TW202534171A - 含碳燒結球團與其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種含碳燒結球團與其製作方法。此製作方法係對含有含碳粉料、燒結粉料、凝結劑與強化劑的球團原料依序進行混合製程、造粒製程與熟化製程，以製得含碳燒結球團。所製得之含碳燒結球團具有不小於70kgf/cm ²之擠壓強度，且含水率小於5%，而可提供較佳的支撐性，進而有效提升燒結床之透氣性。另外，粉料中之碳可有效被回收利用，而降低燒結製程的耗焦率。

Description

含碳燒結球團與其製作方法

本發明係有關一種燒結球團，特別是提供一種具有適當強度，而可提升燒結床之透氣性並降低燒結製程之耗焦率的含碳燒結球團與其製作方法。

鋼鐵廠中各設備易產生冶金粉塵，且此些冶金粉塵具有複雜組成，故不易直接回收再利用。其次，若欲廢棄此些冶金粉塵，須耗費鉅額之處理成本才可符合環保要求。另外，此些冶金粉塵常具有仍具價值的焦碳粉與金屬氧化物。據此，如何回收再利用此些冶金粉塵一直是鋼鐵產業關注的議題。

為了再利用冶金粉塵中之焦碳組成，一種習知方法係將冶金粉塵噴灑於燒結床所使用的燒結球團表面，惟粉塵不易均勻分布於球團表面，且於使用時，易產生粉塵逸散缺陷。另一種習知方法係使用特定的黏結劑黏合此些粉塵，以製得燒結球團，惟所製得燒結球團之強度較弱，易破碎，而降低燒結床之透氣性，且其製程較為複雜，無法大量製造。另一種習知方法係使用特定的黏結劑黏合此些粉塵，並施加高壓或高溫，以成型獲得燒結球團，惟所製得之燒結球團仍具有較差之強度，而於應用時降低燒結床之透氣性，且所施加之高溫易損耗粉塵中之焦碳量，而降低球團的應用價值。

有鑑於此，亟須提供一種燒結球團與其製作方法，以解決習知燒結球團的缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種含碳燒結球團的製作方法，其係藉由調整球團原料的組成，並以特定的製程方法來製得具有較佳強度的含碳燒結球團，而可提供較佳的支撐性，進而提升燒結床之透氣性，故可提升燒結反應之燃燒效率與反應性。

本發明之另一態樣是在提供一種含碳燒結球團，其係藉由前述的製作方法所製成。

根據本發明之一態樣，提出一種含碳燒結球團的製作方法。此製作方法係先提供球團原料，其中球團原料包括含碳粉料、燒結粉料、凝結劑與強化劑。然後，對球團原料與水進行混合製程，以形成漿料。接著，對漿料進行造粒製程，以獲得球團胚料。於進行造粒製程後，對球團胚料進行熟化製程，以製得含碳燒結球團。其中，含碳燒結球團之擠壓強度為不小於70kgf/cm ²，且含水率小於5%。

依據本發明之一些實施例，基於前述之球團原料為100 重量份，球團原料包含40重量份至50 重量份的總鐵(T-Fe)、8 重量份至14 重量份的氧化鈣、1重量份至3重量份的氧化鎂、1重量份至4重量份的氧化鋁、4重量份至8重量份的二氧化矽、0重量份至0.6重量份的氧化鋅，以及10重量份至30重量份的固定碳。

依據本發明之一些實施例，前述之含碳粉料包含但不限於高爐煙道飛灰、高爐集塵灰、轉爐飛灰、固雜料處理集塵灰、其他含碳飛灰，或上述粉料的任意混合。

依據本發明之一些實施例，前述之燒結粉料包含但不限於原料集塵灰、燒結集塵灰、燒結灰，或上述之任意混合。

依據本發明之一些實施例，前述之凝結劑包含皂土，且強化劑包含水泥。

依據本發明之一些實施例，基於前述球團原料的使用量為100百分比(wt%)，含碳粉料的使用量為40wt%至80wt%，燒結粉料的使用量為10wt%至50wt%，凝結劑之使用量為大於0wt%至小於或等於5wt%，且強化劑之使用量為大於0 wt%至小於或等於10wt%。

依據本發明之一些實施例，前述漿料之含水率為9wt%至12wt%。

依據本發明之一些實施例，前述之熟化製程進行4天至10天。

依據本發明之一些實施例，前述含碳燒結球團之平均粒徑為6公釐至17公釐。

根據本發明之另一態樣，提出一種含碳燒結球團，其係利用前述之製作方法所製成，其中含碳燒結球團之擠壓強度為不小於70 kgf/cm ²。

應用本發明含碳燒結球團與其製作方法，其藉由凝結劑與強化劑提升含碳燒結球團之強度，進而提升燒結床之透氣性，故可提升燒結反應之燃燒效率與反應性。其次，本發明利用具有較高碳含量之含碳粉料來製備含碳燒結球團，而使其佈料於燒結床時，滲入燒結球團之氧氣可與其中之碳反應，進而有效降低燒結反應的耗焦率。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明之含碳燒結球團係藉由下述之方法所製成。首先，提供球團原料，且對球團原料與水進行混合製程，以形成漿料。球團原料包含粉料、凝結劑與強化劑。其中，基於球團原料之使用量為100wt%，含碳粉料之使用量為40wt%至80wt%，燒結粉料之使用量為10wt%至50wt%，凝結劑之使用量為大於0wt%至小於或等於5wt%，且強化劑之使用量為大於0wt%至小於或等於10wt%。

本發明之粉料包括含碳粉料與燒結粉料。其中，含碳粉料係指來自於煉 鐵製程所產生的含碳粉料。在一些例子中，含碳粉料包含但不限於高爐煙道飛灰、高爐集塵灰、轉爐飛灰、固雜料處理集塵灰、其他含碳飛灰，或上述粉料的任意混合。在一些實施例中，含碳粉料之平均粒徑可為小於150 μm。當含碳粉料的平均粒徑為前述之範圍時，含碳粉料可直接用以製作本發明的含碳燒結球團，而不須額外進行球磨，且所製得之含碳燒結球團於應用於燒結床時，其仍可均勻地分布，且不易產生偏析缺陷。在其他實施例中，若由高爐所收集的飛灰的平均粒徑係大於150 μm時，此些高爐飛灰可先經球磨後，再與其他粉料球磨混合。在此些實施例中，高爐飛灰的平均粒徑較佳係小於600 μm，以兼顧球磨處理的時間與成本。

在一些實施例中，含碳粉料的碳含量並無特別限制。一般而言，含碳粉料的碳含量越少，代表鋼鐵製程整體的浪費較少。在一些例子中，含碳粉料的碳含量可例如但不限於不小於15%，或者20%至30%。

基於球團原料之使用量為100wt%，含碳粉料的使用量可為40 wt%至80wt%。若含碳粉料之使用量小於40wt%時，煉 鐵製程的含碳粉料無法有效被回收利用，而增加後續廢棄物的處理成本。若含碳粉料之使用量大於80 wt%時，所製得含碳燒結球團之含碳量將因過多之含碳粉料而增加，易導致含碳燒結球團產生偏析缺陷，而於燒結製程中產生碳熱還原反應，導致其自體熔融，進而降低燒結床之透氣性。

在一些實施例中，前述粉料中之燒結粉料可包含煉鐵製程中各單元設備所產生的飛灰。舉例而言，燒結粉料可包含但不限於原料集塵灰、轉爐集塵灰、燒結灰、燒結集塵灰其他單元設備所產生之飛灰，或上述廢棄物的任意混合。

在一些實施例中，基於球團原料為100 重量份，本發明之球團原料包含40重量份至50重量份的總鐵(T-Fe)、8重量份至14重量份的氧化鈣、1重量份至3重量份的氧化鎂、1重量份至4重量份的氧化鋁、4重量份至8重量份的二氧化矽、0重量份至0.6重量份的氧化鋅，以及10重量份至30重量份的固定碳。

舉例而言，本發明之凝結劑可包含皂土，且強化劑可包含水泥。在此些具體例中，凝結劑的使用量為大於0wt%且小於或等於5wt%；強化劑的使用量為大0wt%至10wt%，較佳為4wt%至6wt%。當凝結劑與強化劑的使用量在上述範圍時，有助於在後續之造粒製程形成球團胚料，且所製得之含碳燒結球團可具有較佳之強度，而可於燒結床中提供較佳的支撐性，進而改善燒結床的透氣性，因此提升燒結反應的反應性。

進行混合製程時，水之用量沒有特別之限制，其僅須使球團原料中之成分均勻混合為漿料即可。在一些實施例中，基於漿料之使用量為100wt%，含水率可為9wt%至12wt%。可理解的，當水之用量為此範圍時，球團原料可均勻混合，且所形成之漿料具有適當的含水率，而有助於後續造粒製程和熟化製程的進行。本發明之混合製程可使用具有通常知識者所熟知之設備與方法來進行，故在此不另贅述。

於進行混合製程後，漿料係進一步輸送至造粒盤，以進行造粒製程，而獲得球團胚料。在一些實施例中，球團胚料之含水率可為9wt%至12wt%，且較佳為10wt%至11wt%。當球團胚料之含水率為此範圍時，其有助於後續熟化製程之進行，而可製得具有良好強度之含碳燒結球團。造粒製程可使用具有通常知識者所熟知的設備與方法來進行，故在此不另贅述。

接著，對球團胚料進行熟化製程，以製得本發明之含碳燒結球團。熟化製程係將球團胚料放置於養生場中乾燥硬化。熟化製程之時間沒有特別之限制，僅須所形成之含碳燒結球團滿足後端應用之需求即可。在一些實施例中，熟化製程所進行之時間可根據含碳燒結球團的含水率來判斷。在其他實施例中，熟化製程所進行之時間可根據含碳燒結球團的擠壓強度來判斷。在一些具體例中，熟化製程係進行4天至10天，且較佳可為5天至7天。在一些實施例中，熟化製程可於常溫(如10℃至35℃)與常壓之環境下進行。

在其他實施例中，熟化製程可包含多個階段，以避免所製得之含碳燒結球團彼此黏結。舉例而言，球團胚料先放置於一熟化環境中，待球團之含水率降低至設定值(如小於4%)及/或其擠壓強度達設定值(如不小於40 kgf/cm ²)時，將球團移置至另一熟化環境中，以待球團之性質滿足應用需求，而可獲得本發明之含碳燒結球團。其中，前述之熟化環境、另一熟化環境及設定值等參數條件沒有特別之限制，僅須確保所製得之含碳燒結球團滿足應用需求即可。

本發明製得之含碳燒結球團的擠壓強度可為不小於70 kgf/cm ²。若含碳燒結球團之擠壓強度小於70 kgf/cm ²時，其於燒結床中無法提供良好的支撐性，而降低燒結床的透氣性。當含碳燒結球團的擠壓強度大於70 kgf/ cm ²時，含碳燒結球團除可於燒結床中提供更佳的支撐性，且球團間可具有較佳的間隙距離，而有助於使燒結反應所通入之氧氣有效滲透至球團內部，進而提升含碳燒結球團中之碳含量的利用率，故可有效降低燒結反應之耗焦率。在一些實施例中，含碳燒結球團的平均粒徑可為6公釐至17公釐，較佳為6公釐至15公釐，且更佳為6公釐至12公釐。當含碳燒結球團之平均粒徑為此範圍時，含碳燒結球團可均勻地分布於燒結床上，而有助於提升燒結床之透氣性，進而提升燒結反應之反應性，且燒結反應通入之氧氣可有效滲入含碳燒結球團中，而有效利用球團中之碳，故可降低燒結反應之耗焦率。另外，當含碳燒結球團之平均粒徑為此範圍時，含碳燒結球團可具有較適當之固化時間(即熟化製程進行之時間)，而使凝結劑與強化劑可具有適當的用量，進而有助於提升含碳燒結球團的擠壓強度。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

實施例1

首先，混合90 wt%之球團原料與10 wt%的水，以獲得漿料。基於漿料之使用量為100 wt%，球團原料包含60.4 wt%的含碳粉料與22.4 wt%的燒結粉料、2.3 wt%的皂土與4.9 wt%的早強水泥 。然後，對漿料進行造粒製程，以獲得直徑為6公釐至17公釐的球團胚料。接著，對球團胚料進行熟化製程，以形成實施例1之含碳燒結球團(擠壓強度為75 kgf/cm ²)。

含碳燒結球團的擠壓強度係利用市售擠壓強度試驗機測試(測試樣品需自二次養生場平均抽樣取樣)，其量測方法係依照製造商提供的手冊進行，在此不另贅述。

實施例1之燒結球團係以3噸/小時的用量投入燒結製程之燒結床，以進行燒結反應。相較於未投入實施例1之含碳燒結球團的燒結反應，含碳燒結球團的使用可提升燒結床之燒透溫度(提高9.9%)，並提升燒結反應之產率(提升1.0%)，且降低燒結反應之耗焦率(降低4.77%)。

實施例2

實施例2係使用與實施例1相同之製作方法製備含碳燒結球團。不同之處在於實施例2係以8噸/小時的用量投入含碳燒結球團。

相較於未投入實施例2之含碳燒結球團的燒結反應，含碳燒結球團的使用可提升燒結床之燒透溫度(提高12.04%)，並提升燒結反應之產率(提升2.4%)，且降低燒結反應之耗焦率(降低9.01%)。

實施例3

實施例3係使用與實施例1相同之製作方法製備含碳燒結球團。不同之處在於實施例3係以12噸/小時的用量投入含碳燒結球團。

相較於未投入實施例3之含碳燒結球團的燒結反應，含碳燒結球團的使用可提升燒結床之燒透溫度(提高12.95%)，並提升燒結反應之產率(提升4.7%)，且降低燒結反應之耗焦率(降低10.93%)。

據此，本發明利用具有高碳含量的含碳粉料、凝結劑與強化劑來製備含碳燒結球團，而使其具有良好之擠壓強度，且可均勻分布於燒結床上，故可提供較佳之支撐性，而進一步提升燒結床的透氣性，有助於燒結氣體的通入，進而提升燒結反應的燃燒效率，因此提升燒結反應之反應性。其中，燒結反應通入之氣體可滲入含碳燒結球團中，故含碳燒結球團中含碳粉料的高碳含量可進一步與滲入之氧氣反應，而有效被回收利用，進而降低燒結反應的耗焦率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

(無)

(無)

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

(無)

Claims (10)

1. 一種含碳燒結球團的製作方法，包含： 提供一球團原料，其中該球團原料包含： 含碳粉料； 燒結粉料； 一凝結劑；以及 一強化劑； 對該球團原料與水進行一混合製程，以形成一漿料； 對該漿料進行一造粒製程，以獲得一球團胚料；以及 對該球團胚料進行一熟化製程，以製得該含碳燒結球團，且 其中該含碳燒結球團之一擠壓強度不小於70 kgf/cm ²，且該含碳燒結球團之含水率為小於5%。
2. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中基於該球團原料為100 重量份，該球團原料包含： 40 重量份至50 重量份的總鐵(T-Fe)； 8 重量份至14 重量份的氧化鈣； 1 重量份至3 重量份的氧化鎂； 1 重量份至4 重量份的氧化鋁； 4 重量份至8 重量份的二氧化矽； 0 重量份至0.6 重量份的氧化鋅；以及 10 重量份至30 重量份的固定碳。
3. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中該燒結粉料係選自於由原料集塵灰、燒結集塵灰、燒結灰及上述任意組合所組成之一族群。
4. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中該含碳粉料係選自於由高爐煙道飛灰、高爐集塵灰、轉爐飛灰、固雜料處理集塵灰、其他含碳飛灰及上述任意組合所組成之一族群。
5. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中該凝結劑包含皂土，且該強化劑包含水泥。
6. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中基於該球團原料之一使用量為100 wt%，該含碳粉料之一使用量為40 wt%至80 wt%，該燒結粉料之一使用量為10 wt%至50 wt%，該凝結劑之一使用量為大於0 wt%且小於或等於5 wt%，且該強化劑之一使用量為大於0 wt%且小於或等於10 wt%。
7. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中該漿料之一含水率為9wt%至12wt%。
8. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中該熟化製程進行4天至10天。
9. 如請求項1所述之含碳燒結球團的製作方法，其中該燒結球團之一平均粒徑為6公釐至17公釐。
10. 一種含碳燒結球團，利用如請求項1至9中之任一項所述之製作方法所製成，其中該含碳燒結球團之一擠壓強度不小於70 kgf/cm ²，且含水率小於5%。