转炉污泥球团氢气直接还原特性研究

2018-04-08   作者：佚名   网友评论 0 条

 　　龙鹄，白明华*，任素波，徐宽，赵长福，何云华
　　燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心，河北 秦皇岛
 

　　1前言

　　转炉污泥是炼钢过程中由湿法除尘所得到的污水经分级、浓缩、压滤后形成，含有大量Fe，是有价值的二次资源，但同时含有Zn、Pb、 K、N等杂质，易对环境造成污染[1-9]。传统的填埋法无法解决环境污染问题，而直接配入烧结矿中会使得Zn在钢铁企业内部循环富集。近年来，将含铁尘泥制成球团后经过干燥后送到回转窑或转底炉中还原的方法受到人们的关注[10-15]。该种煤基直接还原法，能有效脱除并回收尘泥中的锌元素，降低整个钢铁联合企业的锌及碱金属负荷，但存在还原时间较长的问题，若采用内配煤提高还原速率，会引来产物中杂质含量增加等新问题。
　　本研究首先制备得到转炉污泥球团，对其干燥预热后采用氢气对预热转炉污泥球团进行直接还原，分析其还原特性及微观组织结构，并与传统回转窑煤基直接还原方法进行对比。

　　2实验

　　转炉污泥成分及球团制备

　　转炉污泥化学成分如表1所示，由表中数据分析可知，转炉污泥全铁含量较高，为54.53%，其中FeO含量较高。脉石中含有较高的CaO（约占16.38%），消化后以Ca(OH)2的形式存在，亲水性强，造球时容易吸水、浸润，产生毛细力，使颗粒之间相互连接紧密，因此具有良好的成球性能，在造球过程中未添加皂土和消石灰等添加剂。

  　　表1 转炉污泥化学成分

　　转炉污泥烘干(105℃烘箱中烘干24h)细磨后，经筛分所得到的粒度组成见表2，其中小于0.076mm的颗粒所占质量比为27.90%。

 　　表2原料细磨后粒度组成

　　为制备转炉污泥球团，采用圆盘式造球机造球，圆盘转速为33转/分，造球盘倾角45°，圆盘直径600mm，造球时间15分钟。造球过程中合理控制添加水分，以避免粘结现象，对生球性能造成影响。一共造球11次，每次6kg，生球尺寸控制在10~12.5mm之间。

　　转炉污泥球团的还原

　　污泥球团氢气直接还原步骤为：称取500g预热后的转炉污泥球团装入反应管内，在75%H2-25%N2氛围下恒温还原1小时，还原温度分别为760℃，900℃，1000℃。还原结束后，在惰性气体保护气氛下冷却至室温。取试样分析检测金属化率，然后进一步考察还原后球团抗压强度并观察其微观形貌。

　　煤基直接还原实验步骤为：首先将电炉升温至设定温度，其次将装好球团和煤粉混合料的回转筒(φ130mm，长200mm，材料为耐热钢)放入炉膛中，启动电源使转鼓以30 rpm速度旋转。保持恒温还原2小时，还原温度分别为1000℃，1050℃，1100℃，采用的还原剂煤粉成分见表4-6，配煤比根据经验选为1.3(C/O摩尔比)[16]。还原结束后，将转筒移出，喷水冷却至室温。

　　上述各组试验完成后，取出试样并称量，然后检测其金属化率，抗压强度，观察微观组织结构，对两种不同方法的还原特性进行对比分析。

　　3结果与分析

　　3.1氢气还原结果

　　还原前污泥球团表面形貌如图1所示，球团尺寸为12mm，抗压强度平均值为245 N·P-1。
 

　　转炉污泥球团在不同温度下被氢气直接还原后形貌如图2所示，观察可知H-1组试样(760℃)完全粉化，而H-2(900℃)和H-3(1000℃)条件下所得试样还保持球团形状，同时H-3表面观察到更多裂纹。测量H-2，H-3组试验金属化球团的抗压强度，分别为800 N·P-1，750 N·P-1。金属化率经检测分别为39.6%，95.9%。由此可见温度越高，还原速率较快，还原度越高，而新形成的Fe晶粒相互连接，因此能保证一定的强度。而在760℃还原速率较低的情况下，生成Fe速率较慢，尚未能相互连接，抵抗应力能力较差，从而导致完全粉化的现象。
 

　　将H-2，H-3金属化球团制成金相试样，如图3所示，观察可知H-2最外圈较亮，为还原生成的铁层，而内部较暗；H-3结构与H-2类似，但由于金属化率较高整体较亮，且在表面发现更多孔洞。