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钢铁工业每年产生大量的可再利用钢铁尘泥,统计资料显示,每生产一吨钢,就要产生8%~20%的钢铁尘泥。钢铁尘泥中含有铁、碳、熔剂等有用成分及其他杂质元素如锌、铅等等。如果不经过无害化处理随意堆弃,将会产生环境污染和资源浪费。随着铁矿石价格逐年上涨及煤基直接还原技术的不断进步,钢铁尘泥的再利用已经表现出良好的经济效益和技术上的可行性。在众多直接还原技术中,转底炉直接还原技术具有原料适应性强,有价元素锌、铅与成品金属化球团分离彻底,炉体结构简单,造价较低,运行方便等特点,成为钢铁尘泥资源化的最佳技术。为此,有必要开展模拟转底炉处理钢铁尘泥工艺的实验研究,为转底炉实际生产提供指导。 本研究使用某钢铁公司的产生的高含碳瓦斯泥,高含铁转炉泥,铁红以及氧化铁皮为原料,利用瓦斯泥中的固体C作为还原剂,模拟转底炉工艺生产金属化球团。首先,根据物料的化学组成进行合理的配料。然后研究了冷压含碳球团的最佳生产工艺,研究了不同的粘结剂,不同的压力及水分配比对冷压含碳球团落下强度和抗压强度的影响,得到生产冷压含碳球团的最佳生产工艺。最后研究了含碳球团生产金属化球团的工艺,探索了不同的还原气氛,不同的温度,不同的C/O摩尔比对金属化率的影响,得到最佳直接还原工艺。 通过本论文的实验,得出以下结论: (1)根据物料的化学成分,物料配比为瓦斯泥∶转炉泥∶铁红∶氧化铁皮=50%∶25%∶12.5%∶12.5%,得到的混合尘泥含铁品位为48.38%,C/O摩尔比为1.2,酸性脉石成分比例较少,二元碱度R(CaO/SiO2)0.8,混合尘泥含硫0.53%,低磷,含有0.86%的锌。 (2)冷压含碳球团的最佳生产工艺条件是:选择糖蜜作为粘结剂,添加量为6%;对辊压球机压力为16-18MPa;水分添加量6%-7%。实验得到含碳球团湿球落下强度为5次,抗压强度为210N/个;干球落下强度为7次,抗压强度为489N/个的含碳球团,能够满足转底炉生产对强度的要求。 (3)金属化球团最佳生产工艺为:在球团表面覆盖煤粉弱还原气氛条件下,C/O摩尔比为1.2,还原温度1200℃,还原时间为30min。在此工艺条件下,可以得到金属化率达到96%金属化球团,球团脱锌率为98%,残留的锌含量小于0.01%。通过对高温金属化球团的再氧化实验表明,高温金属化球团很容易被空气中的氧氧化,尤其是前5分钟,金属化率下降很快。所以高温金属化球团从炉内取出之后应该在表面覆盖煤粉,防止再氧化的进行。