一种利用双层球团的烧结方法

1.本发明属于烧结工艺技术领域，更具体地说，涉及一种利用双层球团的烧结方法。


背景技术：

2.烧结工艺是炼铁技术中的重要环节，用于将不易冶炼的粉状混合原料烧结为易于冶炼的烧结矿。钢铁生产流程产生如烧结灰、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%。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。因此，急需设计一款烧结方法能够有效处理含碳粉尘，提高烧结产质量指标。
3.经检索，已有相关的技术方案公开，如中国专利申请号为：201810897025.4，发明创造名称为：一种用于制备全精矿烧结混合料的含碳团块及混合料制备方法，由混合料a与生石灰组成混合料b，调整生石灰添加量，使混合料b的二元碱度为1 .8～2.2；将混匀后的混合料b经压块机进行冷固成型，成型压力为10mpa～20mpa，制备成含碳团块；混合料a的配制原料及质量份数为：铁精矿40份～50份、冶金粉尘20份～30份、低价燃料15份～25份、粘接剂1份～4份、制氧剂1份～4.5份。该发明在烧结混合料中配加特制的压块，并通过数学计算优化压块配加比例，能够增加烧结混合料透气性，提高烧结利用系数。该发明在压块中配加制氧剂、低价煤和冶金尘泥，一方面增加料层的含氧量，另一方面使低价煤和冶金尘泥应用于烧结生产，改善烧结矿质量，降低成本。


技术实现要素：

4.1. 要解决的问题针对现有技术中烧结工艺添加含碳粉尘导致烧结产质量指标降低的技术问题，本发明拟提供一种利用双层球团的烧结方法，利用双层含碳球团的内部多孔结构，能够使得含碳粉尘与烧结燃料的燃烧特性相匹配，从而有效提高烧结品质，改善烧结过程产质量指标。
5.2. 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：本发明的一种利用双层球团的烧结方法，包括以下步骤：s1：制备双层球团：利用内层造球料制备得到内层球团，利用外层造球料在内层球团外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团；s2：复合烧结原料：将配好的烧结料经一混、二混后形成烧结原料，再将s1中造好的双层球团均匀添加至烧结原料中，混匀后形成复合烧结原料；
s3：烧结：（a）在烧结装置的下部铺装一层底料层；（b）在底料层的上面直接铺入复合烧结原料；（c）点火烧结。
6.优选地，内层造球料包括含碳粉尘、焦炭和成孔剂，所述外层造球料包括铁精粉与成孔剂。
7.优选地，步骤s2中复合烧结原料中的双层球团添加量为烧结原料总重的2.5%~10%。
8.优选地，步骤s2中配好的烧结料包括含铁矿粉、熔剂及固体燃料；所述含铁矿料包括国内精矿、国王矿、俄罗斯精粉、罗伊山矿、氧化铁皮、巴混矿、高炉返矿、除尘灰和内返矿中的一种或多种，所述熔剂包括白云石和生石灰的一种或两种，固体燃料为焦炭。
9.优选地，步骤s2中复合烧结原料中的双层球团的含碳量和焦炭的含碳量之和为4.0%。
10.优选地，步骤s2中配好的烧结料依次倒入混料机中进行一混，并将适量水加入空气加压机中，再经雾化器喷入混料机中与烧结料进行混合，一混时间为5min~8min，一混完毕后进行二混，二混期间不加水，且二混时间控制在3min~5min，最终形成的混合烧结原料的水分控制为6.0%~8.0%。
11.优选地，点火烧结步骤中，先将点火罩旋转至烧结装置上方，控制烧结装置内的负压为6 kpa~8 kpa后点火，再控制通入的空气量和煤气开度，使点火温度维持在1100℃~1200 ℃范围内，烧结开始计时，点火2min~3 min后移开并关闭点火罩，将烧结装置内的负压调整至12kpa~15 kpa，烧结结束后将烧结装置内的负压调整至6 kpa~8 kpa，待废气温度冷却至300℃及以下，倒出烧结矿。
12.优选地，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。
13.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%。
14.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%。
15.3. 有益效果相比于现有技术，本发明的有益效果为：（1）本发明的一种利用双层球团的烧结方法，将含碳粉尘作为碳源配加到烧结工序中，实现冶金危废在钢铁企业内部资源化利用，流程简便、技术合理、经济效益显著，具有较广阔的应用前景。
16.（2）本发明的一种利用双层球团的烧结方法，利用双层含碳球团的内部多孔结构，能够使得含碳粉尘与烧结燃料的燃烧特性相匹配，从而有效提高烧结品质，改善烧结过程产质量指标。
17.（3）本发明的一种利用双层球团的烧结方法，双层球团中的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。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。
18.（4）本发明的一种利用双层球团的烧结方法，随着含碳球团占比越来越大，烧结产质量指标呈现先增加后降低的趋势，并在5%时达到最佳，这是由于含碳粉尘粒度极细，直接添加影响烧结料层透气性，而含碳球团含量少量增加改善了混合料粒度组成，料层透气性变好，因此产质量指标得到改善；继续增加含碳球团占比导致烧结产质量变差的原因可能是因为，由于含碳粉尘高温流动性差、液相生成少，导致双层球团自身强度不高，且透气性过大会导致料层蓄热减少，因此烧结产质量指标变差。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
20.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。
21.实施例1本实施例的一种利用双层球团的烧结方法，包括以下步骤：s1：制备双层球团：利用内层造球料制备得到内层球团，利用外层造球料在内层球团外部继续造球使球团长大，最终制得双层球团；具体地，本实施例中内层造球料包括含碳粉尘、焦炭和成孔剂，所述外层造球料包括铁精粉与成孔剂。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%。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%。所述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。具体地，本实施例中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3%；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。
22.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。
23.所述内层球团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内成孔。双层球团中外层包裹的铁精粉能够有效减缓内层球团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。
24.s2：复合烧结原料：将配好的烧结料经一混、二混后形成烧结原料，再将s1中造好的双层球团均匀添加至烧结原料中，混匀后形成复合烧结原料。本实施例中配好的烧结料依次倒入混料机中进行一混，并将适量水加入空气加压机中，再经雾化器喷入混料机中与烧结料进行混合，一混时间为5min~8min，一混完毕后进行二混，二混期间不加水，且二混时间控制在3min~5min，最终形成的混合烧结原料的水分控制为6.0%~8.0%。具体地，本实施例中一混时间控制在6min，二混时间控制在3min，最终形成的混合烧结原料的水分控制在7.0%，待制粒结束后，将步骤s1中造好的双层球团均匀添加至烧结料中，再混合30s后形成复合烧结原料。
25.本实施例中复合烧结原料中的双层球团添加量为烧结原料总重的2.5%~10%；所述配好的烧结料包括含铁矿粉、熔剂及固体燃料；所述含铁矿料包括国内精矿、国王矿、俄罗斯精粉、罗伊山矿、氧化铁皮、巴混矿、高炉返矿、除尘灰和内返矿中的一种或多种，所述熔剂包括白云石和生石灰的一种或两种，固体燃料为焦炭。其中复合烧结原料中的双层球团的含碳量和焦炭的含碳量之和为4.0%。
26.本实施例中各原料的化学成分如表1所示，复合烧结原料种各组分的配比如表2所示，需要说明的是，表中并未列举各种类原料所有成分，其组成加起来达不到100%的部分为其他杂质。
27.表1烧结料的化学组成(%,ω)种类tfesio2caoal2o3mgops国精64.446.61.030.610.750.020.21国王57.35.60.21.80.210.060.08俄精640.730.41.95.370.050.29罗伊61.454.50.092.310.080.050.03铁皮722.340.290.20.2
‑‑
巴混63.14.660.21.70.20.070.02高返59.134.626.831.451.370.030.03除尘480.54150.240.50.030.16云石13290.71202-生灰02.5821.321.2-0.1表2烧结原料配比/%
种类双层球团国精国王俄精罗伊铁皮巴混高返除尘内返云石生灰焦炭实验配比54.4822.776.756.752.5310.968.101.2217.823.485.193.6
s3：布料烧结：（a）在烧结装置的下部铺装一层底料层，具体地，本实施例中在烧结杯的最底层铺上一层2kg的烧结返矿作为底料层；（b）在底料层的上面直接铺入复合烧结原料，具体地，本实施例中直接铺入混匀制粒好的复合烧结原料，填满烧结杯体，再用专用圆饼轻轻压实，凹陷处布入少许粒度较细的混合料；（c）点火烧结。
28.所述点火烧结步骤中，先将点火罩旋转至烧结装置上方，控制烧结装置内的负压为6 kpa~8 kpa后点火，再控制通入的空气量和煤气开度，使点火温度维持在1100℃~1200 ℃范围内，烧结开始计时，点火2min~3 min后移开并关闭点火罩，将烧结装置内的负压调整至12kpa~15 kpa，烧结结束后将烧结装置内的负压调整至6 kpa~8 kpa，待废气温度冷却至300℃及以下，倒出烧结矿。具体地，本实施例中启动烧结杯下方的抽风机，将点火罩旋转至到烧结杯体上方，通过调节进气阀和放散阀控制负压在7 kpa，进行点火，控制通入空气量和煤气开度，使点火温度保持在1150 ℃左右，烧结开始计时。点火2 min后移开并关闭点火罩，将负压调整至14 kpa，启动中控室计算机自动采集烧结温度和抽风负压。当烧结烟气温度达到最高值后开始下降，即为烧结终点时刻，计时时间t为一次完整的烧结时间。烧结结束后将抽风负压调整至7 kpa，待废气温度冷却至300 ℃时，倒出烧结矿s4：烧结矿产质量指标检测，检测典型烧结指标，包括烧结矿成品率、转鼓指数、利用系数和烧结速度，其检测结果如表3所示。具体地，本实施例中双层球团的添加量占烧结原料总质量的5%，双层球团总含碳量为1.0%，另外配加焦炭为3.6%，含碳量为3.0%，保证双层球团中含碳量和外配焦炭的含碳量之和为4.0%。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67.40%，转鼓指数为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。
29.表3、烧结过程产质量指标对比例1本对比例的双层球团的制备方法以及烧结方法基本与实施例1相同，不同之处在于，本对比例中含碳粉尘添加方式采用传统方法，即并未采用双层球团的方式，而是直接将含碳粉尘与烧结原料直接混合后，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53.64%，转鼓指数为58.54%，利用系数为1.03t
· (m2
∙
h)-1，烧结速度为17.22mm
·
min-1，其检测结果如表3所示。
30.实施例2本实施例的双层球团的制备方法以及烧结方法基本与实施例1相同，不同之处在于：本实施例中双层球团质量占烧结原料总重的2.5%，对应的双层球团含碳量为0.5%，保证整体含碳量为4%，故外配焦炭量为4.2%，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60.18%，转鼓指数为63.45%，利用系数为1.34t
· (m2
∙
h)-1，烧结速度为18.22mm
·
min-1，其检测结果如表3所示。
31.实施例3本实施例的双层球团的制备方法以及烧结方法基本与实施例1相同，不同之处在于：本实施例中双层球团质量占烧结原料总重的7.5%，对应的双层球团含碳量为1.5%，保证整体含碳量为4%，故外配焦炭量为3.0%，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62.45%，转鼓指数为61.54%，利用系数为1.27t
· (m2
∙
h)-1，烧结速度为22.98mm
·
min-1，其检测结果如表3所示。
32.实施例4本实施例的双层球团的制备方法以及烧结方法基本与实施例1相同，不同之处在于：本实施例中双层球团质量占烧结原料总重的10%，对应的双层球团含碳量为2.0%，保证整体含碳量为4%，故外配焦炭量为2.4%，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58.22%，转鼓指数为59.56%，利用系数为1.22t
·
(m2
∙
h)-1，烧结速度为24.56mm
·
min-1，其检测结果如表3所示。
33.通过对比例1以及实施例1-4的相关数据，能够看出，随着含碳球团占比越来越大，烧结产质量指标呈现先增加后降低的趋势，并在5%时达到最佳，这是由于含碳粉尘粒度极细，直接添加影响烧结料层透气性，而含碳球团含量少量增加改善了混合料粒度组成，料层透气性变好，因此产质量指标得到改善；继续增加含碳球团占比导致烧结产质量变差的原因可能是因为，由于含碳粉尘高温流动性差、液相生成少，导致双层球团自身强度不高，且透气性过大会导致料层蓄热减少，因此烧结产质量指标变差。
34.对比例2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。
35.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。
36.表4、烧结过程产质量指标 实施例1对比例2烧结速度/mm
·
min-120.7421.99成品率/g.4055.12
转鼓指数/e.4058.72利用系数t
·
(m2
∙
h)-11.441.21固体燃耗kg
·
t-174.4479.90对比例3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，本对比例中的脱锌率为89.82%，而实施例1中的脱锌率为95.22%。由于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。
37.表5、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-120.7421.01成品率/g.4067.13转鼓指数/e.4064.13利用系数t
·
(m2
∙
h)-11.441.46固体燃耗kg
·
t-174.4474.91脱锌率/�.2289.82对比例4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，其烧结矿成品率为62.21%，转鼓强度为63.22，利用系数为1.36t
· (m2
∙
h)-1，烧结速度为19.21mm
·
min-1，脱锌率为76.22%，其检测结果如表6所示。
38.表6、烧结过程产质量指标及脱锌率 实施例1对比例4烧结速度/mm
·
min-120.7419.21成品率/g.4062.21转鼓指数/e.4063.22利用系数t
·
(m2
∙
h)-11.441.36固体燃耗kg
·
t-174.4477.21脱锌率/�.2276.22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。
39.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
在限制本发明或本技术和本发明的应用领域。
40.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。