利用冶金含鐵塵泥生產的高強度復合金屬化球團及其生產工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及冶金和礦物工程技術領域，公開了一種利用冶金含鐵塵泥生產的高強度復合金屬化球團及其生產工藝。
【背景技術】
[0002]冶金含鐵塵泥是鋼鐵工業生產過程中產生的種類多、成分雜的固體含鐵物料，總產生量約占鋼鐵產量的5?6%，主要有:燒結除塵灰、球團除塵灰、高爐瓦斯灰、轉爐OG泥、煉鋼除塵灰、出鐵場集塵等。冶金含鐵塵泥的主要成分為鐵，其含鐵量為30?65%，含碳量為15?35%，同時含有一定的K、Na、Zn等堿金屬元素。
[0003]在鋼鐵企業中，煉鐵及煉鋼塵泥中的Zn主要以ZnO形式存在，當冶金含鐵塵泥供燒結配加使用時，物料中含有的ZnO仍然會留存在燒結礦中，最終造成鋅在高爐內的循環富集，影響高爐的正常生產。因此企業除部分冶金含鐵塵泥在燒結配料中使用外，其余塵泥大量堆積，未能開發利用。
[0004]目前國內外主要采用轉底爐對冶金塵泥進行直接還原處理，生產的金屬化球團供煉鐵高爐或煉鋼轉爐使用，存在投資大，單臺投資在2億元左右，單臺處理能力20萬噸/年左右，金屬化率約為65%問題，尚未廣泛推廣應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種利用冶金含鐵塵泥生產的高強度復合金屬化球團及其生產工藝，將廢棄的冶金含鐵塵泥作為生產原料，生產出復合金屬化球團，為高爐調整爐料結構提供金屬化爐料，以解決大量的冶金含鐵塵泥不能回收利用的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案為:
一種利用冶金含鐵塵泥生產的高強度復合金屬化球團，用于高爐或轉爐冶煉爐料，它包括內核、包裹在內核外部的外殼，所述內核由冶金含鐵塵泥組成，所述冶金含鐵塵泥由高爐瓦斯灰、轉爐OG泥、轉爐二次除塵灰按質量比為650:580?610:55?70的比例混合而成，所述外殼由鐵精礦與膨潤土按質量比為650:13?18的比例混合而成，所述冶金含鐵塵泥與所述鐵精礦的質量比為60?65:35?40，所述內核的粒度為20?25mm，所述外殼的厚度為5?10_。
[0007]作為本發明的進一步改進，所述外殼的外部還覆蓋有一層還原劑。
[0008]作為本發明的更進一步改進，所述還原劑為煤炭粉，其質量為所述外殼中鐵精礦質量的5?8%，其中粒度為-120目的煤炭粉顆粒的質量百分比含量大于80%。
[0009]作為本發明的更進一步改進，所述鐵精礦的鐵品位為54?66%、Si02含量2?15%，其中粒度為-200目的鐵精礦顆粒的質量百分比含量大于80%。
[0010]作為本發明的更進一步改進，所述煤炭粉中固定碳、灰分、揮發分的質量百分比為72 ?76:11 ?15:11 ?14。[0011 ] 作為本發明的更進一步改進，所述高強度復合金屬化球團中金屬化率大于90%，抗壓強度大于1600N/個球。
[0012]如上所述的一種利用冶金含鐵塵泥生產的高強度復合金屬化球團的生產工藝，它包括以下步驟:
步驟一、制備內核，將高爐瓦斯灰、轉爐OG泥、轉爐二次除塵灰按質量比為650:580?610:55?70的比例配料并混合均勻形成制備內核用冶金含鐵塵泥，把冶金含鐵塵泥加入到圓盤造球機中，加入混合物料總質量7?10%的水分進行圓盤或圓筒造球，控制內核的粒度為20?25mm ；
步驟二、包裹外殼形成復合金屬化球團，將鐵精礦與膨潤土按質量比為650:13?18的比例配料并混合均勻，將步驟一所生產的內核放入該混合物料中，采用造球圓盤或圓筒將混合物料均勾包裹在所述內核的外壁上，形成所述外殼，外殼的厚度為5?10mm，得到粒度為25?35_的濕復合金屬化球團，其中步驟一中所述冶金含鐵塵泥與所述鐵精礦的質量比為60?65:35?40 ；
步驟三、復合金屬化球團外壁包裹還原層，將所述步驟二中制備的濕復合金屬化球團放入質量為鐵精礦質量5?8%的煤炭粉中，采用圓盤造球機使其外部均勻覆蓋一層煤炭粉，形成還原層；
步驟四、復合金屬化球團的布料與干燥，在還原窯的窯車底部、周邊鋪設一層10?20_厚度的殘炭或揮發分較低的煤炭，將復合金屬化球團采用分級分層布料的方式鋪設在窯車上，在復合金屬化球團的上表層鋪設一層10?20mm厚度的蓋面煤炭，靜置干燥；步驟五、復合金屬化球團的還原焙燒，干燥后的復合金屬化球團在還原窯內經過溫度1150?1250°C、還原時間90?120min的直接還原及高溫固結，得到高溫還原復合金屬化球團；
步驟六、高溫還原復合金屬化球團的冷卻與分選，將步驟五所得的高溫還原復合金屬化球團無氧冷卻到常溫后進行磁性物料與非磁性物料分選，得到金屬化率大于90%、抗壓強度大于1600N/個球的高強度復合金屬化球團產品。
[0013]作為本發明的更進一步改進，當所述復合金屬化球團的在還原焙燒時采用外配還原劑時，可省略所述步驟三，所述步驟五復合金屬化球團的還原焙燒時根據鐵精礦的品位，在還原窖還內配入所述復合金屬化球團質量15?20%的還原煤炭。
[0014]作為本發明的更進一步改進，所述還原窯為隧道窯或者車底爐或者室式爐。
[0015]本發明所述的復合金屬化球團粒度的確定原理:根據大粒度球團在還原爐窯內布料后，球團之間的孔隙較大，有利于球團上下層之間的輻射傳熱，減小物料的傳熱熱阻及上下層物料的溫差，使整個物料沿厚度方向得到均勻還原，實現厚料層的還原焙燒。但當球團的粒度超過40mm時，由于球團內部傳熱熱阻的增大及球團還原需要吸收一定的熱量，球團的內外溫差隨之增大，其內核的還原溫度較低，影響內核的還原速度和還原質量。當球團粒度小于20mm時，在球團中煉鐵及煉鋼塵泥所占的比例較小，本發明所處理的冶金含鐵塵泥量下降，同時球團之間輻射傳熱量減小，不利于厚料層的球團還原。此外，本發明生產的復合金屬化球團作為高爐爐料進行利用時，為提高高爐的透氣性，金屬化球團的粒度應盡可能增大。因此，將本發明復合金屬化球團的粒度選擇為25?35_。
[0016]本發明中復合金屬化球團的內核由高爐瓦斯灰、轉爐OG泥、轉爐二次除塵灰制成，鉀和鈉在復合金屬化球團中主要以碳酸鉀或碳酸鈉的形式存在，由于碳酸鉀熔點為891°C、碳酸鈉熔點為854°C，當碳酸鉀和碳酸鈉熔解在混合物料中后，就會造成混合物料的膨脹。本發明通過調整內核中高爐瓦斯灰、轉爐OG泥、轉爐二次除塵灰三種冶金含鐵塵泥的配比，利用高爐瓦斯灰中碳含量較高、轉爐OG泥中鐵品位及CaO含量較高，轉爐二次除塵灰中Si(V#量較高的特點，制成復合金屬化球團的內核，在高溫還原過程中可形成一定渣相，減弱混合物料膨脹的趨勢；同時在內核外表面包裹一層鐵精礦與膨潤土組成的外殼，在高溫焙燒時鐵精礦先被還原成金屬鐵，金屬鐵結晶形成具有一定強度的金屬外殼，能夠有效抑制內核的膨脹，使整個復合金屬化球團保持完整的球型，并且具有較高的強度。
[0017]本發明所述的復合金屬化球團還原工藝不僅利用了內核的配料中原有的碳，還使用外裹還原劑技術在濕球表面包裹一層煤炭組成的還原層，能使大粒徑復合金屬化球團在高溫還原過程中內外同時得到均勻還原，加快了還原速度，縮短了還原時間。
[0018]本發明所用的冶金含鐵塵泥中含有較高的氧化鋅，在還原爐窯的高溫及還原性氣氛下，氧化鋅被還原成金屬鋅，由于金屬鋅的熔點為419.53°C、沸點為907°C，生成的金屬鋅在爐內高溫下進行氣化，并以鋅蒸汽的形式隨煙氣排出。鋅蒸汽在煙氣冷卻降溫過程中鋅被再次氧化，并生成氧化鋅固體顆粒，氧化鋅經收集后，可獲得含氧化鋅含量40?65%的副產品。因此，在金屬化球團生產過程中，本工藝具有脫鋅和收鋅功能。
[0019]本發明在采用高爐瓦斯灰、轉爐OG泥、轉爐二次除塵灰混合物料進行生產內核中，根據轉爐OG泥粒度較細、CaO含量較高的特點，在不配加粘結劑的情況下進行內核生產，降低了生產成本。
[0020]本發明的有益效果為:
(1)、本發明使鋼鐵企業產生的冶金含鐵塵泥得到了有效利用，減少了冶金含鐵塵泥堆積所造成的環境污染，且本發明所述的工藝單條生產線投資少，僅2000萬元/條，年生產能力可達到10?15萬噸；
(2)、本發明所述的大粒度復合球團礦生產工藝，解決了復合金屬化球團還原過程中內部傳熱及還原質量不均的問題，可使復合金屬化球團的金屬化率達到90%以上，高爐配加使用過程中厚爐料透氣性好，復合金屬化球團堿金屬脫除率較高，增加了高爐配加冶金含鐵塵泥的使用量；
(3)、本發明通過在復合金屬化球團內核外裹鐵精礦形成復合球團，解決了冶金含鐵塵泥在還原焙燒過程中的膨脹問題；
(4)、本發明通過對冶金含鐵塵泥進行直接還原處理，生產出復合金屬化球團，為高爐調整爐料結構提供金屬化爐料，進一步降低入爐焦比，高爐配入比例達到10%時可降低焦比8% ο
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例1中利用冶金含鐵塵泥生產高強度復合金屬化球團的結構示意圖；圖2是實施例1中利用冶金含鐵塵泥生產高強度復合金屬化球團的工藝流程圖；
圖3是實施例2中利用冶金含鐵塵泥生產高強度復合金屬化球團的結構示意圖；
圖4是實施例2中利用冶金含鐵塵泥生產高強度復合金屬化球團的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
[0023]實施例1
如圖1所示的一種利用冶金含鐵塵泥生產的高強度復合金屬化球團，用于高爐或轉爐冶煉爐料，它包括內核1、包裹在內核I外部的外殼2，內核I由冶金含鐵塵泥組成，冶金含鐵塵泥由高爐瓦斯灰、轉爐OG泥、轉爐二次除塵灰按質量比為650:580?610:55?70的比例混合而成，外殼2由鐵精礦與膨潤土按質量比為650:13?18的比例混合而成，冶金含鐵塵泥與鐵精礦的質量比為60?65:35?40，內核I的粒度為20?25mm，外殼2的厚度為5?10_。外殼2的外部還覆蓋有一層煤炭粉作為還原劑3。煤炭粉的質量為外殼2中鐵精礦質量的5?8%，其中粒度為-120目的煤炭粉顆粒的質量百分比含量大于80%。
[0024]鐵精礦的鐵品位為54?66%、S12含量2?15%，其中粒度為-200目的鐵精礦顆粒的質量百分比含量大于80%。
[0025]煤炭粉中固定碳、灰分、揮發分的質量百分比為72?76:11?15:11?14。