该方法通过调控粉尘球团料中固定碳的燃烧与颗粒料中焦粉燃烧的匹配关系，在此基础上，通过适当的布料，以充分利用复合造块料层的蓄热作用，使得烧结料层的上部和下部都有充足的热量保证球团料和颗粒料的固结强度；该方法可提高含铁粉尘球团料配比、降低能耗、减少污染物排放。

Description

一种降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法

技术领域

本发明涉及一种降低含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，特别是涉及一种难造球、难焙烧含碳含铁粉尘球团料用于铁矿复合造块中降低固体能耗的方法，属于钢铁冶金节能减排和优质高炉炉料制备技术领域。

背景技术

钢铁联合企业产生的含铁粉尘的综合利用价值较高，通常含有较高的Fe、CaO、MgO和固定碳等有益成分。这些粉尘主要产生于烧结、炼焦、炼铁、炼钢及轧钢等工序，主要包括原料处理过程中产生的杂矿粉、烧结粉尘、高炉粉尘、瓦斯灰、电炉尘和转炉尘等。据统计，2014年我国的粗钢产量达到8.2亿t，若按照平均每生产1t钢产生15kg含铁粉尘计算，则粉尘的年产生量即高达1230万t。目前，对这些固体废弃物的综合利用率尚不到20％，大部分被堆放在厂区，不仅浪费了有限的资源，而且污染了环境。因此实现含铁粉尘高效、集中、大规模处理具有十分重要的现实意义，符合当前建设资源节约型和环境友好型社会政策的要求。

近几十年来，国内外开发出了一些含铁粉尘资源化技术，比较而言，最经济合理的利用途径是实现含铁粉尘在钢铁厂内部即烧结过程中的封闭和相对集中、高效处理。这是由于粉尘料中含有较高的Fe、CaO、MgO和固定碳等有益成分，可以作为烧结原燃料的替代物加以利用。

由于含铁粉尘发生量和成分随着生产变化及用料结构改变会发生变化，且含铁粉尘具有粒度细、亲水性差等特点，简单的直接将其配入烧结原料中进行常规烧结，会给烧结生产带来较大负面影响，从而导致常规烧结过程中处理的含铁粉尘量小，未能真正实现粉尘的高效处理。

理论和实践研究表明：中南大学烧结球团与直接还原研究所开发的铁矿粉复合造块工艺(ZL200510032095.6)，能够处理一些传统上认为难造球、难焙烧的含铁物料。在含铁粉尘的处理方面，能够克服常规烧结工艺中含铁粉尘配加量低(<5～10％)、料层透气性差和烧结利用系数低等缺点。该新工艺将含铁粉尘料单独制备成球团，再与匀矿粉及其他原料混匀制粒后铺到烧结机上进行烧结焙烧，可以获得优质的复合炼铁炉料。

专利文献“一种降低铁矿粉复合造块固体燃耗的方法(申请号：201510048741.1)”报道了调控烧结料层中普通细粒铁精矿球团料(不含碳)沿料层高度从上往下方向逐渐增加，控制颗粒料中固体燃料的含量，充分利用烧结料层的蓄热作用原理，使得颗粒料具有充足的热量进行液相固结，而球团料则充分利用料层的蓄热进行固相固结。其球团分布的特点为：铁矿粉复合造块中球团料用量为30～40％，复合造块料层分为6层，从上至下的每一层中球团料质量占该层混合料质量的百分比为：第1层10～25％，第2层20～36％，第3层30～48％，第4层36～50％，第5层40～55％，第6层36～50％。

对于钢铁企业产生的含铁粉尘球团，其特点是含有较高含量的固定碳，由于粉尘料中碳的燃烧状况与焦粉的燃烧规律不同，因此其在烧结过程中热量分布与利用规律必将与普通细粒铁精矿球团复合造块工艺不同。因此，为实现含铁粉尘高效、合理、大规模的利用，进一步提高造块产品产质量，降低燃料消耗，减少污染物的排放，是钢铁工业发展的方向之一。

发明内容

针对现有烧结中含铁粉尘配加量低、固体燃耗高的不足的缺陷，本发明的目的是在于提供一种可提高含铁粉尘球团料配比、降低能耗、减少污染物排放的含铁粉尘球团料复合造块的方法。

为实现本发明的技术目的，本发明提供了一种降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，该方法包括以下步骤：

(1)含碳含铁粉尘与粘结剂混合造球，得到含碳含铁粉尘球团料；所述的含碳含铁粉尘球团料中固定碳的质量百分比含量为1～7％；

(2)包括铁矿粉、熔剂和焦粉在内的原料混合制粒，得到颗粒料；

(3)将(1)中含碳含铁粉尘球团料和(2)中颗粒料混合，依次经过布料、点火、烧结和冷却，得到复合造块；所述的含碳含铁粉尘球团料干基质量为铁矿粉干基质量的15％～30％；所述的布料将料层为上、中、下三层，且控制各料层中含碳含铁粉尘球团料由上往下依次递减，各料层中含碳含铁粉尘球团料干基质量百分比含量分别为：上层35％～45％，中层30％～45％，下层10％～30％。

现有技术中存在的技术难题主要在于：含碳含铁粉尘与一般的铁精矿不同，其含有较大比重的固定碳成分，且固定碳的粒度细，比表面积大，在高温和氧气充足的条件下燃烧快；相对来说，焦粉的燃烧速度慢，当其在常规烧结中含铁粉尘直接配加时，焦粉的燃烧与粉尘中碳的燃烧不匹配，从而导致常规烧结矿的产质量差。

本发明的技术方案，一方面通过将粒度极细的含铁粉尘制备成球团料，此球团料在高温条件下，由于球团内氧化性气氛较弱，从而使得细粒固定碳的燃烧速度变慢；另一方面，通过调节焦粉的粒度组成，进而控制焦粉的燃烧速度，使得球团料中碳的燃烧与颗粒料中焦粉的燃烧相匹配，从而获得较好的烧结效果。

本发明的技术方案，通过调控含固定碳的含铁粉尘球团料在复合造块料层中的分布，借助料层蓄热作用，利用粉尘球团中固定碳的燃烧与颗粒料中焦粉的燃烧相匹配的关系，从而达到降低固体燃料消耗的目的。在含铁粉尘球团料在复合造块中未向上偏析时，烧结混合料中的固体燃料分布是均匀的(含铁粉尘球团料均匀分布于混合料中)，或者固体燃料从上到下是逐渐增加的(含铁粉尘球团料自然偏析于混合料中：下部多上部少)，这通常容易导致烧结料层表面因燃料不足而成品率较低，而烧结料层下部因上部料层蓄热导致热量过剩，进而也导致烧结矿质量下降的问题，且随着烧结料层高度的不断增加，料层蓄热带来的不利影响日益严重。针对这一不利现象，本发明设计了含铁粉尘球团料适当向烧结料层上部偏析的分布规律，充分利用料层蓄热进行焙烧，使得料层上部和下部均有足够的热量保证含铁粉尘料和球团料固结的进行。通过此方法可以获得质量较好的复合造块产品，并且还可以降低颗粒料中的固体燃料配加量。

优选的方案中，含碳含铁粉尘为烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰和转炉灰中的至少一种；或者为高品位铁精矿与烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰和转炉灰中的至少一种的混合物。

优选的方案中，颗粒料中的焦粉干基质量为颗粒料干基质量为2.0％～4.0％；所述的焦粉粒度满足-3mm粒级的质量百分比含量为100％，且-0.5mm粒级的质量百分比含量不大于15％，0.5mm～1mm粒级的质量百分比含量为30％～35％。

优选的方案中，含碳含铁粉尘料通过高压辊磨方式处理得到。

优选的方案中，颗粒料的粒度为1mm～8mm，所述含碳含铁粉尘球团料的粒度为5mm～12mm。

优选的方案中，(2)中的原料中还包括返矿。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：本发明的技术方案一方面通过将含碳含铁原料制成粒径较大的球团料，而铁矿粉和焦粉制成粒径相对较小的球粒，从而可以控制球团料内的固定碳与焦粉中的焦粉燃烧性相匹配，从而获得较好的烧结效果。另一方面通过设计含碳含铁粉尘球团料适当向烧结料层上部偏析的分布规律，充分利用料层蓄热进行焙烧，使得料层上部和下部均有足够的热量保证含铁粉尘料和球团料固结的进行。该方法有效解决了现有含碳含铁粉尘因固定碳燃烧性能与焦粉燃烧性能不匹配，而导致常规烧结矿的产质量差的技术问题，通过本发明的技术方案可以获得质量较好的复合造块产品，并且可以降低颗粒料中的固体燃料配加量。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

对比实施例1

球团料未偏析(上中下三层中球团料比例为33.3％：33.3％：33.3％)

将烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为15:20:5:30:10:15:5进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的6.6％，经高压辊磨预处理后配加2.0％的粘结剂(膨润土)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为15％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为35％，1mm-3mm粒级质量百分比为50％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为20％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为3.2％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为33.3％、33.3％、33.3％，在料层高度700mm、烧结抽风负压10kPa的条件下进行烧结焙烧，所获得利用系数1.497t·m^-2·h^-1、成品率74.77％、转鼓指数65.60％，外加固体能耗为32kg·t^-1。

实施例1

将烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为15:20:5:30:10:15:5进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的6.6％，经高压辊磨预处理后配加3.0％的粘结剂(膨润土)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为15％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为35％，1mm-3mm粒级质量百分比为50％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为15％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为3.2％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为39％、33％、28％，在料层高度750mm、烧结抽风负压10kPa的条件下进行烧结焙烧，所获得利用系数1.606t·m^-2·h^-1、成品率74.27％、转鼓指数65.73％，外加固体能耗为27.4kg·t^-1。

实施例2

将烧结电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为10:30:20:25:15进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的4.0％，经高压辊磨预处理后配加3.0％的粘结剂(生石灰)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为12％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为30％，1mm-3mm粒级质量百分比为58％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为30％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为4.0％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为39％、33％、28％，在料层高度800mm、烧结抽风负压9kPa的条件下进行烧结焙烧，所获得利用系数1.581t·m^-2·h^-1、成品率75.20％、转鼓指数66.42％，外加固体能耗为28.2kg·t^-1。

实施例3

将烧结除尘灰、电炉灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰、铁精矿按照质量比为25:20:20:10:15:10进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的1.0％，经高压辊磨预处理后配加3.0％的粘结剂(膨润土)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为10％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为30％，1mm-3mm粒级质量百分比为60％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为25％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为4.0％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为39％、33％、28％，在料层高度810mm、烧结抽风负压9kPa的条件下进行烧结焙烧，所获得利用系数1.563t·m^-2·h^-1、成品率75.50％、转鼓指数65.87％，外加固体能耗为28.9kg·t^-1。

对比实施例2

焦粉的粒度组成不在本发明的保护范围

将烧结除尘灰、电炉灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰、铁精矿按照质量比为25:20:20:10:15:10进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的1.0％，经高压辊磨预处理后配加3.0％的粘结剂(膨润土)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为15％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为20％，1mm-3mm粒级质量百分比为65％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为25％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为4.0％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为39％、33％、28％，在料层高度800mm、烧结抽风负压9kPa的条件下进行烧结焙烧，所获得利用系数1.383t·m^-2·h^-1、成品率71.21％、转鼓指数62.46％，外加固体能耗为36.8kg·t^-1。

对比实施例3

粉尘未造球直接配加入烧结混合料中

含铁粉尘未造球直接配加入混合料中烧结时，首先将铁矿粉、含铁粉尘、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为15％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为35％，1mm-3mm粒级质量百分比为50％)、熔剂和返矿进行配料、混匀、制粒制备烧结混合料，其中粉尘占铁矿粉干基质量比为7％，碱度为1.8，然后在料层高度700mm、烧结抽风负压10kPa的条件下进行烧结焙烧，所得利用系数1.321t·m^-2·h^-1、成品率73.63％、转鼓指数62.80％，外加固体能耗为60.2kg·t^-1。与含铁粉尘球团料复合造块相比，配加7％的含铁粉尘后，各项烧结指标均有较大幅度恶化。

对比实施例4

烧结料层下部球团料比例较高

将烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为15:20:5:30:10:15:5进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的6.6％，经高压辊磨预处理后配加2.0％的粘结剂(膨润土)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为15％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为35％，1mm-3mm粒级质量百分比为50％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为20％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为3.2％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为28％、33％、39％，在料层高度780mm、烧结抽风负压9.5kPa的条件下进行烧结焙烧，所得利用系数1.381t·m^-2·h^-1、成品率72.00％、转鼓指数64.00％，外加固体能耗为34.5kg·t^-1。

对比实施例5

烧结料层上部球团料比例较高

将烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为15:20:5:30:10:15:5进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的6.6％，经高压辊磨预处理后配加2.0％的粘结剂(膨润土)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为15％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为35％，1mm-3mm粒级质量百分比为50％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为20％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为3.2％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为50％、33％、17％，在料层高度700mm、烧结抽风负压10kPa的条件下进行烧结焙烧，所获得利用系数1.523t·m^-2·h^-1、成品率73.15％、转鼓指数64.94％，外加固体能耗为33.8kg·t^-1。

对比实施例6

烧结料层上部球团料比例过高

将烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰、转炉灰按照质量比为15:20:5:30:10:15:5进行配料并混匀，使得混合料中固定碳干基质量占混合料干基质量的6.6％，经高压辊磨预处理后配加2.0％的粘结剂(膨润土)制备成8-12mm的球团料，其余铁矿粉、焦粉(-0.5mm粒级质量百分比为15％，0.5mm～1mm粒级质量百分比为35％，1mm-3mm粒级质量百分比为50％)、熔剂和返矿混匀制备成颗粒料。其中，生球的水分为11％，球团料占铁矿粉干基质量比为20％，颗粒料水分为8.3％，颗粒料中的焦粉用量为3.2％，颗粒料碱度为1.9，综合碱度为1.8。将烧结混合料分为3层并布料于烧结杯中，从上至下各层中球团料的质量占该层混合料质量的百分比分别为60％、30％、10％，在料层高度700mm、烧结抽风负压10kPa的条件下进行烧结焙烧，所获得利用系数1.259t·m^-2·h^-1、成品率73.91％、转鼓指数60.80％，外加固体能耗为36.6kg·t^-1。

Claims

1.一种降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，其特征在于：所述的含碳含铁粉尘为烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰和转炉灰中的至少一种；或者为高品位铁精矿与烧结除尘灰、高炉灰、电炉灰、原料场灰、成品灰、矿槽灰和转炉灰中的至少一种的混合物。

3.根据权利要求1所述的降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，其特征在于：所述的颗粒料中的焦粉干基质量为颗粒料干基质量为2.0％～4.0％；所述的焦粉粒度满足-3mm粒级的质量百分比含量为100％，且-0.5mm粒级的质量百分比含量不大于15％，0.5mm～1mm粒级的质量百分比含量为30％～35％。

4.根据权利要求1所述的降低含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，其特征在于：所述的含碳含铁粉尘料通过高压辊磨方式处理得到。

5.根据权利要求1所述的降低含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，其特征在于：所述颗粒料的粒度为1mm～8mm，所述含碳含铁粉尘球团料的粒度为5mm～12mm。