一种基于冶金固废的制粒强化剂、烧结混合料及超厚料层的烧结强化方法

1.本发明属于炼铁生产技术领域，特别涉及一种基于冶金固废的制粒强化剂、烧结混合料及超厚料层的烧结强化方法。


背景技术：

2.烧结工艺作为冶金长流程炼铁的关键流程，担负着为高炉提供优质炼铁原料的任务，其产品质量好坏直接关系到高炉炼铁的质量与效率；同时，烧结流程也是碳排放大户。综合利用冶金固废是提高资源利用率的重要方法。此外，烧结过程的提质、节能、降耗也会是行业发展的必然趋势。因此，冶金固废的综合利用越发重要，现有研究人员也更加重视如何处理和利用钢铁生产流程产生的固废资源。而众多低碳化烧结技术不断被开发，其中超厚料层烧结工艺具有能有效改善烧结矿质量和降低能源消耗的优势，在国内钢铁企业得到了广泛应用和快速发展。
3.固废资源是指具有可利用价值的废弃物，其中烧结过程中的固废资源主要包括烧结渣、灰渣和钢铁粉尘等。然而，现有固废资源的利用和处理存在着一定的问题：(1)处理固废资源需要大量的土地资源，而且会给周围的环境带来污染问题；(2)固废资源的处理会产生大量的co2等温室气体，这将对气候产生一定的影响；(3)固废资源的回收和利用的技术和经济成本也存在很大问题。但是，如果烧结中的固废资源能得到合理的处理和利用，这将带来巨大的环境效益和经济效益。因此，这些固废资源的处理和利用是目前亟待解决的严峻环境问题。
4.而超厚料层也是烧结中的重要难题，超厚料层烧结是指在烧结炉箅上，保持较高的铺料厚度进行烧结的铁矿石烧结工艺，目前国内烧结机的料层普遍突破850mm，更有甚者达到1000mm。料层厚度的增加使得烧结矿质量得到改善。但生产实践数据表明，随着料层厚度的增加，在上部料层重力的作用下，下部料层被压紧，上部气体通过料层的阻力增加，将导致垂直烧结速度降低，影响烧结机利用系数，甚至出现边缘效应加重和烧结不充分等工况，进而影响烧结矿质量。因此，强化烧结原料的制粒效果，改善料层的透气性是超厚料层工艺发展的关键环节。
5.经检索，中国发明专利cn114438312a公开了一种冶金烧结增效剂及其制备方法和应用，该申请案通过加入该增效剂可以提高烧结矿转鼓质量、粒度组成以及垂直燃烧速度，达到了提高烧结质量的效果。但其制作强化剂需要多种物质混合，还需要添加水，这会对混合料的水分造成一定影响。
6.又如，中国发明专利cn108396136a公开了一种烧结混合料制备方法及其布料方法与装置，该申请案通过制备不同粒度的烧结混合料，再偏析布料，从而可以改善烧结料层的透气性，但其存在工序繁琐、工业现场应用困难的不足。


技术实现要素：

7.1.要解决的问题
8.针对目前因超厚料层透气性较差，从而易导致烧结矿质量受到影响，使生产指标不稳定的问题，本发明提供了一种基于冶金固废的制粒强化剂、烧结混合料及超厚料层的烧结强化方法。本发明通过采用冶金固废作为烧结制粒强化剂，将其与烧结原料进行混合，从而可以有效改善烧结原料的制粒效果，优化超厚料层的透气性，进而保证烧结产质量。
9.2.技术方案
10.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
11.本发明提供了一种基于冶金固废的制粒强化剂，该制粒强化剂含有质量占比为14％-17％的活性氧化钙，且制粒强化剂中粒径大于500目的颗粒占比在70％以上。
12.基于目前超厚料层烧结时存在的透气性较差，从而导致烧结矿质量受到影响的问题，本发明创新性地以冶金固废为主要原料作为烧结料的制粒强化剂，从而不仅可以有效改善烧结原料的制粒性能，提高所得烧结矿的产质量指标，同时还能够实现冶金固废的资源化利用，有利于减少冶金固废的堆积、对环境的危害以及烧结工艺的经济成本。
13.具体的，本发明的制粒强化剂中含有30％-50％的cao，其中活性氧化钙占比为14％-17％，从而可以促进烧结过程的矿化反应，有效改善了烧结矿的性能，而且活性氧化钙可以和氧化铁反应生成铁酸钙，其反应方程式为：
14.cao+fe2o3→
cafeo415.生成的铁酸钙还可以提高烧结矿的质量，并改善烧结原料的粒度组成。需要说明的是，本发明对于制粒强化剂中冶金固废的具体物质种类和来源并不做具体要求，比如可以采用除尘灰、脱硫灰或钢渣等，或者通过不同现有冶金固废进行调配而成，只要满足活性氧化钙的上述含量要求即可。同时，冶金固废中还可以含有sio2、al2o3等组分，或者还可以根据实际需要向制粒强化剂中添加其他成分或物质。
16.作为本发明的更进一步的优选实施方式，制粒强化剂中粒径大于500目的颗粒占比在70％以上，颗粒越细，则其比表面积就大，从而可以提高烧结的反应速率，使反应更加充分，同时还有利于增加烧结矿的强度，并对制粒和提高料层厚度有促进作用。
17.作为本发明的更进一步的优选实施方式，所述制粒强化剂中的主要矿物相为c3s和c2s，其质量占比分别为25％-50％和10％-20％。c3s和c2s一方面能对环保起到很大作用，可以吸收二氧化碳等有害气体，并将其转化为无害的碳酸盐，且碳酸盐可以作为烧结中的流动剂，有利于提高制粒的均匀性；另一方面，c3s和c2s还可以和铁氧化物反应生成c4af(铁铝酸钙)和cao，从而有助于颗粒的形成和硬化，而且也有利于促进还原反应的进行。
18.本发明还提供了一种烧结混合料，该烧结混合料为由烧结原料及本发明的制粒强化剂经混合、制粒得到的颗粒状物质。通过向烧结原料中添加一定的冶金固废作为制粒增强剂，一起进行制粒处理得到烧结混合料，从而可以有效提高烧结混合料的平均粒度和料层透气性，因而改善烧结原料的粒度组成，促进烧结过程的矿化反应。
19.作为本发明的优选实施方式，所述制粒强化剂的添加量占烧结原料总质量的1％-4％，更进一步优选为2％-3％。
20.添加一定量的制粒强化剂后，由于透气性变好，烧结混合料的烧结速度随制粒强化剂的添加量增加而提高。而成品率、转鼓指数和利用系数随制粒强化剂添加量的增加呈
现先增加后降低的趋势，这是由于制粒强化剂的少量添加会改善下层的透气性，从而有利于烧结工艺的进行。而继续增加制粒强化剂的添加量，由于透气性过大，导致料层蓄热量降低，烧结反应不充分，产质量指标反而下降，烧结终点温度也随之下降。因此，当本发明中制粒强化剂的添加量为2-3％时，烧结指标改善效果最佳。
21.更进一步的，所述烧结混合料中粒径＞3mm的颗粒占比大于60％，其透气性指数为12-17。
22.本发明的一种超厚料层的烧结强化方法，将制粒强化剂与烧结原料一起进行混合制粒，得到本发明的烧结混合料，然后再进行烧结。
23.更进一步的，所得烧结混合料的水分控制在6.5-7.5％。
24.更进一步的，将制粒强化剂与烧结原料进行二次混合制粒，其中一混时采用喷雾造粒工艺，一混时间为2-5min；二混时不加水，二混时间为3-7min。
25.更进一步的，一次混合完毕后使原料静置2-4min，然后再进行二次混合。
26.综上所述，相比于现有技术，本发明可以取得以下有益效果：
27.(1)本发明以冶金固废为主要原料作为制粒强化剂，用于与烧结原料一起进行混合制粒，利用物理-化学双强化作用，从而不仅可以改善烧结原料的粒度组成，促进制粒，解决超厚料层透气性差的问题，同时还可以加速烧结反应速率和矿化反应，使反应更加充分，并提高烧结矿的质量、品质和性能。
28.(2)本发明在添加少量强化剂不影响整体烧结工序的同时，可替代烧结原料中部分生石灰的作用，从而减少烧结原料中的生石灰添加量，降低二氧化碳等温室气体的排放，在提高烧结产质量的同时使冶金固废资源得以循环使用，使钢铁企业朝着节能绿色发展。
29.(3)本发明在烧结工艺基础上不改变原有的生产工序，通过在混料过程中直接加入本发明的制粒强化剂，从而既使固废资源得到了充分的利用，也发挥了该强化剂的多种效益，进而达到一举两得的效果，同时为冶金固废的处理和利用提供了新思路，且工艺操作简单，便于工业化推广应用。
附图说明
30.图1为本发明实施例1的超厚料层的烧结强化方法的工艺流程图。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。本发明的制粒强化剂具有物理和化学双重强化的作用，通过向烧结原料中添加本发明的制粒强化剂一起进行制粒，可在制粒过程中生成一种胶凝物以加强烧结料的成球性能，从而提高烧结产质量。需要说明的，本发明中对于烧结原料的组成并不做具体要求，可直接采用现有烧结原料，由于篇幅有限，下面实施例中仅以少数特定的烧结原料为例，向其中添加本发明的制粒强化剂，而实际烧结原料的组成并不受实施例的具体限制。
32.实施例1-4
33.实施例1-4的烧结混合料，为由烧结原料与制粒强化剂经混合、制粒得到的颗粒状物质，其中制粒强化剂以冶金固废为主要原料，其含有质量占比为15％的活性氧化钙，且制粒强化剂中粒径大于500目的颗粒占比在80％。实施例1-4中烧结原料的组成及配比分别如
下表1所示(其中焦粉为额外添加)，强化剂的添加量分别为1-4％。
34.表1实施例1-4及对比例1的烧结混合料组成/wt.％
35.组别混匀矿返矿白云石石灰石重力灰除尘灰焦粉生石灰强化剂对比例69.521.52.21.41.20.743.50实施例169.521.52.01.91.20.743.21实施例269.521.51.82.41.20.742.92实施例369.521.51.531.20.742.63实施例469.521.51.33.31.20.742.54
36.本实施例还提供了一种超厚料层的烧结强化方法，将制粒强化剂与烧结原料一起进行混合、制粒，得到烧结混合料，然后再进行烧结。结合图1，具体包括以下操作：
37.步骤一、混料、制粒
38.将制粒强化剂与烧结原料按照表1中的质量配比进行二次混合制粒，其中一混时采用喷雾造粒工艺，即将制粒强化剂与烧结原料均置于混料机中，然后通过雾化器向混料机中喷入雾化水，进行混合制粒，一混时间为3min，一次混合完毕后使原料静置3min，然后再进行二次混合，二混时不加水，二混时间为5min。所得烧结混合料的水分控制在7.0％。由表1可以看出，随着强化剂含量的增加，原料中的生石灰含量可以不断减少，也即强化剂在添加少量且不影响整体烧结工序的同时，可替代烧结原料中部分生石灰的作用。
39.步骤二、烧结
40.在烧结炉箅底部先铺装一定的铺底料层，然后直接铺入混匀制粒完成的烧结混合料，轻轻压实，进行点火烧结，点火温度为1150℃。需要说明的是，此处烧结工艺可直接采用现有工艺，其不属于本发明的保护范围，因此此处不进行赘述。
41.对比例
42.本对比例中烧结原料进行制粒时不添加制粒强化剂，烧结原料的组成如表1所示。
43.性能参数检测：
44.实施例1-4及对比例中添加强化剂后的烧结混合料粒度组成及透气性对比数据如下表2所示，根据表2数据可以看出，添加制粒强化剂后，混合料》3mm粒度的比例明显增加，平均粒度和料层透气性明显提高，说明添加制粒强化剂可以改善原料的粒度组成和促进烧结过程的矿化反应。
45.表2实施例1-4及对比例中添加强化剂前后的粒度组成及透气性对比
46.组别》8mm5-8mm3-5mm1-3mm0.5-1mm》3mm平均/mm透气性指数对比例2.6512.5732.9543.568.2648.173.2911.83实施例18.5717.5535.0034.534.3561.123.9912.24实施例210.1721.5335.0330.932.3566.734.3013.63实施例312.3422.2833.6828.762.9468.304.4415.32实施例414.7227.9530.1225.631.5872.794.8016.55
47.实施例1-4及对比例中所得烧结矿的产质量指标如下表3所示，根据表3数据可以看出，添加1％-4％的制粒强化剂后，由于透气性变好，烧结速度随制粒强化剂添加量增加而提高。而成品率、转鼓指数和利用系数随制粒强化剂添加量增加呈现先增加后降低的趋势，并在制粒强化剂添加量为2-3％时达到最佳，这是由于制粒强化剂的少量添加改善下层
的透气性，从而有利于烧结工艺的进行。而继续添加制粒强化剂至4％，由于透气性过大，导致料层蓄热量降低，烧结反应不充分，产质量指标下降，烧结终点温度也随之下降。因此，制粒强化剂添加量为2-3％时，烧结指标改善效果最佳。
48.表3实施例1-4及对比例中添加强化剂前后的烧结产质量指标对比
[0049][0050][0051]
实施例5
[0052]
本实施例的一种超厚料层的烧结强化方法，将制粒强化剂与烧结原料一起进行混合、制粒，得到烧结混合料，然后再进行烧结。其中，烧结原料的组成同实施例2，制粒强化剂含有质量占比为14％的活性氧化钙，且制粒强化剂中粒径大于500目的颗粒占比为72％，该制粒强化剂的添加量占烧结原料总量的百分比为2.5％。本实施例中将制粒强化剂与烧结原料进行二次混合制粒，其中一混时采用喷雾造粒工艺，一混时间为2min，一次混合完毕后使原料静置2min，然后再进行二次混合，二混时不加水，二混时间为3min。所得烧结混合料的水分控制在6.5％。本实施例所得烧结矿的产质量指标与实施例2较为接近。
[0053]
实施例6
[0054]
本实施例的一种超厚料层的烧结强化方法，将制粒强化剂与烧结原料一起进行混合、制粒，得到烧结混合料，然后再进行烧结。其中，烧结原料的组成同实施例3，制粒强化剂含有质量占比为17％的活性氧化钙，且制粒强化剂中粒径大于500目的颗粒占比为85％，该制粒强化剂的添加量占烧结原料总量的百分比为3％。本实施例中将制粒强化剂与烧结原料进行二次混合制粒，其中一混时采用喷雾造粒工艺，一混时间为5min，一次混合完毕后使原料静置4min，然后再进行二次混合，二混时不加水，二混时间为7min。所得烧结混合料的水分控制在7.5％。本实施例所得烧结矿的产质量指标略优于实施例3。
[0055]
实施例7
[0056]
本实施例的一种超厚料层的烧结强化方法，将制粒强化剂与烧结原料一起进行混合、制粒，得到烧结混合料，然后再进行烧结。其中，本实施例的制粒强化剂及烧结原料的组成基本同实施例6，其区别主要在于：本实施例的制粒强化剂的主要矿物相为c3s和c2s，从而一方面可以吸收二氧化碳等有害气体，并将其转化为无害的碳酸盐，该碳酸盐可以作为烧结中的流动剂，有利于提高制粒的均匀性；另一方面，c3s和c2s还可以和铁氧化物反应生成c4af(铁铝酸钙)和cao，从而有助于颗粒的形成和硬化，而且也能够促进还原反应的进行。

技术特征：
1.一种基于冶金固废的制粒强化剂，其特征在于，该制粒强化剂含有质量占比为14％-17％的活性氧化钙，且制粒强化剂中粒径大于500目的颗粒占比在70％以上。2.根据权利要求1所述的基于冶金固废的制粒强化剂，其特征在于：所述制粒强化剂中的主要矿物相为c2s和c3s，分别占比25％-50％和10％-20％之间。3.一种烧结混合料，其特征在于，该烧结混合料为由烧结原料及权利要求1或2所述的制粒强化剂经混合、制粒得到的颗粒状物质。4.根据权利要求3所述的烧结混合料，其特征在于，所述制粒强化剂的添加量占烧结原料总质量的1％-4％。5.根据权利要求4所述的烧结混合料，其特征在于：所述制粒强化剂的添加量占烧结原料总质量的2％-3％。6.根据权利要求3-5中任一项所述的烧结混合料，其特征在于：所述烧结混合料中粒径＞3mm的颗粒占比大于60％，其透气性指数为12-17。7.一种超厚料层的烧结强化方法，其特征在于：将制粒强化剂与烧结原料一起进行混合制粒，得到权利要求3-6中任一项所述的烧结混合料，然后再进行烧结。8.根据权利要求7所述的一种超厚料层的烧结强化方法，其特征在于：所得烧结混合料的水分控制在6.5-7.5％。9.根据权利要求7或8所述的一种超厚料层的烧结强化方法，其特征在于：将制粒强化剂与烧结原料进行二次混合制粒，其中一混时采用喷雾造粒工艺，一混时间为2-5min；二混时不加水，二混时间为3-7min。10.根据权利要求9所述的一种超厚料层的烧结强化方法，其特征在于：一次混合完毕后使原料静置2-4min，然后再进行二次混合。

技术总结
本发明公开了一种基于冶金固废的制粒强化剂、烧结混合料及超厚料层的烧结强化方法，属于炼铁生产技术领域。本发明的基于冶金固废的制粒强化剂，该制粒强化剂含有质量占比为14％-17％的活性氧化钙，且制粒强化剂中粒径大于500目的颗粒占比在70％以上；本发明的一种烧结混合料，该烧结混合料为由烧结原料及本发明的制粒强化剂经混合、制粒得到的颗粒状物质。本发明通过以冶金固废为主要原料作为烧结料的制粒强化剂，从而不仅可以有效改善烧结原料的制粒性能，提高所得烧结矿的产质量指标，同时还能够实现冶金固废的资源化利用，有利于减少冶金固废的堆积、对环境的危害以及烧结工艺的经济成本。艺的经济成本。艺的经济成本。


技术研发人员：丁成义 常仁德 薛生 江枫 吕才文 余正伟 龙红明 周荣宝 吉建国 杨代伟 陈芳明 潘康新 范春龙 杨涛 马磊
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/13