CN115094234B - 一种烧结料一体化混合-制粒的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烧结料一体化混合‑制粒的方法及装置，该装置包括储料桶、电机和水泵，所述储料桶沿其长度方向设有传动轴，所述传动轴的一端与电机连接；还包括多个剪切刀，所述剪切刀为耙子状结构，多个剪切刀沿传动轴长度方向设置，所述储料桶位于混料区和制粒区的内侧壁上安装有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与水泵连通；所述储料桶上具有进料口和出料口，所述进料口位于混料区，所述出料口位于出料区，并且进料口的位置在竖直方向的高度高于出料口的位置。该装置将烧结原料的混匀和制粒两个环节可以在同一装置中完成，可以实现烧结原料混匀制粒的连续化生产。

Description

一种烧结料一体化混合-制粒的方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金工业烧结领域，特别涉及一种烧结料一体化混合-制粒的方法及装置。

背景技术

目前，烧结矿在我国的炼铁生产中仍然占据统治地位，高炉炉料中烧结矿的平均配比占75％以上。尽管烧结工艺中的污染物排放问题长期被诟病，但是该工艺对原料适应性广、消纳固废能力强、生产效率高、产品冶金性能突出的优势仍然是其它工艺不可替代的。从我国现有的产业现状、资源条件和钢铁供需关系等综合来看，烧结在未来仍然会占据优势地位。烧结矿是将不能直加入高炉冶炼的粉矿、精矿与烧结返矿等含铁原料与石灰石、白云石等溶剂和燃料混合均匀后，经过制粒环节将混合料粒度进行一定程度的增大，然后经烧结机烧结，最终得到具有一定粒度组成的人造富矿。在此过程中，混合制粒环节的成分均匀性、准颗粒粒度、水分等因素直接影响后续烧结过程的垂直烧结速度以及烧结矿的质量，因此混合制粒环节在整个烧结过程中显得尤为重要。

传统的烧结原料一般采用圆筒混料机进行混合和制粒，并且根据处理矿种以及粒度的不同，可以分为两段式圆筒制粒和三段式圆筒制粒工艺。其中两段式圆筒制粒分为一次混料和二次混料两个环节，一次混料主要起混合料成分的混匀作用，二次混料主要起制粒作用，两个阶段均在圆筒混料机中完成；而三段式圆筒制粒则是在两段式的基础上增加一个圆筒，主要用于预制粒过程。近年来，又有专家提出了强力混合制粒工艺，例如中国专利CN111041195A提出了一种强化高比例微细原料烧结的强力混匀-制粒方法，中国专利CN107304461B提出用于烧结生产的强力混合工艺及装置。该类工艺与传统圆筒制粒工艺的区别在于提出了使用立式强力混合机替代一个圆筒混料机进行烧结料的混匀处理，但是其最终的制粒过程仍然采用的是圆筒混料机。中国专利CN108114626A提出了一种提高烧结矿制粒均匀度的混料机，其思想也是通过强力的混合来提高烧结料混合的均匀性。强力混合制粒工艺本质上没有改变制粒方式，而是改变了物料混匀方式，因而该工艺仍然是属于两段式或三段式制粒工艺。

制粒过程的核心装备是圆筒混料机，圆筒混料机拥有设备简单、成本低廉等优点，但是圆筒混料机难以让水分均匀分散，而水分的不均匀分布可能导致粒度分布的不均匀，进而影响制粒效果。另外，烧结料在圆筒中的混合主要以径向方向为主，在轴向上难以混合均匀，从而造成原料成分的偏析。随着优质富矿资源的减少，烧结原料中褐铁矿比例逐渐增加，受原料性质的影响，矿粉原料和生石灰容易在筒壁结圈，影响正常生产。现有的混合制粒工艺都是两段式或者三段式，一条生产线需要两个甚至三个圆筒混料机，占用的土地空间资源较大。因此，需要对现有的烧结制粒工艺进行相应的改进，提高制粒过程烧结原料的均匀性，并且得到粒度均匀、强度更好的准颗粒，进而提高烧结速度和烧结矿质量。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的要解决的第一个技术问题是：如何提供一种可以同时进行混料和制粒的设备。

要解决的第二个技术问题是：如何提供一种方法来快速获得成分、粒度分布均匀，强度高的烧结生料颗粒。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：一种烧结料一体化混合制粒装置，包括储料桶、电机和水泵，所述储料桶沿其长度方向设有传动轴，所述传动轴的一端与电机连接。还包括多个剪切刀，多个剪切刀沿传动轴长度方向设置，并且多个剪切刀的正投影中多个剪切刀分成两排，其中一排剪切刀位于传动轴的上方，另一排剪切刀位于传动轴的下方，并且上方一排中的剪切刀与下方一排中的剪切刀交错设置。所述剪切刀为耙子状结构，所述剪切刀包括耙杆和耙头，所述耙杆的一端与传动轴固定连接，所述耙头包括安装板和与安装板转动连接的多个耙刀，所述安装板与耙杆固定连接。所述储料桶沿其长度方向分为混料区、制粒区和出料区，其中储料桶位于混料区和制粒区的内侧壁上安装有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与水泵连通。所述储料桶上具有进料口和出料口，所述进料口位于混料区，所述出料口位于出料区，并且进料口的位置在竖直方向的高度高于出料口的位置。

本发明提供的烧结料一体化混合制粒装置将传统制粒过程分开在两个设备中进行的混合和制粒环节均放置到一个装置中进行，一段式高效处理混合和制粒过程。

作为优选，所述传动轴与水平线的夹角为0～10°。所述传动轴与水平线的夹角最好为5°，传动轴如此设置是为了确保原料从进料口向出料口的方向移动，传动轴与水平线的不同夹角，原料移动的速度也不相同。具体的，所述传动轴与水平线的夹角为5°，传动轴11由右向左慢慢倾斜，传动轴的右端高，左端低。具体实施时，所述传动轴11与水平线的夹角最好为5°，传动轴11如此设置是为了确保原料从进料口向出料口的方向移动，传动轴11与水平线的不同夹角，原料移动的速度也不相同。

作为优选，位于混料区的剪切刀的耙刀与安装板的夹角为30°～60°，耙刀与安装板的夹角在此区间时，原料在剪切刀的作用下发生轴向运动，此时原料所受轴向作用力适中，原料在此区间停留时间适中，为0.5～1min。

位于制粒区的剪切刀的耙刀与安装板的夹角为60°～80°；耙刀与安装板的夹角在此区间时，原料所受轴向作用力较弱，原料在此区间停留时间较长，为3～5min。

位于出料区的剪切刀的耙刀与安装板的夹角为10°～30°；耙刀与安装板的夹角在此区间时，原料所受轴向作用力较强，原料在此区间停留时间较短，为＜0.5min。

作为优选，所述混料区的轴向长度占储料桶轴向总长的比例为20％～30％、制粒区的轴向长度占储料桶轴向总长的比例为60％～70％，出料区的轴向长度占储料桶轴向总长的比例为5％～10％。因为烧结原料制粒过程中，需要的混匀时间较短，制粒时间较长，出料时间则是越快越好。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用如下技术方案：一种烧结料一体化混合-制粒的方法，包括如下步骤：

S1：将粉矿、返矿、熔剂和焦粉构成的烧结料按照配比加入到所述的烧结料一体化混合制粒装置的进料口。所述粉矿、返矿、熔剂、焦粉按照现有技术配比添加。

S2：启动电机和水泵，通过电机调控剪切刀的转速，烧结料首先在混料区在剪切刀的作用下一边混均，一边向制粒区移动，同时通过雾化喷嘴喷出的水雾进行湿润。

S3：从混料区出来的烧结料进入制粒区后，在水的润湿作用以及剪切刀的搅拌作用下，烧结料相互碰撞、摩擦、挤压进而逐渐聚结长大，形成粒度均匀的烧结生料准颗粒。

S4：从制粒区出来的烧结生料准颗粒在出料区进行后制粒处理后得到烧结生料颗粒，烧结生料颗粒从出料区排出。

作为优选，所述S1中控剪切刀的转速为90～150rpm，所述剪切刀转动带动着烧结原料之间相互碰撞，剪切刀的转动速度越高，烧结原料之间的碰撞频率也就越高，颗粒就更容易聚结长大，但是当剪切刀转速过高时，已经长大的颗粒在剪切刀的强力剪切作用下会发生破碎，因此剪切刀的转速为50～150rpm。

作为优选，所述S1中烧结料在烧结料一体化混合制粒装置中的填充率为8％～12％，在此填充率下拥有较好的制粒效果。

作为优选，所述S2中的混料时间为0.5～1min，在S3中的制粒时间为3～5min。耙刀与安装板的角度越大，烧结原料的所受到的轴向作用力越小，原料的轴向移动越缓慢，停留时间也就越长。

作为优选，所述S4排出的烧结生料颗粒中水的含量占烧结生料颗粒质量的6.5％～8.0％，其中S1混料阶段加入水量占总加水量的75％～80％，S2制粒阶段加入水量占总加水量的20％～25％，在混匀阶段加入更多水分，制粒阶段加入较少的水分是为了更好的混匀制粒效果。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

1.本发明提供的烧结料一体化混合制粒装置，混合和制粒过程均在该装置中完成。相比于现有的两段式、三段式圆筒制粒工艺，本发明提供的装置能有有效减少对土地空间的需求，减少投资成本。

2.本发明采用高速旋转的剪切刀对烧结料颗粒进行混匀，由于剪切刀与烧结料颗粒碰撞时产生径向和轴向的作用力，因而烧结料颗粒在装置径向和轴向有更好的混合效果，减少了物料成分和粒度的偏析，并且烧结料表面的水分分布也比传统的圆筒混料机更加均匀。

3.本发明剪切刀为烧结料颗粒提供了充足的能量，提高了颗粒碰撞的频率，促进了颗粒的聚结长大，因而制粒速率更快，准颗粒强度更高；此外，剪切刀对大颗粒存在剪切破坏作用，因而形成的准颗粒粒度相较于传统圆筒制粒机更加均匀，能够有效改善烧结料层的透气性。

4.通过应用本发明提供的方法，在降低投资成本的条件下，有效改善了烧结原料的混匀和制粒效果以及生产效率，提高了烧结矿产量、质量指标。制粒小球中+3mm粒级占比较同等体积的圆筒制粒机提高了15％～20％，料层透气性指数提高20～25m/min，粒度均匀性指数提高8％～12％，烧结速度提高5％～7％，烧结矿成品率提高1％～3％，烧结矿落下强度提高2％～4％，转鼓指数提高0.2％～1.5％。

附图说明

图1为实施例1中烧结料一体化混合制粒装置的结构简图。

图2为实施例2的工艺流程图。

图中，储料桶-1、传动轴-11、混料区-12、进料口-13、制粒区-14、出料口-15、出料区-16；剪切刀-2、耙头-21、耙杆-23、安装板-25、耙刀-27。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

实施例1，参见图,1，一种烧结料一体化混合制粒装置，包括储料桶1、电机和水泵，所述储料桶1沿其长度方向设有传动轴11，所述传动轴11的一端与电机连接。

还包括多个剪切刀2，多个剪切刀2沿传动轴11长度方向设置，并且多个剪切刀2的正投影中多个剪切刀2分成两排，其中一排剪切刀2位于传动轴11的上方，另一排剪切刀2位于传动轴11的下方，并且上方一排中的剪切刀2与下方一排中的剪切刀2交错设置；也就是说，下方一排中的相邻的两个剪切刀2之间有一个上方一排中的剪切刀2，上方一排中的相邻的两个剪切刀2之间有一个下方一排中的剪切刀2。

所述剪切刀2为耙子状结构，所述剪切刀2包括耙杆23和耙头21，所述耙杆23的一端与传动轴11固定连接，所述耙头21包括安装板25和与安装板25转动连接的多个耙刀27，具体实施时，多个耙刀27沿安装板25的长度方向均匀设置，所述安装板25与耙杆23固定连接。剪切刀2旋转时对混合料颗粒产生轴向和径向的三维剪切作用力，促进颗粒的混合以及碰撞聚结长大。

所述储料桶1沿其长度方向分为混料区12、制粒区14和出料区16，其中储料桶1位于混料区12和制粒区14的内侧壁上安装有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与水泵连通，通过雾化喷嘴将水雾化后喷洒至物料表面。所述储料桶1上具有进料口13和出料口15，所述进料口13位于混料区12，所述出料口15位于出料区16，并且进料口13的位置在竖直方向的高度高于出料口15的位置。

位于混料区12、制粒区14和出料区16三个区的剪切刀2中其耙刀27与安装板25的夹角均不相同。

所述传动轴与水平线的夹角为10°。

位于混料区12的剪切刀2的耙刀27与安装板25的夹角为30°，位于制粒区14的剪切刀2的耙刀27与安装板25的夹角为60°；位于出料区16的剪切刀2的耙刀27与安装板25的夹角为10°。

所述混料区12的轴向长度占储料桶1轴向总长的比例为15％、制粒区14的轴向长度占储料桶1轴向总长的比例为80％，出料区16的轴向长度占储料桶1轴向总长的比例为5％。

原料在混料区12停留时间为0.5min，原料在制粒区14停留时间为3min，原料在出料区16停留时间为小于0.1min。

为了表1中方便描述现定义：传动轴11与水平线的夹角为α，位于混料区12的剪切刀2的耙刀27与安装板25的夹角为β，位于制粒区14的剪切刀2的耙刀27与安装板25的夹角为γ，位于出料区16的剪切刀2的耙刀27与安装板25的夹角为δ；单位度。

混料区12的轴向长度占储料桶1轴向总长的比例为A、制粒区14的轴向长度占储料桶1轴向总长的比例为B，出料区16的轴向长度占储料桶1轴向总长的比例为C，单位为％。

原料在混料区12停留的时间为T_混，原料在制粒区14停留的时间为T_制，原料在出料区16停留的时间为T_出；单位为min。

实施例2中的其他特征与实施例1，不同之处仅在于表1中限定的技术特征。

表1为实施例2-5中部分技术特征的值

实施例5：一种烧结料一体化混合-制粒的方法，包括如下步骤：

S1：将铁矿粉、返矿、含铁粉尘、焦粉、石灰石、白云石、生石灰烧结料按质量百分比称重，将铁矿粉、返矿、含铁粉尘、焦粉、石灰石、白云石、生石灰烧结料按质量百分比称重，如表2所示，其中铁矿粉粒度分布如表3所示。

首先将配制好的烧结料加入到实施例1所述的烧结料一体化混合制粒装置的进料口13。

烧结料在烧结料一体化混合制粒装置中的填充率为8％。

S2：启动电机和水泵，启动电机带动轴向的剪切刀开始快速旋转，调节好变频器，将剪切刀转速控制在90rpm，使烧结原料在混合区被快速混合均匀，同时往烧结料表面喷洒占总加水质量百分比80％的雾化水，水滴粒径范围控制在0.3～0.5mm；在剪切刀作用下，水分均匀分布在烧结料颗粒表面，原料从混料区12逐渐向制粒区14滑动，在剪切刀的转动传输下，到达制粒区14。

S3：烧结料进入制粒区14后，继续往制粒区的物料喷洒占总加水质量百分比20％的雾化水，水滴粒径范围控制在0.2～0.3mm，表面充分润湿的烧结料颗粒在高速旋转剪切刀的作用下，不断碰撞、摩擦、挤压，逐渐聚结长大形成粒度均匀的烧结生料准颗粒。

S4：制粒结束后，从制粒区14出来的烧结生料准颗粒在出料区16进行后制粒处理后得到烧结生料颗粒，烧结生料颗粒从出料区16排出。

在制粒过程中需要提前计算总加水量，使得烧结生料颗粒的含水率为7％。制粒结束后，将烧结生料颗粒布到烧结杯中，在温度1050±50℃的条件下点火2min，然后在负压10kPa条件下进行烧结。采用本发明制粒后混合料的粒度、透气性指数以及烧结矿指标与对比例采用常规圆筒混合、制粒的对比结果如表4和表5所示。

对比例1

将铁矿粉、返矿、含铁粉尘、焦粉、石灰石、白云石、生石灰烧结料按质量百分比称重，如表1所示。首先将配制好的烧结料加入到圆筒混料机中，启动电机将圆筒转速控制在19rpm，将混合料进行第一段圆筒混合，并喷加占总添加水质量百分比80％的雾化水，水滴粒径范围控制在0.3～0.5mm。然后将混合后的物料加入到第二段圆筒进行制粒，继续往制粒区的物料喷洒占总加水质量百分比20％的雾化水，水滴粒径范围控制在0.2～0.3mm，表面充分润湿的烧结料颗粒在圆筒的转动作用下，不断碰撞、摩擦、挤压，逐渐聚结长大形成粒度均匀的烧结生料准颗粒。在此过程中需要提前计算总加水量，使得生料准颗粒的含水率为8％左右。制粒结束后，将制粒后的混合料布到烧结杯中，在温度1050±50℃的条件下点火2min，然后在负压10kPa条件下进行烧结。采用本发明制粒后混合料的粒度、透气性指数以及烧结矿指标与常规圆筒混合、制粒对比例1的对比如表4和表5所示。

表2烧结原料质量百分比

品种	铁矿粉	白云石	石灰石	生石灰	焦粉	返矿	烧结粉	合计
									比例/％	62.15	2.86	2.67	3.48	3.38	19.65	5.81	100

表3铁矿粉的粒度组成

粒径/mm	>8	5～8	3～5	2～3	1～2	0.5～1	<0.5
								比例/％	2.22	12.39	14.96	10.55	13.51	34.20	12.17

表4制粒后混合料粒度组成

表5烧结矿质量指标

实施例6-实施例8与实施例5的工艺步骤相同，不同之处仅在于工艺参数的选择和烧结料一体化混合制粒装置的选择，具体参见表6：

为了表6中方便描述现定义：S1中烧结料在烧结料一体化混合制粒装置中的填充率为X，

S2中剪切刀转速为y，单位为rpm，S2中喷洒占总加水质量百分比为D，单位为％；S3中喷洒占总加水质量百分比为E，单位为％；得到的烧结生料颗粒的含水率为F。

表6为实施例6-实施例9中参数

选择的设备

X

Y

D

E

F

实施例6

实施例2所限定

9％

50rpm

79％

21％

6.5％

实施例7

实施例3所限定

11％

100rpm

77％

23％

7.5％

实施例8

实施例4所限定

12％

150rpm

76％

24％

8.0％

实施例5-8得到的烧结生料中3～8mm的颗粒占比要显著优于对比例1，同时颗粒的尺寸标准偏差也要小于对比例1。这是因为烧结料一体化混合-制粒装置内设有搅拌刀，物料颗粒在搅拌刀的作用下碰撞更加频繁，颗粒长大速度较快，尺寸过大的颗粒会在剪切刀的作用下破碎，因此颗粒粒度偏析更小。同时增加了轴向运动，颗粒之间混合更加充分，物料成分更加均匀。

在相同的实验条件下，取烧结料一体化混合-制粒装置内出料区轴向不同位置的烧结生料以及圆筒制粒后轴向不同位置的烧结生料检测含水率，烧结料一体化混合-制粒装置制得的烧结生料的水分波动更小，说明其水分分布更加均匀。

烧结料一体化混合-制粒装置是集混匀、制粒于一体的设备，烧结料不需要在混匀设备和制粒设备之间输送，同时所述装置是在剪切刀的作用下混匀制粒，剪切到为烧结原料提供的搅拌动能更高，颗粒之间聚结长大速度更快，节约了时间成本。用制粒后的准颗粒从0.5m的高度落下至钢板上，直至颗粒发生破碎，记录其破碎的次数，以此作为生料的颗粒强度，烧结料一体化混合-制粒装置制得的准颗粒的落下次数更高。

综上所述，本发明提出了一种烧结料一体化混合-制粒的方法，根据该方法，烧结料的混匀和制粒两个环节可在同一个装置中完成。另外，本发明能够显著提高混匀和制粒效率，快速获得成分、粒度分布均匀，强度高的烧结生料颗粒，能够提高烧结速度和烧结矿质量，优化生产技术指标，提高生产效率的同时降低厂区对土地空间的需求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种烧结料一体化混合制粒装置，其特征在于：包括储料桶(1)、电机和水泵，所述储料桶(1)沿其长度方向设有传动轴(11)，所述传动轴(11)的一端与电机连接；

还包括多个剪切刀(2)，多个剪切刀(2)沿传动轴(11)长度方向设置，并且多个剪切刀(2)的正投影中多个剪切刀(2)分成两排，其中一排剪切刀(2)位于传动轴(11)的上方，另一排剪切刀(2)位于传动轴(11)的下方，并且上方一排中的剪切刀(2)与下方一排中的剪切刀(2)交错设置；

所述剪切刀(2)为耙子状结构，所述剪切刀(2)包括耙杆(23)和耙头(21)，所述耙杆(23)的一端与传动轴(11)固定连接，所述耙头(21)包括安装板(25)和与安装板(25)转动连接的多个耙刀(27)，所述安装板(25)与耙杆(23)固定连接；

所述储料桶(1)沿其长度方向分为混料区(12)、制粒区(14)和出料区(16)，其中储料桶(1)位于混料区(12)和制粒区(14)的内侧壁上安装有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与水泵连通；

所述储料桶(1)上具有进料口(13)和出料口(15)，所述进料口(13)位于混料区(12)，所述出料口(15)位于出料区(16)，并且进料口(13)的位置在竖直方向的高度高于出料口(15)的位置；

位于混料区(12)的剪切刀(2)的耙刀(27)与安装板(25)的夹角为30°～60°；

位于制粒区(14)的剪切刀(2)的耙刀(27)与安装板(25)的夹角为60°～80°；

位于出料区(16)的剪切刀(2)的耙刀(27)与安装板(25)的夹角为10°～30°；

所述混料区(12)的轴向长度占储料桶(1)轴向总长的比例为20％～30％、制粒区(14)的轴向长度占储料桶(1)轴向总长的比例为60％～70％，出料区(16)的轴向长度占储料桶(1)轴向总长的比例为5％～10％。

2.如权利要求1所述的烧结料一体化混合制粒装置，其特征在于：所述传动轴(11)与水平线的夹角为0～10°。

3.一种烧结料一体化混合-制粒的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将粉矿、返矿、熔剂和焦粉构成的烧结料按照配比加入到权利要求1所述的烧结料一体化混合制粒装置的进料口(13)；

所述粉矿、返矿、熔剂、焦粉按照现有技术配比添加；

S2：启动电机和水泵，通过电机调控剪切刀(2)的转速，烧结料首先在混料区(12)在剪切刀(2)的作用下一边混均，一边向制粒区(14)移动，同时通过雾化喷嘴喷出的水雾进行湿润；

S3：从混料区(12)出来的烧结料进入制粒区(14)后，在水的润湿作用以及剪切刀(2)的搅拌作用下，烧结料相互碰撞、摩擦、挤压进而逐渐聚结长大，形成粒度均匀的烧结生料准颗粒；

S4：从制粒区(14)出来的烧结生料准颗粒在出料区(16)进行后制粒处理后得到烧结生料颗粒，烧结生料颗粒从出料区(16)排出。

4.如权利要求3所述的烧结料一体化混合-制粒的方法，其特征在于：所述S1中控剪切刀(2)的转速为90～150rpm。

5.如权利要求4烧结料一体化混合-制粒的方法，其特征在于：所述S1中烧结料在烧结料一体化混合制粒装置中的填充率为8％～12％。

6.如权利要求5烧结料一体化混合-制粒的方法，其特征在于：所述S2中的混料时间为0.5～1min，在S3中的制粒时间为3～5min。

7.如权利要求6烧结料一体化混合-制粒的方法，其特征在于：所述S4排出的烧结生料颗粒中水的含量占烧结生料颗粒质量的6.5％～8.0％，其中S1混料阶段加入水量占总加水量的75％～80％，S2制粒阶段加入水量占总加水量的20％～25％。

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