一种高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法及其装置与流程

1.本发明涉及一种炼钢含铁辅料生产方法，特别是一种高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法和装置。


背景技术：

2.炼钢含铁辅料是对炼钢终点温度控制至关重要的物料也是炼钢过程中的冷却剂，炼钢过程中需要加入冷却剂平衡富余温度,以满足吹炼的要求。依据物料平衡和热平衡计算出冷却剂的用量和冷却效果，达到控制终点温度和炼钢过程温度的目的。氧气转炉主要使用的冷却剂有废钢、铁矿石、烧结矿、球团矿、石灰石和生白云石等，含铁物料中烧结矿含粉率高，成本高，铁矿石表面水和结晶水高，作为炼钢含铁辅料存在外观不规则，水分、杂质、含粉量管控困难，在使用过程中反应不稳定，调渣较缓慢，钢水容易剧烈反应产生飞溅并且金属收得率低的缺点。随着连铸比的提高，废钢价格上涨，含铁辅料需求量的增加等因素，采用成本低的固废赤泥焙烧生产球团矿作为炼钢含铁辅料是降低炼钢成本，稳定炼钢过程中钢水温度、吹氧量等技术指标的重要技术创新方法。
3.赤泥是制铝工业提取氧化铝时产生的粒度细强碱性的工业固体废弃物，因其含有大量的含铁氧化物，外观和赤色泥土相似，故被称为赤泥。每生产1吨氧化铝就产生0.5-1.5吨赤泥，我国赤泥累堆存量已经超过13亿吨，赤泥具有高碱、高盐和放射性等特征，大量的赤泥堆存对周围土壤、水资源和大气均造成巨大隐患和危害。
4.赤泥属于褐铁矿，含水量约20％，品位约45％，loi约8％，al2o3、na2o、ti等碱金属含量均较高，因此，在烧结过程中使用赤泥作为铁原料生产的烧结矿rdi会降低，高炉使用此烧结矿对炉体设备也影响较大，不适合高比例在高炉和烧结使用。因此，工业球团生产过程中，一般搭配使用磁铁矿和赤铁矿作为铁原料，其机理在于：磁铁矿在200-400℃时内部四氧化三铁和氧气反应生成磁性的赤铁矿，在400-1000℃晶体会重新排列，从立方晶系变化为斜方晶系，磁性也随之消失，而赤铁矿在球团生产过程中固结机理是一种简单的高温再结晶过程，两种矿粉均有利于球团固结。如《一种含磷鲕状赤铁矿与赤泥的综合处理方法》(cn201310015662.1)将鲕状赤铁矿原矿、赤泥(5～40％)、煤按一定比例混料后破碎，混匀；碎矿金属化还原焙烧；焙砂经缓冷至400～750℃后水淬急冷，水淬焙砂球磨；球磨矿浆磁选得到类海绵铁粉和尾矿；类海绵铁粉熔分得到含磷小于0.01％优质铁水。近年来为了增加赤泥利用率，各企业尝试提高赤泥比例，而赤泥的同化温度较低(1244℃)，流动指数和粘结相强度低，软化温度较低(1304℃)，软熔区间较窄，熔速较快，有效液相开始生成温度较高，但有效液相形成区间窄，高温固结性质差。水分过高、-200目含量低，比表面积小，造成成球率和生球成长速度低，抗压强度会降低，落下次数会变差，loi过高对于环保和设备运行负荷增加，排放废气中氮氧化物含量会升高。因此高比例赤泥来源所得球团不能直接应用于炼钢生产，如《一种基于回转窑直接还原焙烧-磁选的赤泥综合利用方法》(cn201710430425.x)以赤泥为原料(69-75％)，煤粉为还原剂，钛磁铁矿为添加剂，淀粉和膨润土为粘结剂进行压球，采用直接还原焙烧-磁选工艺回收铁，必须经由球磨后进行磁选
得到铁粉和尾矿，工序复杂，成本能耗增加。
5.因此，如何高比例利用赤泥作为球团铁原料造球，球团直接应用于炼钢生产，仍是业内难以克服的技术难题。


技术实现要素：

6.本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，将球团铁原料中赤泥的比例提升到80-100％，结合工艺改良，经圆盘造球，温度控制，链篦机两段干燥和一段预热以及回转窑焙烧，生产出满足炼钢所需求的优质炼钢含铁辅料。
7.本发明解决其技术问题的技术方案是：一种高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：工艺步骤包括：
8.s1、球团用含铁原料备料：含铁原料中赤泥80～100％、铁矿粉0～20％；
9.s2、粘结剂备料：其重量为含铁原料重量的2.5％-7.5％；
10.s3、造球：将s1、s2所得配料进行混合造球；
11.s4、预处理工艺：造球后进行筛分；通过链篦机布料：在链篦机内进行温度梯度控制，包括两段干燥和一段预热：
12.s5、回转窑焙烧：使用混合煤气进行点火，稳定回转窑内温度在1200-1300℃；
13.s6、环冷：包括两段环冷，以环冷机下料口处目测无红球为标准。
14.进一步的，上述铁矿粉为海砂、铁精粉、氧化铁红等含铁原料的一种或多种。
15.进一步的，上述赤泥水分≤23％。
16.进一步的，上述粘结剂为膨润土、消石灰、或者复合粘结剂。
17.进一步的，上述膨润土重量为含铁原料重量的5％-7.5％。
18.进一步的，上述造球工序中，造球盘倾角为45.5
°‑
46.5
°
。
19.进一步的，上述预处理工艺中，温度梯度控制为：干燥一段：温度控制≤200℃，维持7-9min，干燥二段：温度控制在200-360℃，维持6-8min，预热段：温度控制在900-1000℃，并维持9-11min。
20.进一步的，上述混合煤气包括转炉煤气和高炉煤气。
21.：初始设定转炉煤气和高炉煤气配加比例为4.3:1～4.8：1进行点火，依据窑内温度调整调整转炉煤气和高炉煤气配加比例。
22.进一步的，上述两段环冷中，环冷一段温度930-980℃，环冷二段温度450-650℃。
23.与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：
24.1、赤泥作为含铁固废物料得到再次循环利用，焙烧生产球团矿作为优质的炼钢用含铁辅料；
25.2、通过工艺改良，将球团铁原料中赤泥的比例提升到80-100％，且球团矿质量稳定，抗压强度≥400n/个、al2o3含量≤10％；
26.3、回转窑焙烧过程中降低热力型氮氧化物，即保证球团矿的质量又满足环保要求。
附图说明
27.图1是本发明的工艺流程示意图。
28.图2是本发明生产装置的结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
30.出于以下详细描述的目的，应该理解的是，除非明确相反地指出，否则本发明可以采取各种替代变型和步骤次序。此外，除了在任何操作实例中或在另外指示的地方以外，所有表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的数字在所有情况下均应理解为由术语“约”修饰。至少，并且不企图限制对权利要求书的范围的相等物的原理的应用，每个数字参数应至少按照报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来理解。
31.尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地含有某些由其相应测试测量值中所发现的标准差必然造成的误差。
32.还应理解的是，本文陈述的任何数值范围旨在包含所有其中纳入的子范围。例如，“1到10”的范围旨在包含所有介于(及包含)所陈述的最小值1及所陈述的最大值10之间的子范围，也就是说，具有等于或大于1的最小值及等于或小于10的最大值。
33.在本技术中，除非另外特别说明，否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。另外，在本技术中，除非另有明确说明，否则“或”的使用意指“和/或”，即使在某些情况下可以明确地使用“和/或”。进一步地，在本技术中，除非另外特别说明，否则“一个”或“一种”的使用意指“至少一个/种”。例如，“一种”第一材料、“一种”涂料组合物等是指这些项目中的任何项目中的一个或多个项目。
34.本发明为一种高比例利用赤泥作为原料焙烧生产球团矿，最终获得优质炼钢含铁辅料的制备方法。通过对海砂、赤泥等含铁原料配加比例的调整和工业冶炼方法的改进，并强化制粒、完善造球，调整筛分、控制温差等创新手段的实施，达到高比例利用赤泥焙烧生产球团矿作为炼钢用含铁辅料的目的。
35.如图1所示，本发明的工艺步骤包括：
36.s1、球团用含铁原料备料
37.含铁原料中赤泥80～100％、铁矿粉0～20％。所述的铁矿粉可以为海砂、铁精粉、氧化铁红等含铁原料。优化方案中，所述的铁矿粉为含钛磁铁矿，具体为海砂。
38.其中：赤泥，优选品位≥40％，水分≤23％，属于精粉粒级范畴，其-100(单位为：目)含量≥46％。
39.s2、粘结剂备料
40.外配的粘结剂，其重量为含铁原料重量的2.5％-7.5％。
41.其中：所述的粘结剂为膨润土、消石灰、或者其他复合粘结剂。优化方案中，从节省成本角度考虑，优选膨润土。使用膨润土，则膨润土重量为含铁原料重量的5％-7.5％。
42.s3、造球
43.将烘干、润磨后的s1、s2所得配料进行混合造球。
44.造球工序中控制以下参数：
45.(1)造球盘倾角：
46.造球机造球盘倾角是由造球原料的动休止角来确定。赤泥对比其他铁精粉物料粒度较粗、粘度小，依据物料的摩擦系数，将造球盘倾角调整为45.5
°‑
46.5
°
，盘边相应提高2-4cm，球盘侧面使用尼龙衬板，盘底使用高分子橡胶，增加造球盘摩擦系数，提高球盘填充率，增加物料之间的作用力，提高球盘的成球率以及生球的落下次数、抗压强度、生球粒度的均匀性。
47.(2)圆盘转速：
48.圆盘转速与倾角有关，一般在临界转速下，物料的重力刚好被作用到球料上的离心力上给抵消掉。
49.临界转速n
临
的经验公式是：
[0050][0051]
式中，d为圆盘直径，α为倾角。
[0052]
最佳转速为临界速度的60～75％。
[0053]
通过上述控制手段，可以使出盘生球粒度8～20mm的占80％及以上，落下强度≥8次/0.5m。
[0054]
s4、预处理工艺
[0055]
造球后进行筛分；
[0056]
通过链篦机布料：进入上部密封罩内的布料厚度要求略高于侧板上沿，控制在140-180mm的厚度范围。料面应整体平整，沿篦床横向及纵向厚度均匀一致，不拉沟、不露篦板，链篦机上小球粒级由8-16mm控制调整为8-20mm。
[0057]
在链篦机内进行温度梯度控制，包括两段干燥和一段预热：
[0058]
(1)干燥一段：温度控制≤200℃，维持7-9min，仅将生球吸附水和部分薄膜水逃逸，速度较为缓慢，控制后，赤泥结晶水最高逃逸速度约0.12mg/min；
[0059]
(2)干燥二段：温度控制在200-360℃，维持6-8min，并控制好温度区间，避免小球急速升温，使小球爆裂；
[0060]
(3)预热段：温度控制在900-1000℃，并维持9-11min，将干燥段未排除的水进一步排除并促进固相反应，达到预热后的小球可以承受卸落到回转窑过程中冲击力的目的。
[0061]
上述梯度温控基于均匀透气性以及赤泥结晶水逃逸趋势平衡，三室两段内实现温度可调可控，对小球进行干燥和预热。
[0062]
s5、回转窑焙烧工艺
[0063]
将s4所得球团从回转窑入口端上料。
[0064]
在回转窑窑头设置掺烧混合器，将低压高炉煤气兑加入高压转炉煤气，使用混合煤气进行点火，稳定回转窑内温度在1200-1300℃，避免热力型氮氧化物的产生。
[0065]
具体操作为：初始设定转炉煤气和高炉煤气配加比例为4.3:1～4.8：1，进行点火，依据窑内温度调整调整转炉煤气和高炉煤气配加比例(转炉煤气热值为1400-1500大卡，高炉煤气为800-840大卡)，实现控制回转窑内温度在1200-1300℃。
[0066]
回转窑内参数设定：以回转窑窑内气氛为核心，保证窑内通透、明亮、料在窑内滑动的运动方式运行，回转窑斜度为3.5
°‑
4.5
°
，其具体斜度调整要配合窑内的填充率、回转
窑的转速、设计产能、生产现场环境等参数和实际需求进行调整；工作转速0.7-1.1r/min，同样的，具体转速需要依据回转窑内球团矿填充率，小球在回转窑内部焙烧的时间，回转窑的倾斜度等数据作为参考进行调整。控制小球在窑内时间为18-22min，回转窑内部填充率控制在6％-7％。通过回转窑的斜度、转速、小球在窑内时间、填充率等参数限定，使得预热后的小球在回转窑内部主要受到热辐射作用，在回转窑内充分的翻滚焙烧，并保证生产效能最大化，同时设备可正常生产和维护。
[0067]
s6、环冷
[0068]
环冷机机速的控制以环冷机布料的料层厚度为依据，料层厚度控制在750mm，环冷一段温度930-980℃，环冷二段温度450-650℃，环冷机下料口处目测无红球为标准，球团矿控制在环冷机冷却时间为35-45min，达到逐步冷却保证其强度的目的。环一风机开度控制约10％，环二风机开度控制约80％，其余风机停。
[0069]
为了节省能源，在链篦机预热段的隔墙上增加用耐火黏土砖封堵的孔洞，引用环冷二段的热风直接供给预热段，通过孔洞引入链篦机。而环冷一段的热风引入了回转窑头，回转窑的热风再次引入了预热段进行使用。
[0070]
得到成品后，优化方案中进行除尘处理，得到炼钢用含铁辅料装送入转炉炼钢。
[0071]
如图2所示，本发明的生产装置包括顺序连接的主料仓1、配料仓2、辅料仓4、造球机5、辊筛组、链篦机8、回转窑12、环冷机13和储运装置14。
[0072]
所述的主料仓1用于盛放赤泥含铁原料。所述的配料仓2用于盛放与赤泥掺和的含铁原料，如海砂等。所述的主料仓1、所述的配料仓2通过皮带传送机与烘干机3连接，所述的烘干机3出口与造球机5通过皮带传送机连接，所述辅料仓4的出口位于此皮带传送机上方。所述的辅料仓4用于盛放粘结剂，如膨润土等。优化方案中，所述的主料仓1、配料仓2和辅料仓4的出口有电子重量计量装置。
[0073]
由于赤泥的同化温度较低(1244℃)，流动指数和粘结相强度低，软化温度较低(1304℃)，软熔区间较窄，熔速较快，有效液相开始生成温度较高，但有效液相形成区间窄，高温固结性质差。水分过高、-200目含量低，比表面积小，造成成球率和生球成长速度低，抗压强度会降低，落下次数会变差，因此需要造球控制和阶梯温度控制。
[0074]
所述的造球机5出口与辊筛组入口连接，辊筛组出口与链篦机8入口连接。优化方案中，所述的辊筛组包括顺序连接的大辊筛6和小辊筛7。所述的造球机5用于将所述的主料仓1、配料仓2、辅料仓4所得原料进行混合造球。所述的造球机5的球盘倾角为45.5
°‑
46.5
°
。
[0075]
所述的链篦机8包括顺序连接的三个热室，分别为干燥一段9、干燥二段10和预热段11，每个热室与热风机连接。在链篦机内进行温度梯度控制，包括两段干燥和一段预热：
[0076]
所述的链篦机8出口连接回转窑12，回转窑12出口连接环冷机13。所述的回转窑窑头设有掺烧混合器，将低压高炉煤气兑加入高压转炉煤气，使用混合煤气进行点火，稳定回转窑内温度在1200-1300℃，避免热力型氮氧化物的产生。具体操作为：初始设定转炉煤气和高炉煤气配加比例为4.3:1～4.8：1，进行点火，依据窑内温度调整调整转炉煤气和高炉煤气配加比例(转炉煤气热值为1400-1500大卡，高炉煤气为800-840大卡)，实现控制回转窑内温度在1200-1300℃。
[0077]
所述的环冷机13包括环冷一段和环冷二段。为了节省能源，在链篦机预热段的隔墙上增加用耐火黏土砖封堵的孔洞，引用环冷二段的热风直接供给预热段，通过孔洞引入
链篦机。而环冷一段的热风引入了回转窑头，回转窑的热风再次引入了预热段进行使用。
[0078]
所述的环冷机13出口与储运装置14连接，本实施例中储运装置14为汽车，汽负责运成品球团矿，将得到的炼钢用含铁辅料装送入转炉炼钢。优化方案中，所述的环冷机13与储运装置14之间设有除尘装置。
[0079]
要说明的是，本实施例中的设备均可市购，未作详细说明之处，为本领域公知的技术，其内部结构和参数设定，在此不再累述。
[0080]
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
[0081]
为了基线一致，各组实施例中的铁矿粉均选用海砂，粘结剂均选用膨润土。
[0082]
海砂成分如下：
[0083]
tfefeosio2caomgoal2o3sph2omnoloi 57.0828.803.861.373.453.570.0080.1393.70.620.25
[0084]
实施例1-6组，为本发明配方+工艺。
[0085]
对照组1、2为高比例赤泥配方+现有工艺；对照组1为造球机；
[0086]
对照组2工艺部分参考《一种基于回转窑直接还原焙烧—磁选的赤泥综合利用方法》(cn201710430425.x)，具体为:将混匀的物料在高压辊式压球机上压成球团(压力11.5mpa)；所得球团在烘干机上烘干(230℃烘干60分钟)；置于回转窑中进行直接还原焙烧(1290℃条件下焙烧4.5小时)。因终产品需要是球团，因此冷却和实施例组同样采用环冷。
[0087]
各组配方组成和工艺见下表：
[0088][0089]
各组所得球团矿质量见下表：
[0090]
[0091][0092]
各个实施例组，化学成分满足炼钢含铁辅料需求，且抗压强度均大于400n/个，可以用于炼钢使用。而对照组1所得小球容易爆裂，成球率低，返回物高并形成“黑心”小球，对照组2所得抗压强度低，物理性状不合格，无法作为炼钢含铁辅料使用。
[0093]
综上，本发明利用高比例赤泥作为原料生产球团矿，固废得到再次利用，减少赤泥对土壤、水资源和大气等生态环境造成的危害，达到可持续发展的目的。且所得球团矿用于炼钢冷却调渣，操作过程平稳，喷溅减少，生产过程稳定。
[0094]
需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：工艺步骤包括：s1、球团用含铁原料备料：含铁原料中赤泥80～100％、铁矿粉0～20％；s2、粘结剂备料：其重量为含铁原料重量的2.5％-7.5％；s3、造球：将s1、s2所得配料进行混合造球；s4、预处理工艺：造球后进行筛分；通过链篦机布料：在链篦机内进行温度梯度控制，包括两段干燥和一段预热：s5、回转窑焙烧：使用混合煤气进行点火，稳定回转窑内温度在1200-1300℃；s6、环冷：包括两段环冷，以环冷机下料口处目测无红球为标准。2.根据权利要求1所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述铁矿粉为海砂、铁精粉、氧化铁红等含铁原料的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述赤泥水分≤23％。4.根据权利要求1所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述粘结剂为膨润土、消石灰、或者复合粘结剂。5.根据权利要求4所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述膨润土重量为含铁原料重量的5％-7.5％。6.根据权利要求1所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述造球工序中，造球盘倾角为45.5
°‑
46.5
°
。7.根据权利要求1所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述预处理工艺中，温度梯度控制为：干燥一段：温度控制≤200℃，维持7-9min，干燥二段：温度控制在200-360℃，维持6-8min，预热段：温度控制在900-1000℃，并维持9-11min。8.根据权利要求1所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述混合煤气包括转炉煤气和高炉煤气。9.根据权利要求8所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：初始设定转炉煤气和高炉煤气配加比例为4.3:1～4.8：1进行点火，依据窑内温度调整调整转炉煤气和高炉煤气配加比例。10.根据权利要求1所述的高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法，其特征在于：所述两段环冷中，环冷一段温度930-980℃，环冷二段温度450-650℃。

技术总结
本发明公开了一种高比例利用赤泥生产炼钢含铁辅料的方法及其装置，属于钢铁生产领域，工艺步骤包括：S1、球团用含铁原料备料：含铁原料中赤泥80～100％、铁矿粉0～20％；S2、粘结剂备料：其重量为含铁原料重量的2.5％-7.5％；S3、造球；S4、预处理工艺在链篦机内进行温度梯度控制，包括两段干燥和一段预热：S5、回转窑焙烧：使用混合煤气进行点火，稳定回转窑内温度在1200-1300℃；S6、环冷：包括两段环冷，以环冷机下料口处目测无红球为标准。与现有技术相比较具有节能降排的特点。术相比较具有节能降排的特点。术相比较具有节能降排的特点。


技术研发人员：郑和璆 魏伟佳 陈长敏 苗书磊 韩明 姚永江 厉建好 张广涛 李亮
受保护的技术使用者：日照钢铁控股集团有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/5