转底炉处理含铁固废制备粒铁的基础研究

发布时间：2020-05-15 08:43

【摘要】：本文以工程实践应用为目的,以粒铁制备技术为核心,以转底炉装置为实现载体,针对钢铁企业产生的大量含铁固废粉尘,重点研究了含有贵重元素如Cr、Ni的不锈钢含铁粉尘、具有普遍性意义的钢铁厂二次含铁粉尘、工业副产品硫酸渣等典型固废的粒铁制备技术,通过相关基础研究,获得了最佳的粒铁制备技术参数;此外,本文从工程应用的角度按照基础实验的优化参数建立了转底炉粒铁工艺计算模型,对转底炉的能量利用效率做了简要分析,并可同时满足工程实施和工业生产的需要;最后对转底炉工艺流程进行了简要剖析,有针对性的提出了适应不同原料特点的可行的工艺流程自主集成创新思路。围绕着粒铁制备核心技术,以高碱度内配碳高温自还原为研究手段,通过对上述不同原料进行物性分析的基础上,按多种方案进行理论配料计算,实验配料、制球实验,对自还原实验现象以及最终收集的产品进行检测、分析,得到如下结果:通过对不锈钢粉尘压块自还原的研究发现:内配碳比增加到1.1时,压块内部的还原势会逐渐增强,含铁氧化物得到充分还原,金属单质相析出量增多,由网络状逐渐收缩成球状,粒铁的质量百分比最大;还原温度对粒铁的聚集长大起积极的促进作用,还原温度控制在1380℃~1450℃时,会逐渐发生金属的渗碳反应从而形成低熔点合金相,降低了粒铁的熔化温度,粒铁便易形成半熔融或熔融状态,在金属相表面张力作用下,聚集成颗粒状;渣相碱度为2.5时,理论渣相的组成分布在正硅酸钙(2CaO?SiO_2)析出相区,还原产物冷却后渣铁能自然分离;在上述最佳组合参数条件下,可实现金属铁和镍收得率≥95%,金属铬收得率≥80%,粒铁颗粒尺寸5~20mm部分≥70%,脱磷率≥75%,脱硫率≥95%;按此参数模拟转底炉气氛实验,发现仅当还原产物缓冷到700℃以下后再空冷,可以实现渣相自然粉化与铁粒分离,粒铁尺寸大于5mm部分的比例高于80%,金属铁、镍和铬收得率分别大于98%、97%和93%,脱磷率达到70%,脱硫率达到95%。通过对普通二次含铁粉尘压块自还原的研究发现:过高或过低的内配碳比和渣相碱度都不利于粒铁聚集长大,最佳内配碳比为1.1;当还原温度为1350℃~1400℃时,5mm以上粒铁的质量比可达到80%以上;渣相理论碱度必须高于1.8,高温自还原过程中通过固相反应后才能充分形成2CaO?SiO_2,还原产物冷却后渣铁才能彻底自然分离;高碱度内配碳压块高温自还原具有优良的脱硫条件;同时由于高碱度渣对P_2O_5被碳还原的抑制作用,高碱度内配碳压块高温自还原有一定的脱磷能力;内配碳比为1.1,渣相碱度为2.0,还原温度1350℃,为最佳组合参数,可实现金属铁收得率≥95%,粒铁颗粒尺寸5~20mm部分大于80%,脱硫率≥85%;按上述参数模拟转底炉气氛实验,在较低的空气过剩系数下,还原温度达到1380℃时,粒铁尺寸大于5mm部分的比例高于80%,金属铁收得率95%,脱硫率95%,脱磷率~10%左右。通过对硫酸渣压块自还原的研究发现:高温对大颗粒粒铁的形成起关键作用,当渣相碱度为2.5时,还原温度1250℃,形成大量的细小低品质的铁颗粒,只有进一步通过1500℃的高温还原后,才能得到大颗粒的高质量粒铁,大颗粒粒铁占比60%以上,其金属铁含量在94~95%,小颗粒铁中金属铁含量在82~92%,平均含铁量均在90%以上。结合上述基础研究参数,建立了转底炉粒铁工艺计算模型,开发了满足工程设计、工业生产使用的转底炉工艺计算软件。通过能量综合利用分析发现,粒铁工艺生产中有30%的能量被烟气带出炉外,需要很好的加以充分利用,以达到节能降耗的目的。最后,对采用粒铁工艺的转底炉流程各个关键设施从工程使用的角度进行了简要剖析,提出了针对不同原燃料特点的工艺流程,有待后续工业实践检验。
【图文】：

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【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF55

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