转底炉直接还原脱锌工艺的参数优化研究

2017-07-10 作者：佚名网友评论 0 条

以钢铁厂含锌粉尘为原料，对含锌球团的直接还原过程进行了研究。重点探索了还原温度、还原时间和配碳量对于球团脱锌率、金属化率的影响。

　　李东海[1]，王强[2]，倪晓明[2]

　　1.重庆赛迪热工环保工程技术有限公司 2.中冶赛迪技术研究中心有限公司

　　1 引言

　　钢铁企业的生产过程中会产生8%~12%的各类粉尘，这些粉尘往往还含有Fe、Zn等有价元素[1]。传统处理方法一般是直接返回烧结工序，但是由于Zn沸点低，在高炉内会形成富集，进而引起炉内结瘤、炉衬侵蚀，影响气流分布，悬料频繁，危害高炉的正常运行，不利于高炉长寿[2, 3]。因此，如何有效的处理含锌粉尘，回收其中的有价元素，减轻高炉的锌害问题，已成为钢铁企业节能减排、特别是高炉长寿运行越来越重要的命题。

　　当前，处理含锌粉尘的方法有转底炉法、回转窑法、竖炉法、流化床法等等。其中，转底炉技术作为一种直接还原脱锌工艺，因效果好、能力大、生产灵活、投资省，逐渐在业界得到了认可，自1978年在美国首先问世，逐渐在日本、韩国等钢铁大国推广开来[4-7]。

　　赛迪热工环保公司致力于冶金固废的环保处理，在转底炉工艺的工程化应用中已开展了一系列的基础研究工作。本文以实际工程应用为导向，首先在实验室中模拟转底炉内还原过程，研究了还原温度、还原时间和配碳量等关键工艺参数对于球团脱锌率、金属化率的影响，旨在为转底炉工程设计和工业生产确立最佳的工艺参数。

　　2 试验方法

　　实验所用原料来自于国内某钢铁企业的四种不同的含锌粉尘，其成份如表1所示。配碳量按C/O摩尔比进行计算，粉尘与粘结剂等混合均匀后使用对辊压球机进行造块，烘干后进行还原试验。

表1 试验用粉尘的化学成份(mass%)

　　图1 是用于模拟转底炉内直接还原过程的试验用焙烧炉结构示意图，采用天然气和电加热以确保炉内温度和气氛可准确控制，还原后，快速取出球团并用氮气冷却至室温，然后检测其脱锌率和金属化率。试验铁与锌氧化物的还原过程反应式如下：（1）~（3），脱锌率和金属化率的定义式：（4）~（5）。

　　3 结果与讨论

　　首先进行了单球升温试验，以了解球团的升温特性，特别是球团内部与球团表面的升温速度差异，设定温度为1300℃，C/O=1.0，升温速度如图2所示。结果表明，当炉膛温度设定为1300℃时，需约6min球团表面温度才会升到1200℃以上，而中心温度约需20min才能达到与表面温度一致。

　　根据单球升温实验结果，确定了基本的工艺参数条件，在此基础上继续开展了还原温度、还原时间和配碳量的进一步优化研究。

　　3.1 还原温度的影响

　　在单球试验的基础上，研究了不同温度条件对于多球团还原影响的试验，还原时间为25min，C/O=1.0，温度水平分别为1150℃, 1200℃, 1250℃ and 1300℃，结果如图3所示。增加温度有利于加强还原反应的动力学条件，可促进脱锌率和金属化率的提高，从1150℃提高到1300℃时，脱锌率72%提高到了91%，金属化率则由68%提高到78%；在1250℃以后，还原反应已基本完成，因此提升速度放缓，综合考虑实际生产中的能耗成本因素，建议还原温度控制在略高于1250℃即可。