[发明专利]一种快速还原的复合球团及其制备方法和还原工艺

说明书

本发明公开了一种快速还原的复合球团及其制备方法和球团还原工艺。该复合球团包括为含挥发分含量较高的还原剂球核、中间碳酸钙质层、含铁物料壳层。当球团还原焙烧过程中，球核层会分解出大量的Hsubgt;2/subgt;、CO和CHsubgt;4/subgt;等参与铁氧化物的还原；然后碳酸钙质层发生分解反应释放COsubgt;2/subgt;，并与球核内的C发生布多尔反应生成更多的CO，CO向外扩散时将壳层中的铁氧化物还原。从而使球团含铁物料壳层内部和外部的铁氧化物同时发生还原反应，相比普通球团或内配碳球团具有更快的还原速度和更高的还原球强度。

技术领域

本发明涉及球团还原技术，具体涉及一种快速还原的复合球团及其制备方法和球团还原工艺，属于含铁球团还原技术领域。

背景技术

将金属铁从含铁矿物(主要为铁的氧化物)中提炼出来的工艺过程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法等。从冶金学角度而言，炼铁即是铁生锈、逐步矿化的逆行为，简单的说，从含铁的化合物里把纯铁还原出来。在高温下，用还原剂将铁矿石还原得到生铁的生产过程。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭；焦炭的作用是提供热量并产生还原剂一氧化碳。

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。凡是采用高炉法炼铁存在生产周期长、生产效率低、能源消耗大、污染物产生量大等技术问题。

直接还原铁(DRI)是短流程炼钢流程中废钢的补充品和冶炼优质特钢的理想原料。近年来，世界范围内直接还原铁的生产得到迅速的发展。由于铁矿石资源和天然气缺乏，我国的直接还原工艺发展比较慢，研究和实践热点也集中于煤基直接还原工艺，采用非焦煤生产直接还原铁或金属铁。现有的煤基直接还原工艺中，一般使用氧化球团或者冷固结球团为原料在回转窑中进行反应生产DRI。煤基回转窑直接还原工艺中，炉料从入窑到产品出窑需6-8h，生产周期较长、生产效率低。回转窑直接还原工艺的生产率即单位时间回转窑产出产品的多少通常与窑的尺寸和结构、原料和燃料条件、窑内温度及温度分布、气氛以及装料量等有关，而球团的还原速度是影响直接还原生产周期和生产效率的根本因素。

为了提高直接还原的还原速度，研究人员和从业者提出了一些技术措施，在窑体设计(如CN110229939A，一种两段回转窑法非焦炼铁装置)、球团配料(如CN106591572A，一种强化铁矿内配碳球团制备及还原的方法)等方面提出了一些措施，但是工业应用的实用性较差，目前仍大都停留在实验阶段，尚未得到推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种快速还原的复合球团及其制备方法和球团还原工艺。该复合球团包括三个料层，内核球团料层(还原球核)为含挥发分含量较高的还原剂与粘结剂的混合物，中间球团料层为碳酸钙(CaCO₃)质层，外层球团料层(含铁物料层)为铁精矿和粘结剂的混合物。当球团还原焙烧过程中，首先内核球团料层会分解出大量的还原性气体(H₂、CO和CH₄等)用于参与铁氧化物的还原；然后中间球团料层发生分解反应释放CO₂，CO₂与内核球团料层内的C发生布多尔反应生成更多的CO，CO向外扩散时将外层球团料层中的铁氧化物还原。从而使球团外层和内层的铁氧化物同时发生还原反应，相比普通球团或内配碳球团具有更快的还原速度和更高的还原球强度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下所述：

根据本发明的第一种实施方案，提供一种快速还原的复合球团。

一种快速还原的复合球团，该复合球团包括还原球核、包覆在还原球核外部的碳酸钙质层、以及包覆在碳酸钙质层外部的含铁物料层。

作为优选，所述还原球核包括还原剂和粘结剂I。所述还原剂选自烟煤、褐煤、生物质、有机固废中的一种或多种。粘结剂I的含量为还原剂总质量的0.05～0.3％，优选为0.08～0.2％。