金属化球团抗压强度的影响因素分析及资源化利用.pdf
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1、第 卷第 期 年 月烧结球团 收稿日期:;修回日期:基金项目:重庆英才计划“包干制”项目();重庆市自然科学基金面上项目()作者简介:郭秀键(),男,正高级工程师,从事冶金固废资源化技术的研究与应用工作。金属化球团抗压强度的影响因素分析及资源化利用郭秀键,罗宝龙,赵忠宇,倪晓明,罗磊,雍海泉(重庆赛迪热工环保工程技术有限公司,重庆 )摘要:为考察不同条件对转底炉金属化球团强度的影响规律,进一步优化转底炉生产参数,明确金属化球团资源化利用方向,本文通过分析典型冶金尘泥的化学成分及粒度组成,研究转底炉直接还原工艺的不同原料配比、烘干和焙烧制度、冷却及成型方式对金属化球团抗压强度的影响,并探讨转底炉
2、金属化球团进高炉利用的可行性。试验结果表明:原料配比是影响金属化球团抗压强度的主要因素之一;当高炉旋风灰配比为 时,金属化球团出现空壳粉化现象,调整高炉旋风灰、炼钢一次灰、二次灰、高炉布袋灰、高炉炉前灰配比为 、时,金属化球团抗压强度可达到 ;在相同配料条件下,压球工艺焙烧后的金属化球团强度明显优于造球工艺,且其转鼓强度与烧结矿相当。关键词:冶金尘泥;直接还原;金属化球团;抗压强度中图分类号:;文献标识码:文章编号:():,(,):,:;钢铁冶炼过程中产生的冶金尘泥约为钢产量的 ,成分以铁为主,部分含有锌、铅、钾、钠等有害元素 。冶金尘泥应该得到合理的回收利用,若处理不当,不仅造成资源浪费,烧
3、结球团第 卷第 期还会污染环境。通常钢铁企业回收冶金尘泥作为烧结原料进入高炉,但部分尘泥含有的锌等有害元素会在高炉内部循环富集,增加高炉锌负荷,影响高炉顺行 ,还会弱化焦炭和矿石的冶金性能,降低料块的强度和还原性,增加高炉冶炼焦比 。转底炉直接还原工艺具有原料适应性强、能源消耗低、环境友好等特点,是目前处理高炉灰、转炉灰等含锌尘泥的主流工艺,脱除锌等有害元素的同时产出金属化球团,而强度是影响金属化球团资源化利用的重要指标之一。丁娟等 以高炉瓦斯灰和转炉污泥为原料制备含碳球团,考察了焙烧条件的影响,并且测得其抗压强度;吴铿等 对采用不同煤种配碳还原,分析了球团还原冷却后的强度变化规律;吴斌等 研
4、究了不同黏结剂、温度对球团强度的影响。本文通过分析球团原料特性,试验研究原料配比、焙烧制度、烘干、冷却方式、成型方式对转底炉金属化球团抗压强度的影响,并探讨金属化球团进高炉利用的可行性,以期为转底炉工业生产参数的优化和金属化球团的资源化利用提供借鉴和参考。试验原料与方法 试验原料试验原料为来自某钢厂的冶金尘泥,主要成分如表 所示。含锌较高的原料主要是高炉布袋灰、炼钢一次灰和炼钢二次灰,这在长流程钢铁企业中比较典型。高炉布袋灰中的锌主要来源于烧结矿、球团矿、焦炭、煤粉等高炉原燃料 ,炼钢一次灰和炼钢二次灰中的锌则主要来源于冶炼过程中加入的镀锌废钢或其它锌铅防腐钢材。另外,高炉布袋灰中还含有较高的
5、钾、钠,其主要以氯化物形式存在 ;水洗后得到的水洗料中钾、钠明显减少,铁、锌等元素得到了相应富集,说明水洗可以实现其中钾、钠杂质的大部分脱除。高炉旋风灰和高炉布袋灰都含有较高的碳,可为转底炉提供还原剂;高炉炉前灰的锌、碳质量分数均不高,主要用于配料调节,提高入炉料的铁质量分数;炼钢二次灰的氧化钙质量分数高,超过了 ,对配料的碱度影响较大。表 冶金尘泥的主要化学成分和堆密度 尘泥种类主要化学成分(干基质量分数)堆密度()高炉旋风灰 高炉布袋灰 高炉炉前灰 炼钢一次灰 炼钢二次灰 布袋灰水洗料 采用激光粒度分布仪对冶金粉尘进行检测,得到粒度分布如表 所示。由表 可知:高炉旋风灰粒度较粗,粒级占比仅
6、为 ,粒级占比才达到 ;高炉布袋灰的粒度比旋风灰细很多,粒度集中在 以下,粒级占比已达到 ;高炉炉前灰的表 冶金粉尘的粒度分布(质量分数)粉尘种类 ,),),),),),)高炉旋风灰 高炉布袋灰 高炉炉前灰 炼钢一次灰 炼钢二次灰 年第 期郭秀键,等:金属化球团抗压强度的影响因素分析及资源化利用粒度更细,粒级占比已达到 左右,粒级占比超过 ;炼钢一次灰和炼钢二次灰 粒级占比接近 ,只是炼钢一次灰 粒级占比明显更高。试验方法根据冶金粉尘的化学成分,按配比称量并添加干 粉 黏 结 剂,充 分 利 用 原 料 中 的 碳,控 制()()(物质的量的比)为 ,调节水分搅拌均匀并成型、干燥。黏结剂选用有
7、机淀粉类,配加量 。成型方式有两种,压球采用对辊压球机,滚球采用圆盘造球机。焙烧设备为电加热还原焙烧炉,用电加热来控制温度,用天然气燃烧产生的烟气来模拟转底炉气氛,二者共同完成球团焙烧。先把焙烧炉的温度升到设定的温度,调整好炉膛的气氛,将烘干后的球团装入料盘,打开炉门送入,关闭炉门进行焙烧并开始计时,达到设定的焙烧时间后取出料盘冷却,然后取样检测。试验步骤如图 所示。图 试验步骤 试验结果与讨论 原料配比的影响本文采用压球方式成型,在球团干燥后放入焙烧炉焙烧,在焙烧温度为 和焙烧时间为 条件下研究原料配比对金属化球团强度的影响,试验结果如表 所示。由表 可见:不同原料配比对金属化球团强度影响较
8、大,当高炉旋风灰配比高达 时,金属化球团表面结壳,内部呈粉末状,如图 所示;减少旋风灰的配比至 ,同时添加 的炉前灰时,金属化球团内部粉化现象基本消失,球团抗压强度提高到 左右,球团外表面呈灰黑色,球径略有缩小;进一步减少高炉旋风灰的配比至 ,同时添加 高炉布袋灰,高炉炉前灰,炼钢一次灰和 炼钢二次灰,金属化球团抗压强度明显提高,达到 ,球团外形呈现金属光泽,部分还出现了金属液珠,且球径普遍缩小 ;将高炉布袋灰用其水洗料替代,其他配比保持不变,金属化球团抗压强度却又明显降低,仅有 。改变原料配比,相当于改变了混合料的粒度组成和成分组成。从粒度组成上看,试验中,随着高炉旋风灰和炼钢一次灰配比减少
9、,以及高炉炉前灰和高炉布袋灰配比的提高,混合料的平均粒度相应降低,粒度的降低有利于成球后碳、铁、锌的充分结合与反应,还原后的铁微熔相粘连在一起,从而提高了金属化球团的强度。试验金属化球团强度的明显降低,则是由于高炉布袋灰水洗后参与配料,物料颗粒有所聚集,致使球团中碳、铁、锌结合不如干灰充分所致。从化学成分方面看,随着碱度的降低,球团强度越来越高,说明碱度可能也是影响金属化球团强度的因素之一。生球烘干的影响本文选取两组典型的原料配比,采用压球方式成型,对比生球烘干与不烘干对金属化球团强度的影响。为保证生球入炉后不爆裂,采用逐步升温的多段制温度焙烧,即温度为 时焙烧 ,升温到 再焙烧 ,然后升温表
10、 原料配比对金属化球团抗压强度的影响 试验编号原料配比(质量分数)高炉旋风灰高炉布袋灰高炉炉前灰炼钢一次灰炼钢二次灰混合料碱度抗压强度()表层空壳、内部粉化 (水洗料)烧结球团第 卷第 期();();()图 不同原料配比下金属化球团外貌形态 到 焙烧 出炉,总焙烧时间为 ,试验结果如表 所示。、两组试验与、两组试验的原料配比虽然差异较大,但都表现为生球烘干后金属化球团的强度明显要高,说明生球烘干入炉对提高金属化球团强度有利,在实际生产中,为了防止球团爆裂和追求更高的产品强度指标,建议将生球烘干入炉。表 烘干对金属化球抗压团强度的影响 试验编号原料配比(质量分数)高炉旋风灰高炉布袋灰高炉炉前灰炼
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