自熔性复合金属化球团及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金和矿物工程技术领域，具体地说是一种大粒度、高还原速度、低能耗的自熔性复合金属化球团及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]传统的金属化球团是采用铁精矿与膨润土按一定比例配料并混匀后，通过圆盘造球机制成粒度为8?16_的球团，球团经低温干燥后与一定比例的还原煤炭进行混合，混合物料加入到还原炉窑(如竖炉、回转窑、隧道窑和转底炉等)内进行还原，可得到高品位、高金属化率的金属化球团，由于这种方法生产金属化球团的还原时间较长、产能较低和能耗较高，限制了其推广应用。
[0003]传统的金属化球团在粒度选择方面，当球团粒度较大时，虽然增强了球团之间的辐射传热，但球团还原中容易产生表层与内部还原质量不均、球团软熔及金属化球团强度较低的现象，且球团的粒度愈大，其还原不均匀现象愈严重，所需的还原时间也愈长，降低了球团直接还原的生产能力。但当球团粒度过小时，虽然提高了球团的还原速度，但降低了球团之间的传热量，同时球团在加入高炉利用时炉料透气性较差，不利于高炉的正常生产。因此，国内对于球团的粒度一般控制为8?16mm。粒度为8?16mm球团直接还原后生产的金属化球团当供高炉进行利用时，由于球团粒度较小及碱度较低，还原过程中需要加入一定量的石灰石，同时为不影响高炉生产的透气性，金属化球团在高炉中加入比例一般控制为15?30%，限制了金属化球团在高炉中的大量使用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种自熔性复合金属化球团及其生产工艺，以解决传统的金属化球团粒度较小，生产过程中能耗高、产能低的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为:
一种自熔性复合金属化球团，它包括内核、包裹在内核外部的外壳，所述内核由铁精矿、石灰石、煤炭粉、水泥按330:300?350:80?120:6?9的比例混合而成，所述外壳由铁精矿与膨润土按质量比为1320:22?25的比例混合而成，所述内核的粒度为20?25mm，所述外壳的厚度为5?10mm。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述外壳的外部还覆盖有一层还原剂。
[0007]作为本发明的更进一步改进，所述还原剂为煤炭粉，其质量为所述外壳中铁精矿质量的5?8%，其中粒度为-120目的煤炭粉颗粒的质量百分比含量大于80%。
[0008]作为本发明的更进一步改进，所述铁精矿的铁品位为54?66%、Si02含量8?15%，其中粒度为-200目的铁精矿颗粒的质量百分比含量大于80%。
[0009]作为本发明的更进一步改进，所述石灰石中CaO的质量百分比含量为50?55%、S12的质量百分比含量为2?3%，其中粒度为-200目的石灰石颗粒的质量百分比含量大于 80%。
[0010]作为本发明的更进一步改进，所述煤炭粉中固定碳、灰分、挥发分的质量百分比为72 ?76:11 ?15:11 ?14。
[0011 ] 作为本发明的更进一步改进，所述高碱度复合金属化球团中金属化率大于90%，抗压强度为1500N/个球，碱度为1.0?1.2。
[0012]基于上述的一种自熔性复合金属化球团的生产工艺，它包括以下步骤:
步骤一、制备内核，将铁精矿、石灰石、煤炭粉、水泥按330:300?350:80?120:6?9的比例配料并混合均匀，混合物料加入少量水分润湿后静置45min，当水泥开始初凝时进行圆盘或圆筒造球，造球中控制球团中水的质量百分比含量为7?10%、内核的粒度为20?25mm ；
步骤二、包裹外壳形成复合金属化球团，将铁精矿与膨润土按质量比为1320:22?25的比例配料并混合均匀，将步骤一所生产的内核放入该混合物料中，采用造球圆盘或圆筒将混合物料均匀包裹在所述内核的外壁上，形成所述外壳，外壳的厚度为5?10mm，得到粒度为25?35mm的湿复合金属化球团；
步骤三、复合金属化球团外壁包裹还原层，将所述步骤二中制备的湿复合金属化球团放入质量为铁精矿质量5?8%的煤炭粉中，采用圆盘造球机使其外部均匀覆盖一层煤炭粉，形成还原层；
步骤四、复合金属化球团的布料与干燥，在还原窑的窑车底部、周边铺设一层10?20_厚度的残炭或挥发分较低的煤炭，将复合金属化球团采用分级分层布料的方式铺设在窑车上，在复合金属化球团的上表层铺设一层10?20mm厚度的盖面煤炭，静置干燥；步骤五、复合金属化球团的还原焙烧，干燥后的复合金属化球团在还原窑内经过温度1150?1250°C、还原时间90?120min的直接还原及高温固结，得到高温还原复合金属化球团；
步骤六、高温还原复合金属化球团的冷却与分选，将步骤五所得的高温还原复合金属化球团无氧冷却到常温后进行磁性物料与非磁性物料分选，得到金属化率大于90%、抗压强度1500N/个球、碱度为1.0?1.2的自熔性复合金属化球团产品。
[0013]作为本发明的更进一步改进，所述还原窑为隧道窑或者车底炉或者室式炉。
[0014]自熔性复合金属化球团粒度的确定:主要是根据大粒度复合金属化球团在还原炉内布料后，球团之间的孔隙较大，有利于球团上下层之间的辐射传热，减小物料的传热热阻及上下层物料的温差，使整个物料沿厚度方向得到均匀还原，实现厚料层的还原焙烧。但当球团的粒度超过40mm时，由于球团内部传热热阻的增大及球团还原需要吸收一定的热量，球团的内外温差随之增大，影响内核的石灰石分解及煤炭的气化。当球团粒度小于20mm时，上下球团之间的传热主要为传导传热，不利于厚料层的球团还原。此外，本工艺生产的自熔性复合金属化球团作为高炉炉料使用时，为提高高炉的透气性，金属化球团的粒度应尽可能增大。因此，本发明所述的自熔性复合金属化球团的粒度选择为25?35_。
[0015]本发明的有益效果:
(I)本发明提高了球团的还原反应速度，复合金属化球团的内核中加入了石灰石、煤炭等混合物料，可使内核中石灰石分解产生的0)2与碳发生气化反应生成CO，当CO由内核往外扩散通过外裹料层时，CO再与铁氧化物反应生成CO2，生成的0)2除一部分返回到内核继续参与碳气化反应外，大部分0)2在向外扩散通过外层配炭时，CO 2又与碳发生气化反应生成CO，生成的CO除一部分返回到外裹料层参与铁矿石还原外，大部分CO向外扩散到炉膛空间中进行燃烧，不仅提高铁矿石还原过程的气氛浓度及还原反应速度，而且向还原炉内提供了燃料；
(2)本发明在内核中通过配加石灰石，起到了增氧还原的作用，石灰石分解后产生的CaO起到了调整球团碱度的作用；
(3)在自熔性复合金属化球团直接还原过程中，炉膛空间传递给球团的热量，首先从球团表面往内部传递，球团表层温度优先升高，当球团表层温度达到600°C以上开始进行还原反应，并随着铁矿石温度的升高，还原反应速度逐渐加快。由于球团表层的铁矿石升温及还原反应需要吸收一定热量，使球团心部的温度较低。本发明为避免球团粒度增大后在直接还原中出现的内外还原质量不均及容易出现软熔的问题，采用自熔性复合金属化球团，其内核为铁精矿、石灰石、煤炭粉、水泥等混合物料，外裹铁精矿与膨润土的混合物，可使内核中煤炭与石灰石进行充分接触，石灰石高温分解产生CO2，提高了煤炭的碳气化反应速度，碳气化反应放出的CO在向外扩散通过外裹料层时，提高了铁精矿还原反应的动力学条件，使铁矿精矿在较低的温度下能够还原；
(4)提高了自熔性复合金属化球团的强度，本发明通过在内核外部外裹一层铁精矿与膨润土的混合物料，其还原产生的金属颗粒可形成片状或网状的结构，球团中配入一定量的铁精矿后在高温下形成渣相，对球团起到固结的作用，提高了金属化球团的强度；
(5)本发明所生产的自熔性复合金属化球团中含碳量为2-5%，高炉或冲天炉配加使用后可降低焦比1.6-4%，同时为冲天炉生产低成本铁水提供原料。
【附图说明】
[0016]图1是自熔性复合金属化球团的结构示意图；
图2是自熔性金属化球团的生产工艺流程图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0018]如图1所示的一种自熔性复合金属化球团，它包括内核1、包裹在内核I外