含铁粉尘影响氧化球团质量的规律.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 咂T A L L U R G I C A LE N G D 砸E I U N G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 含铁粉尘影响氧化球团质量的规律① 汪正洁1 ，甘敏2 1 ．宝钢集团有限公司，上海2 0 0 1 2 2 ；2 ．中南大学，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要研究了在赤铁精矿中配加除尘灰、瓦斯灰及污泥等含铁粉尘对球团质量的影响规律。对生球质量的影响表明，生球落下 强度随除尘灰添加量的增加先提高后降低，污泥可改善生球强度，而瓦斯灰的添加使落下强度有所降低，3 种含铁粉尘的添加都提 高了生球的爆裂温度；对预热球的影响表明，3 种含铁粉尘的添加都降低了预热球强度，除尘灰的影响最大；3 种含铁粉尘对焙烧球 强度的影响规律不同，除尘灰的添加可提高焙烧球强度，瓦斯灰对焙烧球强度影响呈现先升高后降低的规律，而添加污泥会略微降 低焙烧球的强度。在赤铁矿中添加含铁粉尘，其预热球和焙烧球强度难以满足生产的要求，通过高压辊磨提高含铁原料中一0 ．0 7 4 m m 粒级含量至7 3 ％以上，在同时添加2 ％除尘灰、4 ％污泥、2 ％瓦斯灰的条件下，可获得预热球强度大于4 0 0N ／个、焙烧球强度大于 25 0 0N ／个的合格球团。 关键词氧化球团；含铁粉尘；除尘灰；污泥；瓦斯灰 中图分类号T F 0 4 6文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．1 0 7 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 - 0 3 9 0 0 4 近年来，我国钢铁行业发展迅速，钢铁产量逐年增 加，而在烧结球团以及炼铁炼钢工艺流程中，不可避免 有各类除尘灰、污泥等含铁粉尘产生。此类资源产量 巨大，仅高炉每生产一吨铁水，产生的尘泥就高达3 0 k g ；且铁含量较高，通常铁品位在4 0 ％左右，具有较高 的回收价值屯j 。在欧美、日本等发达国家，对钢铁厂 粉尘的综合利用率高达1 0 0 ％，而我国在此方面开展 的研究起步较晚。3 一J 。目前国内对钢铁厂含铁粉尘的 主要利用方法是返回烧结配料工艺，将各类含铁物料 作为铁料使用，研究聚焦在降低其成分波动对于炼铁 工艺的影响，以及在烧结过程中控制有害元素的总量。 而近年随着炼铁工艺发展，球团矿作为优质的高炉炉 料，在产量和高炉炉料比例方面都有很大的提高，含铁 粉尘应用于球团工艺也开始得到更为广泛的关 注㈣3 。 本文以钢铁厂含铁粉尘 包括除尘灰、瓦斯灰、转 炉污泥 为研究对象，通过研究赤铁矿中粉尘配入量 对制备氧化球团生球以及预热焙烧球性能的影响，探 索含铁粉尘对氧化球团生产的影响规律，为实际生产 提供技术支持。 1 原料性能及试验方法 1 ．1 原料性能 本试验采用的铁矿为赤铁矿，含铁粉尘有3 种，分 别为除尘灰、瓦斯灰及污泥。含铁原料的化学成分和 粒度组成分别见表1 和表2 。 表1 含铁原料化学成分和烧损 质量分数 ／％ 矿种T F eS i 0 2C a OM g OA 1 2 0 3K 2 0N a 2 0 P bZ nC 烧损 O0 20 ．0 0 8 0 ．0 1 30 ．0 1 8 微量1 ．6 0 1 ．5 40 ．0 40 ．1 60 ．0 44 ．5 89 ．6 8 1 ．0 50 ．1 01 ．2 31 ．9 33 3 ．7 34 7 ．2 5 污泥5 0 ．5 71 ．4 5 1 3 ．6 9 2 ．9 6 0 ．5 6 0 ．1 40 ．0 1 70 ．1 9 90 ．3 6 4 微量1 ．2 5 由表l 可知，赤铁矿铁品位较高，为6 5 ．4 2 ％；脉石 成分以S i O 、A 1 2 0 ，为主，含量分别为3 ．3 1 ％、1 ．2 7 ％。 与赤铁矿相比，除尘灰、瓦斯灰及污泥的铁品位较低， 分别为4 2 ．7 0 ％、1 9 ．6 3 ％和5 0 ．5 7 ％。除尘灰和瓦斯灰 中除含铁矿物外，主要含有S i O 、C a O 、M g O 等，且c 含 量较高，并含有一定的杂质K 0 ，瓦斯灰中还含有P b 、 z n 等有色杂质元素；污泥中主要含有C a O 、M g o 等碱 性氧化物，S i O 、A 1 O ，等酸性脉石的含量相对较低。 由表2 中原料粒度组成可知赤铁矿- 0 ．0 7 4m m 粒级含量为6 6 ．4 0 ％，与赤铁矿相比，除尘灰的粒度稍 细，一0 ．0 7 4m m 粒级含量为7 0 ．1 0 ％；而瓦斯灰和污泥 两种含铁杂料的粒度相对较粗，其中- 0 ．0 7 4m m 粒级 中的含量仅为2 8 ．8 0 ％和4 5 ．0 0 ％。 含铁原料的物理性质见表3 。赤铁矿的密度较 ①收稿日期2 0 1 4 0 6 1 9 基金项目国家自然科学基金资助 5 1 3 0 4 2 4 5 作者简介汪正洁 1 9 6 5 - ，男，江西吉安人，高级工程师，主要从事烧结球团和资源综合利用科研和管理工作。 通讯作者甘敏 1 9 8 3 一 ，男，江西萍乡人，讲师，博士，主要从事炼铁原料制备理论与技术研究工作。 卯n 巧 l l 4屹硒“ 0 2 2 3 伪￡10 眩t 孔撕鲫 3 7 7 心加配 合鸵D 矿灰灰铁尘斯 赤除瓦 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月汪正洁等含铁粉尘影响氧化球团质量的规律 大，干矿堆密度为2 ．0 4g ／c m 3 ，最大分子水、毛细水含 量较低，分别为2 ．4 4 ％和1 2 ．1 3 ％。与赤铁矿相比，污 泥、瓦斯灰、除尘灰密度较低，最大分子水、毛细水含量 较高。 表3 含铁原料物料性能 采用膨润土为球团粘结剂，膨润土一0 ．0 7 41 1 1 1 1 1 粒 级含量为9 9 ．5 4 ％；其物理性能指标膨胀容2 5 ．3 6m L ／g 、 2h 吸水率3 9 6 ．8 8 ％、吸蓝量3 7 ．8 9g ／1 0 0g 。 1 ．2 试验方法 试验流程主要包括配料、混匀、造球、预热、焙烧、 冷却等工序。 造球用原料首先经过人工配料，每次配料以5k g 含铁原料，膨润土按一定比例外加。将含铁原料与膨 润土混匀后，生球制备在圆盘造球机中进行，其直径为 10 0 0m n l ，转速2 5r ／m i n ，边高1 5 0m i l l ，倾角4 7 0 ，固定 造球时间为1 2m i n ，造好的生球经过人工筛分，将1 0 - 1 2m m 的生球作为合格生球。部分生球取样测定其抗 压强度、爆裂温度，其余生球放入1 0 5 ℃的烘箱中进行 干燥2h 以供后续的预热、焙烧试验用。 预热和焙烧试验在实验室卧式管炉中进行，炉膛 部分由直径5 0r a i n 的铁铬铝丝电阻炉和硅碳管电阻 炉对接而成，分别模拟预热和焙烧段，炉体控温系统由 K S Y 智能系统控制，实验过程中温度波动在3 ℃以 内。试验时，将预热焙烧温度调到试验要求并使温度 稳定后，首先选取1 0 个直径1 0 ～1 2 ．5i n t o 的干燥球， 置入刚玉坩埚中，将装有球团的磁舟推人管炉进行焙 烧试验，焙烧一定时间后，将磁舟取出，置人空气中冷 却至室温。最后在智能球团抗压机上分别测定球团的 强度，取平均值作为最终的抗压强度值。 高压辊磨预处理采用的高压辊磨机型号为①2 5 0 m m x l 2 0m m ，高压辊磨机对辊压力为3 0k N 1M P a 。 高压辊磨原料水分设定为7 ．5 ％；高压辊磨前将含铁原 料充分混匀，高压辊磨预处理过程中保证给料均匀和 对辊压力稳定。高压辊磨一定次数后，取2 0 0g 样品 分析一0 ．0 7 4n l n l 粒级的含量，其余原料用于后续造球。 2 试验结果及分析 在膨润土用量2 ．0 ％的条件下，研究了分别配加除 尘灰、瓦斯灰及污泥对赤铁矿球团生球性能以及预热、 焙烧球性能的影响。 2 ．1 对生球质量的影响 除尘灰、瓦斯灰及污泥三种粉尘添加量对生球落 下的影响见图1 。除尘灰和瓦斯灰用量对生球落下强 度影响较小，而污泥用量对生球强度影响较为显著。随 着除尘灰用量的提高，生球落下强度先提高后降低，在 除尘灰用量为2 ％一4 ％，生球落下强度为达到最佳值。 而瓦斯灰用量提高，生球强度有降低的趋势，其用量从 0 ％提高到6 ％时，生球落下强度从5 ．2 次／ 0 ．5 m 个 降低为3 ．4 次／ 0 ．5 m 个 。添加污泥对生球强度有 明显的改善作用，随着污泥添加量的增加，生球落下 强度提高，当添加量为1 0 ％时，生球强度提高到1 5 ．3 次／ 0 ．5 m 个 。 添加剂用量／％， 图1含铁粉尘添加量对生球落下强度的影响 添加含铁粉尘对生球爆裂温度的影响见表4 。 3 种粉尘都可提高生球的爆裂温度。当除尘灰、瓦斯 灰和污泥用量分别高于2 ％、4 ％和2 ％时，生球爆裂温 度高于5 5 0 ℃，满足生产需要。 因此，对于3 种含铁粉尘来说，由于污泥具有一定 的粘性，其添加到铁精矿中可起到粘结剂的作用，达到 改善生球的落下强度和爆裂温度的目的；而除尘灰的 粒度相对较细，在添加少量除尘灰的条件下，生球落下 强度和爆裂温度得到一定程度提高；而瓦斯灰由于粒 度较粗，且瓦斯灰中C 含量高，其疏水性较强，因而添 加瓦斯灰会降低生球落下强度。 表4 含铁粉尘添加量对生球爆裂温度的影响 2 ．2 对预热球强度的影响 在预热温度l0 1 0 ℃、预热时间1 0m i n 的添加下， 万方数据 矿冶工程第3 4 卷 研究了3 种含铁粉尘添加量对预热球强度的影响，结 果如图2 所示。随着含铁粉尘添加量提高，预热球强 度均呈现出显著降低的趋势。在相同添加量的条件 下，添加除尘灰的球团预热强度降低幅度最大，其次为 瓦斯灰和污泥。当除尘灰添加量从0 ％提高到2 ％时， 预热球强度从3 3 6N ／个降低至31 3N ／个，而继续提高 到4 ％，预热球强度急剧降低至1 5 7N ／个，因此除尘灰 的添加量不能太高，以2 ％为宜。当瓦斯灰和污泥的 添加量分别不高于4 ％、6 ％时，球团预热球强度降低程 度相对较小，因而这两种含铁粉尘的添加量应分别控 制在4 ％、6 ％以内。 图2 含铁粉尘添加量对预热球强度的影响 2 ．3 对焙烧球强度的影响 在13 1 0 ℃焙烧1 2m i n 的条件下，研究了除尘灰、 瓦斯灰和污泥添加量对焙烧球强度的影响，结果见图 3 。3 种含铁粉尘影响焙烧球强度的规律不同。随着 除尘灰添加量的提高，焙烧球强度显著提高，当除尘灰 用量从0 ％提高到1 0 ％时，焙烧球强度从16 1 3N ／个提 高到29 5 8N ／个。而瓦斯灰对焙烧球强度影响呈现先 升高后降低的规律，当瓦斯灰用量为6 ％时，焙烧球强 度达到最高值18 1 2N ／个。添加污泥略微降低焙烧球 的强度，当污泥添加量为1 0 ％时，焙烧球抗压强度降 低为14 5 6N ／个。当添加6 ％的瓦斯灰或者污泥时，其 焙烧球强度与不添加含铁粉尘时的焙烧球强度相当。 图3 含铁粉尘添加量对焙烧球强度的影响 2 ．4 配加含铁粉尘球团的制备技术 由单种含铁粉尘对生球、预热球、焙烧球质量的影 响规律可知，污泥可提高生球的强度，除尘灰可提高焙 烧球的强度，而瓦斯灰在配加比例不高的条件下对焙 烧球强度略有提高，因此3 种含铁粉尘同时配加具有 一定的互补作用。但由于3 种粉尘都会降低预热球强 度，因此其添加量不能太高。综合考虑上述因素，在除 尘灰0 4 ％、瓦斯灰0 4 ％、污泥0 ～4 ％的范围内，保 持3 种含铁粉尘添加总量为8 ％的条件下，研究了含铁 粉尘配矿对球团质量的影响。 含铁粉尘配矿对生球质量的影响如表5 所示。同 时配加除尘灰、污泥、瓦斯灰，当配加总量为8 ％时，改 变3 种含铁粉尘的配比，其制备得到的生球质量都比 不添加含铁粉尘的好，生球落下强度和抗压强度都有 所提高，爆裂温度都大于5 5 0 ℃，都能满足生产的要 求；当除尘灰、污泥、瓦斯灰用量分别为2 ％、4 ％、2 ％ 时，生球质量最优，落下强度达到8 ．4 次／ 0 ．5 m 个 ， 爆裂温度高于5 5 0o C 。 在10 1 0 ℃预热1 0m i n ，13 1 0 ℃焙烧1 2m i n 的条 件下，由含铁粉尘配矿对预热球、焙烧球质量的影响可 知同时配加污泥、瓦斯灰和除尘灰，预热球强度降低， 而焙烧球强度提高，但都满足不了生产的要求。当除 尘灰、污泥、瓦斯灰用量分别为2 ％、4 ％、2 ％，预热球、 焙烧球强度分别为2 8 0N ／个和20 6 3N ／个。 表5 配加除尘灰、瓦斯灰、污泥对生球质量的影响 除尘灰污泥瓦斯灰落下强度爆裂温预热球强度焙烧球强度 用量／％用量／％用量／％／[ 次 0 ．5 m 个 一1 ] 度／℃／ N ．爪一1 ／ N 卟一。 0005 ．24 5 03 3 6l6 1 3 2245 ．3 5 5 02 8 32 0 1 6 2428 ．4 5 5 02 8 02 0 6 3 4225 ．7 5 5 02 2 72 2 1 8 由原料粒度分析可知，含铁粉尘的粒度较粗尤其 是瓦斯灰和污泥，- 0 ．0 7 4m m 粒级的比例仅为4 5 ．0 0 ％ 和2 8 ．8 0 ％，加上赤铁矿自身一0 ．0 7 4i n r l l 粒级含量也仅 为6 6 ．4 0 ％，因此其球团质量不高，特别是预热球和焙 烧球强度低。为进一步提高球团质量，本试验中通过 高压辊磨对原料进行预处理，改善原料的粒度组成，以 有利于球团质量的改善。 在除尘灰、污泥、瓦斯灰用量分别为2 ％、4 ％、2 ％ 的条件下，将3 种含铁粉尘与赤铁矿混匀后，采用高压 辊磨对其进行预处理，研究了高压辊磨对球团质量的 影响，结果见表6 。随着高压辊磨次数的增加，原料中 一O ．0 7 4m m 粒级的含量提高。将膨润土用量从2 ．o ％降 低到1 ．5 ％的条件下，随着高压辊磨预处理次数的增加， 生球落下强度提高，预热球和焙烧球强度也得到显著改 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 汪正洁等含铁粉尘影响氧化球团质量的规律 善。当辊磨4 ～6 次，- 0 ．0 7 4m i l l 粒级含量达到7 3 ．5 5 ％～ 7 5 ．2 3 ％，可获得生球落下强度大于50 c ／ 0 ．5 m 个 、爆 裂温度高于5 5 0c C ，预热球强度大于4 0 0N ／个，焙烧 球强度大于25 0 0N ／个的指标。 表6 高压辊磨预处理对球团质量的影响 辊磨- 0 ．0 7 4m i l l 膨润土落下强度爆裂温预热球强度焙烧球强度 次数含量／％用量／％／[ 次 o ．s m 个 一1 ] 度／℃／ N 个一1 ／ N 个一1 06 4 ．8 72 ．08 ．4 5 5 02 8 0 2 0 6 3 27 0 ．2 2 1 ．55 ．2 5 5 03 7 623 6 8 47 3 ．5 51 ．56 ．6 5 5 04 3 925 5 9 67 5 ．2 31 ．58 0 5 5 0 4 5 627 1 4 3 结论 1 随着除尘灰用量的提高，生球落下强度先提高 后减小，生球爆裂温度提高，预热球强度明显降低，焙 烧球强度得到提高。因除尘灰对预热球强度的影响较 大，其添加量不宜太高；配加瓦斯灰时，随着瓦斯灰用 量的增加，生球落下强度呈减小趋势，预热球强度呈降 低趋势，焙烧球强度先上升后下降，配加污泥能显著提 高生球强度，但随着污泥用量的增加，预热球强度逐渐 降低，焙烧球强度先升高后降低。 2 配加含铁粉尘对球团质量有一定程度的影响， 尤其是对预热球性能影响较大，预热球强度一般不能 满足生产需要。采用高压辊磨预处理工艺，起到改善 原料粒度，从而改善成球性能和固结性能的作用，通过 高压辊磨提高含铁原料中一0 ．0 7 4m m 粒级含量至7 3 ％ 以上，在同时添加2 ％除尘灰、4 ％污泥、2 ％瓦斯灰的条 件下，可获得预热球强度、焙烧球强度满足生产要求的 氧化球团。 参考文献 [ 1 ] 巨建涛，党要均．钢铁厂含锌粉尘处理工艺的现状及发展[ J ] ．材 料导报，2 0 1 4 ．2 8 5 1 0 9 1 1 3 ． 曾丹林，马亚丽，王光辉，等．钢铁厂含铁粉尘综合利用研究进展 [ J ] ．烧结球团，2 0 1 1 ，3 6 6 4 5 - 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