中国转底炉处理含锌尘泥生产中含碳球团粉化原因解析

转底炉(RHF)工艺是中国处置钢铁行业含锌粉尘的有效方式之一。目前,转底炉处理含锌尘泥生产中存在含碳球团粉化严重的问题,会对生产顺行与产品质量造成不利影响。因此,对原料预处理系统、压球成型系统、干燥系统、转底炉直接还原系统、金属化球团冷却系统等各个工序中含碳球团的粉化现象进行全面考察与解析。解析发现含碳球团粉化包括自然粉化与还原粉化,自然粉化的主要原因是炼钢尘泥中活性氧化钙(f-CaO)的消解不完全与含碳球团在干燥过程中水分表面气化和内部扩散速度的差异;还原粉化的主要原因在于低温(400～600℃)还原过程中含铁物相晶型转变与晶体体积变化。     

含碳球团转底炉直接还原的关键技术

介绍了国内外转底炉直接还原工艺发展现状,提出含碳球团造块技术、转底炉装料机设计、转底炉出料机设计、转底炉炉温、炉压及炉内气氛的控制以及金属化球团防氧化技术等是保障转底炉连续稳定顺行的关键技术。合理的水分、压力及粘结剂种类可以获得较好的压球效果;振动给料机和装有硬质耐磨合金的螺旋出料机是目前转底炉装、出料机的主流;根据原料的不同,各厂家已摸索出适宜的炉温、炉压等工艺参数,并对金属化球团采取冷却或隔绝空气的保护措施。     

基于直接还原熔分的赤泥综合利用试验研究

以赤泥、煤粉为主要原料制成含碳球团,通过高温直接还原熔分工艺提取金属铁及其他有价金属,考察了配碳量、时间、温度对还原和熔分的影响。结果表明:煤粉配加量为赤泥量的13.3%,球团金属化率可以达到62%,赤泥球团转底炉直接还原时间控制在40~60min之间,直接还原温度为1200℃左右,赤泥含碳球团达到最佳的还原率,金属化率达到64%。     

直接还原炼铁新法

最近美国米德兰公司研制出采用转底直接还原炼铁新法。它是采用转底炉与电炉相结合使用的技术。在此工艺中,氧化性球团在转底炉中被还原成金属化球团,通过衬有耐火衬的运输罐连续加入电炉。金属化球团在电炉中熔化,并按要求冶炼成铁或钢。该工艺的关键是采用转底炉,具有如下优点:可直接使用传统的加热小钢坯的转底炉,设备无需做重大改造;造球、还原和熔化为完全独立的工序,易于优化操作和优化整个工艺。     

美国研制出直接还原炼铁新法

最近美国米德兰公司研究出采用转底直接还原炼铁新法。它是采用转底炉与电炉相结合使用的技术。在此工艺中,氧化性球团在转底炉中被还原成金属化球团,通过衬有耐火衬的运输罐连续加入电炉。金属化球团在电炉中熔化,并按要求冶炼成铁或钢。一该工艺的关键是采用转底炉,具有如下优点:可直接使用传统的加热小钢坯的转底     

自然碱度铁矾渣含碳球团回收铁研究

铁矾渣是湿法炼锌过程中沉铁工艺产生的固态废渣,含有一定量的Fe和其它有价金属元素。为了回收铁矾渣中的Fe,开发了铁矾渣含碳球团转底炉直接还原-熔分工艺。通过自然碱度铁矾渣配加煤粉的方式进行直接还原,研究了不同工艺参数对铁矾渣中Fe回收的影响,并进行转底炉中试试验,取得良好效果。最佳工艺条件:还原温度1 100℃,还原时间30 min,wC/wO=1.2,此条件下铁矾渣含碳球团金属化率达到90.6%。中试试验金属化率为75%,铁的综合回收率达到85%。     

工艺参数对转底炉冶炼能耗的影响

针对转底炉生产存在产品金属化率低、冶炼能耗高、烟气含尘量大、生产效率低等问题.通过建立转底炉冶炼数学模型,计算了不同工艺参数对转底炉冶炼能耗的影响规律.结果表明:转底炉产品金属化率与烟气对含碳球团的二次氧化有关,增大还原区煤气供应量,可以减少含碳球团二次氧化,提高产品金属化率;助燃风预热温度和富氧率对冶炼能耗影响显著,提高助燃风预热温度和富氧率可以降低燃烧消耗,提高冶炼效率.助燃风预热温度每提高100℃,煤气消耗可以减少75 m3;助燃风富氧率达到20％时,煤气消耗量减少50％,烟气量减少57％.     

含碳球团还原反应及其技术

对含碳球团的自还原反应和工艺中涉及的燃烧和氧化反应进行了论述,分析了煤的性质、氧化性气氛对含碳球团自还原性的影响;介绍并且评价了现有和正在研发的含碳球团直接还原法和熔融还原法。     

硼镁铁矿含碳球团直接还原试验研究

用硼铁矿粉和三种还原剂作原料,在实验室条件下,系统研究了还原温度、配碳量(C/O摩尔比)、还原剂种类、还原剂粒度、成球压力及球团尺寸等因素对硼铁矿含碳球团还原过程的影响,为硼铁矿转底炉煤基直接还原工艺开发提供参考。     

硫酸渣含碳球团高温焙烧试验研究

基于转底炉直接还原工艺,以硫酸渣为原料进行压团、焙烧,通过正交试验研究了C/O、还原温度、还原时间等参数对球团金属化率和抗压强度指标的影响,并对其影响规律进行了分析.实验得出最佳工艺参数为:还原温度1 280℃;C/O比1.2;还原时间24 min.在此参数下,含碳球团的金属化率为89.79％,抗压强度为6 703 N/P.X光衍射(XRD)分析也证明,硫酸渣经过还原后出现了大量金属铁,表明采用转底炉工艺切实可行.     

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.      

厚料层转底炉含铁尘泥直接还原模拟

转底炉工艺是目前处理含铁尘泥最有效的工艺之一,但传统转底炉处理尘泥需要造球且只能铺设1~2层球团以致生产效率较低。针对该问题,料层厚度是传统工艺10~30倍的新型厚料层转底炉技术应运而生,同时无需造球并取消了燃烧装置,极大提高生产效率。基于计算流体力学(CFD)方法建立了新型厚料层转底炉工艺多孔介质异相反应直接还原数学模型,研究厚料层转底炉的工作特性,分别对厚料层转底炉内的还原性气氛、脱锌、金属化率进行分析与讨论。研究表明,厚料层转底炉物料出炉时脱锌率超过99%且金属化率达到90%以上,能够有效提升生产效率。研究结果丰富了转底炉工艺理论,并为新型厚料层转底炉工程化提供理论依据。     

配加碱化甘蔗渣对冷压含碳球团机械强度的影响

基于转底炉直接还原工艺,对以碱化甘蔗渣作为黏结剂的含碳球团冷态成型工艺进行探究.首先通过单因素试验考察碱化时间、碱化温度、NaOH质量浓度以及造球压力对球团机械强度的影响.然后采用正交试验方法,确定影响碱化蔗渣黏结性能的这几个因素的主次顺序,得出最佳工艺参数.实验结果对比后发现:含碳球团的机械强度均随着各单因素水平值的上升先增大后减小.通过正交试验获得了较适宜的工艺参数为,NaOH质量浓度为9 %,碱化温度为105 ℃,碱化时间为4 h,造球压力为15 MPa.此时含碳球团的落下强度与抗压强度能达到22.6次/0.5 m和79.3 N.      

含碳球团竖炉直接还原工艺流场仿真模拟

针对含碳球团气基竖炉冶炼工艺的特点,采用CFD（计算流体力学）软件构建了含碳球团竖炉直接还原工艺的仿真模型。对影响竖炉内流场分布的可能的因素进行了模拟分析,得出了最优参数。研究结果表明,采用上下布置的双风口的工艺方式最为有利于还原气体在竖炉内的顺行,此时气体流速达到9m/s,便于热量的传递,同时又避免了球团受热不均的情况。     

多层含碳球团转底炉内直接还原行为

 为明确转底炉内多层布料下球团的还原规律,采用含碳球团直接还原钒钛铁精矿,研究了还原温度和还原时间对不同层球团金属化率的影响以及铁精矿中各铁矿物的还原顺序。结果表明:多层球团的还原不同步,在上层球团还原完成并发生再氧化时,下层球团的还原仍在继续。球团的平均金属化率会随着还原温度的增加而提高,随着还原时间的延长出现先增高后降低的现象。在还原过程中存在一个获得最大金属化率的最佳还原时间（本试验为25min）。钒钛铁精矿中各铁矿物还原的难易程度按下列顺序依次增加：Fe2TiO5→Fe3O4→FeO→Fe2TiO4→FeTiO3。     

含锌粉尘协同处置含铬尘泥的碳热还原试验

 为实现钢铁行业的绿色循环发展,钢铁厂对含锌粉尘和含铬废水的处置利用均应满足环保和资源高效利用等要求。以某钢铁企业的含锌粉尘和含铬尘泥2种固废为例进行碳热还原协同处置研究,采用FactSage热力学软件平衡计算,分析碳热还原过程中的潜在反应和气-液-固相变化;通过模拟转底炉工艺,在实验室进行碳热还原试验,研究不同原料配比和还原温度对碳热还原效果的影响规律,采用XRD和SEM-EDS对反应后金属化球团的物相组成及形貌进行研究;综合热力学分析与试验研究阐明含锌粉尘协同处置含铬尘泥的碳热还原机理。研究结果表明,铁酸锌和铬铁矿可以有效分解为铁氧化物和铬氧化物,随着温度升高,铁氧化物的还原过程遵循逐级还原规律,最终被还原为金属铁;相较于铁氧化物,铬氧化物在更高温度下还原为金属铬。试验结果与热力学计算趋势一致,控制碳热还原时间为60 min,含铬尘泥和含锌粉尘干基质量比为1∶4,还原温度为1 300 ℃,能够达到较佳的还原效果。采用多种固废协同处置方式,不仅可以解决粉尘大量堆积的问题,而且能够提取含锌粉尘和含铬尘泥中有价金属元素,制备成金属化球团;该方法也可为含铬废水无害化处置提供新途径,实现资源化综合利用,提高企业经济效益。     

Effect of CaO on the reduction behaviour of iron ore–coal composite pellets in multi-layer bed rotary hearth furnace

The effect of CaO on the reduction behaviour of iron ore–coal composite pellets has been studied in a laboratory scale multi-layer bed rotary hearth furnace at 1250°C for 20?min. Reduced pellets have been characterised through weight loss, porosity measurement, phase analysis by XRD, and morphology study by SEM. The addition of CaO to the composite pellets showed different effects at different carbon levels. For higher carbon-containing pellets (C/Fe₂O₃ molar ratio at the upper stoichiometric level of 3), the addition of CaO increased the extent of reduction for all three layers significantly up to a certain limit (4?wt-%); and thereafter the degree of reduction is decreased with a further increase in CaO percentage in the pellets. For low carbon-containing pellets (C/Fe₂O₃ molar ratio of 1.66), the addition of CaO to the pellets did not show any beneficial effect.     

钒钛磁铁矿含碳球团的还原历程

 为实现钒钛磁铁矿资源的高效合理利用,对钒钛磁铁矿含碳球团的还原过程进行了解析,初步建立了动力学控制方程;利用差热分析方法对钒钛磁铁矿的还原熔分历程进行了分析与讨论,认为钒钛磁铁矿的还原可分为煤的氧化、钒钛磁铁矿的直接还原、借助碳的气化反应的直接还原和还原结束4个部分;以攀枝花钒钛磁铁矿为原料,煤为还原剂,考察了反应时间和温度对含碳球团还原度的影响,确定固体产物层内扩散是钒钛磁铁矿含碳球团直接还原反应的控制性环节,计算出其表观活化能为112.13 kJ/mol。     

铁矿直接还原用台车连续炉

介绍一种用于铁矿直接还原的台车连续炉，含碳球团料层铺在台车上并通过炉膛进行焙烧和还原。此炉子已经成功地用于铁精矿粉还原焙烧，所得到的海绵铁产品的金属化率大于92％，全铁约90％。和转底炉比较，台车连续炉的优点是结构简单，供热点少，台车维修方便；主要缺点是台车运转速度不能太快，焙烧时间较长。     

直接还原技术的进展与展望

直接还原是一种以气体、液体燃料或非焦煤为能源,使用球团矿、块矿、粉矿在固态下进行还原生产金属铁的炼铁工艺技术.对国内外直接还原技术的研究情况进行了介绍和评述,表明发展直接还原技术将有较大的市场需求.重点介绍了转底炉法,该技术规模化生产尚未到达成熟的阶段,但具有良好的发展前景.