（冶金工程专业论文）含锌电炉粉尘处理及工艺参数优化.pdf

中文摘要 摘要 含锌电炉粉尘的成球是配碳球团直接还原技术处理该粉尘的前提，因此首先 对试验所用的含锌电炉粉尘的粒度组成和成球性能进行了研究。结果表明：试验 所用的含锌电炉粉尘粒度较细，均小于51 1 m ，对成球非常有利，在不加任何粘结 剂的条件下生产的球团亦能满足试验要求。在造球实验中还讨论了c o 、成球时间 等参数对球团落下强度、抗压强度等性能的影响。 为了考察配碳球团处理含锌电炉粉尘技术的可行性，对配碳球团的直接还原 技术处理电炉粉尘进行了研究，并完成了半工业扩大性试验，优化了其参数，得 到了还原焙烧法的合理工艺条件：碳的过量系数为1 2 ，还原温度为11 5 0 ，料 层厚度为3 0 m m ，加热时间为7 0 r a i n 。还原后的球团为半金属化球团，其t f e 含量 5 0 左右，最高可达5 4 7 ；金属化率6 0 7 0 ，最高可达8 8 ；通过差热分 析和化学分析方法，确定了收集粉尘中z n o 的含量，表明收集粉尘含z n o 在9 0 以上，达到了国标规定的等级氧化锌的标准。球团中锌的还原挥发率达9 0 以上， 而球团内残锌含量已达到低于2 的试验要求，完全可以作为高炉炼铁的配料，实 现冶金能源的二次利用，说明用配碳球团的直接还原技术处理含锌电炉粉尘是成 功的。研究结果为该技术在工业生产中的应用奠定了基础，也为国内外钢铁行业 找到了一种能有效回收有价金属资源且具有环境保护意义的处理含锌电炉粉尘的 方法。 为了考察装料容器对球团料层温度分布的影响和在非随炉加热过程中，热的 炉底对料层传热的影响，运用f l u e n t 6 1 2 2 商用软件分别计算了长方体装料容器 和圆柱体装料容器的温度分布，找出了各种球团料层的温度分布的低温区域，为 下一步提高料层升温速度和提高处理含锌电炉粉尘的效率提供了依据，模拟结果 显示，对于料层高度为3 0 r m 的球团料，在放入加热炉内大概2 0 分钟左右，高温 炉底由供热炉底开始转化为吸热炉底。 最后，通过对炉型优缺点的对比，确定采用转底炉处理含锌电炉粉尘，并对 整个工艺的经济效益进行了分析，表明在现行z n o 价位下，用转底炉来处理含锌 电炉粉尘，可以实现电炉粉尘的综合利用，不仅有较好的环保效益，而且还有较 好的经济效益。 关键词：电炉粉尘，配碳球团，造球，还原焙烧 英文摘要 a b s t r a c t p e l l e t i z i n go fe l e c t r i ca r ef u r n a c e ( e a r ) d u 出i n c l u d ez i n cw a st h eb a s eo ft h e t e e l m o l o g yo fc a r b o n - c o n t a i n i n gp e l l e t sd i r e c tr e d u c t i o n , s oi ts t u d i e dt h ep a r t i c l es i z e a n dt h ep e l l e t i z i n g - p r o p e r t yo ft h ee a f ( e l e c t r i ca r cf u r n a c e ) d u s t e x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o wt h a tt h ee a fd u s t so f n a n j i n gs t e e la r es of i n et h a ta l lp a r t i c l e sa r el e s s - t h a n5 肌， w h i c hi sv e r yb e n e f i tt op e l l e t i z e t h ep e r f o r m a n c eo fp e l l e t sc o u l dr e a c he x p e r i m e n t a l r e q u i r e m e n t sw i t h o u ta n yb i n d e nl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t ss t u d i e dt h ee f f e c t sf a l l e n s t r e n g t ha n dc o m p r e s s i o ns t r e n g t hw h a tc o 、t i m ei n f e c t sa n ds oo n i no r d e rt os t u d i e df e a s i b i l i t yo fd i s p o s i n ge l e c t r i ca r cf u r n a c e ( e a f ) d u s t s1 i m c a r b o n - c o n t a i n i n gp e l l e t s ，i ts t u d i e dc a r b o n - c o n t a i n i n gp e l l e t sd i r e c tr e d u c t i o n , a n d s e m i i n d u s t r i a ls c a l er e s e a r c hw a sc a r r i e d ，p r o v i n gf e a s i b i l i t yo ft h ee q u i p m e ma n d h e a t i n g - w a yt h a td e v i s e df o rt h ee x p e r i m e n t r e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a tt h ee q u i p m e n t a n dh e a t i n g - w a yt h a td e v i s e df o rt h ee x p e r i m e n ta r ew o r k i n gw e l l b e s i d e s , i m p o s i n g t h et e c h n o l o g yo fc a r b o n - c o n t a i n i n gp e l l e t sd i r e c tr e d u c t i o nt od i s p o s ee a fd u s t sh a d b e e ns t u d i e d ，s e m i - i n d u s t r i a ls c a l ee x p e r i m e n t sw e r ef i n i s h e da sw e l l ，a n dp a r a m e t e r s h a sb e e no p t i m i z e d ，t h eb e t t e rp a r a m e t e r so fr o a s t i n gr e d u c t i o nm e t h o da r es h o w na s f o l l o w s ：e x c e s sc o e f f i c i e n to fc a r b o n1 2 ，r e d u c t i o nt e m p e r a t u r e1 1 5 0 c ，a n t i c i p a t e t h i c k n e s s3 0 m m ，r e d u c t i o nt i m e6 0 m i n ，t h et r e a t e dp e l l e t sw e r es e m i - m e t a l l i cp e l l e t , t o t a lf e r r u mc o n t e n ti nt h et r e a t e dp e l l e tw a sa b o u t5 0 ，t h eb e s t g o tu pt o5 4 7 ； m e t a l l i cr a t i ow a sa b o u t6 0 一7 0 ，t h eb e s tg o tu pt o8 8 ；z i n co x i d ec o n t e n ti nt h e c o l l e c t e dz i n co x i d ep o w d e re x c e e d e d9 0 ，w h i l et h ep e r c e n to fz i n cc o n t e n ti nt h e p e l l e t si sl o w e rt h a n2 ，w h i c hc a l lm e e tt h er e q u i r e m e n to fe x p e r i n a e n t s ，s ot h ep e l l e t s c a r lb eu s e da st h ea s s i s t a n tm a t e r i a l so fb l a s tf u r n a c o , t os o m ed e g r e et h i sr e a l i z e st h e r e c y c l eo f m e t a l l u r g i c a le n e r g ys o u r c e s ，i tw a sp r o v e dt h a ts u c c e e d e dt or e c y c l ee l e c t r i c a r cf u r n a c e ( e a _ f ) d u s tf o rc a r b o n - c o n t a i n i n gp e l l e t sd i r e c tr e d u c i n gt e c h n o l o g y t h i si s t h ef i r s ta t t e m p tt op u tt h et e c h n i q u ei n t op r a c t i c ei no u rc o u n t r y , a tb e s i d e st h ea u t h o r e x p l o r e dt h ep a r a m e t e r sa n dh e a t i n g w a yo f r o a s t i n gr e d u c t i o nm e t h o d , f i n a l l yo b t a i n e d t h eb e s tp a r a m e t e r s ( r e d u c t i o nt i m e 、r e d u c t i o nt e m p e r a t u r e 、c a r b o n - o x y g e nr a t i o 、 h e a t i n g w a y 、t h i c k n e s so ff c e dl a y e ra n ds oo n ) i tw i l le s t a b l i s hah a r db a s i cf o rt h e i n d u s t r yp r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o n ，o fc o n l 曙e ，f i n dag o o dm e a n st h a tw e r ee c o n o m y a n de f f i c i e n c ya n de n v i r o n m e n t a lt od i s p o s e de a f i no r d e rt os e ea b o u tt h ei n f l u e n c eo ft h ec h a r g ec o n t a i n e rt ot h ed i s t r i b u t i o no f m 重庆人学硕十论文 p e l l e t st e m p e r a t u r ea n do ft h eh o tf u r n a c eb o r o mt ot h em a t e r i a ll a y e rh e a tt r a n s f e r s ， f l u e n t 6 1 2h a sb e e nu s e dt oc a l c u l a t et h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no fs i m u l a t i n g q u a d r a t ea n dc o l u m n a rc o n t a i n e r f i n do u tt h ep o i n to ft h e l o w e s tt e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o no fe v e r yc o n t a i n e r i tc a nb et h ef o u n d a t i o no fr a i s i n gt h er a t eo fm a t e r i a l l a y e r st e m p e r a t u r eh e i g h t e n i n ga n dr i s i n gt h ee f f i c i e n c yo fd i s p o s i n ge a fd u s t s c o n t a i n i n gz n t h es i m u l a t i v er e s u l ts h o w st h a t , w h e nt h em a t e r i a ll a y e ri s3 0 m m 2 0 m i nl a t e ra l t e rp u ti n t ot h es t o v e , t h eh e a ts u p p l yh e a r t hi sb e c o m i n gd e c a l e s c e n c e h e a r t h a tt h ee n d ，p a s st ot h ec o n t r a s to ft h ef u r u a e et y p ea b o u tm e r i ta n d s h o r t c o m i n g ， m a k es u r et h a tr e c y c l eo fe l e c t r i ca r cf u r n a c eo ! a f ) d u s t sw i t l lr o t a r yh e a r t h o w i n gt o t h ee c o n o m i ca n a l y s i so fw h o l ec r a f t ，s h o wv a l u eo fz n on o w ，d i s p o s i n ge l e c t r i ca r c f u r n a c e0 1 a f ) d u s t sw i t hr o t a r yh e a r t h i n t e g r a t e du t i l i z a t i o na b o u te l e c t r i ca r cf a r n a c e ( e a f ) d u s t s ，i tn o to n l yh a v eg o o de n v i r o n m e n t ，b u ta l s oh i g he c o n o m i c a lb e n e f i t k e y w o r d s ：e l e c t r i c a r ef u r n a c e0 z a r 3 d u s t s ，c a r b o n - c o n t a i n i n gp e l l e t s ， p e l l e t i z i n g - p r o p e r t y , r o a s t i n gr e d u c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书面使用过的材料。与我同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 协埠 签字日期：姗 年6 月审日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名： 饧褥 签字日期：功同年6 月9 日 导师签名： f 埘段 签字日期汐够年月日 1 绪论 1 绪论 1 1 引言 电弧炉炼钢产出装炉量1 2 1 1 】的粉尘，这些粉尘中除含铁外，还含有铅、 锌、镉、铬和镍等金属元素。具体化学成分及含量与冶炼钢种有关，一般碳钢或 低合金钢冶炼过程中产出的粉尘主要含铅和锌，不锈钢或特种钢冶炼粉尘主要含 铬和镍。美国环保局( e p a ) 对电弧炉粉尘进行了毒性浸出试验( t c l p ) ，铅、镉和铬 不能通过环保法标准，因此将该粉尘归类为有害废物( k 0 6 1 ) 【2 】。从1 9 8 8 年开始， 该粉尘被禁止以传统的方式填埋弃置，必须处理成无害废物后方可填埋。为此， 各国都极为重视对电炉粉尘的处理和综合利用，开展各种研究，希望开发出能有 效回收有价金属资源且无环境污染的实用技术【l j p 卜【6 】。 目前，虽然我国因电力资源及废钢原料供应不充足等问题，电弧炉炼钢发展 受到一定的限制，但随着我国钢铁工业及电力工业的发展，废钢的不断增多，以 及特种钢材需求的不断增加，电弧炉炼钢产量将会不断增加，产生的粉尘量也将 与年俱增。虽然国外对处理电弧炉粉尘的研究很多，但至今没有一种经济实用的 处理方法；而国内对电炉粉尘利用的研究较少，传统的方法是简单地将这些粉尘 倾倒野外或填埋处理，也有部分返回钢铁厂内循环使用，但办等元素在高炉内循 环富集会造成高炉炉顶煤气上升管等部位结瘤，影响高炉的顺行。这些元素向钢 水转移还会降低钢材品质【”，因此返回钢铁厂内循环使用受限，大量粉尘不得不填 埋处理。对于倾倒野外或填埋处理，粉尘中铅、镉、铬等有毒元素会浸出，严重 污染水土资源。随着我国环境管理法规的不断完善和严格，此种不经无害化处理 直接进行填埋的方法将会被禁止。况且，粉尘中含有大量有价金属，特别是含量 较高的有价金属铁、锌，不经回收就直接填埋处理是一种金属资源的严重浪费。 本课题的研究目的是使用配碳球团直接还原焙烧法技术处理电炉粉尘，提取 其中的锌，实现冶金资源的再次利用，同时还探索还原焙烧法的工艺参数及加热 方式，从而确定最优工艺参数( 还原时间、还原温度、碳氧比c o 、加热方式、料 层厚度等) ，为工业生产奠定基础。 1 。2 国内外研究现状 国外对含锌电炉粉尘利用技术常见的有：火法、湿法和火法与湿法相结合以 及固化或玻化法【8 h 12 1 。 1 2 1 火法处理技术 火法处理技术主要包括： 重庆大学硕七论文 两段和一段w a e l z 窑处理技术：两段w a e l z 窑的第一段窑中锌、铅、镉和 一些氯化物被分离，而产出的无毒产品如铁等返回电弧炉，第一段窑产出的粉尘 送入第二段窑产出低纯度氧化锌和铅、镉氯化物。 火焰反应器处理：火焰反应器为一旋风炉，将细小干燥的电弧炉粉尘加入 炉内，并鼓入氧气燃烧炉内的焦炭或粉煤，产出含铅、锅和卤化物的氧化锌初级 产品，同时产出满足环保要求的富铁玻璃炉渣。 z t t 处理技术：z t t 为一回转窑，经制粒后的电弧炉粉尘加入窑中并同时 加入焦炭或煤作为锌等氧化物的还原剂，含铅、镉和卤化物的氧化锌于炉尾收集 后去除卤化物得低等级氧化锌出售给炼锌厂，所得的副产品复合盐可用作润滑液 添加剂，产出的金属铁返回电弧炉回收铁。 l a c l e d e 处理技术：它的处理过程十分简单，将电弧炉粉尘和还原剂加入一 密封电炉，在金属还原蒸汽的不同阶段回收锌、铅和锈，铁渣可达环保标准填埋 弃置。 a u s m e l t 处理技术：a u s m e l t 为一流态化床技术，熔体、氧气和煤粉直接注 入液态炉渣，第一炉中熔化电弧炉粉尘，第二炉中还原铅、锌、镉等氧化物使之 进入烟气后用布袋收集，产出的最终炉渣达环保标准弃置。 m e t w o o l 处理技术：m e t w o o l 处理过程，首先混合电弧炉粉尘、其他废物 和熔剂后压团，球团经干燥后与还原剂一同加入冲天炉，从气相中收集铅、锌、 镉的氧化物，并产出白口铁和低铁炉渣。 其它火法处理工艺，m r e l e e t r o t h e r m i e ，i m s 、e l k e m 和h i p l a s 。 1 2 2 湿法处理技术 e z i n e x 处理技术：它采用氯化铵溶液浸出粉尘中的锌、铅和镉等氧化物， 用锌粉置换浸出液获铅和镉，电解溶液得电解锌，浸出渣干燥后配入煤粉制粒加 入电弧炉回收铁，钾、钠氯盐蒸发结晶后出售。 z i n c e x 处理技术：它采用硫酸浸出锌、镉氧化物和卤化物，经净化后电解 得产品电解锌，从净化渣中得镉，从浸出渣中提铅，电解废液可返回浸出。 r e z a d e 处理技术：用强酸浸出后用锌粉沉积除去铅、镉，电解出锌粉，浸 出渣返回电弧炉回收金属。 t e r r a g a i a 处理技术：用三氯化铁高压浸出电弧炉粉尘，再往浸出液中鼓入 h 2 s 使锌以z a s 沉淀送锌冶炼，含铁浸出渣回收铁，铅以p b c l 2 或p b s 结晶回收， 浸出液可循环使用。 c a s h r n a n 处理技术：c a s h m a n 为盐酸高压浸出湿法流程，这一方法借用了 处理含砷矿和炼铜粉尘，浸出液经锌粉除杂后产出高纯氧化锌，浸出渣除锌后生 产氧化铁或金属铁，净化渣用于回收铅和镉。 2 l 绪论 1 2 3 火法与湿法联合处理技术 加盯处理技术，采用氯化铵溶液浸出粉尘使大部分锌铅镉溶解进入溶液， 用锌粉置换浸出液获铅和镉初级金属产品，含铁浸出渣经洗涤过滤后用火法回收 其中的铁。 ( 墓) e n v i r o p l a s 处理技术，用湿法去除电弧炉粉尘中的氟氯后经干燥与焦炭一同 从空心石墨电极加入等离子电弧炉，铅、锌、镉等氧化物还原后挥发经浓缩得金 属锌。 1 2 4 固化或玻化处理技术 s u p e r d e t o x 处理技术，s u p e r d c t o x 过程是将粉尘与铝、硅氧化物，石灰以 及其他添加剂混合，使重金属离子氧化还原且沉积于铝、硅氧化物之中。 m c 处理技术，i r c 技术为玻化过程，电弧炉粉尘与添；br a n 混合后采用一 特殊设计加热炉熔化，产物为晶体且重金属离子被包裹于中间。这一方法与 s u p c r d c t o x 固化一样，金属资源没有得到回收和利用。 但这些方法基本上都处于工业或半工业试验阶段，运行费用较高，并且也不 一定适合我国的发展状况。 在我国，含锌电炉粉尘的利用及处理方法也很多，彭兵【”等人研究的固化处 理方法是将粉尘与粘土混合后采用回转窑高温固化处理，固化结果可达环保要求， 但浪费了资源。彭兵等人还对不锈钢电炉粉尘进行了热力学、动力学及热传导的 分析，并采用中频炉模拟电弧炉对不锈钢粉尘进行直接还原工艺的研究，据报道 此工艺镍、铬、铁等金属得至回收利用，但钢液的p 、s 含量有所增加；王敏【1 4 1 等人研究用电炉粉尘造电炉泡沫渣，据报道效果不是很好，发泡高度不够理想； 梁君【1 5 】等人利用电炉粉尘代替部分烧结矿粉对铁水进行预脱硅处理，据报道效果 不错但用量太少，不能实现规模处理。王谦【1 6 】等人研究了f e c h 处理电炉炉尘的热 力学，但未见相关的后续报道。最近，刘百臣【1 7 】等人研究了含锌电炉粉尘配碳球 团的冶金特性，欧阳东【1 8 1 等人对广州钢铁厂含铅锌电炉粉尘进行了分析测定，提 出将电炉粉尘用作水泥生产铁质校正料的设想，并进行了可行性试验，至于进一 步的研究也尚未见报道。 1 3 研究的内容 本文针对南钢电炉粉尘含锌较高的特点，借鉴过去对含锌粉尘处理的经验， 制定的研究内容如下： 在实验室研究电炉粉尘的成球性能及影响因素。 成球性能不仅影响到处理工艺的选择、试验的结果，而且还会影响到处理工 艺的具体操作，是处理工作的第一步。成球性能差的粉料，应该选择合适的粘结 重庆大学硕士论文 剂以提高球团的物理机械性能，使其满足试验及成球后的强度要求。 进行全流程试验，打通流程、验证装置，希望得到符合要求的两种产品。 一种是z n o 粉，其z n o 含量大于9 0 。一种是可用作高炉或电炉用配料的金属化 球团，z n 含量小于2 、t f e 含量大于5 0 。 重点对扩大性试验进行研究，研究还原焙烧工艺的可行性及锌氧化物被还 原的工艺参数，包括还原温度、还原时间、还原剂用量等。同时通过对收集粉的 成分进行分析，确定收集到的粉尘中氧化锌的含量和其它杂质的成分，研究所得 的氧化锌粉的品质。 通过试验确定配碳球团直接还原焙烧法技术处理电炉粉尘的工艺流程。 从配碳一造球一烘干一焙烧一冷却一回收氧化锌的各个环节，都需要了解和分 析，并且烧后的球团料的全铁和金属化率有多高，烧后球团的残锌含量有多高， 是否可以作为高炉炼铁的配料，可否实现冶金资源的二次利用。 研究料层厚度与加热时间之间的关系，球团的全铁含量与加热温度之间的 关系，残锌与加热温度之间的关系，并且模拟转底炉生产方式，研究在非随炉加 热过程当中，热炉底对球团料加热的影响等。选取经济合理的加热方式及高效可 行的处理设备，包括加热方式、装料形式、料层厚度等，在此基础上，提出电炉 粉尘综合利用的可行性。 用f l u e n t 6 1 2 2 商用软件计算装料容器的温度场分布，找出装料容器温度 分布的影响因素，进而改善加热制度，提高处理电炉粉尘的效率。 对整个工艺流程进行经济分析，不仅要保证电炉粉尘能够综合利用，有较 好的经济效益，而且也要有较好的环保效益，并且对项目的投资效益做一个简单 的评价。 4 2 造球试验研究 2 造球试验研究 成球性能【1 卅是指粉料成球的难易和成球后的物理机械性能。电炉粉尘的成球 性能是配碳球团直接还原焙烧法处理电炉粉尘的基础。成球性能差的粉料，应该 选择合适的粘结剂以提高球团的物理机械性能，使其满足试验及处理后的强度要 求。电炉粉尘成分及粒度组成是粉尘成球的基础，因此，应首先了解含锌电炉粉 尘的成分、粒度组成特点，在此基础上研究电炉粉尘是否可以成球、成球的条件、 粘结剂种类及用量、成球后球团的物理机械性能，以确定合适的成球工艺和参数 条件。 2 1 电炉粉尘的成分及粒度组成 2 1 1 电炉粉尘的成分 半工业性扩大试验所用电炉粉尘的成分如表2 1 所示。 表2 1 半工业性试验用粉尘的化学成分 里生! ：! ：! ! ：j ：磐! 墨! ! ! 罂! 墅垒竺! ! 虫! 坐! 堡! 垒 f e z np b oc a om n o m g oa 1 2 0 3 c u o $ 1 0 2 3 3 6 3 7 41 8 2 01 6 35 3 80 0 10 9 8 0 2 81 3 23 7 8 2 1 2 电炉粉尘的粒度组成 粉尘的粒度是成球的基础，是选择合适成球工艺的依据。为研究电炉粉尘的 成球性能，采用日本岛津生产的s a id 2 0 0 1 粒度分析仪对试验所用电炉粉尘的组 成粒度进行了测定，结果见图2 1 。 炉 ， b f p 垆 珊矗： t ，f f 鼍i 万* 扎 d 筑；l 。 i 秘剐：鬣一霸毳品蜊 ，t h “t ，重- rl # 图2 1 电炉粉尘的粒度组成 f i g 2 1p a r t i c l es i z e d i s t r i b u t i o n o f t h e e a f d u s t s 5 重庆大学硕士论文 从测定结果可以看出，电炉粉尘粒度非常小，均小于5i , n n ，而且集中在0 2 2u m 之间。其中o o ，4 7 3 1 a m 含量为2 6 2 9 8 ；0 4 7 31 0 6 5 p m 含量为4 4 7 7 4 ； 1 0 6 5 2 0 3 7 “m 含量为2 2 6 9 3 ；2 0 3 7 4 5 8 5 1 m a 含量为6 0 4 5 。这样的粉尘成 分比较均匀，性质比较稳定，对处理非常有利。 试验所用电炉粉尘粒度较小，不宣直接配入烧结矿进行烧结，因为要烧结这 样小粒度的粉料不仅工艺技术困难，烧结指标恶化，而且能耗很大；也不宜直接 进行处理，若直接进行处理烟气会带走大量粉料，使收集粉中2 ；n o 含量降低。而 且试验所用电炉粉尘粒度细小、均匀，对造球很有利，对配碳还原也很有利，因 此很适合采用配碳球团还原焙烧法处理。 2 2 生球成型的机理 细粉料的表面能很大，存在以降低表面张力来降低表面能的倾向，它们一旦 与周围介质相接触，就将其吸附而产生吸附现象，生球成型就是利用这一性质来 成球的【2 们。造球用料一般都为均匀的粉料，根据相似者相容的原则，它们极易吸 水。同时，干的细粉料表面通常带有电荷，在颗粒表面空间形成电场，水份又具 有偶极构造，在电场作用下发生极化，被极化的水分子和水化离子与粉料之间因 静电引力而相互吸引。这样用于造球的粉料颗粒表面常形成吸附水膜，在外力下 水膜与颗粒一起变形，把颗粒彼此粘结在一起。研究结果表明，粉料加水成球是 在颗粒问出现毛细水后才开始的，其机理可分为下列四种状态。 加少量水时，颗粒间水分呈摆线结构，属于触点态的毛细水，此时颗粒间 接触点的联结力为f d ，触点态毛细水呈现的毛细力可用下式表示【2 1 卜【2 3 1 ： 兄：2 戒o o f l 一半1 ( 2 1 ) 式中口一水桥弯月面夹角； 盯一水的表面张力： r o 一颗粒半径。 在这种情况下，水量愈少，则0 角越小，凡越小。若水量完全消失则失去水 桥联结力。 水分增加，但还没有充满颗粒闯空隙时，水桥呈网络状结构，出现连通态 毛细水，此时颗粒间联结力f 6 为： 玩= s p , 只= x 0 一c ) l e c r l r 式中s 一水的饱和度 6 ( 2 2 ) ( 2 3 ) 2 造球试验研究 p 广毛细作用力； x 一形状对毛细作用的影响因子，对不规则颗粒x = 4 。 当水量进一步增加，使水份正好充满颗粒间空隙时，s = l ，出现饱和毛细 水，水桥联结力f c = e 。，根据表面张力计算，这时的联结力比摆线状联结力大3 4 倍。 在毛细作用下形成的生球强度l 为： l = k d 2( 2 4 ) 式中d 一生球直径； k 奇性常数。 如果水量超过毛细结构需要时，则颗粒散开，失去聚结性能，这时的水称 为重力水。重力水在成球过程中起有害作用，应避免重力水产生。 粉料加水混和后滚动成球，成球过程分三个阶段：形成母球，母球长大，长 大的母球进一步压实紧密。 2 2 1 形成母球 通常用来造球的粉料粒度较细，水份较低。这种状态的粉料具有中等松散度， 各颗粒间的粘结力较弱，一方面是因为颗粒接触不紧密，薄膜水不能起到应有的 作用，另一方面是因为毛细水的数量太少，颗粒间的毛细管尺寸又过大，毛细力 也起不到应有的作用。为形成母球，必需创造条件造成毛细水含量较高的颗粒集 合体：一是对物料进行不均匀的点滴润湿：二是利用机械外力作用于粉料的个别 部分，使其颗粒之间接触紧密，形成更细的毛细管。在实际造球中两种方法同时 使用以形成母球，即粉料在旋转着的圆盘中受到重力、离心力和摩擦力作用而产 生滚动的同时，进行补充喷雾水滴。被水滴润湿的颗粒之间，与其接触处形成凹 液面而产生毛细力，毛细力将粉料颗粒拉向水滴中心而形成母球。对于被水均匀 润湿的矿粉，毛细力虽然未起到应有的作用，但靠着机械力的转动也会形成水份 不均匀的接触较紧密的颗粒集合体，从而产生毛细效应生成母球。 2 2 2 母球长大 在母球表面的水分含量接近适宜的毛细水含量，而物料中的水份含量稍低的 情况下，当母球在造球机内继续滚动，被进一步压实，引起毛细管形状和尺寸的 改变，从而使过剩的毛细水被挤到母球的表面上。这样，过湿的母球表面就易于 粘上润湿程度较低的颗粒。多次重复就使母球逐渐长大，直到母球中颗粒间的摩 擦力比滚动成型时机械压缩作用力大时为止。 显然，母球长大也是由于毛细效应，依靠毛细粘结力和分子粘结力促使母球 的生长。但是，长大的母球如果主要靠毛细力作用，其各颗粒间的粘结强度仍然 很低。 7 重庆大学硕士论文 2 2 3 长大的母球进一步紧密 为增加生球的机械强度，长大到符合要求尺寸的生球需要紧密。在这一阶段 应该停止补充润湿，让生球中挤出的多余水份被未充分润湿的粉料所吸收。利用 造球机所产生的机械力的作用来实现紧密，造球机旋转所产生的滚动和搓动使生 球颗粒内发生选择性的按接触面积最大排列，同时使生球内颗粒进一步压实，使 薄膜水层有可能互相接触。由于薄膜水能沿颗粒表面移动，薄膜水层的接触会促 使一个或几个颗粒的薄膜的形成。这样得到的生球，其中各颗粒靠着分子粘结力， 毛细粘结力和内摩擦力的作用互相结合起来，这些力的数值越大，生球的机械强 度越大。如果将毛细水从生球中尽量挤出，便可得到机械强度更大的生球。这时 让湿度较低的粉料去吸收生球表面被挤出的多余水份，以防止因表面水份过大而 发生生球粘结，使生球变形和生球强度降低。 2 3 造球试验 2 3 1 试验内容 试验采用粉料加水混和后滚动成球，主要考察电炉粉尘的成球性能、粘结剂 的用量及各种成球参数、成球后球团落下强度和抗压强度。 试验时把磨好的焦粉( 焦粉粒度分4 0 、6 0 、8 0 目) ，按试验比例要求与电炉 粉尘和粘结剂( 粘结剂为膨润土，成分及性能指标如表2 2 所示) 充分混匀后在盘 式造球机上造球。 表2 2 膨润土成分及性能 t a b l e2 2c o m p o s i t i o na n dp r o p e r t yo f b e n t o m t e 2 3 2 试验设备 造球试验是在圆盘造球机上进行，圆盘造球机参数如表2 3 所示，圆盘造球机 结构如图2 2 所示。 表2 3 圆盘造球机参数 t a b l e2 3p a r a m e t e ro f d i s kp c u e f i z e r 2 造球试验研究 图2 2 园盘造球机 f i g2 2 d i s kp e l l e t i z e r 2 3 3 试验结果 造球试验采用正交表l 3 ( 3 4 ) 安排试验，试验结果如表2 4 所示。 表2 4 造球试验结果 t a b l e2 4e x p e r i m e n t a lr e s u l t so f p e l l e t i z i n g - e x p e r i m e n t n d 4 1 0 8 n d 4 - 2 0 8 n d 4 - 3 0 8 n d 4 - 4 0 9 n d 4 - 5 0 9 n r d 4 - 6 0 9 n d 4 - 7 1 0 n d 4 - 8 1 0 1 0 5 2 1 l 5 6 1 2 5 1 3 1 1 1 5 6 1 2 1 4 1 3 1 2 1 6 8 2 6 4 8 1 1 6 8 8 ，4 1 0 8 1 1 8 1 3 6 1 0 3 1 4 1 0 7 0 9 1 2 0 8 9 1 4 2 1 1 6 4 5 1 2 4 7 4 1 0 4 3 5 1 1 5 3 2 2 6 2 6 3 4 2 2 8 3 2 6 2 - 4 n d 4 - 9 1 01 56 01 3 3 21 1 2 1 1 2 83 - _ _ _ _ - _ - _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - _ - _ - _ _ - _ _ _ _ _ - _ - 。_ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - - _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ - 一 采用极差法处理表2 4 试验数据，处理结果如表2 5 表2 8 所示，其中i “表 示第j 因素，第i 水平试验指标数据的平均值，k 表示极差。 9 加的 5 o 5 5 o 5 5 o o 1 1 0 l l o l 重庆大学硕士论文 表2 5 各因素对生球抗压强度的影响( n ) t a b l e 2 5e f f e c to f d i f f e r e n tf a c t o r so nc o m p r e s s i o ns 仃e n g mo f g r e e n - b a n ( n ) 编号c o粘结剂焦炭粒度 k l i 1 1 5 31 2 9 1 1 1 3 9 七2 ， 1 2 2 7 1 5 9 81 2 6 6 k 3 , j 1 4 a 21 t 6 51 3 8 3 凡2 8 94 3 3 2 4 4 从表2 5 可以看出，在试验配碳条件下焦炭对生球强度的影响较弱，在三个考 察因素中极差最小也就是影响t d , ；粘结剂对生球强度有一定影响，但影响也不 是很大，生球强度为1 0 n 以上，能满足后续试验的要求。 表2 6 各因素对生球落下强度的影响( o 5 m 次) t a b l e2 6e f f e c to f d i f f e r e n tf a c t o r so f tf a l l e ns t ”n g t ho f g r e e n - b a l l ( t i m e s 0 5 m ) 编号 c o粘结剂，焦炭粒度，( 目) k l ，8 0 8 7 3 1 0 2 7 k 2 ， 8 6 71 0 9 0 7 七， 1 2 21 1 2 1 0 。6 墅! ：! ! ：! ：! ：! ! 从表2 6 知，粘结剂含量及焦炭粒度对生球落下强度的影响不很明显，极差较 小。从表2 4 可知0 5 m 高度生球的落下强度平均8 次以上，因此能满足下一步试 验及生产要求。 表2 7 各因素对干球抗压强度的影响( n ) t a b l e2 7e f f e c to f d i f f e r e n tf a c t o r s0 1 1c o m p r e s s i o ns 在- e n g t ho f d r y - b a u ( n ) 编号 c o 粘结剂， 焦炭粒度，( 目) k i d 1 1 0 3 4 9 9 6 41 1 4 4 9 k z i 1 1 0 8 7 1 1 2 91 0 3 7 7 k 3 ， 1 1 0 8 21 1 9 4 5 1 1 3 8 7 0 5 3 1 9 8 11 0 7 2 从表2 7 中也可看出，在考察的三个因素中焦炭含量的影响最小，极差最小； 0 2 造球试验研究 一，一一 千球强度基本在1 0 0 n 以上。 表2 8 各因素对干球落下强度的影响( 1 o n y x ) t a b l e2 8e f f e c to f d i f f e r e n tf a c t o r so nf a l l e ns u e n g t ho f d r y - b a l l ( t i m e s 1 0 m ) 编号c o 粘结剂，焦炭粒度，( 目) k l , y 2 8 72 42 6 7 k 2 ， 2 6 2 62 5 3 j 3 ， 2 6 73 1 3 2 6 r 10 20 7 3 0 1 4 从表2 8 可看出，干球落下强度都在2 3 次左右，能满足后续试验和生产需 要。在三个考察因素中，粘结剂的影响最大，极差最大；焦炭粒度对干球强度的 影响不是很明显，它在三个影响因素中的极差最小，也就是影响最小。 2 3 4 不加粘结剂的造球试验 通过上述分析可知，配碳量、焦炭粒度以及粘结剂用量对球团性能的影响都 不是很明显，从经济角度考虑是否可以不加粘结剂，因此又做了不加粘结剂的试 验，由于考虑到配碳球团还原反应的还原速度和还原效果，焦炭粒度不选用4 0 耳， 而选用6 0 目，以利于混料均匀和增加反应接触面使还原反应能快速充分地进行， 实现快速还原的目的。试验的c o 比分别为1 1 ，1 2 ，1 3 ，为了找出成球时间与 强度的关系，c o = i 3 的成球时间又分为：1 5 r a i n ，2 2 m i n , 2 9 m i n 。其操作过程是： 配好料，从球盘第一次滚动开始计时，1 5 r a i n 后把第一批大小合格的球团筛分出来， 然后在原来母球的基础上，继续加料喷水，经过7 m i n 后再筛出一部分大小合格的 球团，最后在上次母球的基础上，继续加料喷水，再经过7 m i n 后，筛出第三批大 小合格的球团。试验结果见表2 9 - 表2 1 3 。 表2 9 生球落下强度( 次o 5 m ) t a b l e 2 9 f a l l e ns t r e n g t