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e9转炉尘泥综合利用实验研究及工业应用

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e9转炉尘泥综合利用实验研究及工业应用 7rotalNo.149 Febmary2005 冶金设备 METALLURGICALEQUIPMENT 总第149期 2005年2月第1期 ·经验与革新· 炼钢转炉尘泥综合利用实验研究及工业应用 张清学①1 (1:华中科技大学湖北武汉430074; 陈铁军2 2:武汉科技大学湖北武汉430081) 摘要采用压团中温固结的方法将转炉尘泥制作成团块状化渣剂用于转炉冶炼生产的新思路,对转炉 尘泥的处理与综合利用具有重要意义。研究中首先进行了多种尘泥球团制作方法的对比实验,从中寻求出 了一种最适宜的球团工艺,然...
e9转炉尘泥综合利用实验研究及工业应用
7rotalNo.149 Febmary2005 冶金设备 METALLURGICALEQUIPMENT 总第149期 2005年2月第1期 ·经验与革新· 炼钢转炉尘泥综合利用实验研究及工业应用 张清学①1 (1:华中科技大学湖北武汉430074; 陈铁军2 2:武汉科技大学湖北武汉430081) 摘要采用压团中温固结的方法将转炉尘泥制作成团块状化渣剂用于转炉冶炼生产的新思路,对转炉 尘泥的处理与综合利用具有重要意义。研究中首先进行了多种尘泥球团制作方法的对比实验,从中寻求出 了一种最适宜的球团工艺,然后通过系统实验确定出了最佳的工艺参数;在实验的基础上,通过自主建 成了新的转炉尘泥化渣剂球团生产线;最后在生产中,调整工艺参数以提高尘泥球团的强度,满足炼钢生产 要求;并在炼钢生产中得出了适宜的尘泥球团的添加及应用技术使尘泥球团最终在炼钢过程中得到了成功 的应用。 关键词转炉尘泥综合利用 压团 焙烧 中图分类号 X7、TF7 文献标识码 B ExperimentalStudyandI】mdustryAppHcation ComprehensiVeUtilizationofConVerterlksidue ZhangQin铲uel (1:Hu北hongUniVellsityofScienceandTechn0109y; ChenTiejun2 2:WuHaIlUniversityofScienceandTechnology) ABSTRAC’I’AnewmetIlodtotr蜘twitllconverterresidueisused.i.e.convertIesiduewerefirstmadeasa peuetslag舀ngagentadoptingbriqIletting蛐dr0鹪tinginamediumtemperanlre,锄dtllenwere印pliedinsmelting inconvener,whichisverysigflificantfo¨ransaction锄dcompreJlensiveu锄zationofconverterresjdue.Intllisre— search,m明yexperimentstocompareav撕et)r0fbriquettingmethod8weremade,bywhichabestfe鹊ibletechnics werefound,andtllenoptimump啪meterscon.espondingbysystematicaUytestingwereeduced.0ntlleb鹊eofex— periments,anewplantprocessingutilization0fconvenerresiduedesigIledwassetup.Finally,inpractice,conela— tiveparameterstoimproveintensityofpeHetmadeofconverterresiduetomeettheneedofsteel—makingwereadjus— ted.Inaddition,dllringsteel—makinginconverter,asetoftecllllologyaboutapplicationofresiduepelletwassum- m撕zed,whichhasbeensuccess“lyappliedinAnYangIron&SteelCorpor8tion. KEYWoRDSConver【erResidueComprehensiveutilizationBriquettingRoasting 1前言 顶吹氧气转炉吹炼中产生的烟尘经除尘后 即为转炉尘泥。转炉尘泥量(干重量)约为钢产 量的2%,它含铁高,有害杂质少,并含有相当数 量的氧化钙等碱性氧化物。如将其废弃,不仅占 用大片土地,污染环境,而且浪费了宝贵的二次 资源。目前国内外的处理方法很多,已经报道的 工业装置有混合法、小球烧结法、喷浆法、碳化球 法、冷球法、直接还原金属化球团法、直接还原海 锦铁法等。但国内实际的主要利用方法:一是用 作烧结原料,走大循环道路;二是制球返回转炉 作炼钢助熔剂和造渣剂,走小循环道路。前种方 ①作者简介:张清学,男,1965年出生,博士,毕业于华中科技大学管理学院 一49— 万方数据 总第149期 冶金设备 2005年2月第1期 法虽可行,但有降低烧结质量和产量之弊端;而 后种方法不仅可变废为宝,更为可贵之处是为转 炉炼钢提供了一种价廉质优的复合造渣材料。 安阳钢铁股份有限公司第二炼钢厂20t转炉 生产过程中产生的尘泥原来一直是采用大循环 道路进行回收利用。2001年底,经集团公司有关 部门研究决策,开始对第二炼钢厂转炉尘泥造球 项目进行研究,整个研究工作通过小型实验室试 验研究、工业试验研究及应用技术研究等过程, 最终研制出一套完整的转炉尘泥综合利用工艺 及其应用技术,并于2002年上马尘泥造球生产 线。该项目通过采用一系列新工艺,使尘泥球团 质量完全满足炼钢生产的需要,给企业带来了明 显的经济效益。同时,由于造球工艺的上马也使 得粉尘处理生产环境得到了显著的改善,具有较 显著的社会效益。 2转炉尘泥综合利用途径的研制设想 目前炼钢生产及研究表明,利用炼钢尘泥可 加工炼钢化渣剂,它在冶炼时可起到冷却、化渣、 脱磷、脱硫等效果,是目前炼钢尘泥利用的主要 方向,国内已有部分厂家进行了这方面的研究及 式是将粉尘做成具有一定强度的球团,然后再投 入炼钢炉应用。从成球的方法上来看,主要有碳 酸化球团法、水泥冷固结球团法、轮窑烧结法、热 压块法、冷压球团法等等。一般来说,碳酸化固 结工艺需要时间较长,能耗大,不很合理;水泥冷 固结球团法,其水泥杂质限制其投入炼钢的应 用;轮窑是可提供均匀加热的高温设备,但投资 较高,需配备一定的挤压设备,烧结后的产品需 要破碎成一定的粒度后才能人转炉使用;热压块 法只能用于处理干尘,且设备投资非常高;冷压 球团法目前应用较多是将转炉污泥干燥到一定 水分程度后配加各种粘结剂后进行压球,然后再 进行自然堆放养护,使之获得一定的强度,该流 程需要很大的场地及长时间的养护,且该工艺所 获得的团块强度质量特别是热态强度很难保证。 由此,笔者认为找到一种合适的加工尘泥球 团化渣剂的工艺方法是实现转炉尘泥综合利用 的最有效途径之一。 3实验研究 3.1原料的物化性能及实验研究方法 实验中使用的转炉尘泥为安钢第二炼钢厂 应用,但方法各不相同。作炼钢化渣剂的加工方 转炉尘泥,其物化性能见表1。 表1原料的物化性能 实验室试验主要是进行尘泥球团的制作工 艺选择实验、不同工艺参数对成品球的强度影响 实验及成品球团化渣及其他性能测试等实验,主 要设备及装置有试样压制装置、抗压强度测试 仪、中温固结炉以及高温熔态性能测试设备等。 实验考察的主要指标就是所制作球团的强度及 粉化性能。 3.2综合利用途径对比实验 用转炉尘泥制作化渣剂球团的方法有很多, 为考察各种方法的球团强度情况,进行了专门的 工艺流程对比实验研究。选取的主要流程如图1 所示。 流程一、二和四都是采用压团工艺,只是流 程一和二为湿压团,固结方式分别为中温焙烧与 冷固结,而流程四是采用高压干压球,流程三则 一50一 与铁矿氧化球团工艺相同。由于污泥粒度特细, 一般单独污泥成球过程很难控制,因此必须添加 部分较粗物料。流程一为所推荐的新工艺的实 验流程。为比较其效果,用安钢炼钢尘泥,分别 用上述实验流程进行系统实验,选取对应流程的 最佳结果进行对比,其结果见表2。 从表2的对比结果来看,流程三的强度最好, 其次是流程一。但流程三是在配加40%的铁精 矿的情况下才能达到的,全污泥无法进行此工艺 过程,一是因为污泥的烘干和造球工艺很难控 制,由于污泥粒度细,干燥时结团非常严重,致使 圆盘造球很难正常运行,另外,全污泥生球焙烧 温度也不宜控制太高。还有就是从脱硫的角度 考虑,高温焙烧是最有效的。因此,综合来看,流 程一是最合适的工艺。 万方数据 张清学: 炼钢转炉尘泥综合利用实验研究及工业应用 2005年2月第1期 注:成品团块落下强度指数:取一质量为G。成品团块,从2m高自由落到10mm厚的钢板上,落下3次,测得落下后+ 10mm粒级得质量为G,以G/G0×100%作为落下强度指数。 日圈一匝巫田 实验流程一 实验流程三 一回一匹亟 实验流程四 图1 对比实验流程图 3.3工艺参数实验 标:抗压强度大于1500N/个;落下强度指数大于 采用上述流程一,改变实验条件,进行了细 90%;体积密度大于3.0g/cm3。达到了炼钢转 致的工艺参数选择实验。实验结果表明,化渣剂 炉的人炉要求。 球团生产适宜的工艺参数如下:压团原料水分: 4尘泥球团新工艺的应用 8.0%~12.0%;团压压力:50kN;团块尺寸:囝在上述研究的基础上,通过自主设计建成新 30mm;固结方式:中温焙烧,湿团块依次经过干的转炉尘泥化渣剂球团生产线,并于2002年下 燥、预热、焙烧和冷却;干燥温度小于350℃;预热 半年上马尘泥球生产线,2002年8月,成品尘泥 温度550℃~650℃,预热时间约25min;焙烧温球团开始在第二炼钢厂20t转炉使用。生产中, 度:900℃一1000℃,高温焙烧时间约30min。在依据前期的研究及相关技术参考,逐渐调整工艺 上述工艺条件下,团块的性能可以达到如下指 参数以提高尘泥球团的强度,降低水分含量,满 一5】一 翟 万方数据 总第149期 冶金设备 2005年2月第1期 足炼钢生产要求;通过一段时间应用,在炼钢生 产中得出适宜的尘泥球团的添加及应用技术。 4.1工艺流程及生产概况 新建的转炉尘泥造球工艺流程如图2所示。 (图中虚线部分为根据原料条件和生产情况可能 进行的调整)。经自然风干后的尘泥料经皮带机 上料到双轴搅拌机中与石灰、添加剂等一起搅拌 均匀后,由皮带机输送到混辗机中将混料研碎。 再经皮带机输入送到对辊造球机,制成生球。生 球经振动流筛,筛上生球装人料斗,由料斗将生 球吊入竖炉焙烧,焙烧成品球存入仓库。针对转 炉尘泥特性进行自行设计的中温焙烧新型竖炉, 具有许多明显的改进。与传统球团焙烧竖炉相 比,克服了炉内温度不均以及尘泥物料容易粘结 而导致结窑等主要障碍。另外,该竖炉采用负压 操作,连续排料,使炉料在焙烧过程中基本处于 运动状态,这样可以防止物料在炉内的粘结。 目前的生产规模是两条竖炉生产线,一条生 产线年生产能力在1.5万t左右,总年生产能力 约为3万t。现在安钢第二炼钢厂日产尘泥140t (不含粗泥),年产约5.2万t,折合干泥约2.9万 t。造球过程中添加4%一5%左右的石灰粉,则 焙烧后成品球团量大约在3万t左右。也就是说 两条竖炉生产线,可将第二炼钢厂产生的尘泥全 部处理,加工为尘泥球团。 图2 尘泥球团工艺流程 4.2产品质量状况 从2002年8月投产至今,安阳钢铁公司转 炉尘泥球团的生产已经累计接近3年,其各项考 核指标均达到或超过了设计指标。表3是2004 年第一季度的产品平均指标。另外,通过年度工 业生产考查指标证明,该尘泥球团生产技术可 靠,工艺流程合理,生产过程稳定,所获球团产品 各项指标均符合预定产品质量要求,达到了转炉 生产对化渣剂的要求。所选用的工艺与新型竖 炉设备,运行稳定可靠,操作方便,与其他工艺相 比,优势明显,效果突出。 表3产品尘泥球化渣剂的平均成分及性能 4.3炼钢现场应用 在炼钢过程中,采用粉尘球团代替矿石等对 加速成渣是非常有效的,而且还可作炼钢冷却及 脱磷剂等,其应用效果已经得到许多炼钢厂的公 认。尘泥球中主要成分是铁的氧化物、磷化物、 硫化物和氮化物等,应用于转炉炼钢工艺参与造 渣和物化反应,显著增加转炉钢渣中的FeO含 量,开始应用时出现一些比如炉衬侵蚀加剧、c— O反应不均匀导致的爆发性喷溅等工艺技术难 题。生产中作了适时的调整,最后通过试验及实 际生产的摸索和总结,得出了转炉冶炼添加尘泥 球合理的应用技术。其关键在于以下几方面: 一52— 1)化渣剂科学的造渣。造渣制度重点 解决了应用污泥球后,各种造渣料特别是尘泥球 的加入时机和加入量。经计算,在安钢20t转炉 正常冶炼装入制度的条件下,污泥球的加入量一 般为200~500kg/炉,即8—20kg/t钢,可较好满 足脱除铁水和废钢中有害杂质和降低“返干”、减 少喷溅的要求。 2)稳定的炼钢工艺操作,根据尘泥球在转炉 炼钢工艺中的冶金特性,进一步优化溅渣护炉制 度,提高溅渣护炉强度,保证溅渣护炉效果,降低 强氧化铁对转炉的侵蚀。 (转42页) 南 万方数据 总第149期 冶金设备 2005年2月第1期 对其余设计变量进行了研究。鉴于篇幅有限,其 它设计变量的影响曲线就不一一列出。随着DV 一2增大,轨梁和转臂之间的夹角变大,轨梁运行 速度波动也增加。对轨梁头部在回退初始阶段 的运行轨迹的影响要与DV一8一起考虑,当DV 一2略大于DV一8时,近似直线效果更好。而 DV一8对轨梁和转臂之间的夹角影响不大,但是 随着DV一8增大,轨梁运行会变得平稳。相比之 下,变量DV一7的影响很小。变量DV一3、DV一 4、DV一5、DV一6对轨梁的运动轨迹影响不大, 仅对转臂的终止位置和整个机构运行的平稳性 有一些影响。随着变量DV一3的增加,机构运行 速度波动较大。 15(j. 100. “∽ ● 星50 魁 蝴0 —5() |曼三=:心\ /, \≤弋≮\ 弋弋 弋弋\⑤ \◇o之凛 \>搦 ~① ()() 5.() 10.O 15() B寸间/s 图4轨梁质心的速度随时间变化曲线 5结论 应用ADAMs软件,真实地仿真了转臂折叠 式开铁口机的工作过程,准确地解析了其机构动 力学特性。通过对转臂折叠式开铁口机的参数 化,得出以下结论: 1)在其它尺寸确定的情况下,调节杆(cD) 的位置对开口机性能指标影响最为显著,尤其是 调节杆两端垂直方向位置(DV一2、DV一8)的变 化。 2)液压缸的摆放(BE)对轨梁的运动轨迹影 响不大,但是会对转臂的终止位置和整个机构运 行的平稳性产生一些影响。 3)ADAMs软件的应用,提高了转臂折叠式 开铁口机设计水平。使转臂折叠式开铁口机运 行轨迹更为理想、结构更加紧凑、运行更平稳,从 而获得最优化设计。 参考文献 [1]刘建平等.转臂折叠式液压开铁口机.冶金设备. 2001(6) [2]郑建荣.Adams虚拟样机入门与提高.北京:机械工业 出版社,2002 [3]赵秀冕等.应用虚拟样机技术优化设计卡钳.装甲兵 工程学院学报,2000.14(3) (收稿日期:2004—10一23) 业j-}业簟誓}j皓业{电业业妇船业业船鼙j妇业誊业业业蕊}颦业业章j略业鼙呻k业j-}谶}每亭:凶}鲁}省色船■}业业誊 (接52页) 3)依据尘泥球应用后的供氧特性,科学合理 调整转炉氧气供氧制度,控制稳定的化学反应速 率特别是c—o反应速率,满足了冶炼工艺要求。 安钢第二炼钢厂自2002年10月应用尘泥球 以来,针对尘泥球的特性和上述矛盾,通过强化 溅渣护炉工艺、合理炉料结构配比、控制过程钢 渣成份、调整供氧罐等炼钢工艺技术措施的系统 优化,冶炼工艺控制能力得到显著提升,“返干” 和“三粘”事故基本杜绝,一次终点碳合格率明显 提高,达到了90%以上,促进了炼钢生产的稳定; 综合吨钢成本明显降低,取得了明显的技术经济 效果。 5结论 本研究采用了压团中温固结的方法将转炉 尘泥制作成团块状化渣剂用于转炉冶炼生产的 新思路,突破了炉料常规和炼钢操作工艺,较好 一42一 的解决了安钢第二炼钢厂转炉尘泥对环境的污 染,提高了冶金二次资源的再利用。并且实现了 炉料结构的进一步优化,开辟了烟尘有效利用的 新途径。尘泥球作为转炉造渣料,它可以部分取 代铁矿石和石灰,同时又可以充分回收含铁资 源,保护环境,节约能源,降低转炉炼钢的成本, 可取得较好的经济效益和社会效益。 参考文献 [1]张启溶.炼钢转炉尘泥的处理方法.冶金矿山与设计, 1994(6):8~14 [2]王全利.含铁尘泥的综合利用.包钢科技,2002,28 (6):75~78 [3]任中兴,许晓东等.转炉尘泥炼钢造渣冷却剂试制及 应用研究.中国冶金,2002,61(6):15~19 [4]张一敏.球团理论与工艺(M).北京:冶金工业出版 社,1997 (收稿日期:2004一11—23) 万方数据
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