钢铁流程含铁尘泥特性及其资源化

通过化学分析、X线衍射分析、光学显微镜分析、扫描电子显微镜-能谱分析及粒度分析等方法对来自传统钢铁流程烧结工序、高炉工序、转炉工序及轧钢工序的含铁尘泥进行基础性能分析;对比和分析国内外含铁尘泥处理工艺,提出含铁尘泥回收利用的发展方向,为钢铁企业含铁尘泥资源化利用提供参考;同时还进行含铁尘泥成球和还原试验。结果表明:根据含铁尘泥的特性,将各种含铁尘泥按照一定的比例配料,不仅可弥补单种原料成球性能的不足,提高球团的强度,还可在不添加或添加少量还原剂和熔剂的条件下,实现含铁尘泥球团的还原,充分利用尘泥中的Fe,C和Ca O等有价资源。     

含铁尘泥高碱度内配碳球团自还原过程中脱硫和脱磷研究

在竖式碳管炉中进行含铁尘泥高碱度内配碳球团的还原试验,并通过改变温度、配碳比和碱度对含铁尘泥还原过程中的脱硫和脱磷进行研究。结果表明,高碱度内配碳球团在高温下快速还原制备金属铁粒的脱硫率高于97%,铁粒中硫含量最低达到0.007%,而脱磷率一般为25%~35%,最高达到38.52%。随着温度和配碳比的升高,铁粒的脱硫率和脱磷率均增加;而随着碱度的增加,铁粒的脱硫率和脱磷率均先增大后减小。     

高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷

以转炉除尘灰、高炉瓦斯灰和硫酸渣为含铁原料,制成CaO/SiO2值为2.0、C/O摩尔比为1.1～1.2的高碱度内配煤含铁团块,在1330～1380℃下进行自还原,研究这一过程的脱硫和脱磷规律.结果表明:(1)高碱度内配煤含铁团块自还原过程中,通过还原气化脱硫可去除20%～40%的硫,其余的硫绝大部分存在于渣中,并通过渣铁分离被去除,总脱硫率高于97%.(2)过量的CaO可以抑制脉石中的P2O5被碳还原,已被还原的磷一部分被新生态的金属铁吸收,另一部分从团块内部逸出而去除.脉石中未被还原的P2O5最终可通过渣铁分离被去除,总脱磷率达到50%～60%.(3)高碱度内配煤含铁团块高温自还原法可制备出低硫、低磷的纯净金属铁粒.     

冶金含铁尘泥再资源化的技术现状与展望

针对钢铁企业含铁尘泥量大、利用率低的现状,介绍了冶金含铁尘泥回收利用的几种方式及其优缺点.物理法的磁选、浮选工艺对尘泥分选处理后可得到含铁原料,但脱除有害元素的能力有限.湿法工艺处理高锌舍铁尘泥投资较小,可直接制成产品,二次污染小,但能耗大且酸碱等浸出剂对设备有腐蚀性.火法工艺是国内钢厂最常用的方法,金属化球团可以有效除去尘泥中的有害元素并制成高品位的含铁产品,拥有广阔前景,但投资成本较高,目前难以大范围推广.     

含锌粉尘内配碳球团还原模型

以转底炉处理钢铁厂含锌粉尘为背景,结合转底炉实际生产工艺条件,建立了含锌粉尘内配碳球团直接还原一维非稳态数学模型.模型不仅考虑了铁氧化物的还原反应和碳的气化反应,还加入了氧化锌的还原反应,并通过实验验证了模型的准确性.利用计算结果分析讨论了炉温、球团半径及孔隙率对球团还原的影响.炉温对球团的金属化率和脱锌率均有显著影响,孔隙率和球团半径仅对球团的金属化率影响较小,而对脱锌率基本没有影响.     

含锌粉尘内配碳球团还原模型

以转底炉处理钢铁厂含锌粉尘为背景,结合转底炉实际生产工艺条件,建立了含锌粉尘内配碳球团直接还原一维非稳态数学模型.模型不仅考虑了铁氧化物的还原反应和碳的气化反应,还加入了氧化锌的还原反应,并通过实验验证了模型的准确性.利用计算结果分析讨论了炉温、球团半径及孔隙率对球团还原的影响.炉温对球团的金属化率和脱锌率均有显著影响,孔隙率和球团半径仅对球团的金属化率影响较小,而对脱锌率基本没有影响.     

含铁尘泥在转炉中的利用

为实现含铁尘泥有效成分的资源化利用——用于转炉炼钢,考察铁碳球的使用对炼钢指标的影响以及经济效益。理论和试验分析表明,含铁尘泥制备成铁碳复合球团后完全可应用于转炉冶炼,并能促进化渣脱磷;也可作为炼钢终点的降温剂。铁碳复合球团的使用可以替代部分废钢,在适量使用的情况下,对工序的最终成本几乎无影响。     

含铁尘泥在转炉中的利用

为实现含铁尘泥有效成分的资源化利用——用于转炉炼钢,考察铁碳球的使用对炼钢指标的影响以及经济效益。理论和试验分析表明,含铁尘泥制备成铁碳复合球团后完全可应用于转炉冶炼,并能促进化渣脱磷;也可作为炼钢终点的降温剂。铁碳复合球团的使用可以替代部分废钢,在适量使用的情况下,对工序的最终成本几乎无影响。     

还原焙烧行为对冶金尘泥含碳球团结构及强度的影响

以高炉瓦斯灰和转炉污泥为原料制备含碳球团,通过还原焙烧实验,考察了焙烧温度、焙烧时间以及球团配碳量对球团微观结构及强度的影响。结果表明,升高还原温度、延长还原时间均使得球团内金属铁相连晶增加、孔隙减少且金属铁相、浮氏体及渣相连结增强,球团抗压强度提高,特别是升高温度对改善球团微观结构并提高球团抗压强度的作用最为显著,而球团配碳量的增加导致还原后的球团内部灰分及残碳增多,将铁相连晶分割成大小不一的片区,破坏了铁相聚集连续性,且球团中孔洞及脆性残碳增多,球团强度降低。因此,在控制较低球团配碳量的条件下,在还原焙烧过程中选择较高的温度及较长的时间,冶金尘泥含碳球团可获得较高的抗压强度。     

含锌电炉粉尘配碳球团的冶金特性

以某钢铁公司含锌电炉粉尘为原料,配入适当的无烟煤制成含碳球团,焙烧球团通过还原煤保护冷却至室温后进行化学分析·研究了1150℃～1300℃的范围内,温度、时间和内配煤量对锌、铁的还原速率以及球团抗压强度的影响·研究结果表明:锌、铁的还原率均随焙烧温度、焙烧时间以及内配煤量的增加而提高;抗压强度随焙烧温度、焙烧时间的增加而增高,但随内配煤量的增加出现极值点·焙烧球团最佳的工艺参数:焙烧时间为15min,内配煤量为13 04%,焙烧温度为1250℃·此时锌的还原率为98 43%,金属化率为94 51%,抗压强度为800 6N/球·     

Numerical simulation of the direct reduction of pellets in a rotary hearth furnace for zinc-containing metallurgical dust treatment

A mathematical model was established to describe the direct reduction of pellets in a rotary hearth furnace (RHF). In the model, heat transfer, mass transfer, and gas-solid chemical reactions were taken into account. The behaviors of iron metallization and dezincification were analyzed by the numerical method, which was validated by experimental data of the direct reduction of pellets in a Si-Mo furnace. The simulation results show that if the production targets of iron metallization and dezincification are up to 80% and 90%, respectively, the furnace temperature for high-temperature sections must be set higher than 1300°C. Moreover, an undersupply of secondary air by 20% will lead to a decline in iron metallization rate of discharged pellets by 10% and a decrease in dezincing rate by 13%. In addition, if the residence time of pellets in the furnace is over 20 min, its further extension will hardly lead to an obvious increase in production indexes under the same furnace temperature curve.     

钒钛磁铁矿直接还原试验研究

在热力学分析的基础上研究了实验室条件下钒钛磁铁矿配煤直接还原的特点,考察了还原机理及还原温度、反应时间和配碳量对金属化率的影响.结果表明:采用直接还原可使钒钛磁铁矿中铁的氧化物优先还原为金属铁,钛仍以氧化物的形态存在;随着温度升高,球团金属化率呈上升趋势,且上升趋势随之减缓;在xC/xO=0.9∶1时,延长反应时间金属化率增加,但反应时间过长金属铁会被再氧化,反应时间控制在20 min为宜;在xC/xO=1.1∶1时,40 min内未出现再氧化现象;低配碳(xC/xO=0.8∶1)时,球团的金属化率随还原时间、还原温度的增加而增加,1 300℃下还原10 min后金属化率即达到了90%以上.     

钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响因素

通过单因素实验考察了还原温度、还原时间及碳氧摩尔比（nC/nO）对钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响,结合扫描电镜照片解释了钒钛磁铁矿的还原机理.实验结果表明,适当升高还原温度、延长还原时间及增加碳氧摩尔比均可以促进钒钛磁铁矿的还原,并且金属化率随还原温度的升高先急剧升高而后趋于平缓,随着还原时间的延长及碳氧摩尔比的增加而先升高后降低,而残碳量随着反应的进行不断降低.当还原温度为1350℃,还原时间为30 min,碳氧摩尔比为1.2时,球团的金属化率达到最大值.通过扫描电镜照片可以看出,球团在还原过程中形成了铁连晶,并且在不同的还原条件下铁连晶的大小及形态不同.     

Reduction of 1-3 mm iron ore by H2 in a fluidized bed

The reduction of 1–3 mm fine powder of iron ore by H₂ was conducted in a lab-fabricated kg class high temperature fluidized bed. The results show that the differential pressure in the fluidized bed, which has small fluctuation with time, increases with the increase of gas flowing velocity. The utilization ratio of gas decreases when the reaction lasts longer time indicating that the reaction is faster at the beginning of reduction and becomes slower in the latter process. The higher the reaction temperature is, the higher the utilization ratio of gas is, but the difference of utilization ratio among the different temperatures becomes smaller with time. The utilization ratio of gas and the metallization ratio can reach 9% and 84% respectively at 750°C for 20 min, which shows the reduction reaction by H₂ is very fast. The increase of metallization ratio with gas velocity performs quite good linearity, which shows that a higher velocity of reducing gas can be used to improve the productivity of the reactor when H₂ is used as reducing gas. With the increase of charge height, the metallization ratio decreases, but the utilization ratio of gas increases. The reaction temperature can be reduced to 700–750°C from 800–850°C when H₂ is used as reducing gas.     

Basic properties of steel plant dust and technological properties of direct reduction

Basic physicochemical properties of the dust from Laiwu Iron and Steel Co. Ltd. were studied. It is found that C, Zn, K, Na, etc. exist in the fabric filter dust, off gas (OG) sludge, fine ash in converter, and electrical field dust in sinter. Among these, OG sludge gives the finest particle, more than 90% of which is less than 2.51 μm. The dust can lead to a serious negative influence on the production of sintering and blast furnaces (BF) if it is recycled in sintering. The briquette and reduction experimental results showed that the qualified strength could be obtained in the case of 8wt% molasses or 4wt% QT-10 added as binders. Also, more than 75% of metallization ratio, more than 95% of dezincing ratio, as well as more than 80% of K and Na removal rates were achieved for the briquettes kept at 1250°C for 15 min during the direct reduction process. SEM observation indicated that the rates of indirect reduction and carbonization became dominating when the briquettes were kept at 1250°C for 6 min.     

转炉污泥对氧化球团还原性的影响

运用XRD,SEM和EDX从矿物组成和矿相结构研究配加转炉污泥和未配加转炉污泥球团的还原特性.研究结果表明:在相同热制度下,配加7%转炉污泥的氧化球团还原度均高于无污泥球团的还原度,其原因是污泥球团赤铁矿含量多,污泥球团的主要黏结相为钙铁橄榄石,基准球团主要为Fe2SiO4与其共熔混合物形成的玻璃质黏结相;基准球团表层致密,且基准球团内部孔隙壁被极难还原的Fe2SiO4与其共熔混合物形成的玻璃质黏结相包裹,不利于还原反应的进行,而污泥球团表层相对疏松且未形成包裹.     

还原时间对高料层碳热还原金属化率的影响

为了探讨PSH(paired straight hearth,对行直底炉)直接还原工艺的操作参数,进行了还原时间对高料层碳热还原金属化率影响的研究.试验结果表明:还原时间为50和60 min时,球团的金属化率较高,整个料层总的金属化率分别为57.31%和80.23%.但炉内还原60 min时,存在上层球团再氧化、热效率低、生产效率低等问题.采用热坩埚装料可以明显提高球团金属化率,尤其是底层球团.炉内还原50 min,采用热坩埚装料时,整个料层总金属化率可由冷坩埚装料的57.31%提高至85.24%.因此,以提高碳热还原金属化率为目的,建议采用热坩埚装料,炉内还原50 min.本试验的研究结果可为PSH工艺的开发提供理论依据.     

隧道窑工艺处理不锈钢除尘灰的实验研究

利用隧道窑工艺对宝钢不锈钢除尘灰进行处理．该工艺过程是将焦粉（添加量为除尘灰质量的35％）外置在除尘灰周围,并添加三种不同比例的铁鳞,在碳化硅罐中还原42h,还原温度为1200℃．研究表明：该工艺条件能够实现不锈钢除尘灰的烧结,且通过加入铁鳞（添加量为除尘灰质量的20％）可以经济有效地提高烧结物的强度;铁鳞的加入提高了铁品位,但会降低镍、铬品位．针对金属化球团中镍、铬的金属化率难以检测出的情况,提出了一种金属还原率的估测方法,并将其应用到本实验中,得出在隧道窑工艺条件下铁和镍的金属化率分别为92．55％和97．83％,铬的金属化率最少可达到35．5％．