制备金属化球团的方法和系统与流程

本发明涉及化工技术领域，具体而言，本发明涉及一种制备金属化球团的方法和系统。

背景技术：

近年来优质原燃料资源日益匮乏，且在原燃料价格不断上涨的情况下，需开发新型炉料来适应这种局面，以煤基直接还原方法为技术手段生产的预还原金属化炉料是减少这种依赖性的一个有效措施，金属化率达到80～90％以上者称为金属化球团矿，金属化率达到30～80％称为半金属化球团矿。目前转底炉冶炼所用一般要求金属化率在90％以上，因此转底炉所用球团为金属化球团。

在冶金领域中，不同的工艺要求采用不同的含碳球团，普通的冶金用的含碳球团其含碳量均较低，一般不超过30wt％，如用于生产海绵铁的含碳球团，其含碳量一般为10～20wt％，其作用是碳在整个焙烧中作为还原剂使用。

现有的制备金属化球团的方法(造球方法)所造含碳球团孔隙率较低，还原性较差，在转底炉内还原时间较长，还原温度较高，需要消耗大量能耗，易造成资源能源的浪费。

因而，制备金属化球团的方法仍有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备金属化球团的方法和系统，采用该方法制备得到的金属化球团内部具有大量空隙，由此可以显著提高金属化球团的金属化率，并显著降低能耗，经直接还原处理得到的金属化球团的金属化率达到90％以上。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备金属化球团的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂进行混合和第一造球处理，以便得到内核球团；将所述内核球团与铁矿粉、石灰石粉、第二煤粉和第二粘结剂进行混合和第二造球处理，以便得到以所述内核球团为核心的复合含碳球团，所述第一煤粉的挥发分含量高于所述第二煤粉的挥发分含量；以及将所述复合含碳球团在转底炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团。

由此，根据本发明实施例的制备金属化球团的方法通过将石灰石粉、第一粘结剂和高挥发分的第一煤粉进行混合和第一造球处理，得到内核球团，进一步地，以内核球团为核心进行第二造球处理，将铁矿粉、挥发分较低的第二煤粉和石灰石粉包裹在内核球团的外表面，进而得到复合含碳球团。通过上述方法制备得到的复合含碳球团在直接还原处理中，内核球团中的高挥发分第一煤粉在高温下可以产生大量一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体，该气体在扩散出内核球团的过程中可以在整个复合含碳球团中形成大量空隙，使得复合含碳球团的孔隙度增加，与此同时，高挥发分第一煤粉发生气化反应产生一氧化碳，使球团内部的还原气氛增强，从而提高了复合含碳球团的还原效果，进而提高金属化球团的金属化率。

另外，根据本发明上述实施例的制备金属化球团的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述石灰石粉的粒径为75μm。由此，可以显著提高所述石灰石粉分解产生二氧化碳气体的效率。

在本发明的一些实施例中，所述第一煤粉为褐煤和长焰煤中的至少之一。由此，可以显著提高所述第一煤粉分解产生气体的效率。

在本发明的一些实施例中，所述第一煤粉的挥发分不低于20wt％。由此，可以进一步提高所述第一煤粉分解产生气体的效率。

在本发明的一些实施例中，所述第一煤粉的粒径为1mm。由此，可以进一步提高所述第一煤粉分解产生气体的效率。

在本发明的一些实施例中，将所述石灰石粉、所述第一煤粉和所述第一粘结剂按照质量比100：(20～25)：(3～5)进行混合和第一造球处理。由此，可以在直接还原处理中显著增大所述内核球团的孔隙度，进而提高直接还原处理的效率。

在本发明的一些实施例中，所述内核球团的平均粒径为3～5mm。由此，可以进一步提高直接还原处理的效率。

在本发明的一些实施例中，所述铁矿粉的粒径为75μm。由此，可以进一步提高直接还原处理的效率。

在本发明的一些实施例中，所述第二煤粉为兰炭和焦炭中的至少之一。由此，可以有效地对所述复合含碳球团中的有价金属进行还原。

在本发明的一些实施例中，所述第二煤粉的挥发分不高于15wt％。由此，可以进一步有效地对所述复合含碳球团中的有价金属进行还原。

在本发明的一些实施例中，所述第二煤粉的粒径为1mm。由此，可以进一步有效地对所述复合含碳球团中的有价金属进行还原。

在本发明的一些实施例中，所述复合含碳球团中的碳氧比为1.05～1.20。由此，可以进一步有效地对所述复合含碳球团中的有价金属进行还原。

在本发明的一些实施例中，所述复合含碳球团的平均粒径为9～15mm。由此，可以进一步提高还原反应的效率。

在本发明的一些实施例中，所述直接还原处理是在1100～1250摄氏度下进行20～30min完成的。由此，可以进一步提高还原反应的效率。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种实施上述制备金属化球团的方法的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：造球装置，所述第一造球装置具有石灰石粉入口、第一煤粉入口、第一粘结剂入口和内核球团出口；第二造球装置，所述第二造球装置具有内核球团入口、铁矿粉入口、第二煤粉入口、第二粘结剂入口和复合含碳球团出口，所述内核球团入口与所述内核球团出口相连；转底炉，所述转底炉具有复合含碳球团入口和金属化球团出口，所述复合含碳球团入口与所述复合含碳球团出口相连。

由此，根据本发明实施例的制备金属化球团的系统通过将石灰石粉、第一粘结剂和高挥发分的第一煤粉进行混合和第一造球处理，得到内核球团，进一步地，以内核球团为核心进行第二造球处理，将铁矿粉、挥发分较低的第二煤粉和石灰石粉包裹在内核球团的外表面，进而得到复合含碳球团。通过上述方法制备得到的复合含碳球团在直接还原处理中，内核球团中的高挥发分第一煤粉在高温下可以产生大量一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体，该气体在扩散出内核球团的过程中可以在整个复合含碳球团中形成大量空隙，使得复合含碳球团的孔隙度增加，与此同时，高挥发分第一煤粉发生气化反应产生一氧化碳，使球团内部的还原气氛增强，从而提高了复合含碳球团的还原效果，进而提高金属化球团的金属化率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备金属化球团的方法流程示意图；

图2是根据本发明一个实施例的制备金属化球团的系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备金属化球团的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂进行混合和第一造球处理，以便得到内核球团；将内核球团与铁矿粉、石灰石粉、第二煤粉和第二粘结剂进行混合和第二造球处理，以便得到以内核球团为核心的复合含碳球团，第一煤粉的挥发分含量高于第二煤粉的挥发分含量；以及将复合含碳球团在转底炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团。

下面参考图1，对根据本发明实施例的制备金属化球团的方法进行详细描述，该方法包括：

S100：第一造球处理

该步骤中，将石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂进行混合和第一造球处理，以便得到内核球团。发明人发现，通过采用石灰石粉和第一煤粉进行第一造球处理，可以显著增大后续直接还原处理中得到的金属化球团的孔隙度，在高温条件下，石灰石粉可以分解产生二氧化碳气体，与第一煤粉分解产生的挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)同时扩散出球团，从而在球团内部形成大量空隙，增大复合含碳球团的孔隙度，提高还原效率。

根据本发明的实施例，第一粘结剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第一粘结剂可以为液体粘结剂淀粉溶液，由此，可以使制备得到的内核球团成型效果较好。

根据本发明的实施例，石灰石粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，石灰石粉的粒径可以为75μm。发明人通过实验发现，在进行第一造球处理之前，预先将石灰石粉磨细可以显著提高在后续直接还原处理中石灰石粉分解产生二氧化碳气体的效率，发明人发现，将石灰石粉磨细至粒径为75μm效果较好，如果石灰石粉粒径过大，则会使石灰石粉分解产生二氧化碳气体的效率较低，无法有效地在球团中产生孔隙，而如果将石灰石粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的实施例，第一煤粉的种类并不受特别限制，只要能在后续直接还原处理中产生足够的挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)以便在球团中形成足够数量的孔隙即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第一煤粉可以选用褐煤和长焰煤中的至少之一。发明人通过实验发现，褐煤和长焰煤的挥发分可以满足制备内核球团的需要，在后续直接还原处理中可以分解产生大量挥发分，在球团中产生大量孔隙，进而显著提高直接还原处理的效率。

根据本发明的具体实施例，第一煤粉的挥发分不低于20wt％。发明人发现，如果第一煤粉的挥发分过低，则无法在后续直接还原处理中产生足够的挥发分，导致球团中无法形成足够的孔隙，进而影响直接还原处理的效果。

根据本发明的实施例，第一煤粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第一煤粉的粒径可以为1mm。发明人通过实验发现，在进行第一造球处理之前，预先将第一煤粉磨细可以显著提高在后续直接还原处理中第一煤粉分解产生挥发分的效率，发明人发现，将第一煤粉磨细至粒径为1mm效果较好，如果第一煤粉粒径过大，则会使第一煤粉产生挥发分的效率较低，无法有效地在球团中产生孔隙，而如果将第一煤粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的实施例，石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂可以按照质量比100：(20～25)：(3～5)进行混合，以便进行第一造球处理。发明人发现，如果石灰石粉和第一煤粉的配入比过低，则无法在球团内部产生足够的孔隙，导致直接还原处理的效率降低，而如果石灰石粉和第一煤粉的配入比过高，则会增大成本；如果第一粘结剂的配入量过低，则无法有效地使内核球团成型，而如果第一粘结剂的配入量过高，则会影响后续直接还原处理的进行。鉴于此，发明人进行了大量实验，并从中确定了上述比例，将石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂可以按照质量比100：(20～25)：(3～5)进行混合可以使后续直接还原处理的效果最佳。

根据本发明的具体实施例，通过第一造球处理制备得到的内核球团的粒径可以为3～5mm。发明人发现，内核球团的粒径过大或过小会直接影响后续第二造球处理制备得到的复合含碳球团的粒径，进而影响后续直接还原处理的效率。

S200：第二造球处理

该步骤中，将S100中制备得到的内核球团与铁矿粉、石灰石粉、第二煤粉和第二粘结剂进行混合和第二造球处理，以便得到以内核球团为核心的复合含碳球团。具体地，内核球团中的石灰石粉和第一煤粉可以在后续直接还原处理中的高温条件下产生二氧化碳气体和挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)，该气体在扩散出球团时可以在球团中形成大量空隙，显著增大球团的孔隙度，同时使得内核球团中的第一煤粉的挥发分和第一煤粉中的碳气化反应产生的一氧化碳气体更易向球团外部扩散，从而增强了球团内部的还原气氛。此外，由于在内核球团中使用了高挥发分的第一煤粉，在第二造球处理中可以适当减少品质较高的第二煤粉的用量，由此，在保证制备得到的金属化球团中含碳量较高的同时，降低了制备成本。

根据本发明的具体实施例，第一煤粉的挥发分含量高于第二煤粉的挥发分含量。由此，可以在保证后续直接还原处理中球团内部形成较多孔隙的同时，使铁矿石中铁的还原效率较高。

根据本发明的具体实施例，用于制备复合含碳球团的第二粘结剂的种类并不受特别限制，可以与第一粘结剂相同也可以与第一粘结剂不同。

根据本发明的实施例，复合含碳球团中的铁矿粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，铁矿粉的粒径可以为75μm。发明人通过大量实验发现，在进行第二造球处理之前，预先将铁矿粉磨细可以显著提高在后续直接还原处理中对铁矿粉中铁的还原效率，发明人发现，将铁矿粉磨细至粒径为75μm效果较好，如果铁矿粉粒径过大，则会使铁矿粉与还原剂的接触面积较小，进而降低铁矿粉中铁的还原效率，而如果将铁矿粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的实施例，第二煤粉的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第二煤粉可以选用兰炭和焦炭中的至少之一。发明人发现，在第二造球处理中采用品质较高的兰炭和焦炭中的至少之一可以有效提高对铁矿粉中铁的还原效率。

根据本发明的具体实施例，第二煤粉的挥发分不高于15wt％。发明人发现，如果采用挥发分过高(品质较差)的煤种，则无法有效地对铁矿粉中的铁进行还原。

根据本发明的实施例，第二煤粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第二煤粉的粒径可以为1mm。发明人通过实验发现，在进行第二造球处理之前，预先将第二煤粉磨细可以显著提高在后续还原处理中第二煤粉与铁矿粉的接触面积，进而提高第二煤粉对铁矿粉中铁的还原效率。发明人发现，将第二煤粉磨细至粒径为1mm效果较好，如果第二煤粉粒径过大，则会使第二煤粉与铁矿粉的接触面积过小，进而影响第二煤粉对铁矿粉中铁的还原效率；而如果将第二煤粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的具体实施例，可以在第二造球处理中通过调整内内核球团和第二煤粉的配入比控制制备得到的复合含碳球团中碳氧比为1.05～1.20。发明人通过大量实验意外地发现，如果复合含碳球团中碳氧比过低，则会导致复合含碳球团中的铁矿粉无法被充分还原，而如果使复合含碳球团中碳氧比过高，则需提高高品质的第二煤粉的配入量，进而增大成本。

根据本发明的具体实施例，通过第二造球处理制备得到的复合含碳球团的粒径可以为9～15mm。发明人发现，如果复合含碳球团的粒径过大，则会使复合含碳球团在后续直接还原处理中的受热面积较小，从而降低直接还原处理的效率。

S300：直接还原处理

该步骤中，将S200制备得到复合含碳球团供给至转底炉进行直接还原处理，以便得到金属化球团。具体地，在直接还原处理中，内核球团中的石灰石粉可以产生二氧化碳气体，第一煤粉可以产生大量挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)该气体在扩散出内核球团的过程中可以在整个复合含碳球团中形成大量空隙，使得复合含碳球团的孔隙度增加，与此同时，高挥发分第一煤粉发生气化反应产生一氧化碳，使球团内部的还原气氛增强，从而提高金属化球团的金属化率。

根据本发明的实施例，直接还原处理是在1100～1250摄氏度下进行20～30min完成的。通过上述方法将铁矿粉制备成复合含碳球团后进行直接还原处理，进而可以提高还原效果。因此，其直接还原处理只需在1100～1250摄氏度下进行20～30min即可完成复合含碳球团的还原处理，并且得到的金属化球团的金属化率可达到90％以上。

由此，根据本发明实施例的制备金属化球团的方法通过将石灰石粉、第一粘结剂和高挥发分的第一煤粉进行混合和第一造球处理，得到内核球团，进一步地，以内核球团为核心进行第二造球处理，将铁矿粉、挥发分较低的第二煤粉和石灰石粉包裹在内核球团的外表面，进而得到复合含碳球团。通过上述方法制备得到的复合含碳球团在直接还原处理中，内核球团中的高挥发分第一煤粉在高温下可以产生大量一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体，该气体在扩散出内核球团的过程中可以在整个复合含碳球团中形成大量空隙，使得复合含碳球团的孔隙度增加，与此同时，高挥发分第一煤粉发生气化反应产生一氧化碳，使球团内部的还原气氛增强，从而提高了复合含碳球团的还原效果，进而提高金属化球团的金属化率。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种实施上述制备金属化球团的方法的系统，根据本发明的实施例，参考图2，该系统包括：第一造球装置100、第二造球装置200和转底炉300，其中，第一造球处理装置100具有石灰石粉入口101、第一煤粉入口102、第一粘结剂入口103和内核球团出口104；第二造球装置200具有内核球团入口201、铁矿粉入口202、第二煤粉入口203、第二粘结剂入口204和复合含碳球团出口205，内核球团入口201与内核球团出口104相连；转底炉300具有复合含碳球团入口301和金属化球团出口302，复合含碳球团入口301与复合含碳球团出口205相连。

下面参考图2，对根据本发明实施例的制备金属化球团的系统进行详细描述：

根据本发明的实施例，第一造球装置100具有石灰石粉入口101、第一煤粉入口102、第一粘结剂入口103和内核球团出口104。由此可以将石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂在第一造球装置100内进行混合和第一造球处理，以便得到内核球团。

发明人发现，通过采用石灰石粉和第一煤粉进行第一造球处理，可以显著增大后续直接还原处理中得到的金属化球团的孔隙度，在高温条件下，石灰石粉可以分解产生二氧化碳气体，与第一煤粉分解产生的挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)同时扩散出球团，从而在球团内部形成孔隙，增大金属化球团的孔隙度，提高对金属化球团的还原效率。

根据本发明的实施例，第一粘结剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第一粘结剂可以为液体粘结剂淀粉溶液，由此，可以使制备得到的内核球团成型效果较好。

根据本发明的实施例，石灰石粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，石灰石粉的粒径可以为75μm。发明人通过实验发现，在进行第一造球处理之前，预先将石灰石粉磨细可以显著提高在后续直接还原处理中石灰石粉分解产生二氧化碳气体的效率，发明人发现，将石灰石粉磨细至粒径为75μm效果较好，如果石灰石粉粒径过大，则会使石灰石粉分解产生二氧化碳气体的效率较低，无法有效地在球团中产生孔隙，而如果将石灰石粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的实施例，第一煤粉的种类并不受特别限制，只要能在后续直接还原处理中产生足够的挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)以便在球团中形成足够数量的孔隙即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第一煤粉可以选用褐煤和长焰煤中的至少之一。发明人通过实验发现，褐煤和长焰煤的挥发分可以满足制备内核球团的需要，在后续直接还原处理中可以分解产生大量挥发分，在球团中产生大量孔隙，进而显著提高直接还原处理的效率。

根据本发明的具体实施例，第一煤粉的挥发分不低于20wt％。发明人发现，如果第一煤粉的挥发分过低，则无法在后续直接还原处理中产生足够的挥发分，导致球团中无法形成足够的孔隙，进而影响直接还原处理的效果。

根据本发明的实施例，第一煤粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第一煤粉的粒径可以为1mm。发明人通过实验发现，在进行第一造球处理之前，预先将第一煤粉磨细可以显著提高在后续直接还原处理中第一煤粉分解产生挥发分的效率，发明人发现，将第一煤粉磨细至粒径为1mm效果较好，如果第一煤粉粒径过大，则会使第一煤粉产生挥发分的效率较低，无法有效地在球团中产生孔隙，而如果将第一煤粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的实施例，石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂可以按照质量比100：(20～25)：(3～5)进行混合，以便进行第一造球处理。发明人发现，如果石灰石粉和第一煤粉的配入比过低，则无法在球团内部产生足够的孔隙，导致直接还原处理的效率降低，而如果石灰石粉和第一煤粉的配入比过高，则会增大成本；如果第一粘结剂的配入量过低，则无法有效地使内核球团成型，而如果第一粘结剂的配入量过高，则会影响后续直接还原处理的进行。鉴于此，发明人进行了大量实验，并从中确定了上述比例，将石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂可以按照质量比100：(20～25)：(3～5)进行混合可以使后续直接还原处理的效果最佳。

根据本发明的具体实施例，通过第一造球处理制备得到的内核球团的粒径可以为3～5mm。发明人发现，内核球团的粒径过大或过小会直接影响后续第二造球处理制备得到的复合含碳球团的粒径，进而影响后续直接还原处理的效率。

根据本发明的实施例，第二造球装置200具有内核球团入口201、铁矿粉入口202、第二煤粉入口203、第二粘结剂入口204和复合含碳球团出口205，内核球团入口201与内核球团出口104相连。由此可以将内核球团与铁矿粉、石灰石粉、第二煤粉和第二粘结剂在第二造球装置200进行混合和第二造球处理，以便得到以内核球团为核心的复合含碳球团。

具体地，内核球团中的石灰石粉和第一煤粉可以在后续直接还原处理中的高温条件下产生二氧化碳气体和挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)，该气体在扩散出球团时可以在球团中形成大量空隙，显著增大球团的孔隙度，同时使得内核球团中的第一煤粉的挥发分和第一煤粉中的碳气化反应产生的一氧化碳气体更易向球团外部扩散，从而增强了球团内部的还原气氛。此外，由于在内核球团中使用了高挥发分的第一煤粉，在第二造球处理中可以适当减少品质较高的第二煤粉的用量，由此，在保证制备得到的金属化球团中含碳量较高的同时，降低了制备成本。

根据本发明的具体实施例，第一煤粉的挥发分含量高于第二煤粉的挥发分含量。由此，可以在保证后续直接还原处理中球团内部形成较多孔隙的同时，使铁矿石中铁的还原效率较高。

根据本发明的具体实施例，用于制备复合含碳球团的第二粘结剂的种类并不受特别限制，可以与第一粘结剂相同也可以与第一粘结剂不同。

根据本发明的实施例，复合含碳球团中的铁矿粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，铁矿粉的粒径可以为75μm。发明人通过大量实验发现，在进行第二造球处理之前，预先将铁矿粉磨细可以显著提高在后续直接还原处理中对铁矿粉中铁的还原效率，发明人发现，将铁矿粉磨细至粒径为75μm效果较好，如果铁矿粉粒径过大，则会使铁矿粉与还原剂的接触面积较小，进而降低铁矿粉中铁的还原效率，而如果将铁矿粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的实施例，第二煤粉的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第二煤粉可以选用兰炭和焦炭中的至少之一。发明人发现，在第二造球处理中采用品质较高的兰炭和焦炭中的至少之一可以有效提高对铁矿粉中铁的还原效率。

根据本发明的具体实施例，第二煤粉的挥发分不高于15wt％。发明人发现，如果采用挥发分过高(品质较差)的煤种，则无法有效地对铁矿粉中的铁进行还原。

根据本发明的实施例，第二煤粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，第二煤粉的粒径可以为1mm。发明人通过实验发现，在进行第二造球处理之前，预先将第二煤粉磨细可以显著提高在后续还原处理中第二煤粉与铁矿粉的接触面积，进而提高第二煤粉对铁矿粉中铁的还原效率。发明人发现，将第二煤粉磨细至粒径为1mm效果较好，如果第二煤粉粒径过大，则会使第二煤粉与铁矿粉的接触面积过小，进而影响第二煤粉对铁矿粉中铁的还原效率；而如果将第二煤粉磨细至更小的粒径，则会增大前期磨细处理的能耗和成本。

根据本发明的具体实施例，可以在第二造球处理中通过调整内内核球团和第二煤粉的配入比控制制备得到的复合含碳球团中碳氧比为1.05～1.20。发明人通过大量实验意外地发现，如果复合含碳球团中碳氧比过低，则会导致复合含碳球团中的铁矿粉无法被充分还原，而如果使复合含碳球团中碳氧比过高，则需提高高品质的第二煤粉的配入量，进而增大成本。

根据本发明的具体实施例，通过第二造球处理制备得到的复合含碳球团的粒径可以为9～15mm。发明人发现，如果复合含碳球团的粒径过大，则会使复合含碳球团在后续直接还原处理中的受热面积较小，从而降低直接还原处理的效率。

根据本发明的实施例，转底炉300具有复合含碳球团入口301和金属化球团出口302，复合含碳球团入口301与复合含碳球团出口205相连。由此可以将复合含碳球团在转底炉300内进行直接还原处理，以便得到金属化球团。

具体地，在直接还原处理中，内核球团中的石灰石粉可以产生二氧化碳气体，第一煤粉可以产生大量挥发分(一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体)该气体在扩散出内核球团的过程中可以在整个复合含碳球团中形成大量空隙，使得复合含碳球团的孔隙度增加，与此同时，高挥发分第一煤粉发生气化反应产生一氧化碳，使球团内部的还原气氛增强，从而提高了对金属化球团中铁的还原效率。

根据本发明的实施例，直接还原处理是在1100～1250摄氏度下进行20～30min完成的。发明人发现，直接还原处理的温度过低或时间过短会使内核球团中石灰石粉和第一煤粉的分解不充分，无法产生足够的孔隙，进而导致对金属化球团中铁的还原效率降低；而如果直接还原处理的温度过高或时间过长，则会增大直接还原处理的能耗。

由此，根据本发明实施例的制备金属化球团的系统通过将石灰石粉、第一粘结剂和高挥发分的第一煤粉进行混合和第一造球处理，得到内核球团，进一步地，以内核球团为核心进行第二造球处理，将铁矿粉、挥发分较低的第二煤粉和石灰石粉包裹在内核球团的外表面，进而得到复合含碳球团。通过上述方法制备得到的复合含碳球团在直接还原处理中，内核球团中的高挥发分第一煤粉在高温下可以产生大量一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等挥发性气体，该气体在扩散出内核球团的过程中可以在整个复合含碳球团中形成大量空隙，使得复合含碳球团的孔隙度增加，与此同时，高挥发分第一煤粉发生气化反应产生一氧化碳，使球团内部的还原气氛增强，从而提高了复合含碳球团的还原效果，进而提高金属化球团的金属化率。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

第一造球处理所用石灰石粉的粒度为75μm，第一煤粉的粒度为1mm，所用第一煤粉为褐煤(固定碳31.28wt％，挥发分27.13wt％，灰分12.6wt％，硫0.47wt％)，所用第一粘结剂为淀粉溶液，石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂按质量比100:20:3的比例充分混匀后在圆盘混合机上进行第一造球处理，得到的内核球团粒度为4mm；第二造球处理中，所用铁矿粉、石灰石粒度均为75μm，第二煤粉粒度为1mm，所用第二煤粉为兰炭(固定碳83.59wt％，挥发分6.05wt％，灰分9.08wt％，硫0.51wt％)，所用第二粘结剂为淀粉溶液，加入量为5wt％，原料充分混匀后以第一造球处理制备得到的内核球团为核心，按照碳氧比为1.1进行第二造球处理，得到的复合含碳球团的粒度为12mm，将复合含碳球团烘干后供给至转底炉进行直接还原处理，转底炉加热温度为1200℃，加热时间为25min，焙烧后球团金属化率为90.30％，而后进行渣铁分离。

实施例2

第一造球处理所用石灰石粉的粒度为75μm，第一煤粉的粒度为1mm，所用第一煤粉为褐煤(固定碳31.28wt％，挥发分27.13wt％，灰分12.6wt％，硫0.47wt％)，所用第一粘结剂为淀粉溶液，石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂按质量比100:20:3比例充分混匀后在圆盘混合机上进行第一造球处理，得到的内核球团粒度为5mm；第二造球处理中，所用铁矿粉、石灰石粒度均为75μm，第二煤粉粒度为1mm，所用第二煤粉为兰炭(固定碳83.59wt％，挥发分6.05wt％，灰分9.08wt％，硫0.51wt％)，所用第二粘结剂为淀粉溶液，加入量为5wt％，原料充分混匀后以第一造球处理制备得到的内核球团为核心，按照碳氧比为1.1进行第二造球处理，得到的复合含碳球团的粒度为14mm，将复合含碳球团烘干后供给至转底炉进行直接还原处理，转底炉加热温度为1200℃，加热时间为25min，焙烧后球团金属化率为91.25％，而后进行渣铁分离。

实施例3

第一造球处理所用石灰石粉的粒度为75μm，第一煤粉的粒度为1mm，所用第一煤粉为褐煤(固定碳31.28wt％，挥发分27.13wt％，灰分12.6wt％，硫0.47wt％)，所用第一粘结剂为淀粉溶液，石灰石粉、第一煤粉和第一粘结剂按质量比100:20:3的比例充分混匀后在圆盘混合机上进行第一造球处理，得到的内核球团粒度为5mm；第二造球处理中，所用铁矿粉、石灰石粒度均为75μm，第二煤粉粒度为1mm，所用第二煤粉为兰炭(固定碳83.59wt％，挥发分6.05wt％，灰分9.08wt％，硫0.51wt％)，所用第二粘结剂为淀粉溶液，加入量为5wt％，原料充分混匀后以第一造球处理制备得到的内核球团为核心，按照碳氧比为1.2进行第二造球处理，得到的复合含碳球团的粒度为14mm，将复合含碳球团烘干后供给至转底炉进行直接还原处理，转底炉加热温度为1250℃，加热时间为30min，焙烧后球团金属化率为93.05％，而后进行渣铁分离。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。