CN115232962B - 一种含碳粉尘的双层球团制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含碳粉尘的双层球团制备方法，属于冶金固废处理技术领域。它包括以下步骤：S1：原料准备：取适量含碳粉尘、焦炭和成孔剂得到内层造球料；取适量铁精粉与成孔剂得到外层造球料；S2：制备内层球团：将内层造球料投入圆盘造球机中，并补充水分进行混合造球，制备得到内层球团；S3：制备双层球团：继续向S2步骤中的圆盘造球机内投入外层造球料，并补充水分在内层球团的外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团。针对现有技术中添加含碳粉尘导致烧结产质量指标降低的问题，本发明制备得到的双层含碳球团，其内部具备含碳粉尘的多孔结构，能够有效解决含碳粉尘着火点低、燃烧速率快的问题，从而提高烧结过程产质量指标。
Description
技术领域
本发明属于冶金固废处理技术领域，更具体地说，涉及一种含碳粉尘的双层球团制备方法。
背景技术
钢铁生产流程包括烧结、炼铁、炼钢等工序，分别产生如烧结灰、高炉除尘灰、OG泥、电炉细灰等钢铁粉尘，产生的粉尘量约占钢产量的8%-12%。当前，中国钢铁粉尘的利用率不足20%，相当一部分粉尘只能采取弃置、填埋等处置，不仅占用大量土地，造成有价元素的浪费，还对生态环境带来严重污染。值得注意的是，粉尘中含有大量Fe、C等有用组分，具有极高的回收利用价值，若可重新返回到钢铁企业内部循环利用，对钢铁企业绿色可持续发展有着重大意义。
目前钢铁企业多采用返回烧结的方法，传统方法是将粉尘作为含铁原料直接与烧结原料混合来生产烧结矿，但由于含铁粉尘粒度细、润湿性差，不易制粒，导致烧结料层透气性恶化，同时研究发现，含碳粉尘中碳由于粒度细、比表面积大，导致其燃烧状况与烧结燃料的燃烧特性不同，含碳粉尘可以快速吸收外界热量达到着火点，并快速燃烧，而焦炭等燃料燃烧慢，两者燃烧特性的不匹配从而导致烧结品质降低，影响烧结产质量指标，给烧结生产带来一系列负面影响。
经检索，已有一部分相关的技术方案公开，如中国专利申请号为：201510616000.9，发明创造名称为：一种降低含碳含铁粉尘球团料复合造块固体能耗的方法，借助料层蓄热作用，该专利将高炉灰与粘结剂造球后再烧结的方法，并通过调控含固定碳的含铁粉尘球团料在料层的分布，达到降低固体燃料消耗的目的，该方法虽然有效解决了直接将含碳粉尘添至烧结工序导致的烧结矿产质量差的技术问题，但操作复杂，且未有效去除含碳粉尘中Zn等有害元素，对高炉顺行带来极大的安全隐患。因此，需要寻找一种含碳粉尘与烧结燃料相互匹配的方法以满足烧结生产需求，达到提高烧结产品质量，降低燃料消耗的目的，实现冶金固废资源化。
发明内容
1. 要解决的问题
针对现有技术中添加含碳粉尘导致烧结产质量指标降低的技术问题，本发明拟提供一种含碳粉尘的烧结成孔双层球团制备方法，制备得到的双层含碳球团，其内部具备含碳粉尘的多孔结构，能够有效解决含碳粉尘着火点低、燃烧速率快的问题，使含碳粉尘中碳与烧结燃料的燃烧特性相匹配，从而提高烧结过程产质量指标。
2. 技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，包括以下步骤：
S1：原料准备：取适量含碳粉尘、焦炭和成孔剂进行称量配料，得到内层造球料；取适量铁精粉与成孔剂进行称量配料，得到外层造球料；
S2：制备内层球团：将内层造球料投入圆盘造球机中，并补充水分进行混合造球，制备得到内层球团；
S3：制备双层球团：继续向S2步骤中的圆盘造球机内投入外层造球料，并补充水分使外层造球料在内层球团的外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团。
优选地，含碳粉尘为高炉布袋灰，其TFe含量为20%~30%，C含量为30%~40%，Zn含量为3%~5%。
优选地，高炉布袋灰粒度达到-0.074mm粒级的质量百分比含量≥95%。
优选地，焦炭含量占内层造球料总重量的百分比为3%~5%。
优选地，焦炭粒度达到-0.149mm粒级的质量百分比含量≥80%。
优选地，步骤S2中制备得到的内层球团的粒径为5mm~7mm。
优选地，外层造球料中的铁精粉采用张庄精矿，其粒度达到-0.074mm粒级的质量百分比含量≥95%，且外层造球料的平均粒径大于内层造球料的平均粒径。
优选地，成孔剂为煤沥青颗粒，其粒度达到-0.149mm粒级的质量百分比含量≥80%。
优选地，外层造球料中的煤沥青颗粒添加量占外层造球料总重量的百分比为2%~4%。
优选地，步骤S3中外层造球料包裹于内层球团）的外周形成外层球团，所述外层球团的厚度为3mm~5mm。
3. 有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，先制备出内层球团，然后在内层球团的外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团；内层球团添加有含碳粉尘和焦炭，含碳粉尘可作为烧结过程热量来源之一；外层球团中添加成孔剂和铁精粉，成孔剂使得烧结过程中外层球团内成孔。该制备方法得到的双层球团中的外层包裹的铁精粉能够有效减缓内层球团内的含碳粉尘的燃烧速率，使其燃烧特性与外配焦炭相匹配，同时采用铁精粉将含碳粉尘包裹，避免由于含碳粉尘与烧结原料成分差异导致的球团与烧结矿基体脱落现象，显著改善了烧结质量。
（2）本发明的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，由于外层煤沥青颗粒在400℃~500℃时挥发分解，在外层球团上形成孔洞，外层球团的隔热作用使得内层球团中含碳粉尘着火点上升，燃烧速率有效的降低，使其与焦炭燃烧特性达成一致，削弱燃烧特性不匹配导致烧结产质量指标下降的影响；由于双层结构的特点，外层结构若为紧密的，内部燃烧的热量及还原出的物质将难以向外界释放，而多孔结构可以促进内部含碳粉尘燃烧的热量向外界释放，同时，还原出的Zn蒸汽可以通过孔洞被从双层球团被排出，不残留在烧结矿中，而是随烧结粉尘进入烧结粉尘，降低高炉的锌负荷。
（3）本发明的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，外层造球料中的煤沥青颗粒添加量占外层造球料总重量的百分比为2%~4%。煤沥青颗粒添加量过多可能导致孔洞增加，球团强度变差；添加量过少，传热不佳，影响燃烧。
附图说明
图1为本发明含有内层球团和外层球团的双层球团的结构示意图。
图中：
100、内层球团；200、外层球团。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴；除此之外，本发明的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，包括以下步骤：
S1：原料准备：取适量含碳粉尘、焦炭和成孔剂进行称量配料，得到内层造球料，具体地，取适量焦炭和成孔剂破碎至细粒级，然后将含铁碳矿粉和焦炭按重量百分比进行称量配料，加入水分混合均匀后得到内层造球料；取适量铁精粉与成孔剂按重量百分比进行称量配料，得到外层造球料。将含碳粉尘与焦炭制成内层球团100，利用焦炭分解形成的还原性气氛，能够有效提高含碳粉尘中ZnO的还原效率，有效提高脱锌率，降低高炉负荷；由于烧结焦炭原本粒度是较大的，在10mm左右，直接用来造球不合适，因此需要将焦炭破碎成较小颗粒，满足成球性，便于后期造球。
具体地，本实施例中含碳粉尘为高炉布袋灰，其TFe含量为20%~30%，C含量为30%~40%，Zn含量为3%~5%；所述高炉布袋灰粒度达到-0.074mm粒级的质量百分比含量≥95%。所述焦炭含量占内层造球料总重量的百分比为3%~5%；所述焦炭粒度达到-0.149mm粒级的质量百分比含量≥80%。所述成孔剂为煤沥青颗粒，其粒度达到-0.149mm粒级的质量百分比含量≥80%；且所述外层造球料中的煤沥青颗粒添加量占外层造球料总重量的百分比为2%~4%。煤沥青颗粒添加量过多可能导致孔洞增加，球团强度变差；添加量过少，传热不佳，影响燃烧。
S2：制备内层球团100：将内层造球料投入圆盘造球机中，并补充水分进行混合造球，制备得到内层球团100，制备得到的内层球团100的粒径为5mm~7mm。将含碳粉尘与焦炭制成内层球团100，利用焦炭分解形成的还原性气氛，能够有效提高含碳粉尘中ZnO的还原效率，降低高炉负荷。
S3：制备双层球团：继续向S2步骤中的圆盘造球机内投入外层造球料，并补充水分使外层造球料在内层球团100的外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团，其中外层造球料包裹于内层球团100的外周形成外层球团200，所述外层球团200的厚度为3mm~5mm。所述双层球团的含水率为8.0%~8.5%，且双层球团的粒径为8mm~12 mm。具体地，本实施例中外层球团200的厚度为3mm，双层球团的含水率为8.0%，且双层球团的粒径为8mm。本实施例中双层球团的总含碳量为1.0%，外配焦炭量为3.6%，外配焦炭的含碳量为3.0%，保证双层球团中含碳量和外配焦炭量的含碳量之和为4.0%。
本实施例中外层造球料中的铁精粉采用张庄精矿，其粒度达到-0.074mm粒级的质量百分比含量≥95%，且外层造球料的平均粒径大于内层造球料的平均粒径。如果内层球团100粒径过大，局部燃料过多，放热过大容易导致料层反应不均匀；内层球团100粒径过小，燃料不够，则会导致反应不充分。铁精矿粒度大于内部造球料，导致外层球团200的矿粉颗粒间隙变大，有利于煤沥青受热气体的释放以及内部热量释放。
先制备出内层球团100，然后在内层球团100的外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团；所述内层球团100添加有含碳粉尘和焦炭，所述含碳粉尘可作为烧结过程热量来源之一；所述外层球团200中添加成孔剂和铁精粉，所述成孔剂使得烧结过程中外层球团200内成孔。该制备方法得到的双层球团中的外层包裹的铁精粉能够有效减缓内层球团100内的含碳粉尘的燃烧速率，使其燃烧特性与外配焦炭相匹配，同时采用铁精粉将含碳粉尘包裹，避免由于含碳粉尘与烧结原料成分差异导致的球团与烧结矿基体脱落现象，显著改善了烧结质量。本实施例双层球团中的成孔剂如煤沥青（挥发温度为400-500℃，与焦炭燃烧区间保持一致）使外层球团200产生孔道，而多孔结构能够解决由于铁精粉包裹导致的内层球团100中碳的燃烧向外传热减少的问题，同时为内部含碳粉尘高温条件下ZnO还原释放成Zn蒸汽提供通道，降低烧结矿中有害元素含量。
具体地，本实施例中高炉布袋灰的具体成分如表1所示；所述焦炭占内层造球料总重量的5%，其工业分析结果如表2所示；所述成孔剂为分解温度400℃~500 ℃的煤沥青，添加量为外层造球料总重量的3%。
表1 高炉布袋灰的主要化学成分
| 成分 | TFe | C | Zn | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O |
| 含量/% | 24.59 | 33.57 | 3.75 | 7.14 | 4.43 | 3.26 | 2.32 | 0.528 | 0.589 |
表2 焦炭工业分析（Wad/%)
| 水分（Mad） | 挥发分（Aad） | 灰分（Vad) | 固定碳（FCad） |
| 0.94 | 1.08 | 14.46 | 83.52 |
为了验证本实施例的双层球团对烧结产质量指标的影响，将其添加于烧结料的烧结过程中，并通过检测烧结速度、成品率、固体燃耗、利用系数及烧结矿转鼓强度、成品率、利用系数等产质量指标，由此来分析双层球团与烧结料中焦炭燃烧特性匹配度高低，其检测结果如表3所示。
表3、烧结过程产质量指标
通过对比不同厚度的外层球团200的双层球团典型烧结指标结果可以发现，随着外层球团200的厚度由1mm逐步增加至4mm，烧结产质量指标呈现先提高后降低的趋势，并在厚度为3mm时达到最佳。随着外层球团200由1mm增加到3mm，外界热量在球团内部传递速度减慢，同时含碳粉尘燃烧速度变慢，当厚度为3mm时，外界焦炭燃烧特性与双层球团的燃烧特性达到一致，此时产质量指标达到最佳。但当厚度继续增加，由于铁精矿的过度包裹影响内部向外传热，导致燃料放热不足，产质量指标因而降低。
实施例2
本实施例的一种含碳粉尘的双层球团制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于本实施例中的外层球团200厚度维持在1 mm，检测典型烧结指标，其烧结矿成品率为57.47%，转鼓强度为59.21，利用系数为1.16t· (m2∙h)-1，烧结速度为23.55mm·min-1，其检测结果如表3所示。
实施例3
本实施例的一种含碳粉尘的双层球团制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于本实施例中的外层球团200厚度维持在3 mm，检测典型烧结指标，其烧结矿成品率为61.98%，转鼓强度为62.12，利用系数为1.26t· (m2∙h)-1，烧结速度为21.01mm·min-1，其检测结果如表3所示。
实施例4
本实施例的一种含碳粉尘的双层球团制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于本实施例中的外层球团200厚度维持在3 mm，检测典型烧结指标，其烧结矿成品率为67.40%，转鼓强度为65.40，利用系数为1.44t· (m2∙h)-1，烧结速度为20.74mm·min-1，其检测结果如表3所示。
实施例5
本实施例的一种含碳粉尘的双层球团制备方法基本与实施例1相同，不同之处在于本实施例中的外层球团200厚度维持在4 mm，检测典型烧结指标，其烧结矿成品率为65.42%，转鼓强度为61.34，利用系数为1.32t· (m2∙h)-1，烧结速度为19.65mm·min-1，其检测结果如表3所示。
对比例1
本对比例中的球团为含碳粉尘球团，无外层球团200，添加到烧结过程中并检测典型烧结指标，其烧结矿成品率为55.12%，转鼓强度为58.72，利用系数为1.21t· (m2∙h)-1，烧结速度为21.99mm·min-1，其检测结果如表4所示。
本对比例中将含碳粉尘直接制成含碳球团，未包裹铁精粉。由于含碳粉尘燃烧速度快于焦炭，因此含碳球团的燃烧速率明显快于料层中焦炭的燃烧速度，导致燃烧特性不匹配，含碳球团热量释放过快，导致局部过热，料层蓄热减少，料层烧结不充分，液相未能大片形成，因此烧结产质量指标下降。同时，含碳粉尘与传统烧结原料成分存在差异，不能很好的与周围原料融合，含碳球团烧结后容易脱落，导致烧结矿强度变低。而实施例1则将含碳粉尘外围包裹上铁精矿，在烧结过程中，通过高温形成的烧结液相将双层球团粘附与烧结矿基体上，能够有效减小含碳粉尘添加对整个烧结原料的影响。
表4、烧结过程产质量指标
| 实施例1 | 对比例1 | |
| 烧结速度 /mm·min-1 | 20.74 | 21.99 |
| 成品率 /% | 67.40 | 55.12 |
| 转鼓指数 /% | 65.40 | 58.72 |
| 利用系数 t· (m2∙h)-1 | 1.44 | 1.21 |
| 固体燃耗 kg·t-1 | 74.44 | 79.90 |
对比例2
本对比例中的双层球团中内层球团100未添加焦炭，添加到烧结过程中并检测烧结矿有害元素含量，其检测结果如表5所示。含碳粉尘中含有部分ZnO，焦炭燃烧产生的高温和还原性气氛可以有效提高有害元素的脱除率，减少入炉烧结矿有害元素含量。
表5、烧结过程产质量指标及脱锌率
| 实施例1 | 对比例2 | |
| 烧结速度 /mm·min-1 | 20.74 | 21.01 |
| 成品率 /% | 67.40 | 67.13 |
| 转鼓指数 /% | 65.40 | 64.13 |
| 利用系数 t· (m2∙h)-1 | 1.44 | 1.46 |
| 固体燃耗 kg·t-1 | 74.44 | 74.91 |
| 脱锌率 /% | 95.22 | 89.82 |
对比例3
本对比例中双层球团中外层球团200未添加成孔剂，添加到烧结过程中并检测典型烧结指标，并检测典型烧结指标，包括烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数和烧结速度，其检测结果如表6所示。
表6、烧结过程产质量指标及脱锌率
| 实施例1 | 对比例3 | |
| 烧结速度 /mm·min-1 | 20.74 | 19.21 |
| 成品率 /% | 67.40 | 62.21 |
| 转鼓指数 /% | 65.40 | 63.22 |
| 利用系数 t· (m2∙h)-1 | 1.44 | 1.36 |
| 固体燃耗 kg·t-1 | 74.44 | 77.21 |
| 脱锌率 /% | 95.22 | 76.22 |
由于外层煤沥青颗粒在400℃~500℃时挥发分解，在外层球团200上形成孔洞，外层球团200的隔热作用使得内层球团100中含碳粉尘着火点上升，燃烧速率有效的降低，使其与焦炭燃烧特性达成一致，削弱燃烧特性不匹配导致烧结产质量指标下降的影响；由于双层结构的特点，外层结构若为紧密的，内部燃烧的热量及还原出的物质将难以向外界释放，而多孔结构可以促进内部含碳粉尘燃烧的热量向外界释放，同时，还原出的Zn蒸汽可以通过孔洞被从双层球团被排出，不残留在烧结矿中，而是随烧结粉尘进入烧结粉尘，降低高炉的锌负荷。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。
Claims (7)
1.一种含碳粉尘的双层球团制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：原料准备：取适量含碳粉尘、焦炭和成孔剂进行称量配料，得到内层造球料；取适量铁精粉与成孔剂进行称量配料，得到外层造球料；所述成孔剂为煤沥青颗粒；所述外层造球料中的煤沥青颗粒添加量占外层造球料总重量的百分比为2%~4%；
S2：制备内层球团（100）：将内层造球料投入圆盘造球机中，并补充水分进行混合造球，制备得到内层球团（100）；
S3：制备双层球团：继续向S2步骤中的圆盘造球机内投入外层造球料，并补充水分使外层造球料在内层球团（100）的外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团；
所述外层造球料包裹于内层球团（100）的外周形成外层球团（200），所述外层球团（200）的厚度为3mm~5mm；
所述含碳粉尘为高炉布袋灰，其TFe含量为20%~30%，C含量为30%~40%，Zn含量为3%~5%。
2.根据权利要求1所述的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，其特征在于：所述高炉布袋灰粒度达到-0.074mm粒级的质量百分比含量≥95%。
3.根据权利要求1所述的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，其特征在于：所述焦炭含量占内层造球料总重量的百分比为3%~5%。
4.根据权利要求3所述的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，其特征在于：所述焦炭粒度达到-0.149mm粒级的质量百分比含量≥80%。
5.根据权利要求1所述的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，其特征在于：步骤S2中制备得到的内层球团（100）的粒径为5mm~7mm。
6.根据权利要求1所述的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，其特征在于：所述外层造球料中的铁精粉采用张庄精矿，其粒度达到-0.074mm粒级的质量百分比含量≥95%，且外层造球料的平均粒径大于内层造球料的平均粒径。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种含碳粉尘的双层球团制备方法，其特征在于：所述成孔剂的粒度达到-0.149mm粒级的质量百分比含量≥80%。
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