CN108034813A - 一种含碳球团还原系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含碳球团还原系统及方法。含碳球团还原系统包括：脱氯装置、第一混料机、第一造球机、第二造球机、球团烘干机和转底炉，脱氯装置的热脱氯塑料出口连接第一混料机的热脱氯塑料入口，第一混料机的第一混合料出口连接第一造球机的第一混合料入口，第一造球机的初级球团出口连接第二造球机的初级球团入口，第二造球机的复合球团出口连接球团烘干机的复合球团入口，球团烘干机的干球团出口连接转底炉的干球团入口。本发明的含碳球团还原系统及方法，充分利用了废塑料，提高了复合球团的孔隙率，又避免了有害物质的产生，节约煤粉的用量，降低转底炉的能耗。

Description

一种含碳球团还原系统及方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种新型的含碳球团还原系统及方法。

背景技术

冶金领域中，一种常用的工艺为将物料进行造球后再进行下一步的处理。造球过程为将含铁物料、熔剂、粘结剂等混匀后在圆盘造球机上造球，烘干后进转底炉直接还原，其还原性气氛依靠煤基产生的一氧化碳气体发生。这种造球方法所造的含碳球团孔隙率较低，还原性较差，在转底炉内还原时间较长，还原温度较高，需要消耗大量能耗，易造成资源能源的浪费。

中试试验过程中，如果还原温度较低时，球团很难被完全还原，会出现外层球团壳被还原，而内层球团未被还原的现象。若提高还原温度，球团能够被充分还原，但是又会出现球团熔化现象。因此，目前需要寻找一种新的造球方法来改善常规造球方法带来的不足，改善金属化球团的还原条件，使其能在较低的温度下能够被充分还原，达到节能降耗的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明意在提出一种含碳球团还原系统及方法，通过废塑料与含铁原料进行初次造球，作为二次造球的内核，大大提高含碳球团的孔隙率，从而提高含碳球团的还原率。

本发明的目的之一是提供一种含碳球团还原系统，包括：

脱氯装置，设有废塑料颗粒入口和热脱氯塑料出口；

第一混料机，设有铁料入口、热脱氯塑料入口和第一混合料出口，所述脱氯装置的热脱氯塑料出口连接所述第一混料机的热脱氯塑料入口；

第一造球机，设有第一混合料入口和初级球团出口，所述第一混料机的第一混合料出口连接所述第一造球机的第一混合料入口；

第二造球机，设有初级球团入口、第二混合料入口和复合球团出口，所述第一造球机的初级球团出口连接所述第二造球机的初级球团入口；

球团烘干机，设有复合球团入口和干球团出口，所述第二造球机的复合球团出口连接所述球团烘干机的复合球团入口；

转底炉，设有干球团入口和还原料出口，所述球团烘干机的干球团出口连接所述转底炉的干球团入口。

本发明的含碳球团还原系统还包括破碎机，所述破碎机包括干塑料入口和废塑料颗粒出口，所述破碎机的废塑料颗粒出口连接所述脱氯装置的废塑料颗粒入口。

更进一步的，本发明的含碳球团还原系统还包括清洗装置和塑料烘干机；

所述清洗装置包括废塑料入口和净塑料出口；

所述塑料烘干机包括净塑料入口和干塑料出口，所述清洗装置的净塑料出口连接所述塑料烘干机的净塑料入口，所述塑料烘干机的干塑料出口连接所述破碎机的干塑料入口。

本发明的一些实施例中，含碳球团还原系统进一步包括第二混料机，所述第二混料机包括煤粉入口、粘结剂入口和第二混合料出口，所述第二混料机的第二混合料出口连接所述第二造球机的第二混合料入口。

本发明的一些实施例中，含碳球团还原系统进一步包括吸收罐，所述吸收罐包括氯化氢入口；

所述脱氯装置还包括氯化氢出口，所述氯化氢出口连接所述吸收罐的氯化氢入口。

本发明的另一目的是提供发一种利用上述含碳球团还原系统对含碳球团进行还原的方法，其特征在于，包括步骤：

A、将废塑料颗粒送入脱氯装置，进行脱氯，脱氯温度250～350℃，获得熔融脱氯塑料；

B、将铁料和所述熔融脱氯塑料送入第一混料机混合均匀，获得第一混合料；

C、将所述第一混合料送入第一造球机，进行造球获得初级球团；

D、将所述初级球团和第二混合料送入第二造球机，以所述初级球团为核心造球，获得复合球团，所述复合球团中的碳氧摩尔比为1：(1.05～1.25)；

E、将所述复合球团送入球团烘干机进行烘干，获得干球团；

F、将所述干球团送入转底炉，进行还原，获得金属化球团。

本发明的方法还包括步骤：将烘干后的塑料送入破碎机进行破碎，获得所述废塑料颗粒。

进一步的，本发明的方法还包括步骤：将废塑料送入清洗装置进行清洗，获得干净的塑料；将所述干净的塑料送入塑料烘干机进行烘干，获得所述烘干后的塑料。

本发明的一些实施例的所述步骤B中，铁料的粒度为200～325目。

作为本发明优选的方案，所述转底炉中的温度为1050～1180℃，加热时间为20～40min。

本发明的含碳球团还原系统及方法，对废塑料进行脱氯处理，可以有效抑制二噁英和其他有害物质的产生，为后续转底炉直接还原过程提供一个清洁稳定的还原气氛；经脱氯处理后的脱氯塑料为熔融态，粘结性很高，在初次造球过程中可起到粘结剂的作用，不需在另外添加粘结剂；以含铁原料和废塑料为内核的含碳球团，还原时，废塑料在高温下裂解，产生大量小分子气体有机物，这些小分子气体有机物在挥发过程中会给球团内部留下大量气孔，可以有效提高含碳球团孔隙率，降低煤粉用量，从而有利于还原气体传质，缩短还原反应时间，降低还原反应所需的温度，提高球团被还原的金属化率。

附图说明

图1是本发明实施例含碳球团还原系统的示意图。

图2是本发明实施例含碳球团还原方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

废塑料是生活和工业上常见的废弃物之一，将其应用于铁料(含铁原材)的直接还原中，可变废为宝，同时节能还原煤的用量，降低转底炉的能耗。

如图1所示，本实施例提供一种含碳球团还原系统，包括：清洗装置1、塑料烘干机2、破碎机3、脱氯装置4、吸收罐5、第一混料机6、第一造球机7、第二混料机8、第二造球机9、球团烘干机10和转底炉11。其中，清洗装置1、塑料烘干机2、破碎机3为废塑料的预处理部分，脱氯装置4、吸收罐5、第一混料机6、第一造球机7为初级造球部分，第二混料机8、第二造球机9为二级造球部分，球团烘干机10和转底炉11为球团还原反应部分。

清洗装置1为废塑料的清洗设备，可去除废塑料的表面灰尘和污垢，包括废塑料入口和净塑料出口，选用常规水洗设备即可。

塑料烘干机2包括净塑料入口和干塑料出口，清洗装置1的净塑料出口连接塑料烘干机2的净塑料入口。塑料烘干机2对清洗后干净的塑料进行烘干，烘干温度80～150℃，优选80-120℃，烘干时间5-15min，优选5-10min，确保干净的塑料中的水完全蒸发。

破碎机3包括干塑料入口和废塑料颗粒出口，塑料烘干机2的干塑料出口连接破碎机3的干塑料入口。破碎机3的烘干后的塑料进行破碎，可将废塑料破碎至粒度为1～3mm的废塑料颗粒，小粒径的废塑料颗粒有利于在脱氯处理时，将废塑料中的氯迅速脱掉。

脱氯装置4可将废塑料中的氯脱除，设有废塑料颗粒入口、热脱氯塑料出口和氯化氢出口，破碎机3的废塑料颗粒出口连接脱氯装置4的废塑料颗粒入口。废塑料颗粒进入脱氯装置4后受热，脱氯装置4内的温度为250～350℃，该温度条件下废塑料中的氯以氯化氢气体的形式脱除。氯是产生二噁英的所需条件，废塑料经过脱氯处理后可以有效抑制还原反应时二噁英和其他有害物质的产生。同时，在此温度下，废塑料变为熔融态，即为熔融脱氯塑料。

吸收罐5为氯化氢气体的处理设备，设有氯化氢入口，脱氯装置4的氯化氢出口连接吸收罐5的氯化氢入口。吸收罐5盛有水或者碱性溶液，氯化氢通入吸收罐5后被吸收，不会对环境产生污染。

第一混料机6为搅拌设备，用于铁料(含铁原料)和熔融脱氯塑料的均匀混合，设有铁料入口、热脱氯塑料入口和第一混合料出口，脱氯装置4的热脱氯塑料出口连接第一混料机的热脱氯塑料入口。铁料和熔融脱氯塑料按100:(20～30)的质量比进行混合，获得第一混合料，即铁料和熔融脱氯塑料的混合料。优选的铁料和熔融脱氯塑料的质量比为100:(25～30)。第一混料机6上部设有配料罐，不同的物料可在配料罐中储存，以备后用。

第一造球机7为圆盘造球机，用于初次造球，设有第一混合料入口和初级球团出口，第一混料机6的第一混合料出口连接第一造球机7的第一混合料入口。第一混合料进入第一造球机7后，其中的脱氯塑料可保持熔融状态，熔融脱氯塑料具有很好的粘结性，球团更容易成型，在初次造球时可起到粘结剂的作用，所以在初次造球时不需再额外添加粘结剂。第一混合料通过初次造球后获得初级球团，初级球团的粒度为7～15mm，优选为8～13mm。

本实施例中的铁料可以是有色金属冶炼过程中产生的含铁废渣，如铜渣、铅锌渣、铁矾渣等。

第二混料机8为搅拌设备，其上部设有配料罐，可储存不同的物料。第二混料机8用于煤粉和粘结剂的混合，煤粉为兰炭、焦粉、半焦中的一种或几种，煤粉粒度约为200目，粘结剂为无机粘结剂膨润土或水玻璃(硅酸钠)。第二混料机8设有煤粉入口、粘结剂入口和第二混合料出口，煤粉和粘结剂在第二混料机8中混合均匀，获得第二混合料。

第二造球机9为圆盘造球机，用于以初级球团为内核的二级造球，设有初级球团入口、第二混合料入口和复合球团出口，第一造球机7的初级球团出口连接第二造球机9的初级球团入口，第二混料机8的第二混合料出口连接第二造球机9的第二混合料入口。以初级球团为内核，初级球团和第二混合料在第二造球机9中进行二次造球，获得复合球团(复合的含碳球团)，复合球团的碳氧摩尔比为1：(1.05～1.25)，粘结剂的添加量为复合球团质量的3～5％。复合球团的粒度为14～25mm，优选为18～23mm，0.5m落下强度为42次以上。

球团烘干机10用于复合球团的烘干，去除复合球团中的水分，设有复合球团入口和干球团出口，第二造球机9的复合球团出口连接球团烘干机10的复合球团入口。复合球团的烘干温度为80～110℃，优选80～100℃，烘干时间为3～8min，优选3～5min，确保复合球团中的水分完全蒸发排出，获得干球团。

转底炉11为直接还原设备，设有干球团入口和还原料出口，球团烘干机10的干球团出口连接转底炉11的干球团入口。球团在转底炉11中进行还原，转底炉11加热温度为1050～1180℃，优选1100～1180℃，加热时间为20～40min，优选30～40min，最终得到金属化球团，球团的金属化率在90％以上。

如图2所示，另一方面，本实施例提供一种利用上述含碳球团还原系统对含碳球团进行还原的方法，其特征在于，包括步骤：

1、将废塑料送入清洗装置进行清洗，获得干净的塑料。

2、将干净的塑料送入塑料烘干机进行烘干，获得烘干后的塑料，烘干温度80～150℃，优选80-120℃，烘干时间5～15min，优选5～10min。

3、将烘干后的塑料送入破碎机进行破碎，获得废塑料颗粒，废塑料颗粒的粒度为1～3mm。

4、将废塑料颗粒送入脱氯装置，进行脱氯，脱氯温度250～350℃，获得熔融脱氯塑料；产生的氯化氢通入吸收罐进行处理。

5、将铁料和熔融脱氯塑料送入第一混料机混合均匀，获得第一混合料；铁料和熔融脱氯塑料的质量比为100:(20～30)，优选为100:(25～30)，铁料的粒度为200～325目。

6、将第一混合料送入第一造球机，进行初级造球获得初级球团；初级球团的粒度为7～15mm，优选为8～13mm。由于熔融态的脱氯塑料有很好的粘结性，初次造球时不需加入粘结剂。

7、将粒度为约200目的煤粉与粘结剂在第二混料机中混合，获得第二混合料。煤粉与粘结剂的配比依据复合球团的需求确定。

8、将初级球团和第二混合料送入第二造球机，以初级球团为核心进行二次造球，获得复合球团，复合球团中的碳氧摩尔比为1：(1.05～1.25)；粘结剂的质量为复合球团质量的3～5％。复合球团的粒度为14～25mm，优选为18～23mm，0.5m落下强度为42次以上。

9、将复合球团送入球团烘干机进行烘干，获得干球团；烘干温度为80～110℃，优选80～100℃，烘干时间为3～8min，优选3～5min。

10、将干球团送入转底炉，进行还原，获得金属化球团。转底炉加热温度为1050～1180℃，优选1100～1180℃，加热时间为20～40min，优选30～40min。

本实施例的含碳球团还原系统及方法，对废塑料进行脱氯处理，有效抑制了还原过程中二噁英的产生，使得转底炉中还原气氛更清洁稳定；废塑料在脱氯处理时受热，变为熔融态，熔融脱氯塑料具有很好的粘结性，可起到粘结剂的效果；在进行还原反应时，复合球团中的脱氯塑料在高温下部分会发生裂解，产生大量小分子气体有机物，这些小分子气体有机物在挥发过程中会给球团内部留下大量气孔，可以有效提高复合球团的孔隙率，同时废塑料还能起到还原剂的作用。复合球团外层的煤粉作为还原剂，产生还原气体，高孔隙率的球团有利于还原气体的传质，这样即可降低煤粉的用量，同时降低还原反应所需的温度，并提高球团的金属化率。

实施例1

本实施例以铜渣为铁料，制备含碳球团及进行还原的工艺如下：

1、将废塑料送入清洗装置进行清洗，获得干净的塑料。

2、将干净的塑料送入塑料烘干机进行烘干，获得烘干后的塑料，烘干温度80℃，烘干时间15min。

3、将烘干后的塑料送入破碎机进行破碎，获得废塑料颗粒，废塑料颗粒的粒度为1mm。

4、将废塑料颗粒送入脱氯装置，进行脱氯，脱氯温度300℃，获得熔融脱氯塑料；产生的氯化氢通入吸收罐进行处理。

5、将铜渣和熔融脱氯塑料送入第一混料机混合均匀，获得第一混合料；铁料和熔融脱氯塑料的质量比为100:20，铜渣的粒度为200目。

6、将第一混合料送入第一造球机，进行初级造球获得初级球团；初级球团的粒度为10mm。

7、将粒度为200目的兰炭(固定碳83.59wt％，挥发分6.05wt％，灰分9.08wt％，硫0.51wt％)与膨润土在第二混料机中混合，获得第二混合料。兰炭与膨润土的配比依据复合球团的需求确定。

8、将初级球团和第二混合料送入第二造球机，以初级球团为核心进行二次造球，获得复合球团，复合球团中的碳氧摩尔比为1：1；膨润土的质量为复合球团质量的5％。复合球团的粒度为20mm。

9、将复合球团送入球团烘干机进行烘干，获得干球团；烘干温度为110℃，烘干时间为5min。

10、将干球团送入转底炉，进行还原，获得金属化球团。转底炉加热温度为1100℃，加热时间为30min，得到焙烧后球团金属化率为90.30％。

实施例2

本实施例以铅锌渣为铁料，制备含碳球团及进行还原的工艺如下：

1、将废塑料送入清洗装置进行清洗，获得干净的塑料。

2、将干净的塑料送入塑料烘干机进行烘干，获得烘干后的塑料，烘干温度150℃，烘干时间5min。

3、将烘干后的塑料送入破碎机进行破碎，获得废塑料颗粒，废塑料颗粒的粒度为2mm。

4、将废塑料颗粒送入脱氯装置，进行脱氯，脱氯温度250℃，获得熔融脱氯塑料；产生的氯化氢通入吸收罐进行处理。

5、将铅锌渣和熔融脱氯塑料送入第一混料机混合均匀，获得第一混合料；铅锌渣和熔融脱氯塑料的质量比为100:25，铅锌渣的粒度为200目。

6、将第一混合料送入第一造球机，进行初级造球获得初级球团；初级球团的粒度为7mm。

7、将粒度为200目的兰炭(固定碳83.59wt％，挥发分6.05wt％，灰分9.08wt％，硫0.51wt％)与膨润土在第二混料机中混合，获得第二混合料。兰炭与膨润土的配比依据复合球团的需求确定。

8、将初级球团和第二混合料送入第二造球机，以初级球团为核心进行二次造球，获得复合球团，复合球团中的碳氧摩尔比为1：1.2；膨润土的质量为复合球团质量的4％。复合球团的粒度为14mm。

9、将复合球团送入球团烘干机进行烘干，获得干球团；烘干温度为80℃，烘干时间为8min。

10、将干球团送入转底炉，进行还原，获得金属化球团。转底炉加热温度为1150℃，加热时间为30min，得到焙烧后球团金属化率为92.15％。

实施例3

本实施例以铁钒渣为铁料，制备含碳球团及进行还原的工艺如下：

1、将废塑料送入清洗装置进行清洗，获得干净的塑料。

2、将干净的塑料送入塑料烘干机进行烘干，获得烘干后的塑料，烘干温度100℃烘干时间10min。

3、将烘干后的塑料送入破碎机进行破碎，获得废塑料颗粒，废塑料颗粒的粒度为3mm。

4、将废塑料颗粒送入脱氯装置，进行脱氯，脱氯温度350℃，获得熔融脱氯塑料；产生的氯化氢通入吸收罐进行处理。

5、将铁钒渣和熔融脱氯塑料送入第一混料机混合均匀，获得第一混合料；铁料和熔融脱氯塑料的质量比为100:30，铁料的粒度为325目。

6、将第一混合料送入第一造球机，进行初级造球获得初级球团；初级球团的粒度为15mm。

7、将粒度为200目的兰炭(固定碳83.59wt％，挥发分6.05wt％，灰分9.08wt％，硫0.51wt％)与膨润土在第二混料机中混合，获得第二混合料。兰炭与膨润土的配比依据复合球团的需求确定。

8、将初级球团和第二混合料送入第二造球机，以初级球团为核心进行二次造球，获得复合球团，复合球团中的碳氧摩尔比为1：1.25；粘结剂的质量为复合球团质量的3％。复合球团的粒度为25mm。

9、将复合球团送入球团烘干机进行烘干，获得干球团；烘干温度为100℃，烘干时间为5min。

10、将干球团送入转底炉，进行还原，获得金属化球团。转底炉加热温度为1050℃，加热时间为40min，得到焙烧后球团金属化率为93.08％。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种含碳球团还原系统，其特征在于，包括：

脱氯装置，设有废塑料颗粒入口和热脱氯塑料出口；

第一混料机，设有铁料入口、热脱氯塑料入口和第一混合料出口，所述脱氯装置的热脱氯塑料出口连接所述第一混料机的热脱氯塑料入口；

第一造球机，设有第一混合料入口和初级球团出口，所述第一混料机的第一混合料出口连接所述第一造球机的第一混合料入口；

第二造球机，设有初级球团入口、第二混合料入口和复合球团出口，所述第一造球机的初级球团出口连接所述第二造球机的初级球团入口；

球团烘干机，设有复合球团入口和干球团出口，所述第二造球机的复合球团出口连接所述球团烘干机的复合球团入口；

转底炉，设有干球团入口和还原料出口，所述球团烘干机的干球团出口连接所述转底炉的干球团入口。

2.根据权利要求1所述的含碳球团还原系统，其特征在于，还包括破碎机，所述破碎机包括干塑料入口和废塑料颗粒出口，所述破碎机的废塑料颗粒出口连接所述脱氯装置的废塑料颗粒入口。

3.根据权利要求2所述的含碳球团还原系统，其特征在于，还包括清洗装置和塑料烘干机；

所述清洗装置包括废塑料入口和净塑料出口；

所述塑料烘干机包括净塑料入口和干塑料出口，所述清洗装置的净塑料出口连接所述塑料烘干机的净塑料入口，所述塑料烘干机的干塑料出口连接所述破碎机的干塑料入口。

4.根据权利要求1所述的含碳球团还原系统，其特征在于，进一步包括第二混料机，所述第二混料机包括煤粉入口、粘结剂入口和第二混合料出口，所述第二混料机的第二混合料出口连接所述第二造球机的第二混合料入口。

5.根据权利要求1所述的含碳球团还原系统，其特征在于，进一步包括吸收罐，所述吸收罐包括氯化氢入口；

所述脱氯装置还包括氯化氢出口，所述氯化氢出口连接所述吸收罐的氯化氢入口。

6.一种利用权利要求1～5任一所述含碳球团还原系统对含碳球团进行还原的方法，其特征在于，包括步骤：

A、将废塑料颗粒送入脱氯装置，进行脱氯，脱氯温度250～350℃，获得熔融脱氯塑料；

B、将铁料和所述熔融脱氯塑料送入第一混料机混合均匀，获得第一混合料；

C、将所述第一混合料送入第一造球机，进行造球获得初级球团；

D、将所述初级球团和第二混合料送入第二造球机，以所述初级球团为核心造球，获得复合球团，所述复合球团中的碳氧摩尔比为1：(1.05～1.25)；

E、将所述复合球团送入球团烘干机进行烘干，获得干球团；

F、将所述干球团送入转底炉，进行还原，获得金属化球团。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将烘干后的塑料送入破碎机进行破碎，获得所述废塑料颗粒。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

将废塑料送入清洗装置进行清洗，获得干净的塑料；

将所述干净的塑料送入塑料烘干机进行烘干，获得所述烘干后的塑料。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，铁料的粒度为200～325目。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤F中，转底炉中的温度为1050～1180℃，加热时间为20～40min。