本发明属于钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种利用精矿粉和精炼渣生产高碱度球团矿的方法。
背景技术：
在钢铁生产中，bf-bof流程一直占据着主导地位，而高炉炼铁是铁水的主要来源，占总生铁产量的90％以上。高炉炼铁原料主要有铁矿石、燃料、熔剂以及鼓风等，我国高炉炉料结构是采用以高碱度烧结矿为主，酸性球团矿和块矿为辅的炉料结构，为高炉提供了含铁原料。烧结矿和球团矿碱度的控制也利于高炉造渣，保证炉渣碱度和流动性，利于高炉脱硫和出铁。但在整个钢铁生产bf-bof流程中，烧结工艺能耗占7.4％，球团工艺占比1.2％；烧结工艺产生的环境污染也远远超过球团工艺。伴随着钢铁行业竞争的加剧和环保压力的日益加大，降本增效、环境友好的生产方式越来越受到行业的广泛关注。因此，生产高碱度球团矿，以替代高能耗高污染的烧结矿将成为未来含铁原料生产发展的新方向。
高碱度球团矿生产工艺的开发和发展有助于节能减排、降本增效。当前国内生产的球团矿大部分为酸性球团矿，熔剂型球团矿生产一直没有工业规模，只有小部分企业生产低碱度的熔剂型球团矿。熔剂型球团矿是在造球过程中，直接在含铁物料中加入cao、mgo等助熔剂，使其含有一定的碱度，从而改善球团矿的冶金性能。经过长期高炉冶炼实践探索，我国生产出的球团碱度cao/sio2＝0.9-1.2、mgo＝2.7-3.5％，具有还原度高、膨胀率低、软熔温度高、软熔温度区间窄等良好的冶金性能。但由于mgo熔剂来源少、原料成本高、脱硫能力较差，且高炉生产中需加入一定量cao以调节炉渣碱度、流动性，因此一般企业不使用含镁原料作为球团来生产添加熔剂。含钙原料(主要为cao和caco3)来源广泛，生产成本低廉，但cao会大量吸水，在干燥预热或焙烧过程中易发生膨胀，致使球团裂开，因此现有技术中一般仅使用cao来生产碱度在0.9-1.2之间的低碱度球团矿。而采用caco3作为熔剂时，在高炉中会发生c的熔损反应，加速炉内焦炭的消耗，因此工业中一般不采用caco3作为球团生产用熔剂。因此，探寻新型助熔剂，实现高碱度球团矿的生产是炼铁工作者追求的目标。
通过专利检索，目前已有相关的球团生产方法公开。如中国专利申请号cn201110275404.8公开了一种利用金矿尾渣和褐铁矿生产氧化球团的方法，该申请案中氧化球团生产方法是将金矿尾渣、褐铁矿和磁铁矿的粉料按重量百分比分别为40％、30％和30％的比例混合，制成生球团，然后在链篦机中预热，通过延长生球预热时间提高球团爆裂温度，改善球团冶金性能，再进入回转窑烧制成型，最后通过环冷机冷却，制成氧化球团。该方法采用了金矿尾渣作为原料之一，进行了废物利用，且通过温度控制小幅提高生球爆裂性能，但其生产所得产品仍是酸性球团，没有从根本上提高球团碱度，生产高碱度的自熔性球团矿，应用范围有限。专利申请号cn201410007020.1公开了一种富钛球团及其生产方法，该申请案中提供了富钛球团的生产方法，生产过程中向原料中添加含钛原料，生球tio2含量在10-15％，tfe在40-55％，该申请案制备的富钛球团同样是酸性球团，只是在冶金性能方面作了改进，不能从本质上替代高能耗高污染的高碱度烧结矿作为高炉入炉主要原料。
又如，中国专利201610027266.4公开了一种利用钢渣制备碱性球团矿的方法及由该方法制得的产品，该申请案将钢渣粉与铁精粉按质量比(12-30)：(70-88)混匀得混合料，然后依次对所述混合料进行造球、干燥、预热、焙烧及环冷处理，即得碱性球团矿。该申请案采用钢渣(即转炉渣)作为添加物，由于钢渣碱度低，一般只有1.0-3.0之间，且其中含有的s、p等杂质含量高。如采用需大量加入，需要消耗大量热量，而高炉冶金焦资源匮乏，价格高，加入大量钢渣进入球团后，消耗燃料，生产成本上升。此外高炉生产对s、p以及碱金属等成分要求高，大量钢渣的加入造成炉内杂质元素过多，影响生铁质量。因此，从生产成本和产品质量方面考虑，均不适用采用钢渣作为添加物。
申请号为201510447174.7的专利公开了一种防粘结碱性球团及其制造方法，其防粘结碱性球团的化学成分质量份数为：tfe：59～66份；mgo：0.8～2.0份；sio2：0.5～3.5份；cao/sio2为0.6-1.8。该申请案通过向铁精矿中配入粘结剂、含钙的添加剂和含镁的添加剂，经表面处理、造球、烧结即得到成品防粘结碱性球团。但由于碱性球团中添加0.8-2.0％的mgo，因此大大提高了球团原料量大的钢铁企业生产成本，且其含钙添加剂为生石灰或生石灰与石灰石的混合物，没有解决生石灰(主要成分是cao)吸水后，在焙烧过程中膨胀开裂的问题，加入的石灰石(主要成分是caco3)也会加速高炉内焦炭的熔损。
申请号为2006100012540的申请案公开了一种熔剂型铁矿粉复合球团的生产方法，该申请案采用多次造球方式来生产单球双碱度复合熔剂型球团，并通过控制第一次造球过程中cao与mgo的量，从而能够有效控制球团的二元碱度为0.5-2.0之间。该申请案采用二次造球的生产方法，以生产较高碱度的合格球团，增加了企业生产的基建成本和管理成本，且添加一定量的mgo作为原料，增加了高炉铁水的生产成本。同时二次造球时加入的石灰石和白云石进入高炉后分解，与炉内的焦炭反应，加速了焦炭的熔损，破坏了焦炭的料柱骨架作用，不利于高炉的透气性和炉况稳定。
综上所述，现有的球团生产工艺均采用含铁物料为原料，再经过生球干燥、预热、焙烧和冷却，进行球团生产，或配加少量添加剂改善球团冶金性能，生产出的产品大多是酸性球团矿或是低碱度球团矿，不能从根本上改变高碱度烧结矿配加酸性球团矿、块矿的炉料结构，从而对高炉炼铁工艺存在的铁前系统能耗和环境污染问题不能进行有效解决。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服采用现有球团生产工艺无法生产得到满足要求的高碱度球团矿，从而导致高炉炼铁工艺存在严重的铁前系统能耗和环境污染问题的不足，提供了一种高炉炼铁用高碱度球团矿及其生产方法。采用本发明的技术方案能够生产得到高碱度球团矿，从而解决现有球团生产工艺存在的不足，且得到的球团成分和质量完全符合高炉炼铁的要求。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高炉炼铁用高碱度球团矿，该球团矿是以精矿粉、精炼渣和膨润土为原料制成的，且各组分的质量百分比分别为：精矿粉60-76％、精炼渣22-38％、膨润土1.5-2.5％。
更进一步的，该球团矿的碱度为1.9-2.6，抗压强度为3100-5000n。
更进一步的，所述精矿粉中tfe的质量分数为65-70％，cao和sio2的质量分数分别为1-1.5％、3-3.3％；所述精炼渣中含cao45-50％，含sio28-15％；所述膨润土中含cao2-3％，含sio268-70％。
本发明的高炉炼铁用高碱度球团矿的生产方法，所述高碱度球团矿是以精矿粉、精炼渣和膨润土为原料，经造球、预热和焙烧处理得到的，具体包括以下步骤：
步骤一、原料配加
将生球的造球原料精矿粉、精炼渣和膨润土研磨成粉料后进行烘干，然后按原料配比配料并混合均匀，得到混合料；
步骤二、造球
将所得混合料进行造球得到生球团，并筛选出粒径为10-16mm的合格球团；
步骤三、生球预热
将造好的生球团先置于100-200℃温度下进行干燥，干燥时间为7-10min，然后置于500-1000℃温度下进行预热，预热时间为12-20min；
步骤四、生球焙烧
将预热后的球团继续升温，于900-1300℃温度下进行焙烧，焙烧时间为25-40min，然后随炉冷却后取出，即得到合格的高碱度球团矿。
更进一步的，所述步骤一中粉料烘干温度为90-110℃，烘干时间为2h。
更进一步的，所述步骤二中采用圆盘造球机进行造球处理，圆盘造球机转速为6-8rad/min，圆盘倾角为45-48°。
更进一步的，步骤二中所得球团的落下强度为3-5次，抗压强度为7-11n。
更进一步的，所述球团的干燥、预热及焙烧过程均在电炉中进行，整个过程通过程序设定升温方式完成。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种高炉炼铁用高碱度球团矿，是以精矿粉、精炼渣和膨润土为原料制成的，本发明通过采用富含助熔剂cao的精炼渣作为原料之一，可生产出高碱度球团矿，该球团矿能够替代高能耗高污染的高碱度烧结矿作为高炉主要炉料，从而可有效改善现有高炉炉料结构存在的铁前系统能耗和环境污染问题。
(2)本发明的一种高炉炼铁用高碱度球团矿的生产方法，该方法以精矿粉、精炼渣和膨润土为原料，经造球、预热和焙烧处理能够生产得到高碱度球团矿，通过对球团矿的原料组成及配比进行优化设计，所得球团矿的碱度高达2.0以上，打破了现有球团生产技术中合格球团碱度不超过1.0的技术认知，使高碱度球团矿能够完全替代高碱度烧结矿，配以酸性球团矿，实现100％球团入炉，相对于现有高炉炉料结构，大大降低了能耗和污染排放，节约了生产成本的同时降低了污染、有效地保护了环境。
(3)本发明的一种高炉炼铁用高碱度球团矿的生产方法，通过选用精炼渣作为原料之一，且该精炼渣的碱度高、s杂质含量低，与原矿s含量基本持平，从而降低了高炉的脱硫负担，保证了铁水中较低的s含量，同时辅以生产工艺参数的优化，能够有效解决现有高碱度球团在预热和焙烧中易裂开的问题，生产出的球团抗压强度大、s含量低、冶金性能优良，能够有效满足高炉炼铁的工艺要求。
(4)本发明的一种高炉炼铁用高碱度球团矿的生产方法，采用精矿粉和精炼渣为原料，充分利用了精炼过程产生的废弃物精炼渣，从而节约了球团生产原料，大大降低球团生产成本，对于企业降本增效具有重大意义；同时以精炼渣作为添加剂进行废物利用，还实现了废渣的内部消耗，解决了废弃物的堆放和污染问题，节约了废渣占地和处理成本，且保护了环境，因此该方法适于推广应用。
附图说明
图1为本发明的一种高炉炼铁用高碱度球团矿的生产方法的工艺流程简图。
具体实施方式
针对现有“高碱度烧结矿+酸性球团矿”高炉炉料结构存在的高能耗高污染问题，碱性球团矿的生产研究成了近几年冶金工作者的一个研究热点。现有技术中大多都是通过cao或mgo的添加来提高球团的碱性，但mgo的来源相对较少、原料成本高，且其脱硫能力较差；而使用cao作为球团矿的碱性添加剂时，当其添加量较多时，则所得球团的强度明显下降，且球团在生产过程中极易裂开，未能得到推广应用。因此，现有工艺生产出的碱性球团矿的碱度相对较低，不能用来替代高能耗高污染的烧结矿。此外，现有碱性球团矿的抗压强度相对较低，在高炉炼铁工艺中极易发生破裂和粉化，随着球团矿碱度的提高，这种问题就更加严重。
本发明通过以精矿粉和精炼渣为原料，经配混造球、干燥预热、焙烧冷却等工艺，并对各原料的组成、混合比例及具体生产工艺参数进行优化设计，从而可以生产得到高碱度的球团矿，所得球团矿的碱度甚至高达2.0以上，该高碱度球团矿可替代高能耗高污染的高碱度烧结矿作为高炉主要炉料，大大降低了能耗和污染排放，节约了生产成本的同时保护了环境，且得到的球团成分和质量完全符合要求。同时，采用本发明的技术方案还显著提高了所得球团矿的抗压强度，所得球团矿的s含量低，能够有效避免高炉炼铁过程中发生粉化和破裂现象，进而能够保证所得铁水的冶炼性能。此外，本发明通过控制配加的精矿粉和精炼渣的质量分数即可实现对球团碱度的有效控制，球团碱度调节简单。
为进一步了解本发明的内容，现结合具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种高炉炼铁用高碱度球团矿的生产方法，其工艺流程简图如图1所示，其具体步骤为：
步骤一、原料配加
将生球的造球原料精矿粉、精炼渣和膨润土研磨制成粉料，本实施例中的自熔性球团由如下质量百分比含量的组分组成：精矿粉71.8％、精炼渣26.2％、粘结剂膨润土2％，其中本实施例中精矿粉、精炼渣及膨润土的成分组成见表1-表3所示。将混合料置于烘箱中，在110℃温度下烘干2h后混匀，直至混合充分，得到混合料。
表1精矿粉成分表(％)
表2精炼渣成分表(％)
表3膨润土成分表(％)
步骤二、生球形成
将充分混匀的混合料在圆盘造球机上造球，圆盘造球机转速为7rad/min，圆盘倾角为45°，制成生球团，并筛选出粒径在10-16mm的合格球团，所得球团的平均落下强度为3.2次，抗压强度为8.21n。
步骤三、生球预热
将造好的生球团置于电炉中，在200℃温度下进行干燥，干燥时间为8min，再在1000℃温度下对球团进行预热，预热时间为12min。
步骤四、生球焙烧
将预热后的球团在电炉中继续升温，在1200℃温度下进行焙烧，焙烧时间为35min。
步骤五、球团冷却
将焙烧后的球团随炉冷却后取出，焙烧后球团为高碱度球团矿，球团碱度为2.1，抗压强度为4470n，得到合格的高碱度球团。
实施例2
本实施例的一种利用精矿粉和精炼渣生产高碱度球团矿的方法，其具体步骤为：
步骤一、原料配加
将生球的造球原料精矿粉、精炼渣和膨润土研磨制成粉料，本实施例中的自熔性球团由如下质量百分比含量的组分组成：精矿粉60.5％、精炼渣37.5％、粘结剂膨润土2％，本实施例中精矿粉、精炼渣及膨润土的成分组成同实施例1。将混合料置于烘箱中，在110℃温度下烘干2h后混匀，直至混合充分，得到混合料。
步骤二、生球形成
将充分混匀的混合料在圆盘造球机上造球，圆盘造球机转速为7rad/min，圆盘倾角为45°，制成生球团，并筛选出粒径在10-16mm的合格球团，所得球团的平均落下强度为3.4次，抗压强度为10.01n。
步骤三、生球预热
将造好的生球团置于电炉中，在100℃温度下进行干燥，干燥时间为8min，再在900℃温度下对球团进行预热，预热时间为15min。
步骤四、生球焙烧
将预热后的球团在电炉中继续升温，在1300℃温度下进行焙烧，焙烧时间为25min。
步骤五、球团冷却
将焙烧后的球团随炉冷却后取出，焙烧后球团为高碱度球团矿，球团碱度为2.6，抗压强度为3160n，得到合格的高碱度球团。
实施例3
本实施例的一种利用精矿粉和精炼渣生产高碱度球团矿的方法，其具体步骤为：
步骤一、原料配加
将生球的造球原料精矿粉、精炼渣和膨润土研磨制成粉料，本实施例中的自熔性球团由如下质量百分比含量的组分组成：精矿粉76％、精炼渣22％、粘结剂2％，其中精矿粉、精炼渣及膨润土的成分组成见下表4-表6。将混合料置于烘箱中，在90℃温度下烘干2h后混匀，直至混合充分，得到混合料。
表4精矿粉成分表(％)
表5精炼渣成分表(％)
表6膨润土成分表(％)
步骤二、生球形成
将充分混匀的混合料在圆盘造球机上造球，圆盘造球机转速为6rad/min，圆盘倾角为48°，制成生球团，并筛选出粒径在10-16mm的合格球团，所得球团的平均落下强度为5次，抗压强度为11n。
步骤三、生球预热
将造好的生球团置于电炉中，在175℃温度下进行干燥，干燥时间为7min，再在500℃温度下对球团进行预热，预热时间为20min。
步骤四、生球焙烧
将预热后的球团在电炉中继续升温，在900℃温度下进行焙烧，焙烧时间为40min。
步骤五、球团冷却
将焙烧后的球团随炉冷却后取出，焙烧后球团为高碱度球团矿，球团碱度为1.9，抗压强度为3400n，得到合格的高碱度球团。
实施例4
本实施例的一种利用精矿粉和精炼渣生产高碱度球团矿的方法，其具体步骤为：
步骤一、原料配加
将生球的造球原料精矿粉、精炼渣和膨润土研磨制成粉料，本实施例中的自熔性球团由如下质量百分比含量的组分组成：精矿粉65％、精炼渣32.5％、粘结剂2.5％，其中精矿粉、精炼渣及膨润土的成分组成见下表7-表9。将混合料置于烘箱中，在103℃温度下烘干2h后混匀，直至混合充分，得到混合料。
表7精矿粉成分表(％)
表8精炼渣成分表(％)
表9膨润土成分表(％)
步骤二、生球形成
将充分混匀的混合料在圆盘造球机上造球，圆盘造球机转速为8rad/min，圆盘倾角为46°，制成生球团，并筛选出粒径在10-16mm的合格球团，所得球团的平均落下强度为3次，抗压强度为7n。
步骤三、生球预热
将造好的生球团置于电炉中，在120℃温度下进行干燥，干燥时间为10min，再在750℃温度下对球团进行预热，预热时间为17min。
步骤四、生球焙烧
将预热后的球团在电炉中继续升温，在1050℃温度下进行焙烧，焙烧时间为30min。
步骤五、球团冷却
将焙烧后的球团随炉冷却后取出，焙烧后球团为高碱度球团矿，球团碱度为2.4，抗压强度为5000n，得到合格的高碱度球团。
实施例5
本实施例的一种利用精矿粉和精炼渣生产高碱度球团矿的方法，其具体步骤为：
步骤一、原料配加
将生球的造球原料精矿粉、精炼渣和膨润土研磨制成粉料，本实施例中的自熔性球团由如下质量百分比含量的组分组成：精矿粉63％、精炼渣35.5％、粘结剂1.5％，其中精矿粉的实施例4，精炼渣及膨润土的成分组成见下表10-表11。将混合料置于烘箱中，在98℃温度下烘干2h后混匀，直至混合充分，得到混合料。
表10精炼渣成分表(％)
表11膨润土成分表(％)
步骤二、生球形成
将充分混匀的混合料在圆盘造球机上造球，圆盘造球机转速为8rad/min，圆盘倾角为47°，制成生球团，并筛选出粒径在10-16mm的合格球团，所得球团的平均落下强度为4.4次，抗压强度为10.5n。
步骤三、生球预热
将造好的生球团置于电炉中，在138℃温度下进行干燥，干燥时间为9min，再在850℃温度下对球团进行预热，预热时间为17min。
步骤四、生球焙烧
将预热后的球团在电炉中继续升温，在1000℃温度下进行焙烧，焙烧时间为25min。
步骤五、球团冷却
将焙烧后的球团随炉冷却后取出，焙烧后球团为高碱度球团矿，球团碱度为2.2，抗压强度为4200n，得到合格的高碱度球团。