一种高质量金属化球团的制备方法

技术领域

本发明属于固废利用技术领域，具体涉及一种高质量金属化球团的制备方法。

背景技术

含锌含铁尘泥是钢铁冶金企业固废资源化利用难点问题。传统的直接返烧结利用易导致高炉锌负荷升高，影响高炉顺行和长寿。转底炉集中处置含锌含铁尘泥在钢铁企业广泛流行，通过高温下脱锌和碳还原使得金属化球团具有一定的金属化率，同时锌含量大幅降低，金属化球团回用于高炉或烧结可缓解高炉锌负荷升高问题。

然而，由于工艺限制，转底炉制备金属化球团金属化率一般在75％，脱锌率在85％左右，同时需要配加过量的碳素保证还原效果。近年来，为降低能源消耗，钢铁企业普遍采用了大废钢比冶炼的策略，这也导致由废钢进去含铁尘泥种的锌含量大幅提高，现有的转底炉脱锌率难以满足高炉生产要求；同时由于金属化球团金属化率不高，返回高炉利用存在重复加热和重复还原问题，存在能源消耗和浪费；另外，虽然有过量的碳素配入球团，但碳利用率不高，大量碳元素以CO形式外溢散，随转底炉烟气排放，造成能源浪费。传统的转底炉工艺进一步优化成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种高质量金属化球团的制备方法，通过优化各类含铁尘泥配入方法、生球制备方法及高温还原工艺过程，可制备出金属化率90％以上，脱锌率93％以上的高质量金属化球团，同时提高碳元素利用效率。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种高质量金属化球团的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用压球机，将碳粉制备成直径2～3cm的碳核小球；

(2)将水溶性粘结剂A加入水中制备浓度为10wt％的粘结剂A溶液，向碳核小球表面喷洒润湿，喷洒量为碳核小球质量的4～8％；

(3)取碳核质量7～10倍的高铁低锌尘泥，加入高铁低锌尘泥质量1％的粘结剂B和0.5％的粘结剂C并混合均匀；

(4)将步骤(2)所得碳核小球加入圆盘造球机，再加入步骤(3)所得混合物和高铁低锌尘泥质量10％的水，旋转造球形成一次生球；

(5)在所得一次生球表面再次喷洒所述粘结剂A溶液润湿，喷洒量为碳核小球质量的4～8％；

(6)取碳核质量7～10倍中铁高锌尘泥，加入中铁高锌尘泥质量1％的粘结剂B和0.5％的粘结剂C并混合均匀；

(7)将步骤(5)所得一次生球加入圆盘造球机，再加入步骤(6)所得混合物和中铁高锌尘泥质量10％的水，旋转造球形成二次生球；

(8)将所得二次生球送入链篦式干燥机，加热至250～350℃，保持10～15min，获得干球；

(9)将干球送入转底炉分段加热还原，第一段加热至500～700℃，保持3～5min，第二段加热至950～1050℃，保持15～20min，第三段加热至1200～1300℃，保持20～25min；冷却后获得金属化球团产品。

上述方案中，所述碳粉为干熄除尘粉、焦粉或煤粉经粉磨干燥后所得原料；其化学成分特征为：C≥95.0％；TFe≤0.5％；CaO≤2.0％；MgO≤0.5％；SiO

上述方案中，所述水溶性粘结剂A为淀粉、聚氨酯、甲基纤维素中的一种或任意混合。

上述方案中，所述粘结剂B为膨润土、水玻璃中的一种或混合。

上述方案中，所述粘结剂C为酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、呋喃树脂中的一种或任意混合。

上述方案中，所述高铁低锌尘泥为多种钢铁冶金含铁尘泥的混合物；其化学成分特征为：60.0％≤TFe≤70.0％；CaO≤10.0％；MgO≤5.0％；SiO

上述方案中，所述中铁高锌尘泥为多种钢铁冶金含铁尘泥的混合物；其化学成分特征为：35.0％≤TFe≤50.0％；CaO≤20.0％；MgO≤10.0％；SiO

优选的，步骤(8)中加热温度为300～350℃；

优选的，步骤(9)中第二段加热温度1000～1050℃.第三段加热温度1250～1300℃。

现有技术中转底炉工艺内主要化学反应如式1～7所示。

Fe

FeO + C ＝ Fe + CO式2；

ZnO + C ＝ Zn+ CO式3；

ZnO + CO ＝ Zn+ CO2 式4；

CO + Fe

CO + FeO ＝ Fe + CO

C+CO

常规转底炉技术采用各类含铁尘泥、碳粉、粘结剂等共同混合造球后加热还原脱锌，所有物料一次性直接混合。由于球团在转底炉加热传热过程是从外向内逐步提高，处于球团外部的物料优先发生反应，内部物料反应滞后，一方面内部的Zn元素反应晚，并且挥发过程需穿过外部物料，迁移距离较长，影响脱锌效率，同时由于C元素与氧化铁反应是固固反应，动力学效率低，影响金属化率。同时，处于外部的C元素转化为CO后，直接溢出球团，进入烟气排出，影响C元素的利用效率。

本发明采用分层造球的方法并优化了转底炉加热制度，球团经过预热后，在二段加热至950℃以上，此阶段，已达还原和脱锌温度(Zn升华温度)。球团逐步加热后，内核温度逐步升高，碳核与高铁层发生反应，生产大量CO，由于气固反应效率优于固固反应，CO向外迁移过程中(尚未离开球团)即进一步与本层或外层氧化铁/氧化锌反应，转化为CO

现有的金属化球团制备过程中，为保证良好的金属化率和脱锌率，C元素配入量通常需占球团总质量的12％以上，对于还原需求是过量的，本方法C元素利用效率提高，C元素配入量较现有方法降低40％以上。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

本发明所得金属化球团金属化率高，锌含量低，回用于高炉较现有方法更加节能，有利于降低高炉锌负荷。

本发明球团碳素资源获得有效利用，减少了常规转底炉处置含铁尘泥方法中碳素未完全转化以CO形式随烟气排放，造成浪费，同时球团中配碳量较常规方法有所降低。

本发明处置含铁尘泥，使得冶金资源得到了有效利用，避免资源浪费，保护了环境。

本发明工艺简单，仅需在现有工艺基础上增加少量造球设备，投资小，技术经济效益高。

附图说明

图1：本发明高质量金属化球团结构示意图。

图2：本发明高质量金属化球团制备工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

具体实施方式提供了一种高质量金属化球团的制备方法，其工艺流程如图2所示：

(1)利用压球机，将碳粉制备成直径2～3cm的碳核小球；

(2)将水溶性粘结剂A加入水中制备浓度为10wt％的粘结剂A溶液，向碳核小球表面喷洒润湿，喷洒量为碳核小球质量的4～8％；

(3)取碳核质量7～10倍的高铁低锌尘泥，加入高铁低锌尘泥质量1％的粘结剂B和0.5％的粘结剂C并混合均匀；

(4)将步骤(2)所得碳核小球加入圆盘造球机，再加入步骤(3)所得混合物和高铁低锌尘泥质量10％的水，旋转造球形成一次生球；

(5)在所得一次生球表面再次喷洒所述粘结剂A溶液润湿，喷洒量为碳核小球质量的4～8％；

(6)取碳核质量7～10倍中铁高锌尘泥，加入中铁高锌尘泥质量1％的粘结剂B和0.5％的粘结剂C并混合均匀；

(7)将步骤(5)所得一次生球加入圆盘造球机，再加入步骤(6)所得混合物和中铁高锌尘泥质量10％的水，旋转造球形成二次生球；

(8)将所得二次生球送入链篦式干燥机，加热至250～350℃，保持10～15min，获得干球；

(9)将干球送入转底炉分段加热还原，第一段加热至500～700℃，保持3～5min，第二段加热至950～1050℃，保持15～20min，第三段加热至1200～1300℃，保持20～25min；冷却后获得金属化球团产品，其结构示意图见图1所示。

具体地，所述碳粉为干熄除尘粉、焦粉或煤粉经粉磨干燥后所得原料；其化学成分特征为：C≥95.0％；TFe≤0.5％；CaO≤2.0％；MgO≤0.5％；SiO

具体地，所述水溶性粘结剂A为淀粉、聚氨酯、甲基纤维素中的一种或任意混合。

具体地，所述粘结剂B为膨润土、水玻璃中的一种或混合。

具体地，所述粘结剂C为酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、呋喃树脂中的一种或任意混合。

具体地，所述高铁低锌尘泥为多种钢铁冶金含铁尘泥的混合物；其化学成分特征为：60.0％≤TFe≤70.0％；CaO≤10.0％；MgO≤5.0％；SiO

具体地，所述中铁高锌尘泥为多种钢铁冶金含铁尘泥的混合物；其化学成分特征为：35.0％≤TFe≤50.0％；CaO≤20.0％；MgO≤10.0％；SiO

优选地，步骤(8)中加热温度为300～350℃；

优选地，步骤(9)中第二段加热温度1000～1050℃.第三段加热温度1250～1300℃。

实施例1

(1)利用压球机，将碳粉制备成直径2～3cm小球，作为球团的碳核；

(2)将水溶性粘结剂A以10％加入水中，制成粘结剂A溶液，向碳核小球表面喷洒约为碳核质量4％的该溶液，将碳核润湿；

(3)向约碳核质量7倍高铁低锌尘泥加入尘泥质量1％粘结剂B和0.5％粘结剂C并混合均匀；

(4)将碳核小球先加入圆盘造球机，再加入步骤(3)所得高铁低锌尘泥混合物和尘泥质量10％的水，并旋转造球，至高铁低锌尘泥基本粘附于碳核表面，形成一次生球；

(5)在一次生球表面再次喷洒约为碳核质量4％的粘结剂A溶液，润湿一次生球；

(6)向约碳核质量7倍中铁高锌尘泥加入尘泥质量1％的粘结剂B和0.5％的粘结剂C并混合均匀；

(7)将一次生球加入另一圆盘造球机，再加入步骤(6)所得中铁高锌尘泥混合物和尘泥质量10％的水，并旋转造球，至低铁高锌尘泥基本粘附于一次生球表面，形成二次生球；

(8)将二次生球送入链篦式干燥机，加热至280℃，保持10～15min，获得干球；

(9)将干球送入转底炉分段加热还原，第一段加热至520℃，保持3min，第二段加热至980℃，保持15min，第三段加热至1220℃，保持20～25min；获得优质金属化球团产品；

(10)金属化球团经冷却后返回高炉利用。

实施例2

一种高质量金属化球团的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用压球机，将碳粉制备成直径2～3cm小球，作为球团的碳核；

(2)将水溶性粘结剂A以10％加入水中，制成粘结剂A溶液，向碳核小球表面喷洒约为碳核质量6％的该溶液，将碳核润湿；

(3)向约碳核质量8.5倍高铁低锌尘泥加入尘泥质量1％粘结剂B和0.5％粘结剂C并混合均匀；

(4)将碳核小球先加入圆盘造球机，再加入步骤(3)所得高铁低锌尘泥混合物和尘泥质量10％的水，并旋转造球，至高铁低锌尘泥基本粘附于碳核表面，形成一次生球；

(5)在一次生球表面再次喷洒约为碳核质量6％的粘结剂A溶液，润湿一次生球；

(6)向约碳核质量8.5倍中铁高锌尘泥加入尘泥质量1％的粘结剂B和0.5％的粘结剂C并混合均匀；

(7)将一次生球加入另一圆盘造球机，再加入步骤(6)所得中铁高锌尘泥混合物和尘泥质量10％的水，并旋转造球，至低铁高锌尘泥基本粘附于一次生球表面，形成二次生球；

(8)将二次生球送入链篦式干燥机，加热至300℃，保持12min，获得干球；

(9)将干球送入转底炉分段加热还原，第二段加热至630℃，保持4min，第二段加热至1010℃，保持18min，第三段加热至1250℃，保持23min；获得优质金属化球团产品；

(10)金属化球团经冷却后返回高炉利用。

实施例3

一种高质量金属化球团的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用压球机，将碳粉制备成直径2～3cm小球，作为球团的碳核；

(2)将水溶性粘结剂A以10％加入水中，制成粘结剂A溶液，向碳核小球表面喷洒约为碳核质量8％的该溶液，将碳核润湿；

(3)向约碳核质量10倍高铁低锌尘泥加入尘泥质量1％粘结剂B和0.5％粘结剂C并混合均匀；

(4)将碳核小球先加入圆盘造球机，再加入步骤(3)所得高铁低锌尘泥混合物和尘泥质量10％的水，并旋转造球，至高铁低锌尘泥基本粘附于碳核表面，形成一次生球；

(5)在一次生球表面再次喷洒约为碳核质量8％的粘结剂A溶液，润湿一次生球；

(6)向约碳核质量10倍中铁高锌尘泥加入尘泥质量1％的粘结剂B和0.5％的粘结剂C并混合均匀；

(7)将一次生球加入另一圆盘造球机，再加入步骤(6)所得中铁高锌尘泥混合物和尘泥质量10％的水，并旋转造球，至低铁高锌尘泥基本粘附于一次生球表面，形成二次生球；

(8)将二次生球送入链篦式干燥机，加热至340℃，保持15min，获得干球；

(9)将干球送入转底炉分段加热还原，第二段加热至680℃，保持5min，第二段加热至1050℃，保持20min，第三段加热至1290℃，保持25min；获得优质金属化球团产品；

(10)金属化球团经冷却后返回高炉利用。

对比例

对比例1、2采用与实施例1相同的两种尘泥料，对比例1球团C配入量按6.0％；对比例2球团C配入量按12.0％。对比例1、2采用所有物料一起混合后造球，热工制度按实施例3步骤(8)和(9)限定的加热制度(热量供应相对最高)，所得金属化球团的金属化率和脱锌率见表1。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。