CN111304435B

CN111304435B - 一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法

Info

Publication number: CN111304435B
Application number: CN202010146068.6A
Authority: CN
Inventors: 范晓慧; 甘敏; 陈许玲; 季志云; 孙伟; 黄晓贤; 高志勇; 袁礼顺; 汪国靖; 王殊
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: CN111304435A

Abstract

本发明公开了一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法。针对难烧的铁精矿，在其球团制备过程中，将难烧铁矿和石灰石进行强力混匀后，通过高压辊磨预处理。该方法耦合了高压辊磨的机械活化作用和石灰石的化学活化作用，共同促进难烧铁矿的固结反应，从而使难烧铁矿球团料的焙烧温度降低60～100℃，球团强度提高300～600N/个以上，能耗下降10％～25％，SO₂减排12～30％，NOx减排25％～52％。

Description

一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法

技术领域

本发明涉及一种难烧铁矿预处理方法，特别涉及一种通过化学活化剂耦合高压辊磨促进难烧铁矿晶格活化，从而降低难烧铁矿焙烧温度，实现难烧铁矿球团制备过程节能减排的方法，属于钢铁冶金的铁矿球团制备领域。

背景技术

球团矿作为高炉炼铁的一种主要含铁炉料，具有粒度均匀、抗压强度好、铁品位高、冶金性能好等优点。且相比烧结矿，球团生产对环境相对友好，热利用率更高。因此，各国钢铁厂在高炉炉料的选择中更加青睐球团矿。到目前为止，我国球团矿占高炉炉料结构的比例已增至20％以上。

随着优质磁铁矿储量的降低，赤铁矿、镜铁矿等成球性和焙烧性能较差的铁矿资源用量逐年增加。尤其焙烧性能差的铁精矿，其焙烧温度高达1320～1350℃，对设备的耐高温材质要求非常高，而且由于进入焙烧前的球团强度低，在加工过程球团表面的颗粒易脱落而导致废气中粉尘含量高；除此之外，球团的焙烧温度越高，球团生产过程产生的热力型NOx呈指数增加，因此，难烧矿制备球团过程面临生产难度大、焙烧温度高、能耗高、污染物排放量大等众多问题。因而改善球团的固结性能，降低焙烧温度，是难烧铁矿资源合理利用和节能减排的关键。

采用高压辊磨改变铁精矿颗粒的粒度、比表面积、形状、亲水性等性质，可以改善铁精矿的成球性能和固结性能，是制备优质球团矿的重要措施。实践表明高压辊磨具有明显提高铁矿球团质量，降低能耗、提高产能等作用。但当辊磨压力达到一定值后，铁精矿的比表面积和活性将不再提高，对球团质量的改善作用也变得不明显。因此，对于赤铁矿、镜铁矿等焙烧性能差的原料，单采用高压辊磨的方法，还不足以将其焙烧温度降低至磁铁矿球团那样低的温度，且强度也难以与磁铁矿球团相比。

此外，继续降低焙烧温度对污染物减排的作用也非常大。随着国家环保政策的日益严格，球团行业也要实施超低排放标准。降低焙烧温度，减少球团过程各种污染物的产生量，尤其是NOx的产生量，对后续进行污染物治理而达到超低排放意义重大。因此，在高压辊磨的基础上，实现难烧铁矿的低温焙烧，是其低能耗清洁生产的关键。

发明内容

针对现有技术中难烧铁矿焙烧性能差的问题以及高压辊磨在预处理难烧铁矿过程中存在的不足，本发明的目的是在于提供一种通过机械活化和化学活化耦合促进难烧铁矿高效活化，实现球团节能焙烧和减排方法，该方法通过机械活化和化学活化的共同作用，实现难烧铁矿的低温焙烧，大幅降低球团的能源消耗，从源头减少COx、SOx、NOx的排放，尤其是实现难烧铁矿的低NOx生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供的一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法，难烧铁矿依次经过预处理、造球、预热和焙烧获得球团矿，在难烧铁矿制备球团过程中，将难烧铁矿和石灰石进行强力混匀后，采用高压辊磨预处理。

本发明技术方案在高压辊磨机械活化作用下，不但能够使得难烧铁矿表面产生裂纹，晶格被活化，增加铁精矿比表面积和活性，有利于烧结过程，而且可以为石灰石和铁精矿之间的充分接触创造了有利条件，从而使得石灰石能够更好地发挥其强化高温烧结的过程，从而通过机械活化和石灰石的化学活化耦合作用，大幅降低难烧铁矿的焙烧温度，降低能耗，减少SO₂、NOx等的排放。

优选的方案，所述难烧铁矿包括镜铁矿和/或赤铁矿，和/或包括镜铁矿和赤铁矿总质量超过60％的混合铁矿，和/或适宜焙烧温度超过1320℃的铁精矿。适宜焙烧温度指的是完成正常烧结所需最低温度。

优选的方案，所述石灰石的粒度满足小于0.045mm粒级的质量百分比含量不低于80％，和小于0.02mm粒级的质量百分比含量不低于20％，且活性成分CaO的质量百分比含量不低于52％。本发明通过控制石灰石在适当的粒度，有利于石灰石粘附到难烧铁矿在高压辊磨下产生的粗糙表面和裂纹中，使得两者充分接触，能够更好地发挥石灰石在烧结过程中的化学活化作用。

优选的方案，与难烧铁矿强力混合的石灰石的含水率控制在7.0％～7.5％范围内。通过控制水分来改变石灰石的粘结能力有利于石灰石均匀粘附在难烧铁矿的颗粒表面。

优选的方案，所述石灰石的质量控制为难烧铁矿质量的0.5～1.5％。石灰石的用量控制在适宜范围内，一方面保证其与难烧铁矿的活化作用，如太少则活化作用达不到要求，如太高则影响球团的碱度，且会产生过多的低熔点物质，易造成球团粘结和回转窑结圈。

优选的方案，所述强力混匀采用含犁刀式搅拌叶的卧式强力混合机进行混匀，搅拌速度为4～6r/min。通过强力混合有利于石灰石粘附到难烧铁矿的表面及裂纹中。

优选的方案，所述高压辊磨过程控制辊磨压力为2.5～3.2MPa，难烧铁矿和石灰石混合物的含水率控制为6.5％～7.5％。通过协同控制辊磨过程中的的压力和水分条件，一方面有利难烧铁矿的晶格活化以及表面裂纹的产生，另一方面，有利于石灰石和难烧铁矿紧密接触，部分石灰石可以粘附到难烧铁矿粗糙表面或裂缝中，有利于更好地发挥石灰石作用高温固结过程。

优选的方案，所述预热过程中，控制预热升温速率为70～100℃/min，且控制进入焙烧过程之前球团中石灰石的分解质量比例不低于90％。通过优化升温过程，控制合适的升温速率，避免石灰石剧烈分解，同时又确保球团在进入焙烧前大部分石灰石已分解，在焙烧过程充分发挥活化作用。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：

(1)本发明耦合高压辊磨的机械活化作用和石灰石的化学活化作用，共同促进难烧铁矿的固结反应，从而大幅降低难烧铁矿的焙烧温度，并在低温焙烧条件下获得良好的球团强度。

(2)高压辊磨的机械活化作用和石灰石的化学活化作用并非简单的叠加，本发明通过控制石灰石的粒度、水分，以及通过强混工艺，将石灰石和难烧铁矿更好的结合，为高压辊磨过程石灰石和铁精矿的充分作用奠定了基础。

(3)高压辊磨增加铁精矿比表面积和活性，石灰石促进铁氧化物的固相反应，强力混合和高压辊磨为石灰石和铁精矿之间的充分接触创造条件，并优化了热工条件，控制石灰石的分解和反应行为，因而从多个方面强化了焙烧过程的反应。

本发明的耦合活化作用，焙烧温度可以下降60～100℃，且球团强度提高300～600N/个以上，球团能耗下降10％～25％，SO₂减排12～30％，NOx减排25％～52％。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。

对比例1

针对表中1的镜铁矿，采用造球、干燥、预热、焙烧、冷却等常规的球团制备过程，其最佳的球团焙烧温度(球团强度达到最高时的温度)要求在1330℃，球团强度2135N/个，球团能耗35kgce/t，SO₂排放浓度785mg/Nm³，NOx排放浓度320mg/Nm³。

对比例2

针对表中1的镜铁矿，不添加石灰石，在2.5MPa、水分7.5％的条件下高压辊磨，将辊磨后的镜铁矿制成球团，相对对比实施例1的常规球团制备和烧结过程，最佳的球团焙烧温度降低至1290℃，球团强度2076N/个，能耗下降9％，SO₂减排10％，NOx减排21％。

对比例3

针对表中1的镜铁矿，添加1.0％的石灰石，不经过高压辊磨，然后将其制成球团，相对对比实施例1的常规球团制备和烧结过程，最佳的球团焙烧温度降低至1300℃，球团强度2231N/个，能耗下降7％，SO₂减排9％，NOx减排17％。

对比例4

针对表中1的镜铁矿，在2.5MPa、水分7.5％的条件下高压辊磨，然后再添加1.0％的石灰石，将其制成球团，相对对比实施例1的常规球团制备和烧结过程，最佳的球团焙烧温度降低至1275℃，球团强度2183N/个，能耗下降13％，SO₂减排14％，NOx减排27％。

实施例1

针对表中1的镜铁矿，在镜铁矿中配加1.0％CaO含量为54.2％的石灰石，石灰石小于0.045mm的含量为80％、小于0.02mm的含量为33％，石灰石的水分控制在7.5％，将石灰石加入到镜铁矿后，采用犁刀式搅拌叶的卧式强力混合机进行混匀，搅拌速度为4r/min，然后在2.5MPa、水分7.5％的条件下高压辊磨，采用链篦机-回转窑焙烧，控制链篦机预热Ⅰ段的升温速率为100℃/min，且进入焙烧前石灰石的分解比例达到90％。相对对比实施例1的常规球团制备和烧结过程，最佳的球团焙烧温度可降低至1260℃，球团强度提高至2678N/个，能耗下降19％，SO₂减排22％，NOx减排36％。

实施例2

针对表中1的镜铁矿，在镜铁矿中配加1.5％CaO含量为54.2％的石灰石，石灰石小于0.045mm的含量为80％、小于0.02mm的含量为33％，石灰石的水分控制在7.0％，将石灰石加入到镜铁矿后，采用犁刀式搅拌叶的卧式强力混合机进行混匀，搅拌速度为6r/min，然后在3.2MPa、水分7.0％的条件下高压辊磨，采用链篦机-回转窑焙烧，控制链篦机预热Ⅰ段的升温速率为70℃/min，且进入焙烧前石灰石的分解比例达到93％。相对对比实施例1的常规球团制备和烧结过程，最佳的球团焙烧温度可降低至1240℃，球团强度提高至2712N/个，能耗下降25％，SO₂减排30％，NOx减排52％。

实施例3

针对表中1的赤铁矿，在赤铁矿中配加0.5％CaO含量为54.2％的石灰石，石灰石小于0.045mm的含量为80％、小于0.02mm的含量为33％，石灰石的水分控制在7.0％，将石灰石加入到赤铁矿后，采用犁刀式搅拌叶的卧式强力混合机进行混匀，搅拌速度为5r/min，然后在2.5MPa、水分6.5％的条件下高压辊磨，采用链篦机-回转窑焙烧，控制链篦机预热Ⅰ段的升温速率为85℃/min，且进入焙烧前石灰石的分解比例达到92％。相对对比实施例1的常规球团制备和烧结过程，最佳的球团焙烧温度可从1320℃降低至1260℃，球团强度从2521N/个提高到2895N/个，能耗下降15％，SO₂减排17％，NOx减排27％。

表1铁精矿化学成分/％

Claims

1.一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法，难烧铁矿依次经过预处理、造球、预热和焙烧获得球团矿，其特征在于：在难烧铁矿制备球团过程中，将难烧铁矿和石灰石进行强力混匀后，采用高压辊磨预处理；

所述难烧铁矿包括镜铁矿和/或赤铁矿，和/或包括镜铁矿和赤铁矿总质量超过60％的混合铁矿，和/或适宜焙烧温度超过1320℃的铁精矿；

所述石灰石的粒度满足小于0.045mm粒级的质量百分比含量不低于80％，和小于0.02mm粒级的质量百分比含量不低于20％，且活性成分CaO的质量百分比含量不低于52％；

所述高压辊磨过程中，控制辊磨压力为2.5～3.2MPa，且控制难烧铁矿和石灰石混合物的含水率为6.5％～7.5％；

所述预热过程中，控制预热升温速率为70～100℃/min，且控制进入焙烧过程之前球团料中石灰石的分解质量比例不低于90％。

2.根据权利要求1所述的一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法，其特征在于：与难烧铁矿强力混合的石灰石的含水率控制在7.0％～7.5％范围内。

3.根据权利要求1～2任一项所述的一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法，其特征在于：所述石灰石的质量为难烧铁矿质量的0.5～1.5％。

4.根据权利要求1所述的一种机械和化学耦合活化难烧铁矿的球团节能减排方法，其特征在于：所述强力混匀采用含犁刀式搅拌叶的卧式强力混合机进行混匀，搅拌速度为4～6r/min。