用钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团的方法及系统

技术领域

本发明属于钢铁冶金行业，涉及一种钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团的方法。

背景技术

随着环境立法的要求越来越严，对钢铁企业环境适应性的要求也不断提高。因此，一些降低能源消耗、减少废弃物排放及废弃物回收再利用的技术方法在钢厂得到大力推广。近几年开发的一些钢厂废弃物回收、回用技术都已得到成功应用。这些技术可以实现诸如降低废弃物排放、节约废弃物处置费用、回收利用部分含Fe、Zn产品的作用。钢厂除尘灰和钢厂污泥，在钢厂废弃物中占有重要比例，若能实现其回收再利用，对保护社会环境、降低企业成本具有重要意义，据悉，每回收利用一吨除尘灰可节约500元。

目前，对于除尘灰的处理，通常是采取如下工艺：炼钢除尘灰通过一文、二文、重力脱水器、弯头脱水器、湿旋脱水器由转炉浊环水带入污水槽，再进入污水处理设备，经沉淀后污泥运至造球车间，作为冷压球团的原料，加入膨润土和粘结剂，混合后制成球团，烘烤后即得到冷却造渣球团(后简称为冷却球团)，将冷却球团送入转炉高位料仓，可作为转炉炼钢的冷却剂。

但是，该方法所用设备数量很多，对各设备的要求也很高，故设备成本和维护成本都很高。另外，该方法需要两次干燥段才能达到成品，干燥现有蒸汽加热与电加热两种，蒸汽加热为散热器换热,热量损耗大，电加热的热转化率低，故总体耗能高；由于现有球团制作工艺，及干燥设备制约，一般产量普遍低；干燥速度低，及干燥设备的产量，导致产量受到制约，制备周期长；球团质量主要取决于球团强度、硬度、含水量及制作球团的压球机质量，现有球团制作工艺想要制作出合格的球团，对压球要求很高，需要高压压球机制作球团，这直接导致压球设备成本高，电力能源要求高，耗能大，然后再在常压状态下，温度150℃左右，经过时间长达12小时以上的干燥时间才能得到合格的球团。虽然如上已经耗时耗能耗设备成本，但是所得球团的质量却难以有很大提高，仍易出现粉化等问题；同时，生产中添加的粘结剂一般为CMC焦油淀粉聚乙烯醇(国内市场最好的粘结剂之一)，市场价格最低5000元/吨，球团含量不低于2％，按一吨球团计算，每吨球团含20KG，成本在100元/每吨，由此提高了生产成本，而且CMC焦油淀粉聚乙烯醇还具有耐高温性能差、在焙烧过程中易失去粘性造成球团粉化率等缺点，影响球团的硬度及强度。更关键的是，该物理方法制得的球团中粘结剂的粘度还有，料仓设于钢水之上，在还没投放之前，球团易因二次高温发生粘仓的问题，导致投放时冷却造渣球团的投放量控制不能精确，不但影响冷却的效果，更直接影响钢水的品质和纯度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种节能、环保、产品质量好的用钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团的方法及系统，针对目前在钢厂除尘灰或钢厂污泥回收利用方法中存在的高能耗、高设备投入和低产出、低质量等不足及不合理，综合考虑了各方面的因素后，对回收利用工艺从原料选择到设备布局到工艺过程参数等都进行了重新的设计，设计内容包括：

(1)制备球团的原料中，不添加除了膨润土以外的其它任何粘结剂；

(2)在筹备产线系统时去除两道烘干装置，可选用功率较小的压球机；

(3)利用蒸养法并采用合适参数制备球团成品。

本发明是具体是通过以下技术方案来实现的：

一种用钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团的方法，包括如下步骤：

1)、准备钢厂除尘灰或钢厂污泥，准备钢厂除尘灰时可用干法收集法将炼钢除尘灰通过布袋除尘器收集，运至造球车间，完成钢厂除尘灰的准备；准备钢厂污泥时可用湿法收集法将炼钢除尘灰通过一文、二文、重力脱水器、弯头脱水器、湿旋脱水器由转炉浊环水带入污水槽，再进入污水处理设备，经沉淀后将污泥运至造球车间，完成钢厂污泥的准备。

2)、本发明综合考虑一般冷却球团成品所需铁的含量和回收的工艺难易程度，最终确定按照质量比为钢厂除尘灰和/或钢厂污泥75～85％、氧化铁皮10～20％、膨润土2～15％的比例称取原料并混合均匀；其中具体地，充分考虑了钢厂除尘灰和/或钢厂污泥、氧化铁皮、膨润土各自的性能和回收利用的实际问题：钢厂除尘灰和/或钢厂污泥作为回收利用的主体，其含量在制作球团时使用得越多，越利于钢厂废料钢厂除尘灰和钢厂污泥的回收，利于节能减排，也使得成品的原料成本降低，同时，氧化铁皮用于补充铁元素，价格较高，若是用量越少，越利于降低成本，在上述比例的情况下，可根据钢厂对冷却球团的含铁量的要求对钢厂除尘灰或钢厂污泥、氧化铁皮的量做适用性的选择；本发明考虑到后续工艺为化学方法，且没有烘干开裂的问题，故可适当降低对压球成型的要求，即也可降低对原料之间粘合作用的要求，同时也为节约成本和避免后续的粘仓问题，发明人选择在原料中不添加粘合剂，而膨润土作为类似粘结剂使用，若是使用的量越少，球团的纯度越高，越利于提高球团的质量，本发明基于后续的蒸养工艺，同时，一是考虑膨润土作为类似粘结剂在工艺中必须有的含量，二是为提高球团的纯度和质量，均衡后优选膨润土的质量比控制为3～6％。

3)、将上述混合物微调水后经压球成型制成球团，为利于球团成型，作为优选，调入微量水后混合物中水分含量占混合物总质量的1～20％；考虑到后续工艺为化学方法，且没有烘干开裂的问题，发明人经过多次试验，发现可适当降低对压球成型的要求，由此作为优选，适当降低对压球的要求，即在压球成型时，可选用功率较小的压球机进行压球成型，一是大大节约设备成本，二是大大节约电力能源；更优的是，采用两台功率较小的压球机，先使用一台用于预压，再使用另外一台用于压球成型。

4)、将上述制得的球团送入密闭的蒸压釜中，直接通蒸汽对球团进行蒸养加热，使其发生蒸养反应，蒸养介质为水蒸气，蒸养压力为0.05～1.4MPa，水蒸气温度为105℃～195℃，蒸养时间0.5～2h。蒸养工艺在密闭压力容器中直接通蒸汽来进行蒸养加热的，比蒸汽换热及电加热利用率高，根据压力来调节时间，可大大节约生产效率。本发明的主要目的为消耗钢厂除尘灰和钢厂污泥并制备冷却球团，发明人经过对成分的分析，决定在制备球团时使用蒸养反应，本发明经过多次试验，发现压力在0.05Mpa以上就可以开始对球团蒸养，一般压力越大，蒸养时间越短，做一吨的能耗换算成成本的是以前工艺能耗的1/3，大大节约了能源，而蒸氧釜一般设计时的最高压力为1.4MPa，故为考虑能使用普通的蒸氧釜而节约系统成本，故采取上述蒸养压力0.05～1.4MPa。

5)、将上述蒸养后的产品进行粉尘分离筛选，最后得到成品。

本发明还提供了一种用于实现上述用钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团方法的系统，包含依次设置的配料装置、混合装置、压球机系统、蒸压釜系统、筛分装置、下料装置；所述配料装置用于将原料从配料装置进入混合装置；所述混合装置用于将原料混合均匀，所述压球机系统用于将混合均匀的原料进行压球成型，而后将压球成型所得球团送入蒸压釜系统进行蒸养，所述筛分装置用于对蒸养后的球团进行粉尘筛分；所述混合装置含加水装置，用于对进入混合装置的物料微调水；为大大节约设备成本和电力能源，作为优选，压球机系统选用功率较小的压球机，更优的是，采用两台功率较小的压球机，先使用一台用于预压，再使用另外一台用于压球成型。

与现有冷却造渣球团的制作思路相比，本发明的主要区别在于：

1.制作球团的原材料不同

本发明的原材料除了在钢厂除尘灰或钢厂污泥中添加氧化铁皮和膨润土外，不添加其他粘结剂。现有工艺下，原材料中还需添加粘结剂，添加的粘结剂一般为CMC焦油淀粉聚乙烯醇(国内市场最好的粘结剂之一)，市场价格最低5000元/吨，球团含量不低于2％，按一吨球团计算，每吨球团含20KG，即只此一项就将成本提高了100元/吨，而对于钢厂而言，球团的需求量非常之大，长远看来，成本就提高了很多；另外，CMC焦油淀粉聚乙烯醇还具有耐高温性能差、在焙烧过程中易失去粘性造成球团粉化率等缺点，影响球团的硬度及强度，降低了球团在冷却过程中的实际利用率；更关键的是，目前方法属于物理方法，该方法制得的球团中粘结剂的粘性不会改变，因为暂时放置冷却球团的料仓设于钢水之上，在还没投放之前，球团就易因为其中的粘结剂的粘性问题在受到二次高温时发生部分球团粘仓的问题，导致投放时冷却造渣球团的投放量控制不能精确，不但影响冷却的效果，达不到预计的降温效果，更因为成分比例等问题直接影响钢成品的品质和纯度。本发明考虑到后续工艺为化学方法，且没有烘干开裂的问题，故可适当降低对压球成型的要求，即也可降低对原料之间粘合作用的要求，同时也为节约成本和避免后续的粘仓问题，发明人选择在原料中不添加粘合剂。

2.可用功率较小的压球机进行压球成型

因为采用蒸养工艺，蒸养工艺为化学方法，且没有烘干开裂的问题，故发明人经过多次试验，发现可适当降低对压球成型的要求，如此，可用功率较小的压球机进行压球成型，一是降低了设备成本，二是降低了生产过程中的能耗成本。

3.用蒸养法制备球团成品

蒸养工艺是在密闭压力容器中直接通蒸汽来进行蒸养加热的，比蒸汽换热及电加热利用率高，根据压力来调节时间，压力在0.05Mpa以上就可以开始对球团蒸养，一般压力越大，蒸养时间越短，做一吨的能耗换算成成本的是以前工艺能耗的1/3，大大节约了能源。

在足够的压力和温度下，蒸压釜蒸养球团属于化学反应，得到的球团质量好：球团强度可达65kg/cm²以上，较现有工艺的15kg/cm²有很大提高，当球团强度增大后，一是可以大大减少球团在被运送到料仓前在传输带上因相互碰撞或高度差等引起的破碎粉化率，由此大大提高冷却球团的利用率，二是作为冷却剂投入到钢水中时，因受热分解的速度会相对较慢，延长了其作为冷却剂的时间，故而提高冷却效率，由此可降低冷却所需球团的使用量；当球团被用作冷却剂冷却钢水时，为保证钢成品的质量，球团水分含量越少越好，本发明制得的球团水分在4％左右，较现有工艺的最低8％低很多，而且若是在现有工艺下，制成的球团水分含量低于8％时，含水量越低，粉化率越高，成品率越低，故本发明的方法在获得低水分的同时也没有降低成品率，具有很好的实用价值；本发明的球团尺寸最大能达到60mm，为现有工艺的40mm的1.5倍，球团尺寸越大，一是产量高，二是作为冷却剂投入到钢水中时，下降的速度快，下降的深度也深，故吸热快，冷却的面积广，效率高；三是球团内没有粘结剂，膨润土经过蒸养反应也没有了粘性，在料仓内即使经二次加热也不会发生粘连料仓的问题，易于精确控制冷却球团的投放量。

4、制备球团的系统要求的设备少、对设备的要求不高

本发明所需的制备系统仅需包含配料装置，混合装置(含加水装置)，压球机系统，蒸压釜系统，筛分装置，下料装置，较现有技术的回转干燥装置，配料装置，混合装置(含加水装置)，压球机系统，烘焙机系统，下料装置总体设备少许多，对压球机系统的要求也可有很大降低，大大降低了设备成本和维护成本，设备本身的耗能成本也有很大降低。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明综合考虑了各方面的因素后，对回收利用工艺从原料选择到设备布局到工艺过程参数等都进行了重新的设计，采用新的原料配方，结合合理的质量比例，再配合蒸养工艺及严谨的参数，最终得到冷却球团，本发明的好处是：一是做一吨的能耗换算成成本的是以前工艺能耗的1/3，大大节约了能源；二是不需要两次干燥的过程，而蒸养一般压力越大，蒸养时间越短，大大缩短了生产周期，从之前的12个小时缩短到2～3小时，提高了生产效率；三是所得的球团质量好：1、球团强度：65kg/cm²，较现有工艺的15kg/cm²有很大提高，当球团强度增大后，一是可以大大减少球团在被运送到料仓前在传输带上因相互碰撞或高度差等引起的破碎粉化率，由此大大提高冷却球团的利用率；2、球团水分：4％左右，较现有工艺的最低8％低很多，而且若是现有工艺下制成水分含量低于8％时，含水量越低，粉化率越高，成品率越低；3、球团尺寸：最大能达到60mm，为现有工艺的40mm的1.5倍，球团尺寸越大，一是产量高，二是作为冷却剂投入到钢水中时，下降的速度快，下降的深度也深，故吸热快快，冷却的面积广，效率高；三是球团内没有粘结剂，膨润土经过蒸养反应也没有了粘性，在料仓内即使经二次加热也不会发生粘连料仓的问题，易于精确控制冷却球团的投放量。

通过本发明的方法生产冷却球团，显著降低了生产及投资成本，对于在我国更广泛的推广节能减排和回收利用钢厂除尘灰或钢厂污泥起到了积极的作用，有很高的经济价值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

一种用钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团的方法，包括如下步骤：

1)、准备钢厂除尘灰或钢厂污泥，用干法收集法将炼钢除尘灰通过布袋除尘器收集，运至造球车间；或用湿法收集法将炼钢除尘灰通过一文、二文、重力脱水器、弯头脱水器、湿旋脱水器由转炉浊环水带入污水槽，再进入污水处理设备，经沉淀后将污泥运至造球车间；

2)、按照质量比为钢厂除尘灰和/或钢厂污泥75％、氧化铁皮12％、膨润土13％的比例称取原料并混合均匀；

3)、将上述混合物微调水后经压球成型制成球团；调入微量水后混合物中水分含量占混合物总质量的5％；压球成型时采用两台功率较小的压球机，先使用一台用于预压，再使用另外一台用于压球成型；

4)、将上述制得的球团送入密闭的蒸压釜中，直接通蒸汽对球团进行蒸养加热，使其发生蒸养反应，蒸养介质为水蒸气，蒸养压力为0.05MPa，水蒸气温度为105℃，蒸养时间2h；

5)、将上述蒸养后的产品进行粉尘分离筛选，最后得到成品。

制得的冷却球团的球团强度最大为30kg/cm²。

实施例2

一种用钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团的方法，包括如下步骤：

1)、准备钢厂除尘灰或钢厂污泥，用干法收集法将炼钢除尘灰通过布袋除尘器收集，运至造球车间；或用湿法收集法将炼钢除尘灰通过一文、二文、重力脱水器、弯头脱水器、湿旋脱水器由转炉浊环水带入污水槽，再进入污水处理设备，经沉淀后将污泥运至造球车间；

2)、按照质量比为钢厂除尘灰和/或钢厂污泥80％、氧化铁皮17％、膨润土3％的比例称取原料并混合均匀；

3)、将上述混合物微调水后经压球成型制成球团；调入微量水后混合物中水分含量占混合物总质量的15％；压球成型时采用两台功率较小的压球机，先使用一台用于预压，再使用另外一台用于压球成型；

4)、将上述制得的球团送入密闭的蒸压釜中，直接通蒸汽对球团进行蒸养加热，使其发生蒸养反应，蒸养介质为水蒸气，蒸养压力为0.8MPa，水蒸气温度为170℃，蒸养时间40分钟；

5)、将上述蒸养后的产品进行粉尘分离筛选，最后得到成品。

制得的冷却球团的球团强度最大为50kg/cm²。

实施例3

一种用钢厂除尘灰或钢厂污泥制作冷却造渣球团的方法，包括如下步骤：

1)、准备钢厂除尘灰或钢厂污泥，用干法收集法将炼钢除尘灰通过布袋除尘器收集，运至造球车间；或用湿法收集法将炼钢除尘灰通过一文、二文、重力脱水器、弯头脱水器、湿旋脱水器由转炉浊环水带入污水槽，再进入污水处理设备，经沉淀后将污泥运至造球车间；

2)、按照质量比为钢厂除尘灰和/或钢厂污泥84％、氧化铁皮10％、膨润土6％的比例称取原料并混合均匀；

3)、将上述混合物微调水后经压球成型制成球团；调入微量水后混合物中水分含量占混合物总质量的20％；压球成型时采用两台功率较小的压球机，先使用一台用于预压，再使用另外一台用于压球成型；

4)、将上述制得的球团送入密闭的蒸压釜中，直接通蒸汽对球团进行蒸养加热，使其发生蒸养反应，蒸养介质为水蒸气，蒸养压力为1.4MPa，水蒸气温度为195℃，蒸养时间30分钟；

5)、将上述蒸养后的产品进行粉尘分离筛选，最后得到成品。

制得的冷却球团的球团强度最大为65kg/cm²。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。