CN109112294A - 一种提高烧结矿还原性和降低燃料消耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，包括如下步骤：1、预处理：对烧结用固体燃料进行整粒，并将大于3mm、1‑3mm、0.5‑1mm及小于0.5mm各粒级质量百分含量和平均粒度分别进行控制；2、制粒：将铁矿石、熔剂、返矿、含铁粉尘和固体燃料按所设定的烧结矿成分和产质量指标进行配料，然后依次进行一和二次混合制粒，固体燃料在其他烧结原料进行一次或二次混合制粒过程中加入，以此调整固体燃料的一次和二次混合制粒时间T₁和T₂，使固体燃料在整个制粒过程中平均粒度增加值控制在0.04‑0.43mm,同时制粒后的平均粒度为1.4‑2.0mm；3、布料烧结。

Description

一种提高烧结矿还原性和降低燃料消耗的方法

技术领域

本发明涉及冶金工业烧结工艺，尤其涉及一种提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法。

背景技术

随着污染物和碳减排政策日趋严格，降低炼铁能耗实现低耗环保生产已经成为未来炼铁技术的主要发展方向。而实现低耗环保既需要从末端治理方面下功夫，也需要研究如何在生产过程中降低燃料消耗，从源头减少污染物排放。提高烧结矿还原性是实现低碳排放的重要技术之一，根据生产统计，矿石还原性每改善10％，高炉焦比可下降8-9％。与此同时在生产高还原性烧结矿的过程中，通过优化工艺流程和参数也可以减少固体燃料消耗，从而减少温室气体CO₂以及SO₂、NO_x和二恶英等污染物的排放。

在目前烧结工艺流程中，固体燃料与含铁原料、熔剂、生石灰和返矿等按一定配比配料后，加水经一次混合机和二次混合机混合制粒，然后在烧结机上进行布料、点火烧结。通过对烧结过程中固体燃料的制粒、布料和燃烧行为研究发现：首先，固体燃料具有良好的制粒性能，大部分固体燃料都是作为核颗粒粘附细粉长大，固体燃料制粒后直径平均可增加0.2-0.8mm；其次，不同粒级混合料在烧结料层中从上到下偏析程度不同，1-2mm粒级偏析相对较大，制粒后的固体燃料颗粒大部分仍在1-2mm粒级将有利于固体燃料在料层中的合理偏析；最后，固体燃料良好的制粒性能会对其燃烧行为产生重要影响，低温下会降低燃烧强度，高温下会发生还原反应，还原反应不仅增加燃料消耗，还会减少铁酸钙的形成，影响烧结矿还原性。在现有烧结工艺条件下，固体燃料大于3mm粒级和小于0.5mm粒级含量偏多，且参与整个混合制粒过程(制粒后固体燃料颗粒周围容易形成较厚的粘附层)都十分不利于烧结固体燃料消耗的降低，还会导致烧结矿中熔融形磁铁矿含量增加，铁酸钙含量减少，还原性能下降。

为提高烧结矿还原性，公开号为CN101921909B的中国专利文献公开了一种控制烧结矿中氧化亚铁含量的方法，其通过准确并稳定地控制烧结矿中氧化亚铁(FeO)的含量，从而获得具有优良的还原性和强度的烧结矿。该方法通过将式1的值控制在2.8wt％-2.9wt％的范围内，从而将烧结矿中氧化亚铁含量控制在7.2wt％-8.2wt％的范围内，其中所述式1为：

(FC)_混合料＝[W_燃料×(1-A_燃-V_燃-S_燃-H_燃)+R_{高炉炉尘灰}×W_新料×C_{高炉炉尘灰}]÷W_混合料×100％。

公开号为CN1276982C的中国专利文献公开了一种用来制造还原性好、冷强度高的烧结矿的制造方法与制造装置，该方法用滚筒搅拌机制造由铁矿石、含SiO₂原料、石灰石类粉料以及固体燃料类粉料构成的烧结原料颗粒时，从所述滚筒搅拌机的装入口装入除石灰石类粉料以及固体燃料类粉料之外的烧结原料，在该烧结原料到达所述滚筒搅拌机的排出口前的滞留时间在10-90秒范围内的设定的区域，添加后续辅料，在到达排出口期间使后续添加辅料附着并形成烧结原料的外包装部。

为了降低烧结固体燃料消耗，公开号为CN101532084B的中国专利文献公开了一种铁矿石烧结燃料分加方法，该方法包括以下步骤：将待烧结的物料与第一次加入的燃料在一次混合机中混合；将一次混合后的物料与第二次加入的燃料在二次混合机中混合；将二次混合后的物料加入烧结机中。公开号为CN101928824B的中国专利文献公开了一种降低烧结固体燃耗、提高强度的烧结矿生产方法，其特点是配料前对烧结用焦粉进行破碎预筛分，筛分出4个粒度级，包括＜1mm粒度级、1～3mm粒度级、3～5mm粒度级和＞5mm粒度级，并按＜1mm粒度级占55％～59％、1～3mm粒度级占23％～27％、3～5mm粒度级占9％～13％、＞5mm粒度级占4％～8％的重量百分比例进行混合，再与其它原料混合配料。

现有技术的上述方法虽然在一定程度上起到了提高烧结矿还原性或降低烧结固体燃料消耗的作用，但有的方法存在一定局限性，有的存在不能同时烧结矿还原性、生产率和降低固体燃耗等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，该方法可以改善固体燃料燃烧行为和在烧结料层中的分布，提高固体燃料燃烧效率和强度以及料层中热量的利用效率，同时增加铁酸钙含量，从而实现提高烧结矿还原性和生产率，并降低固体燃耗的目的。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，其包括如下步骤：

1)、预处理：

对烧结用固体燃料进行整粒，并将大于3mm粒级质量百分含量X₊₃、1-3mm粒级质量百分含量X_1-3、0.5-1mm粒级质量百分含量X_0.5-1、小于0.5mm粒级质量百分含量X_-0.5和平均粒度D_q分别控制在：0％≤X₊₃≤14％、35％≤X_1-3≤57％、25％≤X_0.5-1≤43％、0％≤X_-0.5≤12％和1.25mm≤D_q≤1.92mm；

2)、制粒：

将铁矿石、熔剂、返矿、含铁粉尘和固体燃料按照所设定的烧结矿成分和产质量指标进行配料，然后将铁矿石、熔剂、返矿和含铁固废依次进行一次混合制粒和二次混合制粒，固体燃料在其他烧结原料进行一次或二次混合制粒过程中加入，以此调整固体燃料的一次混合制粒时间T₁和二次混合制粒时间T₂，使固体燃料在整个制粒过程中平均粒度增加值D_a控制在0.04-0.43mm,同时制粒后的平均粒度D_h范围为1.4-2.0mm；各参数间的相互关系按以下两公式确定：

D_h＝D_q+D_a

式中：X₊₃为制粒前固体燃料大于3mm粒级百分含量；X_1-3为制粒前固体燃料1-3mm粒级百分含量；X_0.5-1为制粒前固体燃料0.5-1mm粒级百分含量；X_-0.5为制粒前固体燃料小于0.5mm粒级百分含量；T₁为一次混合制粒时间，单位为min；T₂为二次混合制粒时间，单位为min；D_a为固体燃料在制粒过程中的平均粒度增加值，单位为mm；D_q为制粒前固体燃料平均粒度，单位为mm；D_h为制粒后固体燃料平均粒度，单位为mm；

3)、布料烧结：

将经过混合制粒的烧结混合料输送到烧结机进行偏析布料、点火和烧结。

作为本技术方案的进一步改进，步骤1)中固体燃料的整粒采用“粗破+筛分+细破”或“粗破+筛分+细破+筛分”的流程。

也作为本技术方案的进一步改进，步骤2)中一次混合制粒的混合装置为强力搅拌混合机或圆筒混合机或两者的组合，二次混合制粒的混合装置为圆筒混合机。

作为本发明的优选实施例，步骤2)中一次混合制粒时间T₁和二次混合制粒时间T₂的调整范围分别为0-4min和0.5-4min，并且T₂≥T₁。

还作为本技术方案的进一步改进，所述一次混合和二次混合的加水量分别占总加水量的70-90％和10-30％。

此外，步骤1)和2)中的平均粒度可以采用加权平均计算得到，如把固体燃料筛分为小于0.5mm、0.5-1mm、1-3mm和大于3mm等4个粒级，各个粒级的重量分别乘以粒级中央值(0.25、0.75、2和4)然后除以总重量。

上述技术方案与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)、采用本技术方案可以减少固体燃料参与还原反应的比例，从而降低烧结矿中熔融形磁铁矿的含量，增加铁酸钙含量，提高烧结矿还原性；

(2)、本技术方案固体燃料颗粒在烧结料层中的分布，有利于提高烧结料层热量利用效率，使烧结料层达到所需温度的燃料耗量减少；

(3)、上述技术方案将减少固体燃料周围的粘附层厚度，提高固体燃料燃烧效率和强度，提高烧结成产率，降低固体燃料消耗和环境污染。

附图说明

图1为现有烧结工艺技术方案示意图；

图2为本发明技术方案的工艺路线图示意；

图3不同粒级混合料在烧结台车中的偏析情况；

图4不同粒级固体燃料在烧结过程中用于还原的比例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

参照图1的现有工艺和图2的本发明的工艺，两者最大的区别是本发明对固体燃料的处理方法及对处理物的混合加入时机的掌握。

本发明提供的提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，主要在于通过优化制粒前固体燃料粒度组成和制粒行为来改善固体燃料燃烧行为和在烧结料层中的分布。其创新理论基础为：通过对烧结过程中固体燃料的制粒、布料和燃烧行为研究发现：①、固体燃料具有良好的制粒性能，大部分固体燃料都是作为核颗粒粘附细粉长大，固体燃料制粒后直径平均可增加0.2-0.8mm；②、不同粒级混合料经偏析布料后，其在烧结台车中的偏析程度不同，不同粒级混合料在烧结台车中的偏析情况如图3所示。在固体燃料含量较高的粒级中，1-2mm粒级偏析最大，其次是0.5-1mm粒级，2-5mm和小于0.5mm粒级偏析最小，制粒后的固体燃料颗粒大部分仍在1-2mm粒级将有利于固体燃料在料层中的合理偏析；③、固体燃料良好的制粒性能会对其燃烧行为产生重要影响，低温下会降低燃烧强度，高温下会发生还原反应，还原反应不仅增加燃料消耗，还会减少铁酸钙的形成，影响烧结矿还原性。通过模拟试验得到的不同粒级固体燃料在烧结过程中用于还原的比例如图4所示。小于0.5mm粒级的固体燃料与铁矿石发生还原反应的比例最高，1-3mm粒级发生还原反应的比例最低。减少固体燃料中小于0.5mm和大于3mm粒级含量不仅可以减少燃料消耗，还能增加铁酸钙的形成，提高烧结矿还原性。如果在制粒前优化固体燃料的粒度组成，并控制固体燃料的制粒行为，将可以改善固体燃料燃烧行为和在烧结料层中的分布，提高固体燃料燃烧效率和强度以及料层中热量的利用效率，同时增加铁酸钙含量，从而实现提高烧结矿还原性和生产率，并降低固体燃耗。

如图2所示，其包括如下步骤：

1)、预处理：对烧结用固体燃料进行整粒，并将大于3mm粒级质量百分含量X₊₃、1-3mm粒级质量百分含量X_1-3、0.5-1mm粒级质量百分含量X_0.5-1、小于0.5mm粒级质量百分含量X_-0.5和平均粒度D_q分别控制在：0％≤X₊₃≤14％、35％≤X_1-3≤57％、25％≤X_0.5-1≤43％、0％≤X_-0.5≤12％和1.25mm≤D_q≤1.92mm；

2)、制粒：将铁矿石、熔剂、返矿、含铁粉尘和固体燃料按照所设定的烧结矿成分和产质量指标进行配料，然后将铁矿石、熔剂、返矿和含铁固废依次进行一次混合制粒和二次混合制粒，固体燃料在其他烧结原料进行一次或二次混合制粒过程中加入，以此调整固体燃料的一次混合制粒时间T₁和二次混合制粒时间T₂，使固体燃料在整个制粒过程中平均粒度增加值D_a控制在0.04-0.43mm,同时制粒后的平均粒度D_h范围为1.40-2.00mm。各参数间的相互关系按以下两公式确定：

D_h＝D_q+D_a

式中：X₊₃为制粒前固体燃料大于3mm粒级百分含量；X_1-3为制粒前固体燃料1-3mm粒级百分含量；X_0.5-1为制粒前固体燃料0.5-1mm粒级百分含量；X_-0.5为制粒前固体燃料小于0.5mm粒级百分含量；T₁为一次混合制粒时间，单位为min；T₂为二次混合制粒时间，单位为min；D_a为固体燃料在制粒过程中的平均粒度增加值，单位为mm；D_q为制粒前固体燃料平均粒度，单位为mm；D_h为制粒后固体燃料平均粒度，单位为mm；

3)、布料烧结：将经过混合制粒的烧结混合料输送到烧结机进行偏析布料、点火和烧结。

其中，上述制备过程中，烧结混合料布料、点火和烧结过程均为常规技术，在此不再赘述。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例的参数设置如表1和表2所示：

表1实施例固体燃料制粒前参数设置

表2实施例制粒参数设置

表3实施结果

按照表1和表2所列实施例参数的实施结果见表3。采用实施例2的方案，与对照例相比，其还原度RI提高2.47％，成品率提高1.20％，利用系数提高13.33％，转鼓指数提高1.04％，固体燃耗降低2.76％。采用实施例4的方案，与对照例相比，其还原度RI提高6.19％，成品率提高3.33％，利用系数提高8.15％，转鼓指数提高2.57％，固体燃耗降低6.78％。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)、预处理：

对烧结用固体燃料进行整粒，并将大于3mm粒级质量百分含量X₊₃、1-3mm粒级质量百分含量X_1-3、0.5-1mm粒级质量百分含量X_0.5-1、小于0.5mm粒级质量百分含量X_-0.5和平均粒度D_q分别控制在：0％≤X₊₃≤14％、35％≤X_1-3≤57％、25％≤X_0.5-1≤43％、0％≤X_-0.5≤12％和1.25mm≤D_q≤1.92mm；

2)、制粒：

将铁矿石、熔剂、返矿、含铁粉尘和固体燃料按照所设定的烧结矿成分和产质量指标进行配料，然后将铁矿石、熔剂、返矿和含铁固废依次进行一次混合制粒和二次混合制粒，固体燃料在其他烧结原料进行一次或二次混合制粒过程中加入，以此调整固体燃料的一次混合制粒时间T₁和二次混合制粒时间T₂，使固体燃料在整个制粒过程中平均粒度增加值D_a控制在0.04-0.43mm,同时制粒后的平均粒度D_h范围为1.4-2.0mm；各参数间的相互关系按以下两公式确定：

D_h＝D_q+D_a

式中：X₊₃为制粒前固体燃料大于3mm粒级百分含量；X_1-3为制粒前固体燃料1-3mm粒级百分含量；X_0.5-1为制粒前固体燃料0.5-1mm粒级百分含量；X_-0.5为制粒前固体燃料小于0.5mm粒级百分含量；T₁为一次混合制粒时间，单位为min；T₂为二次混合制粒时间，单位为min；D_a为固体燃料在制粒过程中的平均粒度增加值，单位为mm；D_q为制粒前固体燃料平均粒度，单位为mm；D_h为制粒后固体燃料平均粒度，单位为mm；

3)、布料烧结：

将经过混合制粒的烧结混合料输送到烧结机进行偏析布料、点火和烧结。

2.根据权利要求1所述提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，其特征在于：步骤1)中固体燃料的整粒采用“粗破+筛分+细破”或“粗破+筛分+细破+筛分”的流程。

3.根据权利要求1所述提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，其特征在于：步骤2)中一次混合制粒的混合装置为强力搅拌混合机或圆筒混合机或两者的组合，二次混合制粒的混合装置为圆筒混合机。

4.根据权利要求1所述提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，其特征在于：步骤2)中一次混合制粒时间T₁和二次混合制粒时间T₂的调整范围分别为0-4min和0.5-4min，并且T₂≥T₁。

5.根据权利要求1所述提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，其特征在于：所述一次混合和二次混合的加水量分别占总加水量的70-90％和10-30％。

6.根据权利要求1所述提高烧结矿还原性和降低固体燃耗的方法，其特征在于：步骤1)和2)中的平均粒度采用加权平均法获得。