一种利用农业秸秆和转炉污泥生产冷固球团的工艺的制作方法

本发明涉及一种利用农业秸秆和转炉污泥生产冷固球团的工艺。

背景技术：

1、转炉og污泥，是指转炉高温烟气经湿法除尘后产生的大量除尘污水，除尘污水经加药、沉淀、浓缩和板框压滤后，形成的含水30%~40%的泥浆状固体废弃物。

2、目前转炉污泥最主要的资源化利用工艺是生产冷固球团，这种利用转炉污泥生产的冷固球团主要在转炉炼钢过程中使用。

3、转炉污泥的组成复杂，颗粒极细，极性物质含量低，含水率高，并且含有k、na、fe2o3等组分。这些特点对于污泥球团的成球强度有影响（炼钢工序使用的球团要求单球强度大于980n），并且在球团的储存运输过程中，影响球团的稳定性，造成球团在储存、运输、使用过程中发生开裂和粉化现象。这种现象产生三个严重的后果：①粉化后的球团堵塞转炉炼钢料仓出料口，影响炼钢工艺的进行；②从高位料仓加料时粉尘过大，影响现场环保；③随废钢从废钢斗加入后引发兑铁水喷溅事故。

4、为解决转炉污泥球团的强度难题，已有部分企业采用高分子粘结剂提高冷固球团的强度。这种工艺提高了球团的强度，但是粘结剂的成本高，造成球团使用成本增加，只能够少量使用。西北某著名企业最初从积极使用冷固球团到现在变相拒绝使用的转变表明，提高炼钢污泥球团强度和解决球团的粉化是决定转炉污泥球团在炼钢工序规模化长期应用的关键技术。

5、查阅文献（1）马鞍山钢铁有限公司的王俊，在2025年第4期《冶金动力》杂志上公布了题为“转炉污泥资源化利用技术研究进展”的论文，文中（第90页）有：“雷浩洪等开发了冷固结制备工艺，将水玻璃、石灰、膨润土与转炉污泥混合压制成50mm球团，经干燥处理获得成品。”的内容表述；（2）颜根发，金永明，邢献炳，朱培伦，四位作者在2010年第3期《炼钢》杂志上公布了题为“转炉污泥球团制造工艺的探讨”的论文，文中有：“转炉污泥资源化处理较合理的循环模式是小循环模式，即制成转炉污泥球团直接返回转炉。转炉污泥球团制造工艺，尤其随着转炉的大型化，中温焙烧(700～900℃)球团工艺已成为较佳工艺。”的内容表述；（3）陈均在2014年第3期《炼钢》杂志上公布了题为“转炉炼钢污泥循环利用技术研究”的论文，文中有：“为实现炼钢污泥的循环利用，提出采用炼钢污泥、石英砂、锰矿按一定比例混合压制成球后用于转炉造渣的方法，并通过工业试验对新型造渣剂炼钢的冶金效果进行了考察。”的内容表述；

6、根据以上公开的文献信息可知，目前还没有提高冷固球团强度的工艺方法，以及防止球团粉化的工艺措施。

7、钢水的精炼，通常是指转炉（电炉）粗炼钢水，在出钢过程中，对钢水脱氧合金化后，并进一步调整钢水的成分和温度范围，对钢水进行深脱氧、脱硫、脱气、去除夹杂物等操作，以提高钢水的洁净度，满足钢材的性能要求，这些炼钢的工艺称为钢水的炉外精炼或二次精炼工艺，简称精炼工艺。钢水精炼渣是钢水精炼过程中产生的废弃物，不同钢种的精炼渣，成分范围各有不同，但主要物质含量大致接近，西北某企业炼钢厂不同脱氧模式的精炼渣成分的组成见下表1：

8、；

9、钢水精炼结束后，钢包内的钢水在浇注结束后，精炼渣和钢包内残余钢水称为精炼渣铸余，一起倒入渣罐，成为钢渣的一种。

10、由于钢水精炼渣的主要矿物组织是硅酸二钙。随着精炼渣温度温度的降低，硅酸二钙的相变反应，造成精炼渣粉化为粉末状，其中的f-cao含量在15%左右，难以直接资源化利用。

11、伴随着农业集约化发展和连作技术的应用，农作物秸秆年产量已突破10亿吨量级。目前国内秸秆综合利用已从最初的简单焚烧处理逐步向多元化资源化利用转化，其中秸秆肥料化、饲料化、能源化、基料化和原料化等多种应用工艺已经成熟。

12、查阅文献（1）万守梅，王涛，赵金玉，等多位作者在2025年第3期《中国资源综合利用》杂志上公布了题为“秸秆资源综合利用与生态环境保护的现状及对策”的论文，文中有：“贵州省秸秆资源丰富，但利用低效，商品化不足。秸秆资源用途广，但综合利用受技术装备、企业规模和收储成本等限制。随着农村居民生活水平的提高和能源结构的改善，加上秸秆的物理特性，秸秆资源综合利用难度增加。要采取措施降低成本，提高收益，加强宣传，完善物流体系，提升农村居民认知水平。应完善法律保障，规划产业发展，更新技术装备，创新工艺，优化能源结构。通过科技创新、政策支持和产业升级，实现秸秆资源高效可持续利用，推动农业朝更高效、更环保的方向发展，促进绿色增长，为全球可持续发展贡献中国智慧。”的内容表述；（2）包明忠在2024年第1期《资源节约与环保》杂志上公布了题为“秸秆综合利用与农业生态环境保护分析”的论文，文中有：“秸秆综合利用是指将秸秆作为资源进行回收和再利用的过程，利用秸秆潜在的能源和营养价值，实现废弃物向资源的转化。秸秆综合利用不仅可以解决废弃物处理难题，还可以为农业生态环境保护提供多重效益。首先，秸秆能源利用技术（秸秆发电和秸秆制热）可以替代化石燃料的使用，减少对有限能源资源的依赖，同时降低温室气体排放和空气污染。其次，将秸秆制成有机肥料可以改善土壤结构，提高土壤肥力，促进农作物生长，同时减少化肥的使用，有利于农业可持续发展。另外，秸秆综合利用还可以促进生态系统的稳定性和保护生物多样性，并提供生态服务。因此，秸秆综合利用具有重要的背景和挑战，但通过开发和推广秸秆综合利用技术，不仅可实现资源的循环利用、环境污染的减少，还可保护农业生态环境与促进农业可持续发展。”的内容表述。

13、根据以上的公开文献可知，目前还没有将农业秸秆应用于炼钢冷固球团生产的技术见于报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用农业秸秆和转炉污泥生产冷固球团的工艺，在不使用高分子粘结剂的情况下，添加钢厂自产的固废和农业领域的秸秆，可以解决转炉污泥球团强度低，容易碎裂粉化的难题，成本优势显著；还可以资源化利用农业领域产生的秸秆，有利于环境保护。

2、本发明采用的技术方案是，一种利用农业秸秆和转炉污泥生产冷固球团的工艺，其工艺流程如下：

3、s1、按照正常的工艺流程，将转炉og污泥压滤脱水后、含水率低于15%，拉运到干粉造球生产线待用；

4、s2、将粉化的精炼渣粉末拉运到干粉造球生产线待用；

5、s3、将农业领域禾本科：仅限于玉米、水稻、小麦、小米、青稞、大麦作物秸秆粉碎，粉碎后纤维长度小于50mm，拉运到干粉造球生产线待用；

6、s4、将上述s1、s2、s3步骤的物料按照质量百分数75%：15%：10%的比例混合均匀，使用双轴搅拌机为最佳，不添加水分，在干粉造球机上加工成为冷固球团，球团直径控制在30～50mm；

7、s5、将以上球团摊铺在厂房中自然晾晒，待球团表面干燥后，拉运到转炉生产线作为冷固球团资源化利用。

8、发明人经过试验发现了以下的科学现象：

9、1、禾本科作物的秸秆，使用ca(oh)2灭活处理（秸秆堆肥）过程中发现，处理前普通秸秆纤维表面光滑，处理后秸秆纤维表面形成密集沟壑结构，表面粗糙度显著提升，比表面积增加，并且平均直径缩减15%～25%；

10、2、使用ca(oh)2灭活处理秸秆，处理后秸秆纤维的吸水率下降25%～40%，同时拉伸强度增加；

11、3、使用ca(oh)2灭活处理禾本科作物的秸秆，秸秆溶出了木质素等非纤维素成分，秸秆纤维沿受力方向定向排布，在机械性能提升的同时，秸秆纤维降低了亲水性，增强了秸秆纤维的稳定性；

12、4、转炉污泥含有大量的硅酸盐和铁酸盐，含有k、na组分，故转炉污泥总体呈现强碱性，颗粒极细，有利于农业秸秆的灭活；

13、5、炼钢精炼渣中含有大量的f-cao、硅酸二钙和铝酸钙等胶凝组分，其水化反应过程中产生的水化反应热较大。

14、根据以上的发现，发明人将转炉污泥作为主原料，添加15%的秸秆和5%～10%的精炼渣，在干粉压球机生产线生产转炉炼钢使用的冷固球团（替代废钢铁原料和铁酸盐化渣剂），既能够满足提高球团强度的工艺要求，又能够利用秸秆中的c、h元素，还原球团中的氧化铁，减少转炉炼钢的热支出，有利于转炉炼钢的工艺顺行。

15、本发明的创新点有以下的几点：

16、1、发明人发现了禾本科农作物秸秆加入到转炉炼钢污泥和炼钢精炼渣中，转炉污泥中的k、na组分和精炼渣中的f-cao，能够对于秸秆纤维起到灭活处理的作用，处理后的秸秆纤维能够增加纤维与污泥颗粒间的粘结强度，有利于冷固球团的快速成球；

17、2、发明人通过控制秸秆的添加量，利用秸秆纤维与炼钢污泥间的界面摩擦力发挥桥接作用，弱化了冷固球团在含水条件下球团骨架的变形与裂缝扩展，从而减轻了冷固球团前期（干燥以前）的崩解破坏；

18、3、发明人利用秸秆纤维在球团中的交织分布特点，利用秸秆纤维分割了冷固球团中大部分原生大孔隙，同时，纤维粗糙的表面形貌与污泥颗粒形成的微观界面间隙，促使球团内部产生大量微小的贯穿性气孔，有利于球团中的水分受热逸出而不造成球团碎裂；

19、4、转炉炼钢污泥中的k、na是促进精炼渣中胶凝材料发生水化反应的碱性激发剂，能够提高精炼渣的水化反应速度，有利于炼钢污泥球团早期强度的形成；

20、5、发明人利用精炼渣中含有较多的铝酸盐水泥的特点，使其作为冷固球团的粘结剂，在发生水化反应的同时，促进炼钢污泥球团中的自由水受热逸出，促进污泥中的水分减少；

21、6、精炼渣中的硅酸二钙和铝酸钙能够与转炉污泥中的水分发生水化反应，形成水化反应产物，进一步碳酸化后，结构致密，具有提高球团后期强度，防止球团粉化（球团中低价氧化铁向高价氧化铁转变过程中造成的体积膨胀碎裂）的作用；

22、7、植物纤维在炼钢过程中，解离为c、h等元素，能够与球团中的氧化铁和转炉钢渣中的氧化铁发生还原反应，能够减少转炉炼钢的热支出，有利于转炉炼钢大量使用污泥球团，降低转炉炼钢的钢铁料消耗。

23、本发明的有益效果如下：本发明在没有使用高分子粘结剂的情况下，添加钢厂自产的固废和农业领域的秸秆，就解决了转炉污泥球团强度低，容易碎裂粉化的难题，成本优势显著；目前钢铁行业还没有资源化利用农业领域秸秆的工艺技术，本项目能够解决农业领域产生的秸秆，有利于环境保护、也有利于农业领域的增收。