以铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法与流程

本发明涉及钢铁冶金、球团矿生产等。更具体地说，本发明涉及一种以铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法。

背景技术：

1、当前我国对钢材需求量十分庞大，据世界钢铁协会统计，2020年全球粗钢产量达到18.64亿吨，其中我国粗钢产量为10.53亿吨，占全球粗钢产量的56.5％，但是我国电炉钢占比远远低于世界平均水平，这是因为我国废钢回收率很低。

2、我国钢铁行业主要采用长流程钢铁生产工艺，将铁矿磨选成铁精矿烧制成烧结矿或球团矿，与焦炉制备的焦炭以及熔剂等作为原料进行高炉炼铁，冶炼得到含碳量较高的生铁水，高炉铁水经过氧气转炉吹炼和精炼炉精炼后生成合格钢水，合格钢水经过浇铸或连铸后制成钢锭或钢坯，最后轧制成成品钢材。长流程钢铁生产工艺存在环节繁多、设备规模庞大，生产过程也存在能耗大、污染严重、周期长等问题。而短流程钢铁生产工艺则是以废钢或直接还原铁为原料直接进行电炉熔炼，得到合格钢水并进行轧制的生产工艺，其生产流程简捷高效，具有环境友好、生产周期短的特点。

3、虽然我国钢铁产量在全世界钢铁产量排名名列前茅，但是我国电炉钢占比远远低于世界平均水平，这是因为我国废钢回收率很低，作为电炉炼钢主要原料之一的直接还原铁，具有有害元素极低、化学成分稳定均匀的特点，可以部分或全部替代废钢进行电弧炉冶炼，生产出高附加值的特种钢、洁净钢和优质钢，并能够取得良好的技术经济指标。

4、直接还原工艺根据采用还原剂的不同，可分为采用天然气作为还原剂的气基直接还原工艺和采用煤作为还原剂的煤基直接还原工艺，然而我国天然气储量相对贫乏且价格昂贵，因此气基直接还原工艺在我国发展受到很大限制，国内主要采用的是煤基直接还原工艺，包括隧道窑工艺、回转窑工艺和转底炉工艺。公布号cn115612774a、公布日为2023.01.17、名称为一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法的发明专利中，就采用竖炉制备金属化球团；又如公布号cn115354148a、公布日为2022.11.18、名称为一种用于转底炉金属化球团的冷却系统及方法的发明专利中，采用转底炉制备金属化球团。其中回转窑工艺对原燃料要求和运行费用较高且生产稳定性差；隧道窑存在单机产能小、能耗高、污染严重、产品质量差的问题；转底炉多用于粉尘处理和复合矿综合利用，且处理量较小。

5、在我国，带式焙烧机工艺是一项十分成熟的球团生产工艺，具有工艺过程简单、布置紧凑、处理量大的优点，带式焙烧机在氧化球团制备应用较多，鲜有在直接还原制备金属化球团领域的应用。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

2、本发明还有一个目的是提供一种以铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法，其通过对原料的调配解决了还原度和生球强度的问题，同时通过对带式焙烧机工艺的调整解决了成品球质量不均匀以及能耗高的问题。

3、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种铁矿含碳球团，包括：铁矿粉、熔剂、黏结剂、固体还原剂以及水分，其中，所述铁矿粉、熔剂和黏结剂的质量比为100：0～10：0.5～5，固体还原剂的添加量使得铁矿粉、熔剂、黏结剂以及固体还原剂混合料中碳元素和氧元素的摩尔比为0.7～1.3，水分的质量为铁矿粉、熔剂、黏结剂、固体还原剂总质量的5～15％。

4、优选的是，所述铁矿粉粒径小于0.044m的铁矿粉含量＞50％、比表面积＞1200cm2/g、铁元素的质量分数＞50％。

5、优选的是，所述熔剂包括石灰石、白云石、轻烧白云石、消石灰中的一种或者多种。

6、优选的是，所述黏结剂包括膨润土、水泥、地聚合物、水玻璃或羧甲基纤维素钠中的一种或者多种。

7、优选的是，所述固体还原剂为固定碳质量分数＞30％的含碳物料。

8、优选的是，所述固定碳质量分数＞30％的含碳物料包括粒径小于1mm的无烟煤、烟煤、焦粉、煤矸石中的一种或者多种。

9、优选的是，所述铁矿含碳球团通过造球盘、滚筒或者压球机制备成球状。

10、本发明进一步要求保护以所述铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法，包括：

11、步骤一、布料：通过带式焙烧机的布料系统在带式焙烧机机头均匀铺设200～600mm厚的所述铁矿含碳球团；

12、步骤二、将二冷段烟气脱除水分后鼓入鼓风干燥段进行干燥；控制鼓风干燥段的热风温度为100～350℃；将焙烧段和均热段烟气引入至抽风干燥段，控制抽风干燥段热风温度为200～500℃，通过炉罩将一冷段高温烟气引入预热段，控制预热段热风温度为400～900℃；通过燃烧器或者换热器将一冷段尾气加热后引入焙烧段，控制焙烧段热风温度为800～1300℃，焙烧时间10～50min；并控制全段料层上方风速为1m/s～5m/s；

13、步骤三、将尾气脱水后和适量常温氮气混合并通过冷却机鼓入一冷段和二冷段，其中二冷段还喷洒水至铁矿含碳球团的温度冷却至150℃以下，即得成品金属化球团。

14、优选的是，步骤三中所述尾气为鼓风干燥段尾气、抽风干燥段尾气、预热段尾气、一冷段尾气和二冷段尾气中的一种或者多种。

15、优选的是，步骤一前还包括在带式焙烧机台车上预先用成品金属化球团铺设50～120mm厚的底料和50～100mm厚的边料。

16、本发明至少包括以下有益效果：

17、1、本发明提供的铁矿含碳球团的调配科学、高效，平衡碳量、二元碱度和黏结剂用量，解决原料还原度和生球强度的问题，突破了带式焙烧机受原料制约的难题；

18、2、本发明提供的铁矿含碳球团中的碳既可作为还原剂参与还原过程，又可以起到供给热量的作用，大幅度降低能耗，减少污染物的排放；

19、3、本发明还提供的以所述铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法解决了成品球质量不均匀的问题；

20、4、本发明还提供的以所述铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法能够缩短直接还原铁制备工序；

21、5、本发明提供的以所述铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法通过多对燃烧器或者换热器进行补热，灵活调节温度，实现了高温烟气的自循环，降低了资源消耗；

22、6、本发明提供的以所述铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法实现了厚料层炼铁，且生产过程在单台设备上完成，大幅提升生产规模化和自动化，满足工业化需求。

23、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.铁矿含碳球团，其特征在于，包括：铁矿粉、熔剂、黏结剂、固体还原剂以及水分，其中，所述铁矿粉、熔剂和黏结剂的质量比为100：0～10：0.5～5，固体还原剂的添加量使得铁矿粉、熔剂、黏结剂以及固体还原剂混合料中碳元素和氧元素的摩尔比为0.7～1.3，水分的质量为铁矿粉、熔剂、黏结剂、固体还原剂总质量的5～15％。

2.如权利要求1所述的铁矿含碳球团，其特征在于，所述铁矿粉粒径小于0.044m的铁矿粉含量＞50％、比表面积＞1200cm2/g、铁元素的质量分数＞50％。

3.如权利要求2所述的铁矿含碳球团，其特征在于，所述熔剂包括石灰石、白云石、轻烧白云石、消石灰中的一种或者多种。

4.如权利要求3所述的铁矿含碳球团，其特征在于，所述黏结剂包括膨润土、水泥、地聚合物、水玻璃或羧甲基纤维素钠中的一种或者多种。

5.如权利要求4所述的铁矿含碳球团，其特征在于，所述固体还原剂为固定碳质量分数＞30％的含碳物料。

6.如权利要求5所述的铁矿含碳球团，其特征在于，所述固定碳质量分数＞30％的含碳物料包括粒径小于1mm的无烟煤、烟煤、焦粉、煤矸石中的一种或者多种。

7.如权利要求5所述的铁矿含碳球团，其特征在于，所述铁矿含碳球团通过造球盘、滚筒或者压球机制备成球状。

8.以权利要求1～7任一项所述的铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的以铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法，其特征在于，步骤三中所述尾气为鼓风干燥段尾气、抽风干燥段尾气、预热段尾气、一冷段尾气和二冷段尾气中的一种或者多种。

10.如权利要求8所述的以铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法，其特征在于，步骤一前还包括在带式焙烧机台车上预先用成品金属化球团铺设50～120mm厚的底料和50～100mm厚的边料。

技术总结
本发明公开了一种铁矿含碳球团，包括：铁矿粉、熔剂、黏结剂、固体还原剂以及水分，其中，所述铁矿粉、熔剂和黏结剂的质量比为100：0～10：0.5～5，固体还原剂的添加量使得铁矿粉、熔剂、黏结剂以及固体还原剂混合料中碳元素和氧元素的摩尔比为0.7～1.3，水分的质量为铁矿粉、熔剂、黏结剂、固体还原剂总质量的5～15％。本发明进一步公开了以所述铁矿含碳球团为原料的带式焙烧机炼铁方法。本发明其通过对原料的调配解决了还原度和生球强度的问题，同时通过对带式焙烧机工艺的调整解决了成品球质量不均匀以及能耗高的问题。

技术研发人员：韩基祥,陈子罗,任伟,张适洁
受保护的技术使用者：北京中宏联工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15