CN117327857A - 一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁冶金和二次资源综合利用技术领域，具体涉及一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法，包括：将碳源与冶金尘泥进行配料并混匀得到混合料，采用混合料进行造球获取生球，对生球进行烘干处理得到干球，采用干球进行焙烧处理得到金属化球团；以碳源中C的质量计，所述碳源包括30％‑100％的生物质炭以及0％‑70％的含碳尘泥；所述生物质炭在配料前置于惰性气氛中进行焙烧预处理，使所述干球中挥发分的质量百分含量≤1.5％。本发明对生物质炭进行焙烧预处理进而降低挥发分质量百分含量用于转底炉直接还原，再控制干球中挥发分的质量百分含量≤1.5％，则可在减少转底炉生产碳排放的同时，避免球团爆裂现象。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金和二次资源综合利用技术领域，具体涉及一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法。
背景技术
在钢铁冶金过程中会产生大量的冶金尘泥，这些尘泥对环境污染大，并且经济价值有限，因此需要低成本的有效技术将其无害化处理。目前将冶金尘泥与含碳尘泥混合得到含碳球团，可以用于生产高金属化率直接还原铁(DRI)作为废铁代用品，其被认为是冶金尘泥无害化处理的有效手段之一，通过该方法不仅可以有效回收冶金尘泥，同时也可缓解废钢短缺的压力。然而采用含碳尘泥作为碳源依旧存在较高的碳排放。
在温室气体清单编制过程中，生物质炭燃料的使用仅计算甲烷和氮氧化物的排放，不计算占表观排放量的二氧化碳，即生物质炭具有“碳中性”，因而生物质炭可以作为非高炉炼铁的优质燃料，在转底炉直接还原技术的基础上可将生物质炭作为含碳球团中单质碳来源。然而申请人发现当含碳球团的碳源中生物质炭的质量百分含量≥30％(以碳源中C的质量计)进行造球焙烧时，球团出现爆裂现象，造成最终焙烧处理得到的金属化球团的成球率大大降低，影响金属化球团的质量。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有含碳球团的碳源中生物质炭的质量百分含量≥30％进行造球焙烧时，金属化球团出现爆裂现象进而造成成球率降低的缺陷，从而提供解决上述问题的一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法，包括：
将碳源与冶金尘泥进行配料并混匀得到混合料，采用混合料进行造球获取生球，对生球进行烘干处理得到干球，采用干球进行焙烧处理得到金属化球团；
以碳源中C的质量计，所述碳源包括30％-100％的生物质炭以及0％-70％的含碳尘泥；
所述生物质炭在配料前置于惰性气氛中进行焙烧预处理，使所述干球中挥发分的质量百分含量≤1.5％。
所述生物质炭为木质炭、秸秆炭、果壳炭中的至少一种；
和/或，所述冶金尘泥为含铁尘泥。
所述焙烧预处理的温度为880℃-920℃；所述焙烧预处理的时间为5-8min；
和/或，所述焙烧预处理后的生物质炭中的挥发分质量百分含量≤3％。
所述混合料中C/O摩尔比为0.55-0.75；
和/或，所述混合料中全铁的质量百分含量≥42％；
和/或，所述混合料中锌的质量百分含量≤4％；
和/或，所述生球的粒径在11-13mm的质量百分比≥70％。
所述焙烧处理的温度≥1200℃；所述焙烧处理的时间≥8min；
和/或，所述烘干处理的温度≤350℃；
和/或，所述烘干处理在链篦机中进行；
和/或，所述烘干处理后干球中水分的质量百分含量≤2％。
所述焙烧预处理在回转窑中进行处理；
和/或，所述焙烧预处理产生的烟气进行除尘处理；
和/或，所述焙烧处理在转底炉中进行处理；
和/或，所述焙烧处理产生的尾气为烘干处理提供热源。
所述除尘处理后的烟气作为焙烧处理的热源和还原剂；
和/或，所述除尘处理得到的生物质粉尘作为烘干处理的热源；
和/或，所述除尘处理得到的生物质粉尘作为碳源参与配料。
所述焙烧预处理中，每小时生物质炭的处理吨数与惰性气氛的立方米流量的比例为1：(350-700)。
所述造球中不加入粘结剂；
和/或，所述惰性气氛为氮气。
本发明还提供一种金属化球团，其由上述的一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法制备得到。
在本发明中，挥发分是指样品在规定条件下隔绝空气加热，样品中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态(加热时为蒸汽状态)；挥发分质量百分含量以及水分质量百分含量的测定参照国标GB/T212-2008；C/O摩尔比以及全铁、锌的质量百分含量采用荧光定量的方法进行测定。
在本发明中，所述木质炭为木质素生物炭，所述秸秆炭为秸秆生物炭，果壳炭为果壳生物质炭。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法，包括：将碳源与冶金尘泥进行配料并混匀得到混合料，采用混合料进行造球获取生球，对生球进行烘干处理得到干球，采用干球进行焙烧处理得到金属化球团；以碳源中C的质量计，所述碳源包括30％-100％的生物质炭以及0％-70％的含碳尘泥；所述生物质炭在配料前置于惰性气氛中进行焙烧预处理，使所述干球中挥发分的质量百分含量≤1.5％。申请人发现碳源中生物质炭质量百分含量≥30％时，在焙烧过程中易发生球团爆裂的现象，从而造成金属化球团成球率降低。申请人经探究发现现有冶金尘泥以及现有公开的造球工艺获取的生球质量较差，对生物质炭引入的挥发分的承受能力较差，在后期焙烧处理的过程中出现球团爆裂现象，进而导致对金属化球团的质量造成影响。而本发明通过对生物质炭先进行焙烧预处理从而降低挥发分的引入，通过严格控制干球中挥发分的质量百分含量≤1.5％，则可在减少转底炉生产碳排放的同时，避免球团爆裂现象的出现，保证金属化球团具有较高的成球率。
2.本发明的一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法中，焙烧预处理采用回转窑加热，可以实现连续处理作业；生物质炭中挥发分的主要成分为CO、CO2、甲烷及有机物等，可以作为转底炉焙烧的热源及还原剂使用，充分发挥了生物质炭挥发分的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1-4中生物质炭用于转底炉直接还原的工艺流程图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
下述实施例以及对比例中，所采用的木质炭中固定碳的质量含量为78.12％，挥发分的质量含量为12.95％，灰分的质量含量为8.93％；秸秆炭中固定碳的质量含量为20.89％，挥发分的质量含量为75.93％，灰分的质量含量为3.18％；果壳炭中固定碳的质量含量为68.45％，挥发分的质量含量为18.82％，灰分的质量含量为12.1％。
实施例1
本实施例提供一种生物质用于转底炉直接还原的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
1)在氮气气氛下将混合生物质炭(40％木质炭+30％秸秆炭+30％果壳炭)置于回转窑中进行900℃焙烧预处理7min，生物质炭的处理量(t/h)与氮气流量(m3/h)的比例为1：500，焙烧预处理后的生物质炭的挥发分质量百分含量为2.85％，焙烧预处理同时对其产生的烟气进行除尘处理；
2)将步骤1)中焙烧预处理后的生物质炭替代碳源的80％(以碳源中C的质量计)与含铁尘泥进行配料并进行强力混合处理得到混合料；其中，碳源为生物质炭和含碳尘泥的混合物，混合料中C/O为0.6，全铁质量百分含量为44％，锌的质量百分含量为3.82％；
3)将步骤2)中的混合料进行造球获取生球，生球的粒径在11-13mm的质量百分比为75％，造球中不加入粘结剂，将生球置于链篦机中并在350℃下烘干处理得到干球，干球中挥发分的质量百分含量为1.45％；
4)随后将烘干处理后水分质量百分含量为2％的干球置于转底炉中，在1200℃下焙烧处理8min得到金属化球团，焙烧处理过程中未出现球团爆裂的现象，步骤1)中除尘处理后的烟气作为焙烧处理的热源和还原剂，除尘处理得到的生物质粉尘作为烘干处理的热源以及作为碳源参与配料，焙烧处理产生的尾气为烘干处理提供热源。
经测试，本实施例中金属化球团的成球率为74.2％，脱锌率为90.38％，金属化球团的平均抗压强度为565N，转底炉含锌尘泥的处理率为75％，同时减少了转底炉的碳排放，预计每年降低碳排放10.57万吨；其中，成球率通过现场生产数据计算得到；脱锌率通过生产前后球团锌的质量百分含量变化计算得到；平均抗压强度通过球团抗压设备检测50个球团抗压取平均值得到；含锌尘泥的处理率为处理的含锌尘泥占转底炉处理量的质量百分比。
实施例2
本实施例提供一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
1)在氮气气氛下将木质炭置于回转窑中进行880℃焙烧预处理8min，生物质炭的处理量(t/h)与氮气流量(m3/h)的比例为1：350，焙烧预处理后的生物质炭的挥发分质量百分含量为2.55％，焙烧预处理同时对其产生的烟气进行除尘处理；
2)将步骤1)中焙烧预处理后的生物质炭替代碳源的100％(以碳源中C的质量计)与含锌尘泥进行配料并进行强力混合处理得到混合料；其中，混合料中C/O为0.65，全铁质量百分含量为43.5％，锌的质量百分含量为3.85％；
3)将步骤2)中的混合料进行造球获取生球，生球的粒径在11-13mm的质量百分比为74％，造球中不加入粘结剂，将生球置于链篦机中并在340℃下烘干处理得到干球，干球中挥发分的质量百分含量为1.33％；
4)随后将烘干处理后水分质量百分含量为1.8％的干球置于转底炉中，在1210℃下焙烧处理8min得到金属化球团，焙烧处理过程中未出现球团爆裂的现象，步骤1)中除尘处理后的烟气作为焙烧处理的热源和还原剂，除尘处理得到的生物质粉尘作为烘干处理的热源以及作为碳源参与配料，焙烧处理产生的尾气为烘干处理提供热源。
经测试，本实施例中金属化球团的成球率为74.5％，脱锌率为90.4％，金属化球团的平均抗压强度为570N，转底炉含锌尘泥的处理率为75％，同时减少了转底炉的碳排放，预计每年降低碳排放13.32万吨，测试方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
1)在氮气气氛下将木质炭置于回转窑中进行900℃焙烧预处理7min，生物质炭的处理量(t/h)与氮气流量(m3/h)的比例为1：350，焙烧预处理后的生物质炭的挥发分质量百分含量为2.85％，焙烧预处理同时对其产生的烟气进行除尘处理；
2)将步骤1)中焙烧预处理后的生物质炭替代碳源的40％(以碳源中C的质量计)与含锌尘泥进行配料并进行强力混合处理得到混合料；其中，碳源为生物质炭和含碳尘泥的混合物，混合料中C/O为0.55，全铁质量百分含量为44％，锌的质量百分含量为3.83％；
3)将步骤2)中的混合料进行造球获取生球，生球的粒径在11-13mm的质量百分比为75％，造球中不加入粘结剂，将生球置于链篦机中并在350℃下烘干处理得到干球，干球中挥发分的质量百分含量为1.28％；
4)随后将烘干处理后水分质量百分含量为1.9％的干球置于转底炉中，在1200℃下焙烧处理8min得到金属化球团，焙烧处理过程中未出现球团爆裂的现象，步骤1)中除尘处理后的烟气作为焙烧处理的热源和还原剂，除尘处理得到的生物质粉尘作为烘干处理的热源以及作为碳源参与配料，焙烧处理产生的尾气为烘干处理提供热源。
经测试，本实施例中金属化球团的成球率为74.8％，脱锌率为90.45％，金属化球团的平均抗压强度为575N，转底炉含锌尘泥的处理率为75％，同时减少了转底炉的碳排放，预计每年降低碳排放5.33万吨，测试方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法，工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
1)在氮气气氛下将木质炭置于回转窑中进行920℃焙烧预处理5min，生物质炭的处理量(t/h)与氮气流量(m3/h)的比例为1：700，焙烧预处理后的生物质炭的挥发分质量百分含量为2.55％，焙烧预处理同时对其产生的烟气进行除尘处理；
2)将步骤1)中焙烧预处理后的生物质炭替代碳源的30％(以碳源中C的质量计)与含锌尘泥进行配料并进行强力混合处理得到混合料；其中，碳源为生物质炭和含碳尘泥的混合物，混合料中C/O为0.75，全铁质量百分含量为43％，锌的质量百分含量为3.92％；
3)将步骤2)中的混合料进行造球获取生球，生球的粒径在11-13mm的质量百分比为75％，造球中不加入粘结剂，将生球置于链篦机中并在340℃下烘干处理得到干球，干球中挥发分的质量百分含量为1.15％；
4)随后将烘干处理后水分质量百分含量为2％的干球置于转底炉中，在1200℃下焙烧处理8min得到金属化球团，焙烧处理过程中未出现球团爆裂的现象，步骤1)中除尘处理后的烟气作为焙烧处理的热源和还原剂，除尘处理得到的生物质粉尘作为烘干处理的热源以及作为碳源参与配料，焙烧处理产生的尾气为烘干处理提供热源。
经测试，本实施例中金属化球团的成球率为75.3％，脱锌率为90.55％，金属化球团的平均抗压强度为615N，转底炉含锌尘泥的处理率为75％，同时减少了转底炉的碳排放，预计每年降低碳排放4万吨，测试方法同实施例1。
对比例1
本对比例与实施例4的区别在于，全部采用含碳尘泥作为碳源，混合料中C/O为0.75，全铁质量百分含量为43％，锌的质量百分含量为3.95％，干球中挥发分的质量百分含量为1.05％，其他条件与实施例4相同。
本对比例在焙烧处理过程中未出现球团爆裂的现象，且经测试，本对比例中金属化球团的成球率为76.2％，脱锌率为90.63％，金属化球团的平均抗压强度为622N，转底炉含锌尘泥的处理率为75％，预计每年降低碳排放0万吨，测试方法同实施例1。
对比例2
本对比例与实施例4的区别在于，生物质炭不进行焙烧预处理，生物质炭的挥发分为35％，混合料中C/O为0.75，全铁质量百分含量为43％，锌的质量百分含量为3.92％，干球中挥发分的质量百分含量为6.55％，其他条件与实施例4相同。
本对比例在焙烧处理过程中出现球团爆裂的现象，且经测试，本对比例中金属化球团的成球率仅为53.8％，成球率明显降低，脱锌率为85.36％，金属化球团的平均抗压强度为454N，转底炉含锌尘泥的处理率为75％，预计每年降低碳排放4万吨，测试方法同实施例1。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法，其特征在于，包括：
将碳源与冶金尘泥进行配料并混匀得到混合料，采用混合料进行造球获取生球，对生球进行烘干处理得到干球，采用干球进行焙烧处理得到金属化球团；
以碳源中C的质量计，所述碳源包括30％-100％的生物质炭以及0％-70％的含碳尘泥；
所述生物质炭在配料前置于惰性气氛中进行焙烧预处理，使所述干球中挥发分的质量百分含量≤1.5％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质炭为木质炭、秸秆炭、果壳炭中的至少一种；
和/或，所述冶金尘泥为含铁尘泥。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述焙烧预处理的温度为880℃-920℃；所述焙烧预处理的时间为5-8min；
和/或，所述焙烧预处理后的生物质炭中的挥发分质量百分含量≤3％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述混合料中C/O摩尔比为0.55-0.75；
和/或，所述混合料中全铁的质量百分含量≥42％；
和/或，所述混合料中锌的质量百分含量≤4％；
和/或，所述生球的粒径在11-13mm的质量百分比≥70％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述焙烧处理的温度≥1200℃；所述焙烧处理的时间≥8min；
和/或，所述烘干处理的温度≤350℃；
和/或，所述烘干处理后干球中水分的质量百分含量≤2％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述焙烧预处理在回转窑中进行处理；
和/或，所述焙烧预处理产生的烟气进行除尘处理；
和/或，所述焙烧处理在转底炉中进行处理；
和/或，所述焙烧处理产生的尾气为烘干处理提供热源。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述除尘处理后的烟气作为焙烧处理的热源和还原剂；
和/或，所述除尘处理得到的生物质粉尘作为烘干处理的热源；
和/或，所述除尘处理得到的生物质粉尘作为碳源参与配料。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述焙烧预处理中，每小时生物质炭的处理吨数与惰性气氛的立方米流量的比例为1：(350-700)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述造球中不加入粘结剂；
和/或，所述惰性气氛为氮气。
10.一种金属化球团，其特征在于，其由上述权利要求1-9任一项所述的一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法制备得到。
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| CN202311305481.2A CN117327857A (zh) | 2023-10-10 | 2023-10-10 | 一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法 |
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| CN202311305481.2A CN117327857A (zh) | 2023-10-10 | 2023-10-10 | 一种生物质炭用于转底炉直接还原的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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