轉(zhuǎn)底爐直接還原脫鋅工藝的參數(shù)優(yōu)化研究

2017-07-10 作者：佚名網(wǎng)友評(píng)論 0 條

以鋼鐵廠含鋅粉塵為原料，對(duì)含鋅球團(tuán)的直接還原過(guò)程進(jìn)行了研究。重點(diǎn)探索了還原溫度、還原時(shí)間和配碳量對(duì)于球團(tuán)脫鋅率、金屬化率的影響。

　　李東海[1]，王強(qiáng)[2]，倪曉明[2]

　　1.重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司 2.中冶賽迪技術(shù)研究中心有限公司

　　1 引言

　　鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生8%~12%的各類粉塵，這些粉塵往往還含有Fe、Zn等有價(jià)元素[1]。傳統(tǒng)處理方法一般是直接返回?zé)Y(jié)工序，但是由于Zn沸點(diǎn)低，在高爐內(nèi)會(huì)形成富集，進(jìn)而引起爐內(nèi)結(jié)瘤、爐襯侵蝕，影響氣流分布，懸料頻繁，危害高爐的正常運(yùn)行，不利于高爐長(zhǎng)壽[2, 3]。因此，如何有效的處理含鋅粉塵，回收其中的有價(jià)元素，減輕高爐的鋅害問(wèn)題，已成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排、特別是高爐長(zhǎng)壽運(yùn)行越來(lái)越重要的命題。

　　當(dāng)前，處理含鋅粉塵的方法有轉(zhuǎn)底爐法、回轉(zhuǎn)窯法、豎爐法、流化床法等等。其中，轉(zhuǎn)底爐技術(shù)作為一種直接還原脫鋅工藝，因效果好、能力大、生產(chǎn)靈活、投資省，逐漸在業(yè)界得到了認(rèn)可，自1978年在美國(guó)首先問(wèn)世，逐漸在日本、韓國(guó)等鋼鐵大國(guó)推廣開(kāi)來(lái)[4-7]。

　　賽迪熱工環(huán)保公司致力于冶金固廢的環(huán)保處理，在轉(zhuǎn)底爐工藝的工程化應(yīng)用中已開(kāi)展了一系列的基礎(chǔ)研究工作。本文以實(shí)際工程應(yīng)用為導(dǎo)向，首先在實(shí)驗(yàn)室中模擬轉(zhuǎn)底爐內(nèi)還原過(guò)程，研究了還原溫度、還原時(shí)間和配碳量等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)于球團(tuán)脫鋅率、金屬化率的影響，旨在為轉(zhuǎn)底爐工程設(shè)計(jì)和工業(yè)生產(chǎn)確立最佳的工藝參數(shù)。

　　2 試驗(yàn)方法

　　實(shí)驗(yàn)所用原料來(lái)自于國(guó)內(nèi)某鋼鐵企業(yè)的四種不同的含鋅粉塵，其成份如表1所示。配碳量按C/O摩爾比進(jìn)行計(jì)算，粉塵與粘結(jié)劑等混合均勻后使用對(duì)輥壓球機(jī)進(jìn)行造塊，烘干后進(jìn)行還原試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)用粉塵的化學(xué)成份(mass%)

　　圖1 是用于模擬轉(zhuǎn)底爐內(nèi)直接還原過(guò)程的試驗(yàn)用焙燒爐結(jié)構(gòu)示意圖，采用天然氣和電加熱以確保爐內(nèi)溫度和氣氛可準(zhǔn)確控制，還原后，快速取出球團(tuán)并用氮?dú)饫鋮s至室溫，然后檢測(cè)其脫鋅率和金屬化率。試驗(yàn)鐵與鋅氧化物的還原過(guò)程反應(yīng)式如下：（1）~（3），脫鋅率和金屬化率的定義式：（4）~（5）。

　　3 結(jié)果與討論

　　首先進(jìn)行了單球升溫試驗(yàn)，以了解球團(tuán)的升溫特性，特別是球團(tuán)內(nèi)部與球團(tuán)表面的升溫速度差異，設(shè)定溫度為1300℃，C/O=1.0，升溫速度如圖2所示。結(jié)果表明，當(dāng)爐膛溫度設(shè)定為1300℃時(shí)，需約6min球團(tuán)表面溫度才會(huì)升到1200℃以上，而中心溫度約需20min才能達(dá)到與表面溫度一致。

　　根據(jù)單球升溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了基本的工藝參數(shù)條件，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)展了還原溫度、還原時(shí)間和配碳量的進(jìn)一步優(yōu)化研究。

　　3.1 還原溫度的影響

　　在單球試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了不同溫度條件對(duì)于多球團(tuán)還原影響的試驗(yàn)，還原時(shí)間為25min，C/O=1.0，溫度水平分別為1150℃, 1200℃, 1250℃ and 1300℃，結(jié)果如圖3所示。增加溫度有利于加強(qiáng)還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，可促進(jìn)脫鋅率和金屬化率的提高，從1150℃提高到1300℃時(shí)，脫鋅率72%提高到了91%，金屬化率則由68%提高到78%；在1250℃以后，還原反應(yīng)已基本完成，因此提升速度放緩，綜合考慮實(shí)際生產(chǎn)中的能耗成本因素，建議還原溫度控制在略高于1250℃即可。