唐岚, 甘万贵

( 武钢金属资源公司研究中心, 湖北 武汉 430080)

摘 要: 用高炉瓦斯灰和转炉污泥进行制备金属化球团的成型试验, 研究了粘结剂种类及其添加量、配水量、成型压力等对尘泥成型效果的影响。结果表明, 粘结剂种类对成型效果的影响很明显, 甲基纤维素的成型效果明显优于膨润土。在甲基纤维素用量 013% 、成型压力 75kN、配水量 10% 的优化参数下, 采用压团法所制备的金属化球团干球落下强度能满足转底炉生产要求。

关键词: 高炉瓦斯灰; 转炉污泥; 粘结剂; 金属化球团; 落下强度

1 前 言

近年来, 我国钢铁行业发展迅速, 2011 年钢产量达到 61955 亿 t, 约占世界总产量的 50%。钢铁生产各工序中均会产生大量粉尘, 其总量占到企业钢产量的 4% ~ 7%[ 1]。据统计, 武钢高炉瓦斯灰、转炉污泥、炼铁除尘灰等冶金尘泥的排放量已达 62 万 t/ a, 特别是高炉瓦斯灰和转炉污泥产量很大, 占武钢冶金尘泥总量的75% 。

冶金尘泥中含有较多的 Fe、C 以及 CaO、MgO 等可回收再利用的成分, 同时也含有锌等有害元素。利用冶金尘泥造块制备金属化球团, 是国内外近年来综合利用冶金尘泥的一种新的发展方向[ 2], 该工艺可实现锌、铁元素的资源化利用, 提高资源利用率。我国沙钢、马钢都已采用转底炉技术对冶金尘泥进行处理, 实现了工业化生产[ 3]。武钢对冶金尘泥的利用进行了实验室研究, 取得了一定效果。

本研究以武钢高炉瓦斯灰和转炉污泥为原料, 采用压团法进行成型试验, 以寻求冶金尘泥制备金属化球团的最佳成型方案和条件, 为将来用于转底炉工业化生产提供技术支持。

2 试验原料及方法

2、1 试验原料

采用武钢高炉瓦斯灰和转炉污泥作为试验原料, 其化学成分列于表 1, 粒度分布及堆密度列于表 2。

由表 1 可见, 高炉瓦斯灰含铁品位较低, 但C 含量高; 转炉污泥含铁较高, 且含有大量碱性氧化物; 两种尘泥中都含有一定量的有害元素Zn。这两种尘泥成分有一定的互补性, 可以在不外配碳的情况下进行直接还原并除去锌等有害元素。

从表 2 可知, 高炉瓦斯灰的粒度明显细于转炉污泥, 二者均含有较多的粗颗粒, 特别是转炉污泥, > 0115 mm 的比例达到 48%。因此, 采用压团法比较合适, 压团成型对原料的粒度范围适用性比较广, 物料中的粗颗粒可起到骨架支撑的作用。

2、2 实验设备

实验设备包括: JM10002 型电子天平( 精度011 g) ; T YE- 500B 型手动压力测试机( Max=500 kN) ; DNG- 9036A 型电热恒温鼓风干燥箱( 温度范围 50~ 300 e ) 。

2、3 实验方法

将高炉瓦斯灰和转炉污泥在 120 e 下烘干5 小时, 放入干燥器备用; 按照计算配比称取冶金尘泥, 添加粘结剂和水, 混合均匀后放入模具中压制成型; 成型后将一半压球放入鼓风干燥箱, 在 120 e 下干燥 1 小时; 分别对湿球和干球进行强度检测, 压团成型的流程如图 1 所示。

3 试验结果与讨论

3、1 C/ O 值的确定

根据试验需要, 以 C/ O 为依据计算瓦斯灰和转炉污泥的配比。C/ O 的计算式如下[4]:

图 2 所示。

从图 2 可看出, 随着 C/ O 增加, 湿、干压团的落下强度均明显减小, 成型效果恶化。这是因为随配碳比增加, 混合料中碳含量增加, 由于碳的密度小, 润湿性较差, 与物料中其它成分啮合能力较差, 因此随 C/ O 值增加, 混合料与粘结剂的混合、接触效果恶化, 不利于成型。为了保证还原能够充分进行, 并维持一定的还原性气氛, 需要有一定的碳残留, C/ O 值选取 112 比较适宜。故实验中以 C/ O 112 作为成型实验的原料配比基础。

3、2 膨润土作粘结剂

在 C/ O= 112 的原料结构下, 以膨润土作为粘结剂进行尘泥压团试验。膨润土用量、配水量和成型压力等参数对成型效果的影响如图3 所示。

从图 3( a)可以看出, 粘结剂用量对压团的力学性能影响很大。随着粘结剂用量增加, 生球的落下强度增大, 但膨润土用量超过 4% 以后, 落下强度的增幅减慢。在膨润土用量达到了 8% 时, 湿、干压团的落下强度也仅达到 411次和 315 次, 这与冶金尘泥含碳量大及活性不高有关。根据压团强度变化规律并考虑到粘结剂成本和压团含铁品位, 在满足生压团强度的情况下, 膨润土用量以 4% 为宜。从图 3( b) 可以看出, 配水量的多少对于粘结剂在粉粒表面的迁移、运动起着重要作用。配水量过少, 在成型过程中粘结剂无法快速、均匀地分配在粉粒表面, 使得压团强度较低。当配水量达到 10% 后, 粘结剂在物料间的分布大大改善, 压团落下强度明显增加, 此时再增加配水量对压团的力学性能改善不大, 并且过多的水量会使压团与模具粘连, 难以脱模。因此, 配水量以 10% 为宜。

从图 3( c) 可以看出, 成型压力也明显影响成型效果。压力过小, 物料颗粒不能获得紧密排列, 成型后的力学强度会受到影响; 压力过大, 则有可能无法脱模, 而且会使排挤到球体外的粘结剂过多, 同样不利于成型。当成型压力为75 kN 时, 干、湿压团的力学性能均较理想;当压力增至 90 kN 时, 落下强度没有增加, 甚至恶化。因此, 成型压力以 75 kN 为宜。

3、3 甲基纤维素作粘结剂

在 C/ O= 112 的原料结构下, 以甲基纤维素作为粘结剂进行尘泥压团实验。甲基纤维素用量、配水量和成型压力等参数对成型效果的影响如图 4 所示。

从图 4 可以看出, 甲基纤维素作粘结剂的成型效果明显好于膨润土。甲基纤维素用量仅011% 时, 压团的落下强度已达到 3 次。随着用量的增加, 落下强度也明显增加, 当添加量为013% 时, 压团的落下强度达到比较满意的值。这与甲基纤维素为有机粘结剂, 含有的亲水基团较多有关。湿球和干球的落下强度随着添加剂用量的增加而提高, 在满足强度要求同时又节约粘结剂的条件下, 甲基纤维素的配入量选取 013%较为合理。

使用甲基纤维素作粘结剂时, 配水量和成型压力对压团成型效果的影响与使用膨润土时呈现出相同的规律, 均在 10%的配水量和 75 kN的成型压力时就可得到较满意的成型效果。

4 结 论

1) 高炉瓦斯灰和转炉污泥在成分上有一定的互补性, 可以在不外配碳的情况下进行直接还原并除去锌等有害元素。高炉瓦斯灰的粒度明显细于转炉污泥, 但这两种尘泥均含有较多的粗颗粒, 特别是转炉污泥。

2) 随着 C/ O 增加, 湿、干压团的落下强度明显减小, 成型效果恶化。C/ O 112 时, 可保证还原能够充分进行, 并维持一定还原性气氛, 故取 C/ O 112 作为尘泥原料配比较为合适。

3) 粘结剂种类对成型效果的影响很显著,有机粘结剂甲基纤维素的成型效果明显优于膨润土。甲基纤维素的适宜用量为 013%, 合适的成型压力和配水量为 75 kN 和 10% 。

4) 在甲基纤维素用量 013% 、成型压力 75kN、配水量 10% 的优化参数下, 采用压团法所制备的金属化球团干球落下强度可达 5 次/ 球,能满足转底炉生产要求。在利用转底炉技术处理冶金尘泥的工业化生产中, 可根据不同原料组成, 在满足工艺设计要求的前提下选取适合的粘结剂用量及成型参数。

参考文献

[ 1]   殷惠民1 论用转底炉法对钢铁厂尘泥的处理[ J]1 江苏冶金, 2008, (6): 6- 81

[ 2]   胡俊鸽, 周文涛, 赵小燕 1 转底炉炼铁工艺发展现状[ J] 1冶金丛刊, 2009, (5): 43- 461

[ 3]   金俊, 叶军 1 马钢资源化利用冶金含锌尘泥工艺研究与工业运用[C]1 第八届(2011) 钢铁年会论文集 1 北京: 冶金工业出版社, 20111

[ 4]   牛永胜, 马永磊, 李惠朝, 等 1 含碳球团配比的试验研究[ J]1 河北冶金, 2001, ( 2) : 9- 111