转底炉处理固废工程化分析

转底炉处理固废工艺是将钢铁厂含铁粉尘经过配料—混合—成型—烘干后进入转底炉进行还原,还原后得到金属化球团的同时回收烟气中的氧化锌粉尘。     

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.      

转底炉直接还原处理含锌尘泥的设计特点

从除尘灰的配料、混匀、混合料压球、生球烘干、转底炉内直接还原、金属化球团的冷却、烟气余热利用及含锌粉尘的回收等方面,介绍了莱钢转底炉的设计特点。该生产线生产的球团的金属化率达到80%以上,锌的脱除率达到95%以上,产生了一定的经济效益和社会效益。该设计还有一些问题需进一步改进。     

采用转底炉生产金属化球团的工业试验

对转底炉生产金属化球团的工业试验进行了总结。工业试验表明,采用发生炉煤气,经预热助燃风和煤气,炉膛温度可以稳定达到1350～1400℃,能生产出金属化率达到80%左右的金属化球团。     

钒钛铁精矿内配碳球团转底炉试验研究

对钒钛铁精矿内配碳球团转底炉的实验室中间试验和工业试验进行了总结。中间试验利用转底炉处理钒钛铁精矿,获得了金属化率93%以上的金属化球团,为工业生产实现铁钒钛综合回收提供了依据;工业转底炉试验中,采用"全炉高温,弱还原气氛",在稳定投料生产期间,获得了金属化率平均值为78.9%,残碳平均值为7.27%的金属化球团。     

钢铁厂含锌尘泥转底炉炼铁工艺设计研究

因为环保和市场的需要,转底炉处理钢铁厂含铁尘泥及废弃物技术正在国内呈现出蓬勃的生命力。目前,国内已有多条转底炉直接还原生产线投入运行,转底炉技术能直接利用废弃粉尘中的碳还原氧化铁和氧化锌,金属化率达到70%,脱锌率达到80%,有效的解决了钢铁企业含锌粉尘的回收和利用。     

转底炉直接还原铜渣回收铁、锌技术

采用转底炉直接还原工艺,将铜渣含碳球团在高温条件下直接还原得到金属化球团和高品位氧化锌粉尘,再通过熔分或磨矿磁选方式将铁回收,得到的铁产品可作为冶炼含铜钢的原料.转底炉中试结果表明:采用"转底炉直接还原—燃气熔分"流程处理铜渣,可获得TFe品位94%以上、铁回收率93%以上的熔分铁水;采用"转底炉直接还原—磨矿磁选"流程处理铜渣,可获得TFe品位90%以上、铁回收率85%以上的金属铁粉;采用两种流程处理铜渣,均可获得锌品位60.02%的ZnO粉尘.结果表明,经过转底炉直接还原,铜渣中的铁橄榄石Fe_2SiO_4和磁铁矿Fe_3O_4相转变为含有金属铁Fe、二氧化硅SiO_2和少量辉石相Ca(Fe,Mg)Si_2O_6的金属化球团,具备通过磨选或熔分进行进一步富集的条件.     

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％.     

转底炉生产金属化球团工业性试验

昆钢根据对各种非高炉炼铁工艺进行基础调研，并与北京科技大学合作进行了昆钢原料条件下转底炉生产金属化球团的实验室试验研究，找到了昆钢原料条件下转底炉的适宜操作参数。根据研究结果，决定利用山西瑞拓熔融还原炼铁有限公司的转底炉，进行生产金属化球团的工业性试验，试验取得了成功。     

京唐高炉高球比下含铁固废流重构解析

京唐二期建成投产后拟将高炉球团比例从30%提高到50%,工艺配置与原料条件发生重大变化。根据循环极限理论推导了烧结矿、高炉除尘灰的钾、钠、锌元素极限含量和高炉钾、钠、锌元素极限入炉负荷。结果表明,京唐二期投产后如果高炉旋风灰仍返回烧结回收使用,将导致高炉入炉锌负荷显著提高,因此提出以高炉稳定顺行为目标的含铁固废流重构技术,将含锌固废集中于转底炉进行脱锌和金属化处理,再返回高炉或转炉使用,确保入炉锌负荷可控。     

转底炉工艺处理含铁尘泥关键技术

 转底炉是当前用于处理钢铁厂含铁锌尘泥工艺的典型代表,能有效利用尘泥中的铁、碳和氧化锌等物质,生产金属化球团,同时产生副产物氧化锌粉,具有较好的处理效果和经济效益,是未来钢铁企业含铁尘泥处理技术发展的趋势之一。基于转底炉处理含铁尘泥工艺,对转底炉工艺涉及的诸多关键技术进行分析和讨论,结合转底炉生产实践和实验室研究成果,在转底炉原料选择、成型技术、优化配矿、渣系优化以及锌的控制等方面提出建议,以期为转底炉处理含铁尘泥工艺的改进和创新提供参考。     

宝钢转底炉工艺技术发展

 摘 要： 宝钢从2005年开始调研、研发转底炉工艺技术,2015年在宝钢湛江开始建设转底炉生产线,2016年宝钢转底炉投产。经过污泥烘干工艺、配料工艺、压球工艺以及转底炉操作等方面的改进,实现了转底炉工艺达产达标,宝钢转底炉工艺技术达到了国际一流水平。宝钢转底炉工艺有效脱除了含铁含锌尘泥中的锌、钾、钠、铅和氯等有害杂质,转底炉生产的直接还原铁（DRI）返回钢铁生产、产生的蒸汽返回生产蒸汽管网和生产的锌粉作为锌冶炼原料,实现了含铁含锌尘泥资源综合利用。宝钢还探索用转底炉处理红土镍矿等工艺,为转底炉的拓展应用作了有益的探索。     

Modeling of Thermochemical Behavior in an Industrial-Scale Rotary Hearth Furnace for Metallurgical Dust Recycling

Metallurgical dusts can be recycled through direct reduction in rotary hearth furnaces (RHFs) via addition into carbon-based composite pellets. While iron in the dust is recycled, several heavy and alkali metal elements harmful for blast furnace operation, including Zn, Pb, K, and Na, can also be separated and then recycled. However, there is a lack of understanding on thermochemical behavior related to direct reduction in an industrial-scale RHF, especially removal behavior of Zn, Pb, K, and Na, leading to technical issues in industrial practice. In this work, an integrated model of the direct reduction process in an industrial-scale RHF is described. The integrated model includes three mathematical submodels and one physical model, specifically, a three-dimensional (3-D) CFD model of gas flow and heat transfer in an RHF chamber, a one-dimensional (1-D) CFD model of direct reduction inside a pellet, an energy/mass equilibrium model, and a reduction physical experiment using a Si-Mo furnace. The model is validated by comparing the simulation results with measurements in terms of furnace temperature, furnace pressure, and pellet indexes. The model is then used for describing in-furnace phenomena and pellet behavior in terms of heat transfer, direct reduction, and removal of a range of heavy and alkali metal elements under industrial-scale RHF conditions. The results show that the furnace temperature in the preheating section should be kept at a higher level in an industrial-scale RHF compared with that in a pilot-scale RHF. The removal rates of heavy and alkali metal elements inside the composite pellet are all faster than iron metallization, specifically in the order of Pb, Zn, K, and Na.     

转炉污泥制作冷固球团的应用研究

介绍了转炉污泥冷固球团的制作工艺过程，选择在不同的试验条件下，对比压力、水分及粘结剂用量，分析了球团的冶金性能以及有关物理化学参数，将转炉污泥冷固球团应用到高炉冶炼工业性试验，结果表明：用冷固球团能代替原矿，消除了尘泥堆积污染，且为企业清洁生产、循环经济产生效益；提出了转炉污泥应用研究方面的相关结论。     

宝钢转炉尘泥冷固球团生产及返回转炉应用

冷固结工艺是一种简单可靠、适应性广的球团生产工艺.宝钢转炉尘泥具有粒度细、含铁量高的特点,是宝贵的二次资源.对宝钢转炉尘泥进行了原料分析,通过配料和工艺设计及检测分析,成功开发出符合使用要求的宝钢转炉尘泥冷固球团.经宝钢炼钢厂现场使用证明宝钢转炉尘泥冷固球团可以替代原有除尘灰热压球团和部分铁矿石等,具有较好的冷却和化渣效果.分析表明采用冷固结工艺替代原有热压工艺生产冷固球团返回转炉应用是宝钢转炉尘泥资源有效的利用途径.     

含铁尘泥金属化球团的合理渣系

基于转底炉工艺,结合FeO-SiO_2-CaO三元相图,对金属化球团的渣系进行理论分析,同时开展模拟实验,研究了含铁尘泥金属化球团合理渣系结构。结果表明,对于含铁尘泥球团,当二元碱度为0.37~0.67时,渣系熔点小于1 150℃,球团在较低的还原温度下即可形成液相;随着渣系碱度的逐渐降低,含铁尘泥金属化球团的抗压强度呈现先增大后降低的趋势,当球团碱度为0.61时,抗压强度达到最大;金属化球团的强度与反应温度呈正相关性,反应温度的提高可大幅提高球团的强度。当球团二元碱度为0.85时,反应温度由1190℃提高至1220℃,球团的抗压强度可提高近100%。但随着球团碱度逐渐降低,不同温度条件下球团抗压强度的差异逐渐减小。     

攀钢高炉锌平衡测定

对攀钢1、2号高炉的原燃料、生铁、炉渣、瓦斯泥、净煤气灰尘和出铁场烟尘进行了取样，根据试样化验的锌含量，结合高炉生产数据对攀钢1、2号高炉进行了锌平衡计算，分析了锌在高炉各收入项和支出项中的分布。结果表明：攀钢高炉的锌负荷很高，对高炉的正常生产造成严重危胁；入炉原料是攀钢高炉锌的主要来源，是造成攀钢高炉锌负荷高的主要原因：支出的锌主要通过炉顶随高炉煤气排出，绝大部分进入瓦斯泥。     

Removal Mechanism of Zn,Pb and Alkalis from Metallurgical Dusts in Direct Reduction Process

The high-temperature tube furnace was applied to simulate the rotary hearth furnace （RHF） for the direct reduction of zinc-bearing dusts from steel plants. The removal mechanism of Zn, Pb and alkalis from cold bonded briquettes made by mixing metallurgical wastes, such as dust from bag house filter, OG sludge, fine converter ash and dust from the third electric field precipitator of the sinter strand, in various proportions was investigated. More than 70% of metallization rate, more than 95% of zinc removal rate, 80% of lead removal, as well as more than 80M of K and Na removal rates were achieved for the briquettes kept at 1473-1603 K for 15 min during the direct reduction process respectively. The soot generated in the direct reduction process was studied by chromatography, X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM）. The results suggested that the main phases of the soot were ZnO, KC1, NaC1 and 4ZnO · ZnC12 · 5H20. Furthermore, the content of Zn reached 64.2 %, which could be used as secondary resources for zinc making. It was concluded that KC1 and NaC1 in secondary dust resulted from the volatilization from the briquettes, whilst ZnO and PbO were produced by the oxidation of Zn or lead vapour from briquettes by direct reduction.