CN104726699B - 利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金和矿物工程技术领域，公开了一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团及其生产工艺。它包括内核、外壳，内核由冶金含铁尘泥组成，冶金含铁尘泥由高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例混合而成，外壳由铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例混合而成，冶金含铁尘泥与铁精矿的质量比为60～65：35～40，内核的粒度为20～25mm，外壳的厚度为5～10mm。其生产工艺包括制备内核、包裹外壳形成复合金属化球团、复合金属化球团的布料与干燥，复合金属化球团的还原焙烧、高温还原复合金属化球团的冷却与分选等步骤。本发明制备的复合金属化球团金属化率达到90%以上、抗压强度大于1600N/个球，将废弃的冶金含铁尘泥回收利用，减少环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及冶金和矿物工程技术领域，公开了一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团及其生产工艺。
背景技术
冶金含铁尘泥是钢铁工业生产过程中产生的种类多、成分杂的固体含铁物料，总产生量约占钢铁产量的5～6%，主要有：烧结除尘灰、球团除尘灰、高炉瓦斯灰、转炉OG泥、炼钢除尘灰、出铁场集尘等。冶金含铁尘泥的主要成分为铁，其含铁量为30～65%，含碳量为15～35%，同时含有一定的K、Na、Zn等碱金属元素。
在钢铁企业中，炼铁及炼钢尘泥中的Zn主要以ZnO形式存在，当冶金含铁尘泥供烧结配加使用时，物料中含有的ZnO仍然会留存在烧结矿中，最终造成锌在高炉内的循环富集，影响高炉的正常生产。因此企业除部分冶金含铁尘泥在烧结配料中使用外，其余尘泥大量堆积，未能开发利用。
目前国内外主要采用转底炉对冶金尘泥进行直接还原处理，生产的金属化球团供炼铁高炉或炼钢转炉使用，存在投资大，单台投资在2亿元左右，单台处理能力20万吨/年左右，金属化率约为65%问题，尚未广泛推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团及其生产工艺，将废弃的冶金含铁尘泥作为生产原料，生产出复合金属化球团，为高炉调整炉料结构提供金属化炉料，以解决大量的冶金含铁尘泥不能回收利用的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：
一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团，用于高炉或转炉冶炼炉料，它包括内核、包裹在内核外部的外壳，所述内核由冶金含铁尘泥组成，所述冶金含铁尘泥由高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例混合而成，所述外壳由铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例混合而成，所述冶金含铁尘泥与所述铁精矿的质量比为60～65：35～40，所述内核的粒度为20～25mm，所述外壳的厚度为5～10mm。
作为本发明的进一步改进，所述外壳的外部还覆盖有一层还原剂。
作为本发明的更进一步改进，所述还原剂为煤炭粉，其质量为所述外壳中铁精矿质量的5～8%，其中粒度为-120目的煤炭粉颗粒的质量百分比含量大于80%。
作为本发明的更进一步改进，所述铁精矿的铁品位为54～66%、SiO2含量2～15%，其中粒度为-200目的铁精矿颗粒的质量百分比含量大于80%。
作为本发明的更进一步改进，所述煤炭粉中固定碳、灰分、挥发分的质量百分比为72～76：11～15：11～14。
作为本发明的更进一步改进，所述高强度复合金属化球团中金属化率大于90%，抗压强度大于1600N/个球。
如上所述的一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团的生产工艺，它包括以下步骤：
步骤一、制备内核，将高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例配料并混合均匀形成制备内核用冶金含铁尘泥，把冶金含铁尘泥加入到圆盘造球机中，加入混合物料总质量7～10%的水分进行圆盘或圆筒造球，控制内核的粒度为20～25mm；
步骤二、包裹外壳形成复合金属化球团，将铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例配料并混合均匀，将步骤一所生产的内核放入该混合物料中，采用造球圆盘或圆筒将混合物料均匀包裹在所述内核的外壁上，形成所述外壳，外壳的厚度为5～10mm，得到粒度为25～35mm的湿复合金属化球团，其中步骤一中所述冶金含铁尘泥与所述铁精矿的质量比为60～65：35～40；
步骤三、复合金属化球团外壁包裹还原层，将所述步骤二中制备的湿复合金属化球团放入质量为铁精矿质量5～8%的煤炭粉中，采用圆盘造球机使其外部均匀覆盖一层煤炭粉，形成还原层；
步骤四、复合金属化球团的布料与干燥，在还原窑的窑车底部、周边铺设一层10～20mm厚度的残炭或挥发分较低的煤炭，将复合金属化球团采用分级分层布料的方式铺设在窑车上，在复合金属化球团的上表层铺设一层10～20mm厚度的盖面煤炭，静置干燥；
步骤五、复合金属化球团的还原焙烧，干燥后的复合金属化球团在还原窑内经过温度1150～1250℃、还原时间90～120min的直接还原及高温固结，得到高温还原复合金属化球团；
步骤六、高温还原复合金属化球团的冷却与分选，将步骤五所得的高温还原复合金属化球团无氧冷却到常温后进行磁性物料与非磁性物料分选，得到金属化率大于90%、抗压强度大于1600N/个球的高强度复合金属化球团产品。
作为本发明的更进一步改进，当所述复合金属化球团的在还原焙烧时采用外配还原剂时，可省略所述步骤三，所述步骤五复合金属化球团的还原焙烧时根据铁精矿的品位，在还原窑还内配入所述复合金属化球团质量15～20%的还原煤炭。
作为本发明的更进一步改进，所述还原窑为隧道窑或者车底炉或者室式炉。
本发明所述的复合金属化球团粒度的确定原理：根据大粒度球团在还原炉窑内布料后，球团之间的孔隙较大，有利于球团上下层之间的辐射传热，减小物料的传热热阻及上下层物料的温差，使整个物料沿厚度方向得到均匀还原，实现厚料层的还原焙烧。但当球团的粒度超过40mm时，由于球团内部传热热阻的增大及球团还原需要吸收一定的热量，球团的内外温差随之增大，其内核的还原温度较低，影响内核的还原速度和还原质量。当球团粒度小于20mm时，在球团中炼铁及炼钢尘泥所占的比例较小，本发明所处理的冶金含铁尘泥量下降，同时球团之间辐射传热量减小，不利于厚料层的球团还原。此外，本发明生产的复合金属化球团作为高炉炉料进行利用时，为提高高炉的透气性，金属化球团的粒度应尽可能增大。因此，将本发明复合金属化球团的粒度选择为25～35mm。
本发明中复合金属化球团的内核由高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰制成，钾和钠在复合金属化球团中主要以碳酸钾或碳酸钠的形式存在，由于碳酸钾熔点为891℃、碳酸钠熔点为854℃，当碳酸钾和碳酸钠熔解在混合物料中后，就会造成混合物料的膨胀。本发明通过调整内核中高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰三种冶金含铁尘泥的配比，利用高炉瓦斯灰中碳含量较高、转炉OG泥中铁品位及CaO含量较高，转炉二次除尘灰中SiO2含量较高的特点，制成复合金属化球团的内核，在高温还原过程中可形成一定渣相，减弱混合物料膨胀的趋势；同时在内核外表面包裹一层铁精矿与膨润土组成的外壳，在高温焙烧时铁精矿先被还原成金属铁，金属铁结晶形成具有一定强度的金属外壳，能够有效抑制内核的膨胀，使整个复合金属化球团保持完整的球型，并且具有较高的强度。
本发明所述的复合金属化球团还原工艺不仅利用了内核的配料中原有的碳，还使用外裹还原剂技术在湿球表面包裹一层煤炭组成的还原层，能使大粒径复合金属化球团在高温还原过程中内外同时得到均匀还原，加快了还原速度，缩短了还原时间。
本发明所用的冶金含铁尘泥中含有较高的氧化锌，在还原炉窑的高温及还原性气氛下，氧化锌被还原成金属锌，由于金属锌的熔点为419.53℃、沸点为907℃，生成的金属锌在炉内高温下进行气化，并以锌蒸汽的形式随烟气排出。锌蒸汽在烟气冷却降温过程中锌被再次氧化，并生成氧化锌固体颗粒，氧化锌经收集后，可获得含氧化锌含量40～65%的副产品。因此，在金属化球团生产过程中，本工艺具有脱锌和收锌功能。
本发明在采用高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰混合物料进行生产内核中，根据转炉OG泥粒度较细、CaO含量较高的特点，在不配加粘结剂的情况下进行内核生产，降低了生产成本。
本发明的有益效果为：
（1）、本发明使钢铁企业产生的冶金含铁尘泥得到了有效利用，减少了冶金含铁尘泥堆积所造成的环境污染，且本发明所述的工艺单条生产线投资少，仅2000万元/条，年生产能力可达到10～15万吨；
（2）、本发明所述的大粒度复合球团矿生产工艺，解决了复合金属化球团还原过程中内部传热及还原质量不均的问题，可使复合金属化球团的金属化率达到90%以上，高炉配加使用过程中厚炉料透气性好，复合金属化球团碱金属脱除率较高，增加了高炉配加冶金含铁尘泥的使用量；
（3）、本发明通过在复合金属化球团内核外裹铁精矿形成复合球团，解决了冶金含铁尘泥在还原焙烧过程中的膨胀问题；
（4）、本发明通过对冶金含铁尘泥进行直接还原处理，生产出复合金属化球团，为高炉调整炉料结构提供金属化炉料，进一步降低入炉焦比，高炉配入比例达到10%时可降低焦比8%。
附图说明
图1是实施例1中利用冶金含铁尘泥生产高强度复合金属化球团的结构示意图；
图2是实施例1中利用冶金含铁尘泥生产高强度复合金属化球团的工艺流程图；
图3是实施例2中利用冶金含铁尘泥生产高强度复合金属化球团的结构示意图；
图4是实施例2中利用冶金含铁尘泥生产高强度复合金属化球团的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示的一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团，用于高炉或转炉冶炼炉料，它包括内核1、包裹在内核1外部的外壳2，内核1由冶金含铁尘泥组成，冶金含铁尘泥由高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例混合而成，外壳2由铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例混合而成，冶金含铁尘泥与铁精矿的质量比为60～65：35～40，内核1的粒度为20～25mm，外壳2的厚度为5～10mm。外壳2的外部还覆盖有一层煤炭粉作为还原剂3。煤炭粉的质量为外壳2中铁精矿质量的5～8%，其中粒度为-120目的煤炭粉颗粒的质量百分比含量大于80%。
铁精矿的铁品位为54～66%、SiO2含量2～15%，其中粒度为-200目的铁精矿颗粒的质量百分比含量大于80%。
煤炭粉中固定碳、灰分、挥发分的质量百分比为72～76：11～15：11～14。
高强度复合金属化球团中金属化率大于90%，抗压强度大于1600N/个球。
如图2所示的一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团的生产工艺，它包括以下步骤：
步骤一、制备内核，将高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例配料并混合均匀形成制备内核用冶金含铁尘泥，把冶金含铁尘泥加入到圆盘造球机中，加入混合物料总质量7～10%的水分进行圆盘或圆筒造球，控制内核的粒度为20～25mm；
步骤二、包裹外壳形成复合金属化球团，将铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例配料并混合均匀，将步骤一所生产的内核放入该混合物料中，采用造球圆盘或圆筒将混合物料均匀包裹在内核的外壁上，形成外壳，外壳的厚度为5～10mm，得到粒度为25～35mm的湿复合金属化球团，其中步骤一中冶金含铁尘泥与铁精矿的质量比为60～65：35～40；
步骤三、复合金属化球团外壁包裹还原层，将步骤二中制备的湿复合金属化球团放入质量为铁精矿质量5～8%的煤炭粉中，采用圆盘造球机使其外部均匀覆盖一层煤炭粉，形成还原层；
步骤四、复合金属化球团的布料与干燥，在还原窑的窑车底部、周边铺设一层10～20mm厚度的残炭或挥发分较低的煤炭，将复合金属化球团采用分级分层布料的方式铺设在窑车上，在复合金属化球团的上表层铺设一层10～20mm厚度的盖面煤炭，静置干燥；
步骤五、复合金属化球团的还原焙烧，干燥后的复合金属化球团在还原窑内经过温度1150～1250℃、还原时间90～120min的直接还原及高温固结，得到高温还原复合金属化球团；
步骤六、高温还原复合金属化球团的冷却与分选，将步骤五所得的高温还原复合金属化球团无氧冷却到常温后进行磁性物料与非磁性物料分选，得到金属化率大于90%、抗压强度大于1600N/个球的高强度复合金属化球团产品。
实施例2
如图3所示的一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团，用于高炉或转炉冶炼炉料，它包括内核1、包裹在内核1外部的外壳2，其特征在于：内核1由冶金含铁尘泥组成，冶金含铁尘泥由高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例混合而成，外壳2由铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例混合而成，冶金含铁尘泥与铁精矿的质量比为60～65：35～40，内核1的粒度为20～25mm，外壳2的厚度为5～10mm。
铁精矿的铁品位为54～66%、SiO2含量2～15%，其中粒度为-200目的铁精矿颗粒的质量百分比含量大于80%。
高强度复合金属化球团中金属化率大于90%，抗压强度大于1600N/个球。
如图4所示的一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团的生产工艺，它包括以下步骤：
步骤一、制备内核，将高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例配料并混合均匀形成制备内核用冶金含铁尘泥，把冶金含铁尘泥加入到圆盘造球机中，加入混合物料总质量7～10%的水分进行圆盘或圆筒造球，控制内核的粒度为20～25mm；
步骤二、包裹外壳形成复合金属化球团，将铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例配料并混合均匀，将步骤一所生产的内核放入该混合物料中，采用造球圆盘或圆筒将混合物料均匀包裹在内核的外壁上，形成外壳，外壳的厚度为5～10mm，得到粒度为25～35mm的湿复合金属化球团，其中步骤一中冶金含铁尘泥与铁精矿的质量比为60～65：35～40；
步骤三、复合金属化球团的布料与干燥，在还原窑的窑车底部、周边铺设一层10～20mm厚度的残炭或挥发分较低的煤炭，将复合金属化球团采用分级分层布料的方式铺设在窑车上，在复合金属化球团的上表层铺设一层10～20mm厚度的盖面煤炭，静置干燥；
步骤四、复合金属化球团的还原焙烧，干燥后的复合金属化球团在还原窑内经过温度1150～1250℃、还原时间90～120min的直接还原及高温固结，同时根据铁精矿的品位，在还原窑还原焙烧时内配入复合金属化球团质量15～20%的还原煤炭，得到高温还原复合金属化球团；
步骤五、高温还原复合金属化球团的冷却与分选，将步骤四所得的高温还原复合金属化球团无氧冷却到常温后进行磁性物料与非磁性物料分选，得到金属化率大于90%、抗压强度大于1600N/个球的高强度复合金属化球团产品。
以上两个实施例中还原窑为隧道窑或者车底炉或者室式炉。
本发明通过利用冶金含铁尘泥生产高强度复合金属化球团，其金属化率达到90%以上、抗压强度大于1600N/个球，可满足高炉配加炉料的使用要求，将废弃的冶金含铁尘泥回收利用，实现了节能减排，降低了环境污染。
Claims (7)
1.一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团，用于高炉或转炉冶炼炉料，它包括内核（1）、包裹在内核（1）外部的外壳（2），其特征在于：所述内核（1）由冶金含铁尘泥组成，所述冶金含铁尘泥由高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例混合而成，所述外壳（2）由铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例混合而成，所述冶金含铁尘泥与所述铁精矿的质量比为60～65：35～40，所述内核（1）的粒度为20～25mm，所述外壳（2）的厚度为5～10mm；所述外壳（2）的外部还覆盖有一层还原剂（3）；所述还原剂（3）为煤炭粉，其质量为所述外壳（2）中铁精矿质量的5～8%，其中粒度为-120目的煤炭粉颗粒的质量百分比含量大于80%。
2.根据权利要求1所述的利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团，其特征在于：所述铁精矿的铁品位为54～66%、SiO2含量2～15%，其中粒度为-200目的铁精矿颗粒的质量百分比含量大于80%。
3.根据权利要求1所述的利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团，其特征在于：所述煤炭粉中固定碳、灰分、挥发分的质量百分比为72～76：11～15：11～14。
4.根据权利要求1所述的利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团，其特征在于：所述高强度复合金属化球团中金属化率大于90%，抗压强度大于1600N/个球。
5.根据权利要求1所述的一种利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团的生产工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、制备内核，将高炉瓦斯灰、转炉OG泥、转炉二次除尘灰按质量比为650：580～610：55～70的比例配料并混合均匀形成制备内核用冶金含铁尘泥，把冶金含铁尘泥加入到圆盘造球机中，加入混合物料总质量7～10%的水分进行圆盘或圆筒造球，控制内核的粒度为20～25mm；
步骤二、包裹外壳形成复合金属化球团，将铁精矿与膨润土按质量比为650：13～18的比例配料并混合均匀，将步骤一所生产的内核放入该混合物料中，采用造球圆盘或圆筒将混合物料均匀包裹在所述内核的外壁上，形成所述外壳，外壳的厚度为5～10mm，得到粒度为25～35mm的湿复合金属化球团，其中步骤一中所述冶金含铁尘泥与所述铁精矿的质量比为60～65：35～40；
步骤三、复合金属化球团外壁包裹还原层，将所述步骤二中制备的湿复合金属化球团放入质量为铁精矿质量5～8%的煤炭粉中，采用圆盘造球机使其外部均匀覆盖一层煤炭粉，形成还原层；
步骤四、复合金属化球团的布料与干燥，在还原窑的窑车底部、周边铺设一层10～20mm厚度的残炭或挥发分较低的煤炭，将复合金属化球团采用分级分层布料的方式铺设在窑车上，在复合金属化球团的上表层铺设一层10～20mm厚度的盖面煤炭，静置干燥；
步骤五、复合金属化球团的还原焙烧，干燥后的复合金属化球团在还原窑内经过温度1150～1250℃、还原时间90～120min的直接还原及高温固结，得到高温还原复合金属化球团；
步骤六、高温还原复合金属化球团的冷却与分选，将步骤五所得的高温还原复合金属化球团无氧冷却到常温后进行磁性物料与非磁性物料分选，得到金属化率大于90%、抗压强度大于1600N/个球的高强度复合金属化球团产品。
6.根据权利要求5所述的利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团的生产工艺，其特征在于：当所述复合金属化球团的在还原焙烧时采用外配还原剂时，可省略所述步骤三，所述步骤五复合金属化球团的还原焙烧时根据铁精矿的品位，在还原窑还内配入所述复合金属化球团质量15～20%的还原煤炭。
7.根据权利要求5所述的利用冶金含铁尘泥生产的高强度复合金属化球团的生产工艺，其特征在于：所述还原窑为隧道窑或者车底炉或者室式炉。
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