CN111254279B - 一种含钒钢渣制粒烧结方法 - Google Patents

一种含钒钢渣制粒烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含钒钢渣制粒烧结方法，包括如下步骤：(1)将含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿按照预设比例配料混合，磨至‑100目，得到含钒混合粉料；(2)向步骤(1)得到的含钒混合粉料中配入除尘灰、焦粉、膨润土，添加水分，进行造球，得到生料；(3)将步骤(2)得到的生料送入焙烧炉内依次进行干燥、预热、烧结、冷却；(4)破碎、筛分，得到烧结矿。本发明还提高了采用该方法制备得到的烧结矿。采用本发明的方法制备得到的烧结矿成分稳定、粒度均匀，具有很好的冶金性能，可满足后续矿热炉冶炼要求。

Description

一种含钒钢渣制粒烧结方法
技术领域
本发明涉及冶金与固废综合利用技术领域，具体涉及一种含钒钢渣制粒烧结方法。
背景技术
钒是一种重要的金属元素，主要用于钢铁工业，以改善钢的强度、韧性及耐蚀性等性能。其中，钒钛磁铁矿是钒最重要的存在形式，生产工艺为：钒钛磁铁矿经选矿后送入高炉进行冶炼得到含钒铁水，随后进入转炉进行选择性氧化提钒从而得到半钢和富钒渣，富钒渣用于湿法提钒，半钢送去转炉炼钢。由于倒半钢时会有部分钒渣随之流出等因素，半钢中含有残钒，加之个别工序处理能力的限制，会有部分铁水不经提钒而直接兑入炼钢炉中，因此最后所得到的钢渣中仍含有不少的钒量，部分钢渣V2O5量甚至可高达5％。
现有提钒工艺虽多，但因无法适应该钢渣的资源特性而未得到很好的实施，该部分渣目前尚未得到有效利用。
矿热炉由于操作简单、流程短、电热效率高、对原料适应性广等特点，可作为冶炼钒渣提取钒的重要设备。根据原料入炉要求，以及贫钒钢渣的特性，需要对之进行一定的预处理。
发明内容
本发明的发明目的是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种含钒钢渣制粒烧结方法。
具体来说，本发明通过如下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种含钒钢渣制粒烧结方法，包括如下步骤：
(1)将含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿按照预设比例配料混合，磨至-100目，得到含钒混合粉料；
(2)向步骤(1)得到的含钒混合粉料中配入除尘灰、焦粉、膨润土，添加水分，进行造球，得到生料；
(3)将步骤(2)得到的生料送入焙烧炉内依次进行干燥、预热、烧结、冷却；
(4)破碎、筛分，得到烧结矿。
进一步，在步骤(1)中，所述预设比例是含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿的重量比为40～50:20～45:15～30。
进一步，在步骤(2)中，按照含钒混合粉料、除尘灰、焦粉、膨润土的重量比为100:1～3.5:1.5～3:0.5～2.5配入除尘灰、焦粉、膨润土。
进一步，在步骤(2)中，所述造球的时间为12～16分钟。
进一步，在步骤(2)中，所述生料的水分含量是8.5～10wt％、抗压强度为11～25N/个。
进一步，在步骤(3)中，所述焙烧炉包括料层，所述料层由铺底料和生料组成，其中，所述铺底料层厚160～250mm，所述生料层厚250～300mm。
进一步，在步骤(3)中，干燥温度为300～350℃，预热温度为1000～1150℃，烧结温度为1350～1500℃，冷却是冷却至≤200℃。
进一步，在步骤(4)中，所述筛分采用三段冷矿振动筛进行，包括一次筛、二次筛和三次筛。
进一步，一次筛筛上＞5mm粒级进入二次筛，筛下≤5mm粒级返回烧结配料；二次筛筛上＞10mm粒级进入三次筛，筛下5～10mm粒级烧结矿运至成品仓；三次筛筛出10～15mm粒级有60％～80％(重量)用作铺底料，其余部分随筛上＞15mm粒级烧结矿一起运至成品仓。
另一方面，本发明提供了一种采用含钒钢渣制成的烧结矿，采用上述的含钒钢渣制粒烧结方法制备。
进一步，所述烧结矿的组成是TFe29.5～38.3％、CaO18.6～33.2％、SiO27.5～9.4％、MgO4.1～7.8％、Al2O32.1～3.5％、V2O50.9～1.8％。
相比于现有技术，本发明的含钒钢渣制粒烧结方法至少具有如下有益效果：
(1)工艺简单、原料易得、成本低。
(2)采用该方法所得烧结矿成分稳定、粒度均匀，具有很好的冶金性能，可满足后续矿热炉冶炼要求。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。
目前，对钒钛磁铁矿进行冶炼得到的钢渣中仍含有不少的钒量，部分钢渣V2O5量甚至可高达5％，如果直接排放，既对环境造成污染，又造成钒资源浪费。针对该问题，本发明的发明人通过研究，创造性地提出了一种采用含钒钢渣制粒烧结方法。该方法包括：(1)将含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿按照预设比例配料混合，磨至-100目，得到含钒混合粉料；(2)向步骤(1)得到的含钒混合粉料中配入除尘灰、焦粉、膨润土，添加水分，进行造球，得到生料；(3)将步骤(2)得到的生料送入焙烧炉内依次进行干燥、预热、烧结、冷却；(4)破碎、筛分，得到烧结矿。
在一种优选的实施方式中，本发明的含钒钢渣制粒烧结方法包括如下步骤：
(1)制备含钒混合粉料。
按照含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿的重量比为40～50:20～45:15～30将含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿进行配料、混合均匀，然后研磨至-100目(泰勒筛)，从而得到含钒混合粉料。
在本发明中，含钒钢渣是指钒钛磁铁矿经炼钢环节最后所得到的贫钒钢渣，而不是转炉氧化提钒后得到的富钒渣。贫钒钢渣和富钒渣为业界熟知的两种渣，由于各厂原料成分、冶炼设备、工艺条件、操作制度等因素差异使得渣具体成分及含量复杂且波动较大。但是，这两种渣均含有FeO，CaO，SiO2，MgO，Al2O3，V2O5这几种主要成分，其中，贫钒钢渣的V2O5含量主要在1～5％(重量)区间，富钒渣的V2O5含量主要在14～20％(重量)区间。
在本发明中，钒粉矿是钒钛磁铁矿的一种，组成与贫钒钢渣和富钒渣类似，也含有FeO，CaO，SiO2，MgO，Al2O3，V2O5这几种主要成分，其V2O5含量主要在0.4～0.8％(重量)区间。
在本发明中，烧结冷返矿与最后所得烧结矿成分一致，只是因粒度小不满足后续冶炼要求，所以需要重新返回配料进行烧结。
在本发明中，“-100目”是表示能漏过100的网孔，即颗粒尺寸小于网孔尺寸。
根据发明人的研究，本发明中钒钢渣是钒钛磁铁矿炼钢后所剩的，钒含量低，CaO含量高，S、P含量较高，是一种固体废弃物，基本没有得到利用。含钒混合料采用40～50:20～45:15～30的配比，属于最大化利用贫钒钢渣资源，高碱度不仅省去了碱性熔剂的配入，降低了生产成本，还使得冶金性能大大改善，同时使有害S、P元素保持在一个合理的范围。
研磨至-100目，颗粒比表面积大，具有较大的表面自由能，更容易趋向稳定状态即结合成球，成分更加均匀。
(2)造球、制备生料。
按照含钒混合粉料、除尘灰、焦粉、膨润土的重量比为100:1～3.5:1.5～3:0.5～2.5向含钒混合粉料中配入除尘灰、焦粉、膨润土，并添加水，进行圆盘造球12～16分钟，得到生球(即生料)。该生球的水分含量是8.5～10wt％、抗压强度为11～25N/个。
在本发明中，除尘灰是步骤(1)至(4)全过程回收所得。
在本发明中，焦粉中，灰分<15％，硫≤1％，含水8％～10％。
在本发明中，膨润土为钠质膨润土，含水7％～8％，-200目粒级含量>90％。
根据发明人的研究：
除尘灰中具有一定的铁量和钒量，造球时配入部分除尘灰，可以降低生产成本，同时使资源回用，也有利于环保。
焦粉属于内配的固态燃料，是之后进行烧结的发热剂。
膨润土的加入有助于改善成球性，提高球团的强度和抗爆裂温度。
生球的水分含量维持在8.5～10wt％，水分太低造球效率缓慢、结构脆弱，水分太高，一者生球强度也差，同时也延长了后续干燥、烧结的时间，增加了生产成本。
11～25N/个为合理成本区间内得到的适宜后续运输、干燥烧结的抗压强度。
100:1～3.5:1.5～3:0.5～2.5的配比，在最大化不降低钒品位的情况下，实现除尘灰废弃资源的回用以及造球强度的需求。
(3)对生料进行干燥、预热、烧结、冷却。
将生料送入焙烧炉内，具体是以料层的形式送入，其中料层由铺底料层和生料层组成，铺底料层厚160～250mm，生料层厚250～300mm。
焙烧炉由入口至出口沿水平方向依次分为干燥、预热、烧结、冷却四个区段，其中干燥温度为300～350℃，预热温度为1000～1150℃，烧结温度为1350～1500℃，冷却是冷却至≤200℃，然后输出焙烧炉。
在本发明中，皮带匀速运转，四区段长度不同，因而停留时间存在差异，通过控制每段吹入的热风与冷风比例来调节温度，热源可以使用矿热炉冶炼产生的煤气，实现资源最大化利用。本领域技术人员可以根据实际需要合理确定各区段的长度和停留时间。
在本发明中，铺底料主要是为了保护焙烧炉底部不被烧坏，提高设备寿命，同时有助于气流分布均匀。
在本发明中，干燥区段主要是为了降低生球中的水分，防止后续升温过快过高水分蒸发迅速引起的球团破裂、粉化，恶化料层透气性；预热区段是缓慢升温过程，避免升温剧烈引起球团发生某些激烈的化学反应而引起结构的破坏；烧结主要就是通过产生液相，以提高球团强度，同时去除一部分的S、P等有害杂质，改善冶金性能；冷却区段方便后续的破碎、筛分。
(4)破碎与筛分。
冷却后的球团先经过鄂破，然后由胶带机运至成品筛分系统，该成品筛分系统是三段冷矿振动筛，由一次筛、二次筛和三次筛组成。其中，一次筛筛上＞5mm粒级进入二次筛，筛下≤5mm粒级返回烧结配料；二次筛筛上＞10mm粒级进入三次筛，筛下5～10mm粒级烧结矿运至成品仓；三次筛筛出10～15mm粒级有60％～80％(重量)用作铺底料，其余部分随筛上＞15mm粒级烧结矿一起运至成品仓。
根据发明人的研究，≤5mm粒级若进入后续矿热炉冶炼，则影响料层的透气性，造成炉况不顺，因此需要返回烧结配料；铺底料主要是为了保护焙烧炉底部不被烧坏，提高设备寿命，同时有助于气流分布均匀。选用60％～80％(重量)的10～15mm粒级作铺底料，可以改善烧结矿的粒度组成，既能防止高温直接接触炉底篦条，同时一定程度上避免细粉被抽走，增加烟气中的灰尘量。
采用本发明的含钒钢渣制粒烧结方法所得烧结矿成分稳定、粒度均匀，具有很好的冶金性能。该烧结矿的主要组成是TFe29.5～38.3％、CaO18.6～33.2％、SiO27.5～9.4％、MgO4.1～7.8％、Al2O32.1～3.5％、V2O50.9～1.8％。前述列出的是影响烧结矿性能的主要成分及含量，当然应当理解的是，该烧结矿还存在其他次要或微量组分，但几乎不影响烧结矿性能，因此在此不作列举。
相较于普通烧结，该烧结混合的原料粒度小，成球时能够混合均匀，烧结时生成液相也会均匀分布，烧结燃烧效果好，因此球团强度很高，同时还原性和低温还原粉化性能都得到了一定的改善。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中采用的各物质均为常规物质，可从市面购买。
实施例1：
分别称量45公斤含钒钢渣、35公斤钒粉矿、20公斤烧结冷返矿，混合均匀后球磨至-100目。接着配入2.5公斤除尘灰、2公斤焦粉、1公斤膨润土，按照生球水含量8.5wt％加入水，圆盘造球13.5min，得到12N/个的生球。随后进入焙烧炉内经过干燥(320℃)、预热(1000℃)、烧结(1375℃)区段后，冷却至≤200℃出炉。经过颚破后由胶带机运至成品筛分系统，该系统由三段冷矿振动筛组成：一次筛筛上＞5mm粒级进入二次筛，筛下≤5mm粒度冷返矿由胶带机送至烧结配料室；二次筛筛上＞10mm粒级进入三次筛，筛下5～10mm粒度成品烧结矿运至成品仓；三次筛筛出10～15mm粒级约65％(重量)用作烧结铺底料，其余部分随筛上＞15mm的烧结矿一起运至成品仓。最后所得合格烧结矿主要成分为TFe35.28％，CaO25.13％，SiO28.11％，MgO5.71％，Al2O32.80％，V2O51.24％。
实施例2：
分别称量50公斤含钒钢渣、25公斤钒粉矿、25公斤烧结冷返矿，混合均匀后球磨至-100目。接着配入2公斤除尘灰、2.5公斤焦粉、1.5公斤膨润土，按照生球水含量9wt％加入水，圆盘造球16min，得到18N/个的生球。随后进入焙烧炉内经过干燥(300℃)、预热(1050℃)、烧结(1350℃)区段后，冷却至≤200℃出炉。经过颚破后由胶带机运至成品筛分系统，该系统由三段冷矿振动筛组成：一次筛筛上＞5mm粒级进入二次筛，筛下≤5mm粒度冷返矿由胶带机送至烧结配料室；二次筛筛上＞10mm粒级进入三次筛，筛下5～10mm粒度成品烧结矿运至成品仓；三次筛筛出10～15mm粒级约80％(重量)用作烧结铺底料，其余部分随筛上＞15mm的烧结矿一起运至成品仓。最后所得合格烧结矿主要成分为TFe31.50％，CaO29.37％，SiO29.27％，MgO6.50％，Al2O32.58％，V2O51.36％。
实施例3：
分别称量48公斤含钒钢渣、36公斤钒粉矿、16公斤烧结冷返矿，混合均匀后球磨至-100目。接着配入2.4公斤除尘灰、2.1公斤焦粉、0.8公斤膨润土，按照生球水含量9.5wt％加入水，圆盘造球14min，得到22N/个的生球。随后进入焙烧炉内经过干燥(350℃)、预热(1150℃)、烧结(1450℃)区段后，冷却至≤200℃出炉。经过颚破后由胶带机运至成品筛分系统，该系统由三段冷矿振动筛组成：一次筛筛上＞5mm粒级进入二次筛，筛下≤5mm粒度冷返矿由胶带机送至烧结配料室；二次筛筛上＞10mm粒级进入三次筛，筛下5～10mm粒度成品烧结矿运至成品仓；三次筛筛出10～15mm粒级约72％(重量)用作烧结铺底料，其余部分随筛上＞15mm的烧结矿一起运至成品仓。最后所得合格烧结矿主要成分为TFe35.11％，CaO25.63％，SiO28.01％，MgO5.81％，Al2O32.74％，V2O51.26％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种含钒钢渣制粒烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿按照预设比例配料混合，磨至-100目，得到含钒混合粉料；
(2)向步骤(1)得到的含钒混合粉料中配入除尘灰、焦粉、膨润土，添加水分，进行造球，得到生料；
(3)将步骤(2)得到的生料送入焙烧炉内依次进行干燥、预热、烧结、冷却；
(4)破碎、筛分，得到烧结矿；
其中，在步骤(1)中，所述预设比例是含钒钢渣、钒粉矿、烧结冷返矿的重量比为40～50:20～45:15～30；
其中，在步骤(2)中，按照含钒混合粉料、除尘灰、焦粉、膨润土的重量比为100:1～3.5:1.5～3:0.5～2.5配入除尘灰、焦粉、膨润土；
其中，在步骤(3)中，干燥温度为300～350℃，预热温度为1000～1150℃，烧结温度为1350～1500℃，冷却是冷却至≤200℃。
2.根据权利要求1所述的含钒钢渣制粒烧结方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述造球的时间为12～16分钟。
3.根据权利要求1所述的含钒钢渣制粒烧结方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述生料的水分含量是8.5～10wt％、抗压强度为11～25N/个。
4.根据权利要求1所述的含钒钢渣制粒烧结方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述焙烧炉包括料层，所述料层由铺底料和生料组成，其中，所述铺底料层厚160～250mm，所述生料层厚250～300mm。
5.根据权利要求1所述的含钒钢渣制粒烧结方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述筛分采用三段冷矿振动筛进行，包括一次筛、二次筛和三次筛；
一次筛筛上＞5mm粒级进入二次筛，筛下≤5mm粒级返回烧结配料；二次筛筛上＞10mm粒级进入三次筛，筛下5～10mm粒级烧结矿运至成品仓；三次筛筛出10～15mm粒级有60％～80％(重量)用作铺底料，其余部分随筛上＞15mm粒级烧结矿一起运至成品仓。
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