轉(zhuǎn)底爐直接還原脫鋅工藝的參數(shù)優(yōu)化研究
2017-07-10
鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生8%~12%的各類粉塵，這些粉塵往往還含有Fe、Zn等有價元素[1]。傳統(tǒng)處理方法一般是直接返回燒結(jié)工序，但是由于Zn沸點低，在高爐內(nèi)會形成富集，進而引起爐內(nèi)結(jié)瘤、爐襯侵蝕，影響氣流分布，懸料頻繁，危害高爐的正常運行，不利于高爐長壽[2, 3]。因此，如何有效的處理含鋅粉塵，回收其中的有價元素，減輕高爐的鋅害問題，已成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排、特別是高爐長壽運行越來越重要的命題。
當前，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)界得到了認可，自1978年在美國首先問世，逐漸在日本、韓國等鋼鐵大國推廣開來[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用中已開展了一系列的基礎(chǔ)研究工作。本文以實際工程應用為導向，首先在實驗室中模擬轉(zhuǎn)底爐內(nèi)還原過程，研究了還原溫度、還原時間和配碳量等關(guān)鍵工藝參數(shù)對于球團脫鋅率、金屬化率的影響，旨在為轉(zhuǎn)底爐工程設(shè)計和工業(yè)生產(chǎn)確立最佳的工藝參數(shù)。
2 試驗方法
實驗所用原料來自于國內(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摩爾比進行計算，粉塵與粘結(jié)劑等混合均勻后使用對輥壓球機進行造塊，烘干后進行還原試驗。
圖1 是用于模擬轉(zhuǎn)底爐內(nèi)直接還原過程的試驗用焙燒爐結(jié)構(gòu)示意圖，采用天然氣和電加熱以確保爐內(nèi)溫度和氣氛可準確控制，還原后，快速取出球團并用氮氣冷卻至室溫，然后檢測其脫鋅率和金屬化率。試驗鐵與鋅氧化物的還原過程反應式如下：（1）~（3），脫鋅率和金屬化率的定義式：（4）~（5）。
3 結(jié)果與討論
首先進行了單球升溫試驗，以了解球團的升溫特性，特別是球團內(nèi)部與球團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，當爐膛溫度設(shè)定為1300℃時，需約6min球團表面溫度才會升到1200℃以上，而中心溫度約需20min才能達到與表面溫度一致。
根據(jù)單球升溫實驗結(jié)果，確定了基本的工藝參數(shù)條件，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開展了還原溫度、還原時間和配碳量的進一步優(yōu)化研究。
3.1 還原溫度的影響
在單球試驗的基礎(chǔ)上，研究了不同溫度條件對于多球團還原影響的試驗，還原時間為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還原反應的動力學條件，可促進脫鋅率和金屬化率的提高，從1150℃提高到1300℃時，脫鋅率72%提高到了91%，金屬化率則由68%提高到78%；在1250℃以后，還原反應已基本完成，因此提升速度放緩，綜合考慮實際生產(chǎn)中的能耗成本因素，建議還原溫度控制在略高于1250℃即可。
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