CN115768908A - 用于向烧结矿厂供应原料的方法 - Google Patents

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CN115768908A CN202180043910.6A CN202180043910A CN115768908A CN 115768908 A CN115768908 A CN 115768908A CN 202180043910 A CN202180043910 A CN 202180043910A CN 115768908 A CN115768908 A CN 115768908A
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Abstract

本发明涉及一种用于向烧结矿厂(20)供应原料的方法。为了促进烧结工艺，同时减少化石燃料消耗，本发明提出：采用混合材料(7，8)来供应原料，其中，所述混合材料(7，8)包括混合形式的微粒含铁材料(1)和微粒热解生物质(2)，其中所述含铁材料(1)优选为铁矿石(1)和/或所述热解生物质(2)优选为木炭(2)。

Description

用于向烧结矿厂供应原料的方法
技术领域
本发明涉及一种用于向烧结矿厂供应原料的方法。
背景技术
各种含铁原料可用于高炉、直接还原和/或电炉等的装料。一种选择是铁矿石球团，即通常直径为6至16mm的球体，其包含约63％至72％的铁，主要是Fe2O3的形式，以及用于调整化学组成和冶金性能的各种附加材料。此外，还包含类似膨润土的粘合剂，以保持球团的固着。通常，在球团加工厂生产球团包括研磨矿石、添加剂和固体燃料，即无烟煤、石油焦。混合原料之后，形成球团并进行热处理，即所谓的烧结工艺，例如在窑炉中。球团是一种标准化材料，化学性质稳定，能够被运输而不会有显著损失，并且可以在高炉中使用，而无需进行类似碾碎等预处理。另一种选择是烧结产品，它由不规则的多孔材料块组成，这些材料块是通过烧结细材料(0至5毫米粒径的粉末)和破碎或碾碎烧结的大块材料而生产的。由于烧结产品的固着是通过烧结工艺实现的，因此它可能不包括专用粘合剂。含铁细粉的烧结只能在1000℃至 1300℃左右的高温下实现，有时也高达1500℃，因此，烧结加工厂需要大量的与含铁材料混合的固体燃料。用于烧结工艺的烧结混合材料例如可包括铁矿细粉、焊剂、固体燃料和来自烧结加工厂本身、高炉等的回收细粉。烧结产品是目前用于高炉的最便宜的含铁炉料。由于原料的制备比球团更简单，因此它通常比球团便宜。然而，鉴于对钢铁工业提出的CO2减排要求，缺点是烧结法导致的CO2排放量远远高于球团生产。这是由于固体燃料(如碎焦炭和无烟煤)和气体燃料(如炼钢气体)需要支持用于烧结工艺的高温。
发明内容
技术问题
因此，本发明的一个目的是，在减少化石燃料消耗的情况下促进烧结工艺。该目的通过根据权利要求1所述的方法得以解决。
发明概述
本发明涉及一种用于向烧结矿厂供应原料的方法。所述原料也可称为进料(feedmaterial)或给料(feed stock)，即在烧结矿厂供应/用于烧结工艺的材料。烧结矿厂的类型在本发明的范围内不受限制。特别是，所述烧结矿厂可配置为烧结加工厂或球团加工厂。烧结矿，即相应烧结加工厂的烧结产品或球团，通常拟用作为高炉等窖炉装料的含铁炉料。
根据本发明的方法，采用混合材料来供应含铁炉料，其中，所述混合材料包括混合形式的微粒含铁材料(通常为铁矿石)和微粒热解生物质。换言之，所述混合材料被用以提供用于烧结工艺的至少一些材料。如下文所述，混合材料在某些情况下不得按原样使用，而只能在机械加工后进行使用。在其他情况下，混合材料可以其原有形式应用于烧结工艺。
换言之，本发明提了出微粒含铁材料和微粒热解生物质的混合物作为烧结矿厂(特别是烧结加工厂或球团加工厂)的一种进料(给料)的应用。表述“微粒含铁材料和微粒热解生物质的混合物”是指这两种微粒并非单独运输并送入烧结矿厂，而是混合在一起。混合可能发生在距离使用地点，即烧结矿厂，数百或数千千米的地方，并且铁颗粒和生物质颗粒作为混合物的运输提供了下文详述的许多优点。一般来说，微粒含铁材料和微粒热解生物质的混合物可以是散装混合物，即微粒在容器中简单地结合/混合在一起，可能需要一些机械搅拌。然而，术语混合物也涵盖处理微粒含铁材料和微粒热解生物质的混合物以形成聚结物之情况。在前一种情况下，供应给烧结矿厂的原料是微粒含铁材料和微粒热解生物质的散装/粉末材料。在后一种情况下，供应给烧结矿厂的原料采用聚结物(或者说块状产品)的形式，包括微粒含铁材料和微粒热解生物质。
烧结矿厂的类型在本发明的范围内不受限制。术语“烧结矿厂”在本文中用于涵盖涉及材料烧结(或焙烧)，即通过加热形成微粒材料的固体物而非将其熔化至液化点的设备或工厂。正如在炼铁工业中已知的那样，烧结加工厂和球团加工厂是两种涉及“烧结工艺”的烧结矿厂。
根据本发明的方法，混合材料包括热解生物质，其中后者通常为木炭。典型的热解温度在250℃到550℃之间，这里的术语“热解”也涵盖已知为烘焙的温和热解。然而，生物质也可以是任何植物或动物材料。为简单起见，本文件下文一般仅指木炭。应理解，在本文件中，术语“木炭”可由“热解生物质”取代。同样，术语“铁矿石”可在下文中由“含铁材料”取代。
铁矿石和木炭以微粒形式，即作为颗粒或碎片存在于混合材料中。颗粒的尺寸通常在本发明的范围内不受限制，尽管某些粒径是优选的，正如下文将讨论的那样。本申请中提及的铁矿石通常可包括任何含铁材料，例如氧化铁，如磁铁矿(Fe3O4)或赤铁矿(Fe2O3)，通常伴有脉石矿物以及废物或残余材料。木炭可以是通过从生物质，通常从植物材料例如木材、有机废物和/或残余生物质和/或SRF材料(固体回收燃料) 中，除去水分和挥发性组分而产生的任何含碳材料。木炭颗粒可具有相对较高的碳含量，例如高于65wt.-％(重量百分比)、高于70wt.-％或高于75wt.-％。
为了获得所述混合材料，至少提供微粒铁矿石和微粒木炭，然后可以将其混合以获得混合材料。混合可以以各种方式进行，例如在适当的容器中主动地通过机械方式混合铁矿石和木炭颗粒(加上可选的其他组分)来进行。合适的装置包括钉齿式混合机、桨式混合机或转鼓式混合机。混合也可以或多或少被动地进行，例如，将铁矿石颗粒和木炭颗粒同时倒入容器中，这也将导致至少一定程度的混合。也可以使用本领域已知的其他合适的混合方法。可选地，混合可与运输容器(如卡车、集装箱、火车车箱、船舶等)的装料结合起来。这可以是如上所述的被动混合形式，或者，也可以在将微粒材料装入运输容器之前或之后立即与主动混合相结合。
在一些实施形式中，微粒含铁材料在混合材料中的体积比可在5vol.％(体积百分比)和80vol.％之间。
本发明的方法具有多种优点。首先，木炭可以被认为是二氧化碳中性的(CO2neutral)，因为它(通常)是在不使用化石燃料的情况下产生的。由于烧结工艺所需的至少一部分燃料由混合材料中的木炭提供，因此可以显著减少有效CO2排放。其他优点可体现于含木炭混合材料的处理和运输。由于木炭生产需要大量的生物质，因此几乎不可能在同一地理位置拥有木炭生产设施和烧结矿厂。因此，需要运输木炭。在这方面，使用含有铁矿石颗粒和木炭颗粒的混合材料与木炭本身相比减少了必要的安全预防措施。木炭是一种易燃产品，通常需要采取高安全程序和预防措施。部分取决于混合材料中所含木炭的百分比，使得可燃性可显著降低。当然，这也取决于混合材料的可选的其他组分。此外，纯木炭的密度非常低(约0.25g/cm3)，并且通常含有高百分比的细粉，这使得其处理复杂，因为排料点有粉尘排放。木炭颗粒与铁矿石颗粒和其他可选组分混合后，便可以减少细粉的量以及粉尘排放量。这是由于不同的事实造成的，例如，较高密度的铁矿石颗粒保护嵌入的木炭颗粒不被吹走，并且铁矿石颗粒是湿润的，因此在混合材料中，木炭细粉至少可以部分地与铁矿石颗粒中所含有的液体结合。
作为混合材料，木炭因此可用于长距离运输。这种长距离可被定义为包括至少100千米、优选至少500千米、最优选甚至数千千米的距离。因此，木炭例如可从巴西或加拿大运输至美利坚合众国，或从巴西、加拿大、美国、印度尼西亚或俄罗斯运输至欧洲。长距离运输优选通过火车或船舶进行。
根据一个实施形式，混合材料以复合体的形式使用，其中，每个复合体是坚实且固着的，并且包括微粒铁矿石和微粒木炭。每个复合体都是坚实且固着的，即各个颗粒结合在一起而形成复合体，同时结合这些颗粒的方法在这种情况下并不受限。特别是，每个复合体可被视为包括这些颗粒的聚结物(agglomerate)或组合物 (conglomerate)。铁矿石颗粒和木炭颗粒结合在一起作为复合体的组成部分。就此而言，复合体不是均质的，但至少是微粒铁矿石和微粒木炭的组合。当木炭颗粒作为复合体的一部分结合时，细粉的量以及粉尘排放量都会显著减少。即使细粉不能完全消除，其百分比通常低于10％，甚至低于5％，其余为完整的复合体。如下文所述，在某些情况下，复合体不得按原样使用，而只能在机械加工后使用。在这种情况下，原材料仅在供应过程的某一阶段以复合体的形式存在，而就在烧结矿厂使用前可能呈另一种形式。在其他情况下，复合体可以以其原有形式被应用于烧结工艺。
所述方法还可包括生产复合体。在这种情况下，在供应原料之前，它包括以下步骤。在第一步中，提供微粒铁矿石和微粒木炭。通常，铁矿石和木炭都需要破碎、碾碎或粉碎，并可能进行研磨，以获得微粒形式。此外，可对颗粒进行筛分以获得一定范围的粒径。破碎和/或筛分可能是提供相应微粒材料的一部分。
在另一步骤中，至少将铁矿石和木炭混合以获得混合物。混合可以以各种方式进行，例如在适当的容器中通过主动地机械混合铁矿石和木炭颗粒(加上可选的其他组分)来进行。合适的装置包括钉齿式混合机、桨式混合机或转鼓式混合机。混合也可以或多或少被动地进行，例如，将铁矿石颗粒和木炭颗粒同时倒入容器中，这也将导致至少一定程度的混合。也可以使用本领域已知的其他合适的混合方法。
在另一步骤中，复合体由混合物形成。每一复合体可被视为同时含有铁矿石颗粒和木炭颗粒的聚结物或组合物。依复合体的尺寸而定，这些例如可被称为团块 (block)、压块(briquette)或球团(pellet)亦或以滤饼等形式存在的简单聚结物。所有复合体可具有相同的尺寸和形状或具有不同的尺寸和/或形状。这部分取决于形成复合体的工艺方法。单个复合体的形状可以是不规则的或规则的，例如球形、圆柱形或立方体。混合和成形可通过单个装置进行。混合物的组成可以与混合材料(即复合体)的组成相同。然而，其组成可能不同，例如由于在复合体形成期间液体组分蒸发。因此，术语“混合物”和“混合材料”在该上下文中并不是同义词。
在一些实施形式中，例如，通过对铁矿石和木炭的混合物施加压力和/或升高温度，可以实现复合体的充分固着。在其他情况下，这种方法所能实现的固着程度是不够的。因此，所述方法还可包括提供至少一种粘合剂，通过至少混合铁矿石、木炭和至少一种粘合剂而获得混合物。即使生产不被视为所述方法的一部分，每个复合体也至少含有一种粘合剂。各粘合剂用于增加单个复合体的整体固着性。当混合物形成时，粘合剂可以以液体形式存在和/或溶解或悬浮于在液体中。当复合体已经形成时，液体组分可以通过对复合体加热而蒸发或化学转化。一些情况下，如果在复合体中存有粘合剂所引入的一定量液体，是可以接受的。
根据一个实施形式，提供至少一种有机粘合剂。合适的有机粘合剂的实例包括但不限于各种类型的纤维素、奶厂废水(如乳糖或乳清)、天然胶(如瓜尔胶或黄原胶)、木材相关产品(如半纤维素或木质素磺酸盐)、淀粉、右旋糖、糖蜜(如甘蔗糖蜜) 和基于聚丙烯酰胺或聚丙烯酸酯结构的那些物质。大多数有机粘结剂可以在烧结工艺期间燃烧，几乎没有或完全没有固体残留物。此外，由于它们主要来源于生物质，因此可以认为它们是CO2中性的。
作为备选或附加方案，可以提供至少一种矿物粘合剂。矿物粘合剂的实例包括但不限于膨润土、石灰、生石灰(CaO)、熟石灰(Ca(OH)2)。一般来说，矿物粘合剂 (即无机粘结剂)在烧结工艺中不会燃烧，但可能以化学变化的形式作为烧结产品或球团产品的一部分保留下来。取决于在高炉、直接还原和/或电炉等中的预期应用，这些粘合剂残留物可能是无关紧要的、有害的甚至有益的。在一些情况下，矿物粘合剂可能比有机粘合剂更有效。
优选地，复合体通过团矿(briquetting)而形成。在此，“团矿”是指压结(pressagglomerating)。一定量的混合物受到压力，从而导致或支持颗粒(以及可能的其他组分)聚结成块。可以实施各种类型的团矿，例如挤出或辊压。如果进行挤出，则初级产品是连续的材料股条，其需要切割或以其他方式分离成许多复合体。除了施加压力外，还可通过加热混合物或与混合物接触的团矿机的某些部件来施加高温。作为备选或附加方案，热量可能是由摩擦或压缩产生的。如上所述，团矿工艺产生的复合体可称为砖块(brick)、团块、压块或球团。
在一些实施形式中，混合材料并不发生聚结以形成复合体，而是用作微粒铁矿石和微粒木炭的散装混合物，因此以这种形式运输和供应给烧结矿厂。在这种情况下，也可以应用先前公开的破碎/碾碎/粉碎/研磨和/或混合(被动或主动)的步骤。
如上所述，木炭生产的位置和烧结矿厂的位置通常相距很远。它们可能处在不同的国家，甚至在不同的大陆。由于木炭与混合材料中的铁矿石颗粒结合起来，特别是其以复合体形式与铁矿石颗粒结合时，可以更容易、更安全地运输，因此混合材料 (可能以复合体的形式)应在木炭厂区或在木炭厂附近形成。这在很大程度上避免了与木炭运输相关的任何燃烧风险或粉尘产生问题。根据本发明的典型实施形式，混合材料(特别是复合体)在第一位置形成，所述方法还包括将混合材料运输到距离第一位置至少100km的第二位置。第二位置可能是烧结矿厂的位置。第一位置和第二位置之间的距离可以更大，例如至少500km或数千千米。特别是，混合材料可至少部分通过火车或船舶运输。在这些情形下，运输的成本效益在很大程度上取决于运输的总质量。由于木炭和铁矿石(加上可选的附加组分)一起运输，给定数量的木炭运输的总质量便显著增加。换言之，带有较少量木炭可实现有成本效益的运输(例如， 200,000吨)。举例来说，如果烧结矿厂的生产率是6百万吨(Mio.TPY)且1吨烧结产品需要60kg木炭，则总共需要360,000吨(TPY)木炭。如果混合材料中含有30％的木炭，则每两个月可进行一次有成本效益的运输。这种相对较高的运输频率是有益的，因为它减少了第一位置以及第二位置所需的存储容量。为了降低木炭的易燃性，木炭将与本身不易燃的含铁材料混合。混合材料中含铁材料的拟定体积比大致相当于木炭的空隙体积(木炭颗粒之间的体积)，通常为约30vol.％和55vol.％之间。更高的铁矿石体积比，甚至高于55vol.％，对于进一步降低易燃性将可能是优选的。本领域技术人员可以视个案情况考虑具体的可燃性和爆炸试验，基于含铁材料和木炭的特性确定最小量。
尽管木炭含量不太高具有上述优点，但木炭含量也不应太低，因为考虑到生产可能使用数个矿石源和/或木炭源时木炭和铁矿石以或多或少适合烧结工艺的比例存在是可取的。因此，理想的是混合材料包括至少1wt.-％或10wt.-％的木炭，优选至少 20wt.-％，更优选至少30wt.-％。特别优选的范围是1至30wt.-％、5至20wt.-％以及可能10至20wt.-％。如果混合材料是复合体的形式，则形成它们的混合物中的重量百分比可能稍低一些，例如，因为混合物包含了在复合体形成工艺方法中蒸发的液体组分。
为了受益于上述与降低木炭含量有关的优点，并为了给烧结工艺提供足够数量的铁矿石，如果混合材料包括至少20wt.-％铁矿石，优选至少30wt.-％，更优选至少50wt.-％是有利的。再者，如果这是指复合体，则形成这些复合体的混合物中的重量百分比可能稍低一些，例如由于液体组分蒸发之故。
如果木炭颗粒相对较小，通常更容易形成被视为聚结物或组合物的固着的复合体。此外，较小尺寸的单个木炭颗粒可增强烧结加工厂工艺中木炭的有效性，而不管混合材料是否为复合体的形式。因此，优选的是，微粒木炭所具有的D90筛分粒度为小于 10mm、优选小于5mm、更优选小于3.5mm。换言之，至少90％的木炭颗粒的最大尺寸为小于10mm(或分别为小于5mm或3.5mm)。
各种类型的含铁材料(通常是铁矿石)均可用于本发明方法中的混合材料(例如在复合体或聚结物中)。根据一个实施形式，微粒含铁材料包括烧结进料颗粒，其具有至少大部分在0.1mm和6.3mm之间的筛分粒度。“烧结进料”是通常用于具有上述相对大/粗粒度的含铁原料的术语。它通常由铁矿石生产出来，其化学特性使其适合高炉、直接还原和/或电炉等操作，而无需进一步升级。换言之，铁矿石中的铁含量从一开始就相对较高，即脉石材料的含量较低，因为一种或多种铁化合物和脉石材料的分离相对较好。如果提及0.1mm和6.3mm之间的“至少大部分”筛分粒度，这可以指至少80％或至少90％的颗粒所具有的最大尺寸在0.1mm和6.3mm之间。
作为备选在球团加工厂的情况下或者附加在烧结加工厂的情况下，微粒铁矿石可包括粒径较小的含铁材料，如精矿和/或球团进料颗粒(以下简称为“球团进料”)，其筛分粒度至少大部分小于0.15mm。同样，这可指至少80％或至少90％的颗粒所具有的最大尺寸小于0.15mm。“球团进料”是对低品级铁矿石进行提质加工后产生的细粉铁矿石材料。在这种低品级铁矿石中，铁含量低，铁化合物与脉石材料分离不好。然而，如果对铁矿石进行研磨或以其他方式分离以使粒径减小，则可以将铁含量足够高的颗粒与铁含量较低(或不存在铁含量)的颗粒分离。然后铁含量高的颗粒便可以用作球团进料。烧结加工厂的一个普遍趋势是，由于不再易于获得合适的铁矿石，烧结进料的质量正在恶化。这一情况可以通过至少部分包括球团进料来补偿。
如上所述，复合体的尺寸通常在本发明的范围内不受限制。然而，优选地，复合体具有1mm至500mm之间的最大尺寸。如果最大尺寸低于或高于此范围，则复合体的生产和/或处理将变得困难。小的复合体，例如最大尺寸小于15mm的复合体，可以称为“球团”，而较大的复合体，例如最大尺寸在15mm和100mm之间的复合体，可以称为“压块”，还更大的复合体可以称为“团块”或“砖块”。如上所述，单个复合体可以是球形、圆柱形、立方体、扁平或甚至不规则形状。
特别是如果单个复合体的最大尺寸较小，可以想象的是，复合体在烧结加工厂中照原样使用，即无需进一步加工处理。根据另一实施形式，复合体在用于烧结矿厂之前粉碎。粉碎特别可以通过碾碎复合体来执行。粉碎工艺可能导致木炭颗粒与铁矿石颗粒的部分或完全分离，也可能导致单个木炭和/或铁矿石颗粒粉碎。尤其是在球团加工厂使用材料时，材料通常在进入烧结工艺之前进行研磨。
烧结加工厂中，主要有两种方法将木炭/铁矿石混合物加入烧结工艺。木炭/铁矿石混合物可加入烧结混合材料垫层堆中。烧结混合材料垫层堆通常由不同原料的多个水平层组成。当使用烧结混合材料垫层堆时，取料机通常以垂直于各层的竖向形式取走材料。这也允许在较长时间内(例如一到数周)对材料进行良好的混合。在这种情况下，因而很容易直接添加木炭/铁矿石混合物。因此，在堆垛过程中分离成木炭和铁矿石颗粒的预防措施有限。然而，依据堆垛工艺以及如果包括计量加料箱，在这种情况下也需要考虑以下描述的分离效应。在烧结加工厂工艺中引入木炭/铁矿石混合物的第二种可能性是在烧结加工厂仓库。在这种情况下，混合物将在烧结工艺中通过特殊的计量加料系统进行加料，如失重式给料机、称重带式输送机、螺旋给料机或其他系统。在这种情况下，不分离木炭/铁矿石混合物是很重要的，因为其分离会导致烧结混合物的组成不受控制，从而导致烧结工艺中出现问题。
对于使用木炭/铁矿石混合物的球团加工厂之情形，第二种可能性不适用，因为在进入烧结工艺之前，需要对材料进行研磨。因此，如上所述的分离效应不重要。
因此，优选在将粉碎材料引入烧结加工厂的烧结工艺之前不久对复合物进行粉碎，从而避免与灰尘产生或木炭燃烧相关的任何问题，或者将其降至最低。优选地，复合物的粉碎可在计量加料装置上游的储料仓的出口处进行。虽然这不寻常，但也可想象的是，即便混合材料并非以复合体形式存在，却也是粉碎的。然而，当将粉碎的复合物引入球团加工厂时，在烧结工艺之前，所有组分应在研磨装置中单独或一起研磨。
理想的是，所述混合材料可以在烧结加工方法中使用，而无需或只需最少的附加材料。也就是说，所述混合材料可以代表针对于烧结工艺的大部分原料进料。然而，在实践中，混合材料可提供至少10wt.-％的含铁材料和至少5wt.-％、优选至少10wt.-％且更优选至少20wt.-％的含碳材料(固定碳)用于烧结和球团加工厂中的烧结工艺。特别是在烧结加工厂的情况下，优选只需要向原料中加入减少量的球团进料，例如相当于90wt.-％或更少的含铁材料，可能少于60wt.-％。混合材料可提供至少10％、优选至少40wt.-％或更优选至少60wt.-％的含碳材料。还优选的是，不需要在原料中加入无烟煤和/或碎焦炭，或者该附加燃料的量相当于80wt.-％或更少的含碳材料，例如少于60wt.-％或少于40wt.-％。
在本文件中，烧结一词是指通过热处理形成矿石的聚结物，亦即所谓的烧结工艺。所得产品例如可以是球团或烧结物。
如前所述，本文件中术语烧结矿厂涵盖了一般性涉及烧结工艺的矿石造块厂，特别是球团加工厂和烧结加工厂。
这通常可以通过在支持烧结工艺的炉中对混合物进行热处理来实现，通常在1000℃至1400℃，并且通常在氧化气氛下(O2仍大量存在于气体气氛中)，类似于传统的球团加工工艺和烧结加工工艺。
附图说明
现在将参照附图通过举例的方式来阐述本发明的优选实施形式，附图中：
图1是根据本发明第一实施形式的涉及烧结加工厂的方法的材料流程图；
图2是来自图1的方法的工艺流程图；
图3是根据本发明第一实施形式的涉及球团加工厂的方法的材料流程图；
图4是来自图3的方法的工艺流程图；
图5是根据本发明第二实施形式的涉及烧结加工厂的方法的材料流程图；和
图6是来自图5的方法的工艺流程图；
图7是根据本发明第二实施形式的涉及球团加工厂的方法的材料流程图；和
图8是来自图7的方法的工艺流程图。
具体实施方式
图1是用于烧结加工厂的本发明方法的第一实施形式的材料流程图，图2是该方法的工艺流程图。现在将参考这两个图来解释该方法。在该方法的第一步中，在100，提供微粒含铁材料铁矿石1、微粒热解生物质木炭2和粘合剂3。为简单起见，本说明书将铁矿石1用作含铁材料1，木炭2用作热解生物质2。然而，这不应被理解为限制。
微粒铁矿石1由含铁材料源提供，如矿山5，而微粒木炭由木炭厂6提供。在该实施形式中，微粒铁矿石1包括粒径在1和6.3mm之间的烧结进料以及粒径小于1.5 mm的球团进料。作为备选方案，可以仅分别使用烧结进料或球团进料。木炭2可能是由植物材料(例如木材)缓慢热解产生的，其所具有的D90筛分粒度可小于3.5mm。木炭颗粒可具有相对较高的碳含量，例如高于65wt.-％、高于70wt.-％或甚至高于75 wt.-％。粘合剂3可以是矿物粘合剂例如膨润土，或有机粘合剂例如甘蔗糖蜜。它也可以是矿物粘合剂和有机粘合剂的组合。
在下一步中，在110，将微粒铁矿石1、微粒木炭2和粘合剂3混合以形成混合物。混合物还可包含至少一种液体组分，所述液体组分可为粘合剂3的一部分或者可添加以促进混合工艺。在聚结造块单元4(其中也可以进行混合)中由该混合物形成 (在120)聚结物7。为了使木炭2的运输距离最小化，可将聚结造块单元4布置在木炭厂6附近或甚至在木炭厂6处。然而，如果更方便的话，也可以设想将聚结造块单元4布置在靠近铁矿山或航运港的地方。可选地，所形成的聚结物7可以经受高温以固化粘合剂3或蒸发液体组分。由此形成的聚结物7包括微粒铁矿石1、微粒木炭 2和粘合剂3，其可通过固化工艺等从其初始形式进行化学变化。聚结物7例如可以是最大尺寸为10cm的立方体。
处于成品状态的聚结物7体现为非常适合储存和运输的坚实、固着的复合体。特别是，由于木炭2结合在聚结物中，因此它们不需要特殊的安全预防措施，并且与纯木炭2相关的燃烧风险基本消除。最终的聚结物7通过第一陆路运输11(例如通过铁路或卡车)运输(在130)到第一港口12，在那里它们被转移至船舶用于长距离海外运输13(在140)。可选地，如果团矿单元靠近第一港口12，则第一陆路运输11可能是不必要的。船舶到达目的地，第二港口14后，将聚结物7卸载并再次转移。随后，它们可以由另一陆路运输15(在150)运输至包括碾碎单元17和烧结矿厂20的钢铁厂16。作为对于烧结矿厂20的准备，聚结物7在碾碎单元17中被碾碎(在160)，由此获得更小颗粒的混合物，为碾碎材料18。在一些情况下，可以省略碾碎，例如，如果聚结物7的尺寸非常小。这些碾碎材料18中的大部分将是纯铁矿石颗粒或纯木炭颗粒，通常至少含有少量粘合剂，而其它颗粒可包括至少一种与铁矿石颗粒结合在一起的木炭颗粒。烧结矿厂20的仓库中可有专用料仓(未显示)，用于存放聚结物7。然后，它们可以被计量加料、碾碎并置于输送系统(例如带式输送机)上，为烧结矿厂20的混合鼓等进料。混合材料除了在烧结矿厂的仓库中添加外，还可以在更远的下游或上游直接添加至烧结混合材料垫层堆。
碾碎单元17可以相对靠近烧结矿厂20布置，并且可以采取特殊预防措施将碾碎材料18从碾碎单元17转移至烧结矿厂20，以避免与木炭颗粒相关的粉尘产生或燃烧风险的任何问题。在170处添加附加组分19，其例如可包括：补充来自聚结物7的铁矿石的球团进料和/或烧结进料、完成烧结工艺的能量需求的化石燃料(例如无烟煤和/或碎焦炭)、非化石燃料或两者的组合、石灰、水或其他合适的添加剂。然后，在 180处形成烧结床层并在190处进行烧结。值得注意的是，碾碎材料18可被送入仓库以与附加组分19混合。作为备选方案，碾碎材料18可直接添加至烧结床层。来自聚结物7的木炭可以代表用于烧结工艺的所有含固定碳的材料。但通常，它仅代表含碳材料的一部分，例如，20wt.-％至90wt.-％之间。无论哪种方式，化石燃料的量如果未被消除，也被大大减少，因此该烧结工艺接近CO2中性。作为烧结工艺的结果，具有规定质量的烧结产品21a在200处递送，其又可用于在高炉、直接还原和/或电炉等中炼钢。在本发明方法的第一实施形式的相同上下文中，图3示出了材料流程图，其中在第二位置31处，复合混合物7被引入烧结矿厂20，其具有球团作为产品21b，而不是烧结产品21a，而图4是该方法的相应工艺流程图。第一实施形式的两种发明方法是相似的，主要区别在于用以烧结加工的所有组分、附加材料19和碾碎材料18 或复合体、聚结物7必须进一步粉碎，更具体而言是研磨171。于是，在碾碎单元17 处将所有组分研磨，通常至粒径D80<0.045mm，并在180处形成球团，通常为直径 6至16mm的球，然后才能在190处执行烧结加工。在190进行烧结加工后，规定质量的球团产品21b在200处递送，其又可用于在高炉、直接还原和/或电炉等中炼钢。
图5是用于烧结加工厂的本发明方法的第二实施形式的材料流程图，而图6是该方法的工艺流程图。在某种程度上，该实施形式类似于第一实施形式，因此将不再详细描述。在第一步骤中，在100，提供来自铁矿山5的微粒铁矿石1和来自木炭厂的微粒木炭2。粒径和组成可以与第一实施形式中的相同。
可选地，在105，微粒铁矿石1和/或微粒木炭2可通过(第一)陆路运输9运输至混合容器10的位置30。在110，微粒铁矿石1和微粒木炭2在混合容器10中混合以获得不包含粘合剂的颗粒混合物8。混合可以主动进行，或以被动方式通过简单地将微粒铁矿石1和微粒木炭2同时倒入混合容器10中进行混合。因此，颗粒混合物8是两种微粒材料(铁和木炭)的散装混合物，其以这种散装形式运输。该实施形式与图1的实施形式的区别在于没有形成聚结物(因此没有聚结造块单元4)。然而，颗粒混合物8可以选择包含一些随同铁矿石1引入的液体。这种液体可能有助于暂时结合一些木炭细粉和灰尘，从而减少与微粒木炭2相关的燃烧风险。因此，颗粒混合物8 通过(分别为第一或第二)陆路运输11(例如通过铁路或卡车)以散装微粒形式(在 130)运输至第一港口12，在那里它们被转移至船舶上用于长距离海外运输13(在 140)。应当注意，混合容器10可以是用于陆路运输11的铁路货车、卡车等的一部分。可选地，如果混合容器4位于第一港口12，则无需陆路运输11。在第二港口14，将颗粒混合物8卸载并再次转移。随后，可通过另一陆路(或河流或其他途径)运输15 (在150)运输至包括烧结矿厂20的钢铁厂16，其中颗粒混合物8作为原料/给料提供给烧结矿厂。颗粒混合物8无需碾碎，可按原样使用。混合材料的添加可以在烧结加工厂的仓库(未显示)中进行，或者它们也可以在更远的下游，甚至更远的上游直接添加至烧结混合材料垫层堆。
如关于第一实施形式所述，在170处加入附加组分19，在180处形成烧结床层并在190处进行烧结。再次值得注意的是，颗粒混合物8可被送入仓库以与附加组分19 混合。作为备选方案，颗粒混合物8可直接添加至烧结床层。具有规定质量的烧结产品21a在200递送，其又可用于在高炉、直接还原和/或电炉等中炼钢。
在本发明方法的第二实施形式的相同上下文中，图7示出了材料流程图，其中在第二位置31处，颗粒混合物8被引入烧结矿厂20，其具有球团作为产品21b，而不是烧结产品21a，而图8是该方法的相应工艺流程图。第二实施形式的两种发明方法是相似的，主要区别在于用以烧结加工的所有组分、附加材料19和颗粒混合物8必须进一步粉碎，更具体而言是研磨171。于是，在碾碎单元17处将所有组分研磨，通常至粒径D80<0.045mm，并形成球团，通常为6至16mm直径的球，然后才能在 190处进行烧结加工。在190进行烧结加工后，具有规定质量的球团产品21b在200 处递送，其又可用于在高炉、直接还原和/或电炉等中炼钢。
在上述两实施形式中，长距离运输通过船舶进行。然而，本发明也包括火车长距离运输。在此情况下，可以在一个阶段中直接从第一位置到第二位置进行运输。
参考标号说明
1：含铁材料，铁矿石
2：热解生物质，木炭
3：粘合剂
4：聚结造块单元
5：铁矿山
6：木炭厂
7：复合体，聚结物
8：颗粒混合物
9：陆路运输
10：混合容器
11：陆路运输
13：陆路运输
12：港口
13：长距离海外运输
14：港口
15：运输工具
16：钢铁厂
17：碾碎或研磨单元
18：经碾碎的或研磨的材料
19：附加材料
20：烧结矿厂(烧结加工厂或球团加工厂)
21a：烧结产品
21b：球团产品
30：第一位置
31：第二位置。

Claims (24)

1.一种用于向烧结矿厂(20)供应原料的方法，其特征在于，采用混合材料(7，8)来供应原料，其中所述混合材料(7，8)包括混合形式的微粒含铁材料(1)和微粒热解生物质(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合材料经过长距离运输，所述长距离为至少100km，优选至少500km，最优选数千千米。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述混合材料通过火车或船舶经过长距离运输。
4.根据权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述混合材料以复合体(7)的形式使用，其中每个复合体(7)是坚实且固着的并且均包括微粒含铁材料(1)和热解生物质(2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括：在供应原料之前，
提供(100)微粒含铁材料(1)和微粒热解生物质(2)；
混合(110)至少所述含铁材料(1)和所述热解生物质(2)以获得混合物；和
由所述混合物形成(120)复合体(7)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：提供(100)至少一种粘合剂(3)，并且通过混合(110)至少所述含铁材料(1)、所述热解生物质(2)和所述至少一种粘合剂(3)获得所述混合物，所述粘合剂优选包括有机粘合剂或矿物粘合剂。
7.根据权利要求4至6之任一项所述的方法，其特征在于，通过团矿而形成所述聚结物。
8.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述混合材料以散装形式供应给烧结矿厂。
9.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述混合材料(7，8)包括至少1wt.-％的热解生物质(2)，优选至少5wt.-％，更优选至少10wt.-％。
10.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述混合材料(7，8)包括至少20wt.-％的含铁材料(1)，优选至少30wt.-％，更优选至少50wt.-％。
11.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述微粒含铁材料在所述混合材料中的体积比在5vol.％和80vol.％之间。
12.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述微粒热解生物质(2)具有的D90筛分粒度为小于10mm，优选小于5mm，更优选小于3.5mm。
13.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述微粒含铁材料(1)包括烧结进料颗粒，其具有的筛分粒度至少大部分在0.1mm和6.3mm之间。
14.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述微粒含铁材料(1)包括球团进料颗粒，其具有的筛分粒度至少大部分小于0.15mm。
15.根据权利要求4至12之任一项所述的方法，其特征在于，所述复合体(7)具有的最大尺寸在1mm和500mm之间。
16.根据权利要求4至13之任一项所述的方法，其特征在于，所述复合体(7)在用于烧结矿厂(20)之前被粉碎(160)。
17.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述混合材料(7，8)提供至少10wt.-％的含铁材料和至少5wt.-％的含碳材料用于烧结矿厂(18)中的烧结工艺(190)。
18.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述含铁材料(1)是铁矿石(1)和/或所述热解生物质(2)是木炭(2)和/或所述复合体(7)是聚结物(7)或组合物。
19.一种运行烧结矿厂的方法，其中，将含铁材料和含碳材料供应到所述烧结矿厂，并将所述含铁材料和含碳材料在炉中加热以支持烧结工艺，以便形成坚实的含铁产品，其特征在于，所述烧结矿厂根据前述权利要求之任一项所述的方法被供应以混合材料。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述混合材料(8)是微粒含铁材料(1)和微粒热解生物质的散装混合物。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述混合材料(7)包括微粒含铁材料(1)和微粒热解生物质的聚结物。
22.根据权利要求19、20或21所述的方法，其中，所述烧结矿厂配置为烧结加工厂，所述混合材料(7、8)可选地被碾碎和/或与附加组分结合，并且可选地聚结成块，然后在氧化气氛下在炉中燃烧，并碾碎所得到的烧结产品。
23.根据权利要求19、20或21所述的方法，其中，所述烧结矿厂配置为球团加工厂，所述方法包括以下步骤：在烧结矿厂，研磨所述混合材料并由其形成铁矿石生球团，在氧化气氛下在焙烧炉中装料并烧制所述生球团以形成硬化球团。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，将所述混合材料和附加材料包括粘合剂材料在所述球团加工厂的碾碎单元(17)处研磨，优选研磨至粒径D80<0.045mm，并且生球团由经研磨的材料形成，优选形成为直径约6到16mm的球体。
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