轉(zhuǎn)爐l粉塵綜合利用的難點

轉(zhuǎn)爐l粉塵綜合利用的難點

1轉(zhuǎn)爐未固結(jié)粉原粉技術(shù)研究在旋轉(zhuǎn)和精煉過程中，有兩種類型的去除方法：濕法和干法。傳統(tǒng)的濕式凈化系統(tǒng)(OG法)為:煙氣經(jīng)噴水處理后,除去其中的煙塵,帶煙塵的污水經(jīng)分離、濃縮、脫水等處理,得到轉(zhuǎn)爐污泥,凈化后的煤氣被回收利用。新興的干法凈化系統(tǒng)(LT法)為:煙氣經(jīng)冷卻和調(diào)質(zhì)處理(降低煙塵的電阻率),進入圓筒型電除塵器進行凈化,捕集的粉塵為干式轉(zhuǎn)爐一次塵(簡稱LT粉塵)。LT干法收塵的優(yōu)勢在于:①除塵凈化效率高,粉塵濃度可降至10mg/m3以下;②系統(tǒng)全部采用干法處理,不存在二次污染和污水處理;③系統(tǒng)阻損小,煤氣發(fā)熱值高,降低了能耗;④系統(tǒng)簡化,占地面積小,便于管理和維護。近年來,大有取代傳統(tǒng)濕法收塵的趨勢,但同時也產(chǎn)生了新的課題:有別于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐污泥的LT干粉塵如何處理或利用?目前,國內(nèi)外對轉(zhuǎn)爐LT粉塵的利用主要有以下幾種方法:1)熱壓塊熱壓塊工藝是利用粉塵的自燃特性,將粉塵加熱,利用其在高溫下的塑性,經(jīng)高壓壓球機壓成塊,然后在氮氣密封狀態(tài)下冷卻后輸送到轉(zhuǎn)爐,代替廢鋼或礦石。該方法不需要另外添加粘結(jié)劑,粉塵團塊的強度也很高,同時由于是在氮氣氣氛下工作,LT粉塵團塊中的CaO沒有與空氣中的水分接觸,避免了CaO水合反應(yīng)而引起成品球強度降低甚至粉化的問題,是現(xiàn)在LT粉塵處理應(yīng)用最多的一種方法。目前采用該工藝的廠家主要有韓國浦項、德國布魯克豪森廠、奧地利林茨和寶鋼二煉鋼等廠。但是,熱壓塊生產(chǎn)需在高溫和隔絕空氣的條件下進行,對設(shè)備和工藝控制要求很高,一次性投資大、工藝條件苛刻、設(shè)備故障率很高,難以長期順利生產(chǎn),目前寶鋼的LT粉塵熱壓快工藝已經(jīng)停產(chǎn)。2)類似轉(zhuǎn)爐污泥的濕法造塊將LT粉塵先加濕成泥狀,加入一定的添加劑后通過濕式低壓壓球機將其壓成塊狀,然后通過中溫烘烤、高溫燒結(jié)、碳酸化、水泥養(yǎng)護或長時間自然堆放養(yǎng)護等固結(jié)方法將其固結(jié)到一定的強度后再返回轉(zhuǎn)爐冶煉。這類方法解決了粉塵的自燃及團塊產(chǎn)品的粉化問題,但存在二次污染嚴重、所需場地大、生產(chǎn)成本較高等問題,同時體現(xiàn)不了轉(zhuǎn)爐LT干法收塵技術(shù)的優(yōu)勢。3)返回燒結(jié)將LT粉塵通過噴水抑制揚塵后運至料場,經(jīng)自然堆置降溫后作為燒結(jié)原料使用。該法雖然不需要增加設(shè)備,但粒度過細且能夠自燃的LT粉塵不利于燒結(jié)礦質(zhì)量的控制和熱量的平衡,而且運輸過程中二次污染十分嚴重。4)其它高附加值利用目前也有人研究將LT粉塵加工成高純鐵粉、鐵紅、磁材、聚合硫酸鐵等高附加值產(chǎn)品,以期充分利用其有用成分。應(yīng)該說這些想法很好,但現(xiàn)在只是處于研究階段,未見實施報道。另一方面,過于復(fù)雜的粉塵加工過程,其生產(chǎn)成本及工藝操作難度也使其難于實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用?？偟膩碚f,目前尚沒有簡易、成熟的LT粉塵處理技術(shù)。2干法與熱壓工藝的缺陷綜合分析來看,就近將LT粉塵造塊處理后返回轉(zhuǎn)爐冶煉,可在減少環(huán)境污染的情況下實現(xiàn)粉塵的再利用,是其利用方式的較佳選擇。目前,LT粉塵的造塊方法主要有干式熱壓和濕式冷壓兩種,但都有明顯的缺陷,如果能結(jié)合二者的優(yōu)勢,問題就可以得到解決。針對傳統(tǒng)工藝,新工藝需要解決的主要技術(shù)問題有:①超細、高溫、易自燃粉塵的無污染輸送。②干法粉塵中的高活性CaO遇到粘結(jié)劑中的水或空氣中的水分而發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致成品球強度降低甚至粉化的問題。③對處理后的LT粉塵選擇合理的原料配比、粘結(jié)劑配方和壓球參數(shù),保證產(chǎn)品強度達到運輸及轉(zhuǎn)爐大規(guī)模使用要求。LT粉塵干式冷壓塊技術(shù)即是基于上述目的而開發(fā)的,其基本工藝流程如圖1所示。3力粉特性本研究以太鋼轉(zhuǎn)爐LT電除塵細塵為研究對象,其化學(xué)成分見表1,粒度分析見表2。4旋轉(zhuǎn)式非織造材料的消解系統(tǒng)一般轉(zhuǎn)爐LT粉塵的CaO含量均在10%以上,而且活性度高,如果不預(yù)先處理,在養(yǎng)護過程中,團塊中的CaO遇水反應(yīng)就會造成其粉化。因此,必須在壓球前將粉塵中的CaO充分消解。粉塵的消解,通常的辦法是采用水浸,然后脫水再烘干,但這將使工藝變得復(fù)雜,而且成本也很高。因此,在壓球之前,如何保證粉料中的CaO在低含水的情況下快速充分消解,是技術(shù)關(guān)鍵之一。我們應(yīng)用蒸汽作為介質(zhì),研制了一套專門針對LT粉塵的旋風蒸汽消解系統(tǒng)。其工作原理是利用飽和蒸汽來消除除塵灰內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)應(yīng)力,即:使蒸汽與粉塵在高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)進行瞬時混合接觸,蒸汽中的水分與粉塵中的CaO發(fā)生消解反應(yīng),同時蒸汽冷凝水還將破壞粉塵顆粒的表面結(jié)構(gòu),有利于后續(xù)的成球工藝。細小的生石灰顆粒均勻地分散在含鐵粉塵顆粒中,在旋風消解系統(tǒng)中,當粉塵與一定量的蒸汽快速攪拌時,由于石灰顆粒具有較大的內(nèi)比表面和孔隙,飽和蒸汽中帶入的水會立刻滲入孔內(nèi),發(fā)生強烈的水化反應(yīng),在生成Ca(OH)2的同時,體積膨脹。此外,這是一個放熱反應(yīng),散發(fā)的熱量可使粉塵的溫度達到80～90℃,隨著溫度的升高,反應(yīng)速度加快,加速了CaO的消解,而反應(yīng)后蒸汽中剩余的水分則隨廢氣排走,從而實現(xiàn)了粉塵的低水分消解。旋風消解系統(tǒng)由膨脹倉、旋風除塵器、消解槽、喉管、料汽分離器等設(shè)備組成(見圖2)。需要消解的粉塵通過風力輸送進入膨脹倉,料氣混合物在膨脹倉進行初步分離,大部分粉塵分離后從膨脹倉通過卸灰設(shè)備進入喉管,少量的粉塵隨氣體進入旋風除塵器,進行料氣的進一步分離,廢氣排入除塵系統(tǒng),剩余的粉塵同樣進入喉管。在喉管中通入高速旋轉(zhuǎn)的飽和蒸汽,將料和汽充分混勻,然后進入消解槽,粉塵在消解槽中得到消解后進入原料倉庫,廢汽進入料汽分離器進行粉塵和蒸汽的分離?，F(xiàn)場生產(chǎn)實踐證明,通過旋風蒸汽消解系統(tǒng)處理過的LT粉塵經(jīng)壓球成型后,靜置30天,球面仍然光滑(見圖3),無粉化現(xiàn)象,其成品球可實現(xiàn)長期存放。5研制冷壓塊設(shè)備經(jīng)消解處理后的粉塵性質(zhì)發(fā)生了改變,主要表現(xiàn)為:①氧化鈣轉(zhuǎn)化為氫氧化鈣的過程中體積會發(fā)生膨脹,粉塵消解前的體積密度為0.87t/m3,消解后降到0.75t/m3。成品團塊的密度一般在2.5～3.0t/m3,這就意味著壓縮比變得更大,成球難度增加。②粉塵含水率發(fā)生了變化,消解后粉塵約含水3%～4%,介于干式熱壓和濕式冷壓之間,這種狀態(tài)成球必須要有一定量的粘結(jié)劑,同時壓球工藝參數(shù)也將發(fā)生變化。為此,我們進行了LT粉塵干式冷壓塊工業(yè)試驗。試驗所用壓球設(shè)備為GY750型壓球機。試驗主要測球團初始抗壓強度和自然堆放8h后的抗壓強度。團塊抗壓強度檢測參照ISO4700檢測方法進行,壓力機最大壓力5000N,壓桿加壓速度15±5mm/min。5.1新型粘結(jié)劑開發(fā)干式冷壓塊技術(shù)的關(guān)鍵在于粘結(jié)劑的選擇和添加方法。國內(nèi)外研究試驗過的粘結(jié)劑有幾十種之多,其中得到工業(yè)應(yīng)用的主要有:水泥、水玻璃、膨潤土、腐植酸鈉、瀝青等。用水泥、水玻璃、膨潤土等無機粘結(jié)劑存在的致命問題是,為了維持團塊強度,其加入量大,這使得團塊產(chǎn)品帶入了大量的雜質(zhì),導(dǎo)致鐵品位明顯降低,增加了轉(zhuǎn)爐冶煉渣量;用腐植酸鈉、瀝青等作粘結(jié)劑的壓團法雖然團塊的常溫強度較高,有很好的耐濕耐水性能,但其缺點是價格較高,團塊在高溫過程中軟化變形,高溫強度很差,且污染較嚴重。由于轉(zhuǎn)爐LT粉塵屬經(jīng)過高溫產(chǎn)生的粉塵,其表面性能已經(jīng)明顯改變,要使其成球性能及冷壓球團的強度達到生產(chǎn)要求,使用目前市面上的常規(guī)粘結(jié)劑是很難實現(xiàn)的,必須開發(fā)新型高效的粘結(jié)劑。在結(jié)構(gòu)設(shè)計及大量實驗研究的基礎(chǔ)上,我們開發(fā)出了一種專用LT粉塵壓團的新型復(fù)合粘結(jié)劑(代號wkd)。該粘結(jié)劑主要以高分子有機物為主,輔以部分起速凝作用的無機粉末,配置成液態(tài)的形式加入。為了考察粘結(jié)劑的性能,進行了多種粘結(jié)劑的對比試驗,其中較經(jīng)濟且適用的有4種,分別為:wkd、水玻璃、糖蜜、膨潤土,依次編號為1#～4#。其中wkd、水玻璃、糖蜜呈液態(tài),膨潤土為粉狀。用消解后的LT粉塵,添加各種不同的粘結(jié)劑,混勻后進行壓球試驗。壓球機參數(shù)為:預(yù)壓1200r/min,壓力22MPa;給料方式為人工投料,每次給料80～100kg。一部分球當時測強度,一部分球自然放置8h后測強度,試驗結(jié)果見圖4。從添加不同粘結(jié)劑的壓球試驗結(jié)果來看:在最佳用量時,液態(tài)粘結(jié)劑在一次成球率和成球初期強度上優(yōu)于粉狀粘結(jié)劑,其中與消解后的LT粉塵結(jié)合性能最好的液態(tài)粘結(jié)劑為1#(wkd),但用量過大時也會造成成球初期強度明顯下降,適宜的用量范圍為5%～7%。粉狀粘結(jié)劑在成球率和成球初期強度上不如液態(tài)粘結(jié)劑。從養(yǎng)護8h后的強度來看,wkd優(yōu)勢明顯。5.2骨料與壓球機單純的LT粉料壓球,因消解后粉塵壓縮比大、含水低,造成成球率低、成球強度較差,需配加一定量的骨料和粘結(jié)劑才能提高成球率和產(chǎn)品強度。所謂骨料,是指在壓球過程中能起到骨架性支撐作用,包裹于粉塵中起到提高球團強度作用的物料,其粒度一般比粉塵大,壓縮比相對于粉塵要小。骨料應(yīng)選取廉價、易得、能用于轉(zhuǎn)爐冶煉的物料,試驗選用的骨料有:白云石、鐵礦粉、燒結(jié)返礦、切割渣、氧化鐵皮、轉(zhuǎn)爐鋼渣。其性狀見表3。將消解后LT粉塵與一定量的骨料混合,添加6%的液態(tài)粘結(jié)劑wkd,混勻后上GY750型壓球機壓球。壓球機參數(shù)為:預(yù)壓1200r/min,壓力22MPa;給料方式為人工投料,每次給料80～100kg。試驗結(jié)果見表4。綜合考慮一次成球率和成球強度,可選用的骨料為:鐵礦粉、燒結(jié)返礦和白云石。5.3壓塊機的旋轉(zhuǎn)輥LT粉塵的成型采用高壓對輥壓球機,其工作狀態(tài)如圖5所示。壓塊機供料,一方面是靠物料自重和預(yù)壓螺旋強制給料,另一方面是靠壓塊機旋轉(zhuǎn)輥子的摩擦力。原始分散的粉塵在高壓力下壓成體積小、密度大的塊狀。在這個過程中物料間的間隙被壓縮,產(chǎn)生了塑性變形,其形變能量轉(zhuǎn)移到物料產(chǎn)生了熱量,壓塊離開壓力輥時呈熱的狀態(tài)。粉塵被壓成球模狀的單球、帶片狀相連的壓塊或全部被壓緊(塊間無間隙)。壓球機工作的主要參數(shù)有:給料量、預(yù)壓轉(zhuǎn)速、壓力,參數(shù)的選擇直接影響成球的質(zhì)量和產(chǎn)量。1預(yù)壓機下料情況在物料配比確定的情況下,給料量的多少決定成球率和成球初期強度。給料量太小時,不能成球;料量偏小時,成球扁平,球面無光澤和熱量,初期強度較差;給料量適宜時,成球中間層有2～5mm厚度,球面有光澤和溫度,強度較好;料量偏大時,成球中間層厚度達4～6mm,球面有光澤和溫度,強度也較好;料量過大時,成球壓成整片,強度下降,嚴重時會發(fā)生預(yù)壓電機堵轉(zhuǎn)或壓球機主電機卡死的現(xiàn)象。試驗用壓球機為GY750型,每次給料為80～100kg,取中間值90kg,預(yù)壓螺旋電機轉(zhuǎn)速為1100r/min時下料時間為35～45s,那么預(yù)壓對對輥的給料速度為7.2～9.3t/h,此時成球率為75%～85%,成球初期強度較好,球厚2～5mm。實際生產(chǎn)中給料量稍微偏大更適宜,若用GY750型壓球機,給料量取值8～10t/h能滿足生產(chǎn)要求。2強制給料試驗預(yù)壓是物料供給對輥壓球之前的預(yù)先壓實。物料供給對輥之前的密實程度取決于物料間的擠壓和外部機械擠壓。若直接靠重力給對輥給喂料,對同一物料,給料量只能取決于料柱的高度,而加設(shè)預(yù)壓裝置,則能對對輥強制給料。其原理是:通過調(diào)節(jié)預(yù)壓電機轉(zhuǎn)速,控制預(yù)壓錐螺旋的轉(zhuǎn)速,從而調(diào)節(jié)喂給對輥的物料的密實程度。如圖6所示,錐螺旋為一變徑變螺距螺旋,物料進入錐螺旋后從上到下逐漸被壓縮,入對輥壓球機之前體積已大為縮小,相當于初步壓塊,然后再經(jīng)高壓力輥壓成型,獲得高質(zhì)量的壓塊。預(yù)壓試驗在600～1200r/min的范圍內(nèi)進行。結(jié)果表明隨預(yù)壓轉(zhuǎn)速提高,成球初期強度有一定的提升。若連續(xù)給料,在料量不足時,提高預(yù)壓速度能一定程度上補償給料不足的影響,若料量非常大,則可以適當降低預(yù)壓速度,靠物料間的擠壓對對輥供料。對于GY750型壓球機,適宜的預(yù)壓轉(zhuǎn)速為1000～1200r/min。3壓力對初期強度的影響對輥壓球機的壓力由液壓系統(tǒng)提供,試驗的壓力以油壓為衡量指標,在13～25MPa范圍內(nèi),我們就壓球機的壓力對成球初始強度的影響進行了定性研究。結(jié)果表明:預(yù)壓給料量偏小時,成球的初期強度與壓力在一定程度上成反比關(guān)系,隨壓力上升,成球初始強度反而降低。分析原因主要是隨壓力增加對輥間距變小,導(dǎo)致原本就不夠密實的物料進入球模的料量更小,強度反而降低;在預(yù)壓給料量適宜時,成球初始強度與液壓壓力成正比;預(yù)壓給料量偏大時,較低的壓力即可獲得