唐嵐, 甘萬貴

( 武鋼金屬資源公司研究中心, 湖北 武漢 430080)

摘 要: 用高爐瓦斯灰和轉爐污泥進行制備金屬化球團的成型試驗, 研究了粘結劑種類及其添加量、配水量、成型壓力等對塵泥成型效果的影響。結果表明, 粘結劑種類對成型效果的影響很明顯, 甲基纖維素的成型效果明顯優于膨潤土。在甲基纖維素用量 013% 、成型壓力 75kN、配水量 10% 的優化參數下, 采用壓團法所制備的金屬化球團干球落下強度能滿足轉底爐生產要求。

關鍵詞: 高爐瓦斯灰; 轉爐污泥; 粘結劑; 金屬化球團; 落下強度

1 前 言

近年來, 我國鋼鐵行業發展迅速, 2011 年鋼產量達到 61955 億 t, 約占世界總產量的 50%。鋼鐵生產各工序中均會產生大量粉塵, 其總量占到企業鋼產量的 4% ~ 7%[ 1]。據統計, 武鋼高爐瓦斯灰、轉爐污泥、煉鐵除塵灰等冶金塵泥的排放量已達 62 萬 t/ a, 特別是高爐瓦斯灰和轉爐污泥產量很大, 占武鋼冶金塵泥總量的75% 。

冶金塵泥中含有較多的 Fe、C 以及 CaO、MgO 等可回收再利用的成分, 同時也含有鋅等有害元素。利用冶金塵泥造塊制備金屬化球團, 是國內外近年來綜合利用冶金塵泥的一種新的發展方向[ 2], 該工藝可實現鋅、鐵元素的資源化利用, 提高資源利用率。我國沙鋼、馬鋼都已采用轉底爐技術對冶金塵泥進行處理, 實現了工業化生產[ 3]。武鋼對冶金塵泥的利用進行了實驗室研究, 取得了一定效果。

本研究以武鋼高爐瓦斯灰和轉爐污泥為原料, 采用壓團法進行成型試驗, 以尋求冶金塵泥制備金屬化球團的最佳成型方案和條件, 為將來用于轉底爐工業化生產提供技術支持。

2 試驗原料及方法

2、1 試驗原料

采用武鋼高爐瓦斯灰和轉爐污泥作為試驗原料, 其化學成分列于表 1, 粒度分布及堆密度列于表 2。

由表 1 可見, 高爐瓦斯灰含鐵品位較低, 但C 含量高; 轉爐污泥含鐵較高, 且含有大量堿性氧化物; 兩種塵泥中都含有一定量的有害元素Zn。這兩種塵泥成分有一定的互補性, 可以在不外配碳的情況下進行直接還原并除去鋅等有害元素。

從表 2 可知, 高爐瓦斯灰的粒度明顯細于轉爐污泥, 二者均含有較多的粗顆粒, 特別是轉爐污泥, > 0115 mm 的比例達到 48%。因此, 采用壓團法比較合適, 壓團成型對原料的粒度范圍適用性比較廣, 物料中的粗顆粒可起到骨架支撐的作用。

2、2 實驗設備

實驗設備包括: JM10002 型電子天平( 精度011 g) ; T YE- 500B 型手動壓力測試機( Max=500 kN) ; DNG- 9036A 型電熱恒溫鼓風干燥箱( 溫度范圍 50~ 300 e ) 。

2、3 實驗方法

將高爐瓦斯灰和轉爐污泥在 120 e 下烘干5 小時, 放入干燥器備用; 按照計算配比稱取冶金塵泥, 添加粘結劑和水, 混合均勻后放入模具中壓制成型; 成型后將一半壓球放入鼓風干燥箱, 在 120 e 下干燥 1 小時; 分別對濕球和干球進行強度檢測, 壓團成型的流程如圖 1 所示。

3 試驗結果與討論

3、1 C/ O 值的確定

根據試驗需要, 以 C/ O 為依據計算瓦斯灰和轉爐污泥的配比。C/ O 的計算式如下[4]:

圖 2 所示。

從圖 2 可看出, 隨著 C/ O 增加, 濕、干壓團的落下強度均明顯減小, 成型效果惡化。這是因為隨配碳比增加, 混合料中碳含量增加, 由于碳的密度小, 潤濕性較差, 與物料中其它成分嚙合能力較差, 因此隨 C/ O 值增加, 混合料與粘結劑的混合、接觸效果惡化, 不利于成型。為了保證還原能夠充分進行, 并維持一定的還原性氣氛, 需要有一定的碳殘留, C/ O 值選取 112 比較適宜。故實驗中以 C/ O 112 作為成型實驗的原料配比基礎。

3、2 膨潤土作粘結劑

在 C/ O= 112 的原料結構下, 以膨潤土作為粘結劑進行塵泥壓團試驗。膨潤土用量、配水量和成型壓力等參數對成型效果的影響如圖3 所示。

從圖 3( a)可以看出, 粘結劑用量對壓團的力學性能影響很大。隨著粘結劑用量增加, 生球的落下強度增大, 但膨潤土用量超過 4% 以后, 落下強度的增幅減慢。在膨潤土用量達到了 8% 時, 濕、干壓團的落下強度也僅達到 411次和 315 次, 這與冶金塵泥含碳量大及活性不高有關。根據壓團強度變化規律并考慮到粘結劑成本和壓團含鐵品位, 在滿足生壓團強度的情況下, 膨潤土用量以 4% 為宜。從圖 3( b) 可以看出, 配水量的多少對于粘結劑在粉粒表面的遷移、運動起著重要作用。配水量過少, 在成型過程中粘結劑無法快速、均勻地分配在粉粒表面, 使得壓團強度較低。當配水量達到 10% 后, 粘結劑在物料間的分布大大改善, 壓團落下強度明顯增加, 此時再增加配水量對壓團的力學性能改善不大, 并且過多的水量會使壓團與模具粘連, 難以脫模。因此, 配水量以 10% 為宜。

從圖 3( c) 可以看出, 成型壓力也明顯影響成型效果。壓力過小, 物料顆粒不能獲得緊密排列, 成型后的力學強度會受到影響; 壓力過大, 則有可能無法脫模, 而且會使排擠到球體外的粘結劑過多, 同樣不利于成型。當成型壓力為75 kN 時, 干、濕壓團的力學性能均較理想;當壓力增至 90 kN 時, 落下強度沒有增加, 甚至惡化。因此, 成型壓力以 75 kN 為宜。

3、3 甲基纖維素作粘結劑

在 C/ O= 112 的原料結構下, 以甲基纖維素作為粘結劑進行塵泥壓團實驗。甲基纖維素用量、配水量和成型壓力等參數對成型效果的影響如圖 4 所示。

從圖 4 可以看出, 甲基纖維素作粘結劑的成型效果明顯好于膨潤土。甲基纖維素用量僅011% 時, 壓團的落下強度已達到 3 次。隨著用量的增加, 落下強度也明顯增加, 當添加量為013% 時, 壓團的落下強度達到比較滿意的值。這與甲基纖維素為有機粘結劑, 含有的親水基團較多有關。濕球和干球的落下強度隨著添加劑用量的增加而提高, 在滿足強度要求同時又節約粘結劑的條件下, 甲基纖維素的配入量選取 013%較為合理。

使用甲基纖維素作粘結劑時, 配水量和成型壓力對壓團成型效果的影響與使用膨潤土時呈現出相同的規律, 均在 10%的配水量和 75 kN的成型壓力時就可得到較滿意的成型效果。

4 結 論

1) 高爐瓦斯灰和轉爐污泥在成分上有一定的互補性, 可以在不外配碳的情況下進行直接還原并除去鋅等有害元素。高爐瓦斯灰的粒度明顯細于轉爐污泥, 但這兩種塵泥均含有較多的粗顆粒, 特別是轉爐污泥。

2) 隨著 C/ O 增加, 濕、干壓團的落下強度明顯減小, 成型效果惡化。C/ O 112 時, 可保證還原能夠充分進行, 并維持一定還原性氣氛, 故取 C/ O 112 作為塵泥原料配比較為合適。

3) 粘結劑種類對成型效果的影響很顯著,有機粘結劑甲基纖維素的成型效果明顯優于膨潤土。甲基纖維素的適宜用量為 013%, 合適的成型壓力和配水量為 75 kN 和 10% 。

4) 在甲基纖維素用量 013% 、成型壓力 75kN、配水量 10% 的優化參數下, 采用壓團法所制備的金屬化球團干球落下強度可達 5 次/ 球,能滿足轉底爐生產要求。在利用轉底爐技術處理冶金塵泥的工業化生產中, 可根據不同原料組成, 在滿足工藝設計要求的前提下選取適合的粘結劑用量及成型參數。

參考文獻

[ 1]   殷惠民1 論用轉底爐法對鋼鐵廠塵泥的處理[ J]1 江蘇冶金, 2008, (6): 6- 81

[ 2]   胡俊鴿, 周文濤, 趙小燕 1 轉底爐煉鐵工藝發展現狀[ J] 1冶金叢刊, 2009, (5): 43- 461

[ 3]   金俊, 葉軍 1 馬鋼資源化利用冶金含鋅塵泥工藝研究與工業運用[C]1 第八屆(2011) 鋼鐵年會論文集 1 北京: 冶金工業出版社, 20111

[ 4]   牛永勝, 馬永磊, 李惠朝, 等 1 含碳球團配比的試驗研究[ J]1 河北冶金, 2001, ( 2) : 9- 111