CN112029991A

CN112029991A - 一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法

Info

Publication number: CN112029991A
Application number: CN202010846004.7A
Authority: CN
Inventors: 季志云; 范晓慧; 甘敏; 陈许玲; 黄斌斌; 武钰丰; 黄晓贤; 孙增清; 袁礼顺; 李浩锐
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2040-08-21
Also published as: CN112029991B

Abstract

本发明公开了一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法。该方法是将细粒级铁矿石、熔剂、高燃烧活性燃料与常规化石燃料及返矿等原料依次进行混匀、制粒、布料、点火和烧结，且烧结过程中向烧结料面喷入由燃气和水蒸气组成的混合气体介质。该方法通过调控高燃烧反应活性燃料特性参数、配加比例，并耦合调控多介质气体喷吹浓度、覆盖范围以及燃气、水蒸气的相对体积百分比来优化料层透气性和热状态，从而实现高比例细粒物料烧结的强化。

Description

一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法

技术领域

本发明涉及一种高比例细粒物料烧结方法，具体涉及一种多介质气体喷吹以及优化燃料组成强化高比例细粒物料烧结的方法，属于钢铁冶金领域的烧结行业。

背景技术

我国粗钢产量自1996年首次突破1亿吨以来，持续位居世界第一位，2019年粗钢产量更是高达9.96亿吨。为支撑巨大的钢铁产能，我国大比例从澳大利亚、巴西、南非等铁矿石出口大国进口铁矿石。对于宝钢、武钢、首钢、湘钢等沿海、沿江布置的钢铁企业，因具有运输费用低的优势，可以高比例采用国外进口的铁矿石组织生产。对于位居内陆地区，且水运不便利的钢铁企业，如鞍钢、太钢、攀钢、本钢等高比例配加经过选矿处理后的细粒级铁矿石组织生产。

大量统计分析数据表明，烧结、炼铁、炼钢、轧钢等工序过程产出的细粒级尘泥等含铁固废约占粗钢产量高的10％，据此估算，我国当前含铁尘泥年产出量近1亿吨。在“固废不出厂”、“无废城市建设”的背景下，钢铁企业需在内部消纳含铁尘泥，通常将其循环回烧结配料过程，从而回收其中的Fe、Ca等有价元素。但大量循环利用的铁尘泥会进一步增加烧结过程细粒级物料的比例。

焦粉、无烟煤是常用的固体燃料，其在烧结料层燃烧提供起粘结作用的矿物熔化所需的高温。其在制粒小球中通常有三种分布方式：以单独的燃料颗粒存在、粘附在制粒小球表面以及被包裹在制粒小球内部，相比其他两种方式，被包裹在制粒小球内部的燃料颗粒因难以直接与空气接触，燃烧速度相对较慢。当烧结物料中细粒级铁矿石、含铁尘泥占比较高时，燃料表面会形成较厚的细粒级物料粘附层，更加不利于燃料的燃烧，使得燃料燃烬时间延长，一方面使得燃烧带厚度增加、料层阻力增大，使得烧结速度、利用系数等指标变差；另一方面，燃料燃烧热量分散释放，使得烧结料层难以提供生成充足液相的温度和热量条件，从而恶化烧结矿成品率、转鼓强度等指标。

发明内容

针对现有技术中采用高比例细粒物料(细粒铁矿石、含铁尘泥)组织烧结生产时易导致常规化石燃料颗粒被细粒物料紧密包裹，使得燃料燃烬时间长、热量分散释放，从而影响烧结矿产量、质量指标的问题，本发明的主要目的是在于提供一种通过多介质气体喷吹以及通过优化燃料在料层中的燃料特性，改善料层透气性和热状态，从而达到强化高比例细粒级物料烧结的方法，该方法能够明显提高烧结产量、质量指标、利用系数以及降低烧结固体燃耗。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，该方法是将包含铁矿石、熔剂、燃料及返矿在内的原料依次进行混匀、制粒、布料、点火和烧结，主要改进特征在于：所述含铁矿石和含铁尘泥中细粒级铁矿石质量百分比含量不低于75％，所述细粒级铁矿石的粒级满足粒径<0.5mm的颗粒质量百分比含量不低于70％，且粒径>1mm的颗粒质量百分比含量不超过15％；所述燃料由高燃烧活性燃料与常规化石燃料按质量比1～3:2～4组成；所述烧结过程中向烧结料面喷入由燃气和水蒸气组成的混合气体介质。

本发明的技术方案通过多介质气体喷吹以及通过优化燃料在料层中的燃烧特性，改善料层透气性和热状态，从而达到强化高比例细粒级物料烧结的目的。通过在烧结料中采用部分高燃烧活性燃料来替换部分常规烧结化石燃料，高燃烧活性燃料在烧结过程燃烧速度快，能够促进同一水平料层中的常规化石燃料快速燃烧，突破了高比例细粒物料烧结时燃料燃烧速度慢、燃烧带厚度大、料层局部区域热量分布不集中，从而导致烧结产量、质量指标差的不足；同时，在烧结料面喷加由燃气、水蒸气组成的混合气体介质，水蒸气易与固体燃料发生水煤气反应，不但可以促进燃烧反应活性较弱的常规烧结燃料的气相燃烧比例，从而加快其燃烬速度，而且水蒸气引入的OH·、H·等高活性自由基团可以促进高活性燃料燃烧过程生成的CO高效转化为CO₂，从而不会导致燃料化学能的损失，且通过喷吹在烧结料面的燃气和蒸汽主要作用于相对较差的中上部料层，燃气进入中上部料层燃烧，一方面可以改善料层热量供应不足的情况，一方面可以延缓料层的冷却速度，使得液相结晶为机械强度更高的矿物。综上所述，本发明的技术方案可以强化高比例细粒级物料烧结，能够明显提高烧结产量、质量指标、利用系数以及降低烧结固体燃耗。

作为一个优选的方案，所述原料中包含质量百分比含量≤5％的含铁尘泥；所述含铁尘泥中细粒级颗粒质量百分比含量不低于75％；所述细粒级颗粒的粒级满足粒径<0.5mm的颗粒质量百分比含量不低于70％，且粒径>1mm的颗粒质量百分比含量不超过15％。含铁尘泥主要为细粒级铁矿，将其循环至铁矿烧结过程中，会进一步增加烧结过程细粒级物料的比例，从而会影响燃料的燃烧过程，降低烧结矿的品质。而在本发明方法中通过优化燃料配制以及采用多介质气体喷吹等手段，可以实现一定比例的含铁尘泥的掺杂。

作为一个优选的方案，所述含铁尘泥包括钢业冶炼过程产生的除尘灰、瓦斯灰、瓦斯泥、转炉泥中至少一种，和/或黄铁矿烧渣。

本发明的细粒级铁矿石的粒级满足粒径<0.5mm的颗粒质量百分比含量不低于70％，且粒径>1mm的颗粒质量百分比含量不超过15％。当烧结物料中细粒级的铁矿石和含铁尘泥占比越高时，越不利于燃烧过程，使得烧结速度、利用系数等指标变差，且恶化烧结矿成品率、转鼓强度等指标。而本发明的方法通过优化烧结过程中的燃料配制以及采用多介质气体喷吹等手段使得烧结过程满足细粒级比例更高铁矿原料的烧结过程。

作为一个优选的方案，所述高燃烧活性燃料的干基热值不低于25MJ/kg、孔隙率不低于40％、比表面积不低于50m²/g、着火点500～650℃，小于1mm的颗粒质量百分比含量为40～60％、大于3mm的颗粒质量百分比含量不超过15％。在配料过程配加适量比例高燃烧活性燃料，其在烧结过程燃烧速度快，促进同一水平料层中的常规化石燃料快速燃烧，从而使得燃料在料层集中释热，满足液相生成所需的温度条件，但高燃烧活性燃料配比过高时，会使得燃料燃烧前沿速度与传热前沿速度不一致，反而会降低料层的最高温度、缩短矿物熔化所需的高温保持时间，从而对烧结矿质量产生不利影响。

作为一个优选的方案，所述高燃烧活性燃料包括脱硫脱硝用废弃活性炭粉、农业和林业废弃物热解炭渣、兰炭、市政污泥热解残渣中的至少一种。

作为一个优选的方案，所述常规化石燃料包括焦粉、无烟煤中至少一种。

作为一个优选的方案，所述原料由以下质量百分比组分组成：铁矿石60～68％；

含铁尘泥0～5％；熔剂8～10％；高燃烧活性燃料1～3％；常规化石燃料2～4％；返矿20～25％。

作为一个优选的方案，所述混合气体介质燃气与水蒸气按体积百分比50～70％:30～50％组成。在混合气体中引入适量比例的水蒸气，水蒸气易与固体燃料发生水煤气反应，一方面可以促进燃烧反应活性较弱的常规烧结燃料的气相燃烧比例，从而加快其燃烬速度，另一方面，水蒸气引入的OH·、H·高活性自由基团可以促进高活性燃料燃烧过程生成的CO高效转化为CO₂，从而不会导致燃料化学能的损失。

作为一个优选的方案，所述燃气包括钢铁冶炼流程中副产的焦炉煤气、废弃生物质裂解过程产生的裂解气、天然气、页岩气中至少一种。

作为一个优选的方案，所述水蒸气为钢铁企业自备电厂或余热锅炉产生的水蒸汽。

作为一个优选的方案，所述混合气体介质从烧结料面出了点火保温段开始喷吹，喷吹区域占整个烧结料面的30～50％，混合气体介质的喷吹体积浓度为0.5～2％。

本发明提供了一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，该方法包括如下步骤：

1)参照现有常规的铁矿石制粒及烧结方法进行铁矿烧结工艺，如将铁矿石、含铁尘泥、熔剂、高燃烧反应活性的燃料、常规烧结用化石燃料、返矿进行配料，分别采用强力混合机、圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后所得粒料布到烧结机台车上；

2)粒料经过点火保温后，通过烧结料面增设的气体介质喷吹管道向料面喷入燃气和水蒸气组成的混合气体介质。

与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益效果为：

(1)采用本发明提供的方法，在配料过程配加燃烧反应活性高的燃料，其在烧结过程燃烧速度快，促进同一水平料层中的常规化石燃料快速燃烧，从而使得燃料在料层集中释热，满足液相生成所需的温度条件。

(2)采用本发明提供的方法，在烧结料面喷加由燃气、水蒸气组成的混合气体介质，水蒸气易与固体燃料发生水煤气反应，一方面可以促进燃烧反应活性较弱的常规烧结燃料的气相燃烧比例，从而加快其燃烬速度，另一方面，水蒸气引入的OH·、H·高活性自由基团可以促进高活性燃料燃烧过程生成的CO高效转化为CO₂，从而不会导致燃料化学能的损失。

(3)采用本发明提供的方法，混合气体介质喷吹覆盖烧结料面前半部分，燃气和蒸汽均在烧结效果相对较差的中上部料层起作用，燃气进入中上部料层燃烧，一方面可以改善料层热量供应不足的情况，一方面可以延缓料层的冷却速度，使得液相结晶为机械强度更高的矿物。

(4)采用本发明提供的方法，料层中固体燃料燃烧速度得到提高，燃烧带厚度均匀、热量分布均衡、迁移速度加快，突破了高比例细粒物料烧结时燃料燃烧速度慢、燃烧带厚度大、料层局部区域热量分布不集中，从而导致烧结产量、质量指标差的不足。

(5)采用本发明提供的方法，通过优化燃料配制以及采用多介质气体喷吹等手段，可以在采用细粒级铁矿制粒的同时进一步掺杂适当比例的含铁尘泥，解决了现有技术中细粒级铁矿烧结比例过高影响烧结矿产量、质量指标的问题。

通过采用本发明所提供的方法，料层透气性和热状态均得到有效改善，烧结产量、质量指标明显提升，烧结矿成品率提高2～5％、转鼓强度提高2～4％、利用系数提高6～12％，烧结固体燃耗降低3～5％，实现了高比例细粒物料烧结的强化。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专利术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例1

将铁矿石、瓦斯灰(特性参数如表4)、生石灰、白云石、秸秆炭、焦粉、返矿按质量百分比65％、3％、6％、2％、1％、3％、20％进行配料，其中细粒铁矿石和瓦斯灰占铁矿石和瓦斯灰总质量的百分比为80％，细粒铁矿石的粒度组成以及秸秆炭的物化特性参数分别如表1、表2所示；分别采用强力混合机、圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后将制粒后的混合料布到烧结机台车上；混合料在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，烧结负压15kPa，点火保温后，通过烧结料面增设的气体介质喷吹管道向料面喷入燃气和水蒸气组成的混合气体介质，其中焦炉煤气的体积百分比为50％、自备电厂余热锅炉产生的蒸汽体积百分比为50％，喷吹浓度为0.5％，从点火保温后开始喷吹，喷吹区域占烧结料面的比例为35％。采用本发明后所获得烧结矿产量、质量指标如表3所示。

实施例2

将铁矿石、瓦斯灰(特性参数如表4)、生石灰、白云石、秸秆炭、焦粉、返矿按质量百分比65％、3％、6％、2％、1.5％、2.5％、20％进行配料，其中细粒铁矿石和瓦斯灰占铁矿石和瓦斯灰总质量的百分比为80％，细粒铁矿石的粒度组成以及秸秆炭的物化特性参数分别如表1、表2所示；分别采用强力混合机、圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后将制粒后的混合料布到烧结机台车上；混合料在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，烧结负压15kPa，点火保温后，通过烧结料面增设的气体介质喷吹管道向料面喷入燃气和水蒸气组成的混合气体介质，其中焦炉煤气的体积百分比为60％、自备电厂余热锅炉产生的蒸汽体积百分比为40％，喷吹浓度为0.8％，从点火保温后开始喷吹，喷吹区域占烧结料面的比例为35％。采用本发明后所获得烧结矿产量、质量指标如表3所示。

实施例3

将铁矿石、瓦斯灰(特性参数如表4)、生石灰、白云石、秸秆炭、焦粉、返矿按质量百分比65％、3％、6％、2％、2％、2％、20％进行配料，其中细粒铁矿石和瓦斯灰占铁矿石和瓦斯灰总质量的百分比为80％，细粒铁矿石的粒度组成以及秸秆炭的物化特性参数分别如表1、表2所示；分别采用强力混合机、圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后将制粒后的混合料布到烧结机台车上；混合料在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，烧结负压15kPa，点火保温后，通过烧结料面增设的气体介质喷吹管道向料面喷入燃气和水蒸气组成的混合气体介质，其中焦炉煤气的体积百分比为60％、自备电厂余热锅炉产生的蒸汽体积百分比为40％，喷吹浓度为1.0％，从点火保温后开始喷吹，喷吹区域占烧结料面的比例为40％。采用本发明后所获得烧结矿产量、质量指标如表3所示。

对比例1

常规烧结方法：

将铁矿石、瓦斯灰(特性参数如表4)、生石灰、白云石、焦粉、返矿按质量百分比65％、3％、6％、2％、4％、20％进行配料，其中细粒铁矿石和瓦斯灰占铁矿石和瓦斯灰总质量的百分比为80％，细粒铁矿石的粒度组成如表1所示；采用两段圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后将制粒后的混合料布到烧结机台车上；混合料在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，在15kPa的负压下进行烧结，所得烧结矿产量、质量指标如表3所示。

对比例2

将铁矿石、瓦斯灰(特性参数如表4)、生石灰、白云石、秸秆炭、焦粉、返矿按质量百分比65％、3％、6％、2％、1％、3％、20％进行配料，其中细粒铁矿石和瓦斯灰占铁矿石和瓦斯灰总质量的百分比为80％，细粒铁矿石的粒度组成以及秸秆炭的物化特性参数分别如表1、表2所示；采用两段圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后将制粒后的混合料布到烧结机台车上；混合料在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，在15kPa的负压下进行烧结，所得烧结矿产量、质量指标如表3所示。原料中配加了高燃烧活性的秸秆炭，可在一定程度上改善燃料在料层中的燃烧、释热特性，但未同步喷吹水蒸气、燃气组成的多介质气体，烧结料层透气性、热状态改善幅度比较有限，对高比例细粒级物料烧结的强化效果相对较差。

对比例3

将铁矿石、瓦斯灰(特性参数如表4)、生石灰、白云石、焦粉、返矿按质量百分比65％、3％、6％、2％、4％、20％进行配料，其中细粒铁矿石和瓦斯灰占铁矿石和瓦斯灰总质量的百分比为80％，细粒铁矿石的粒度组成如表1所示；采用两段圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后将制粒后的混合料布到烧结机台车上；混合料在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，在15kPa的负压下进行烧结，点火保温后，通过烧结料面增设的气体介质喷吹管道向料面喷入燃气和水蒸气组成的混合气体介质，其中焦炉煤气的体积百分比为50％、自备电厂余热锅炉产生的蒸汽体积百分比为50％，喷吹浓度为0.5％，从点火保温后开始喷吹，喷吹区域占烧结料面的比例为35％。采用本发明后所获得烧结矿产量、质量指标如表3所示。烧结料面喷吹了水蒸气、焦炉煤气组成的多介质气体，可在一定程度上改善燃料在料层中的燃烧、释热特性以及料层热状态，但原料中未配加高燃烧活性的燃料，烧结料层透气性、热状态改善幅度比较有限，对高比例细粒级物料烧结的强化效果相对较差。

对比例4

将铁矿石、瓦斯灰(特性参数如表4)、生石灰、白云石、秸秆炭、焦粉、返矿按质量百分比65％、1％、3％、6％、2％、4％、20％进行配料，其中细粒铁矿石和瓦斯灰占铁矿石和瓦斯灰总质量的百分比为80％，细粒铁矿石的粒度组成如表1所示；采用两段圆筒混合机对物料进行混匀、制粒，然后将制粒后的混合料布到烧结机台车上；混合料在温度1050±50℃的条件下点火1min、保温1min，在15kPa的负压下进行烧结，点火保温后，通过烧结料面增设的气体介质喷吹管道向料面喷入焦炉煤气，喷吹浓度为0.25％，从点火保温后开始喷吹，喷吹区域占烧结料面的比例为35％。采用本发明后所获得烧结矿产量、质量指标如表3所示。烧结料面喷吹了焦炉煤气、烧结原料中也配加了高燃烧活性的秸秆炭可在一定程度上改善燃料在料层中的燃烧、释热特性以及料层热状态，但并未在料面同步喷吹提升常规烧结燃料焦粉燃烧速度、促进秸秆炭化学能转化效率的水蒸气，烧结料层透气性、热状态改善幅度相对有限，对高比例细粒级物料烧结的强化效果相对较差。

表1细粒铁矿石的粒度组成

粒级/％	>1	0.5～1	<0.5
				质量百分比/％	12	5	83

表2秸秆炭的物化特性参数

表3烧结矿产量、质量指标

表4瓦斯灰的粒度组成

粒级/％	>1	0.5～1	<0.5
				质量百分比/％	15	11	74

Claims

1.一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，将包含铁矿石、熔剂、燃料及返矿在内的原料依次进行混匀、制粒、布料、点火和烧结，其特征在于：所述含铁矿石中细粒级铁矿石质量百分比含量不低于75％；所述细粒级铁矿石的粒级满足粒径<0.5mm的颗粒质量百分比含量不低于70％，且粒径>1mm的颗粒质量百分比含量不超过15％；

所述燃料由高燃烧活性燃料与常规化石燃料按质量比1～3:2～4组成；

所述烧结过程中向烧结料面喷入由燃气和水蒸气组成的混合气体介质。

2.根据权利要求1所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述原料中包含质量百分比含量≤5％的含铁尘泥；所述含铁尘泥中细粒级颗粒质量百分比含量不低于75％；所述细粒级颗粒的粒级满足粒径<0.5mm的颗粒质量百分比含量不低于70％，且粒径>1mm的颗粒质量百分比含量不超过15％。

3.根据权利要求2所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述含铁尘泥包括钢业冶炼过程产生的除尘灰、瓦斯灰、瓦斯泥、转炉泥中至少一种，和/或黄铁矿烧渣。

4.根据权利要求1所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述高燃烧活性燃料的干基热值不低于25MJ/kg、孔隙率不低于40％、比表面积不低于50m²/g、着火点500～650℃，小于1mm的颗粒质量百分比含量为40～60％、大于3mm的颗粒质量百分比含量不超过15％。

5.根据权利要求4所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述高燃烧活性燃料包括脱硫脱硝用废弃活性炭粉、农业和林业废弃物热解炭渣、兰炭、市政污泥热解残渣中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述常规化石燃料包括焦粉、无烟煤中至少一种。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述原料由以下质量百分比组分组成：

铁矿石60～68％；

含铁尘泥0～5％；

熔剂8～10％；

高燃烧活性燃料1～3％；

常规化石燃料2～4％；

返矿20～25％。

8.根据权利要求1所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述混合气体介质燃气与水蒸气按体积百分比50～70％:30～50％组成。

9.根据权利要求1所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：

所述燃气包括钢铁冶炼流程中副产的焦炉煤气、废弃生物质裂解过程产生的裂解气、天然气、页岩气中至少一种；

所述水蒸气为钢铁企业自备电厂或余热锅炉产生的水蒸汽。

10.根据权利要求1、8或9所述的一种多介质气体喷吹强化高比例细粒物料烧结的方法，其特征在于：所述混合气体介质从烧结料面出了点火保温段开始喷吹，喷吹区域占整个烧结料面的30～50％，混合气体介质的喷吹体积浓度为0.5～2％。