專利名稱：一種沖天爐處理鋼鐵廠含鐵粉塵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沖天爐處理鋼鐵廠含鐵粉塵的方法。特別是可以處理含K、Na和Zn元素較高的粉塵。具體方法是以鋼鐵廠各種含鐵粉塵和碳質(zhì)還原劑制成含碳球團(tuán)，在沖天爐中進(jìn)行還原、熔化和渣鐵分離得到液態(tài)鐵和富集鋅、鉀和鈉等粉塵。此工藝不僅可以回收粉塵中的鐵元素，還可富集有害元素，變費為寶，同時減輕對環(huán)境的污染。
背景技術(shù)：
隨著鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼鐵廠所產(chǎn)生的含鐵粉塵量逐年都在增加。這些含鐵粉塵種類較多，主要來自于燒結(jié)、球團(tuán)、高爐、轉(zhuǎn)爐和電爐等系統(tǒng)。這些粉塵一般粒度細(xì)小，含有大量的鐵和碳元素，是一種值得回收的資源。但由于鋼鐵廠粉塵中含有較高含量的Zn、K和Na等有害元素，如果直接用于造塊，返回高爐使用，將會造成有害元素在高爐中的富集，嚴(yán)重影響高爐的生產(chǎn)和壽命，因此需要尋求一種有效的工藝去回收利用鋼鐵廠含鐵粉塵。當(dāng)前處理鋼鐵廠含鐵粉塵的工藝大致分為三類:物理法、濕法和火法。前兩種方法分別有鐵回收率低和操作環(huán)境惡劣，工藝復(fù)雜等缺點?；鸱ㄌ幚礓撹F廠粉塵最為成熟，且已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其基本原理是利用鉀、鈉、鋅和鉛等有害元素在高溫下被還原后形成蒸汽蒸發(fā)而進(jìn)入煤氣，在低溫區(qū)被氧化成相應(yīng)的氧化物后而進(jìn)入粉塵，并在除塵系統(tǒng)中被收集，最終達(dá)到富集有害元素的目的。目前比較成熟的工藝是用轉(zhuǎn)底爐和回轉(zhuǎn)窯處理粉塵，得到的產(chǎn)品是金屬化爐料和富集了有害元素的粉塵。但是直接還原工藝有投資大、效率低、成本高和得到的海綿鐵還需要再進(jìn)行熔化處理等缺點。目前，在國內(nèi)沖天爐常常被用來熔化生鐵、廢鋼或鐵合金，是利用沖天爐內(nèi)焦炭燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能來熔化含鐵爐料。利用沖天爐冶煉粉塵含碳球團(tuán)與熔化生鐵不同，還需要額外消耗焦炭來 還原粉塵中的部分鐵氧化物，能量消耗更大。通常向沖天爐內(nèi)鼓風(fēng)的風(fēng)溫較低，大多都只是常溫，鼓風(fēng)帶入到爐內(nèi)的熱量少，焦比高，為了最大限度的降低焦炭消耗，可適當(dāng)?shù)脑黾庸娘L(fēng)溫度。當(dāng)冷固結(jié)粉塵含碳球團(tuán)投入到?jīng)_天爐煉鐵后，若要最大限度的提高產(chǎn)量，降低料柱阻損，向鼓風(fēng)中富氧是一種有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種利用沖天爐富氧(富氧率1% 5%)鼓熱風(fēng)(風(fēng)溫溫度500°C 1200°C)冶煉冷固結(jié)粉塵含碳球團(tuán)的方法。本發(fā)明方法是為了綜合回收利用鋼鐵廠粉塵，解決鋼鐵廠含鐵粉塵回收利用所遇到的問題，具體說來是以鋼鐵廠的含鐵粉塵和碳質(zhì)還原劑制成含碳球團(tuán)，在沖天爐內(nèi)進(jìn)行還原、熔化和渣鐵分離，得到液態(tài)鐵水和富集了有害元素的粉塵。該方法主要由粉塵制備含碳球團(tuán)工藝和沖天爐高富氧高風(fēng)溫冶煉粉塵含碳球團(tuán)工藝兩部分組成，解決了含碳球團(tuán)強(qiáng)度低，入爐后球團(tuán)易爆裂，沖天爐能耗高、產(chǎn)量低和有害元素難富集等問題，其具體工藝方法如下:(I)粉塵含碳球團(tuán)制備工藝的成分配比為含鐵粉塵:還原劑粉:無機(jī)粘結(jié)劑:有機(jī)粘結(jié)劑=100:1(T20:6^12:0.5 2，其中，含鐵粉塵是指含鐵量在20%以上的鋼鐵廠粉塵，還原劑粉是指粒度< Imm的無煙煤、煙煤、焦粉或者其他含碳物質(zhì)，粘結(jié)劑是指粒度-200目占80%以上的水泥和羧甲基纖維素鈉。將各種物料按比例配好后，加入水分混勻后進(jìn)行壓球，水分加入量為10 15%。自然養(yǎng)護(hù)7 10天后待用。(2)將100%粉塵含碳球團(tuán)作為煉鐵原料，焦炭作為燃料，一起從爐頂布入沖天爐內(nèi)。(3)將沖天爐鼓風(fēng)溫度預(yù)熱到500 1200°C，并且向鼓風(fēng)中富氧，富氧率為I 5%。可以提高鼓風(fēng)帶入沖天爐內(nèi)的熱量，減少焦炭燃燒所需要的風(fēng)量，可起到降低固體燃料消耗，降低焦比，提高沖天爐冶煉強(qiáng)度和增加產(chǎn)量的作用。(4)以粉塵含碳球團(tuán)為煉鐵原料，采用沖天爐富氧鼓風(fēng)煉鐵，包括預(yù)熱、預(yù)還原、還原和渣鐵分離四個階段。預(yù)熱段溫度為20(T85(TC，在此階段內(nèi)粉塵含碳球團(tuán)中的水分全部蒸發(fā)，不會進(jìn)入后續(xù)階段發(fā)生水煤氣反應(yīng)而損失焦炭；預(yù)還原段的溫度為85(TllO(rC，在此階段球團(tuán)內(nèi)部的碳和煤氣中的CO開始還原球團(tuán)內(nèi)的鐵氧化物，但受反應(yīng)溫度的影響，該階段球團(tuán)的金屬化率較低，同時，球團(tuán)內(nèi)的粘結(jié)劑在此階段將失效，但由于還原生成了一定含量的金屬鐵，使得球團(tuán)強(qiáng)度降低的幅度不大；110(T140(TC為球團(tuán)的還原階段，大部分鐵氧化物將在該段被還原成金屬鐵，金屬化率可達(dá)98%以上；1400°C以上為渣鐵分離階段，在該階段，還原生成的金屬鐵與渣相開始逐漸熔化分離，最終形成鐵水和爐渣。該工藝完整的冶煉周期約為4 6h。(5)粉塵含碳球團(tuán)內(nèi)的鉀、鈉和鋅等有害元素在沖天爐內(nèi)被還原、氣化進(jìn)入煤氣，當(dāng)煤氣經(jīng)過煤氣除塵裝置時，鉀、鈉和鋅等有害元素重新被氧化并被除塵裝置收集。粉塵含碳球團(tuán)的冶金性能特點如下:
此工藝優(yōu)點如下: (I)粉塵含碳球團(tuán)與普通氧化球團(tuán)相比，具有工藝流程短、能耗低、投資小、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，可將鋼鐵廠粉塵集中處理。(2)粉塵含碳球團(tuán)干球抗壓強(qiáng)度在1000 1800N/個之間，隨著球團(tuán)內(nèi)碳含量增力口，球團(tuán)強(qiáng)度降低。(3)粉塵含碳球團(tuán)在沖天爐預(yù)熱階段靠內(nèi)部的粘結(jié)劑保持強(qiáng)度，在預(yù)還原階段，球團(tuán)內(nèi)部分鐵氧化物被還原成金屬鐵，形成了金屬鐵殼來保持球團(tuán)強(qiáng)度。(4)在沖天爐冶煉粉塵含碳球團(tuán)過程中，含碳球團(tuán)內(nèi)部的碳將參與粉塵還原，因此可大幅度降低焦比。此工藝的優(yōu)點如下:
(1)采用冷固結(jié)造塊工藝，避免了傳統(tǒng)的燒結(jié)過程，可減少CO2排放和能耗；
(2)粉塵含碳球團(tuán)中配有一定比例的碳，在球團(tuán)內(nèi)部可以起到發(fā)熱劑和還原劑的雙重作用，可降低焦比，提高還原效率；
(3)沖天爐操作過程中預(yù)熱鼓風(fēng)，將風(fēng)溫由常溫預(yù)熱到500 1200°C，提高了鼓風(fēng)帶入爐內(nèi)的熱量，減少了焦炭的用量。將風(fēng)溫每提高100°C，噸鐵約節(jié)省焦炭10-20Kg ；
(4)由于向鼓風(fēng)中富氧(富氧率約為I 5%)，富氧后燃燒Ikg碳所消耗的風(fēng)量減少，就可在不增加煤氣量以及爐內(nèi)壓頭損失的情況下，增加單位時間內(nèi)燃燒的碳量，提高冶煉強(qiáng)度，達(dá)到增產(chǎn)的效果；
(5)使高溫煤氣從爐身部位導(dǎo)出，提高了鋅、鉀和鈉的收得率，避免了高溫煤氣和冷固結(jié)含碳球團(tuán)在爐身的對流傳熱，降低爐身塊狀帶的溫度，提高冷固結(jié)含碳球團(tuán)在爐身部位的強(qiáng)度，避免由于溫度提高使冷固結(jié)含碳球團(tuán)產(chǎn)生粉化；
(6)可在沖天爐除塵裝置中富集鉀、鈉和鋅等有害元素。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例1:
將來自鋼鐵廠燒結(jié)工序、高爐工序和煉鋼工序的粉塵(其成分見表I)，煤粉，水泥熟料以及羧甲基纖維素鈉按比例100:15 20:6 12:0.5 2混勻、潤濕、制成冷固結(jié)含碳球團(tuán)，自然養(yǎng)護(hù)7 10天后，通過布料系統(tǒng)布入沖天爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，生產(chǎn)鐵水(其成分見表2)。
表I鋼鐵廠各種含鐵粉塵化學(xué)成分(％)
權(quán)利要求
1.一種沖天爐處理鋼鐵廠含鐵粉塵的方法，其特征在于: 步驟一、將鋼鐵廠含鐵粉塵，還原劑、無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)粘結(jié)劑用混料機(jī)混勻，其中還原劑的配入量為含鐵粉塵質(zhì)量的10 20%，粘結(jié)劑配入量為含鐵粉塵質(zhì)量的6 12%，有機(jī)添加劑配入量為含鐵粉塵質(zhì)量的0.5 2% ;加入水分，使得到的混合料的總水分為混合料總質(zhì)量的10 15%，對混合料進(jìn)行壓塊，自然養(yǎng)護(hù)7 10天，得到冷固結(jié)粉塵含碳球團(tuán)，其強(qiáng)度為1000 1800N/個； 步驟二、向沖天爐中鼓入的熱風(fēng)中富氧，氧氣用量為20 50Nm3/tHM，富氧率為I 5% ； 步驟三、利用熱風(fēng)爐預(yù)熱鼓風(fēng)，將鼓風(fēng)的風(fēng)溫由常溫提高到500 1200°C ； 步驟四、將冷固結(jié)含碳粉塵球團(tuán)投入沖天爐中，4 6小時后，得到高溫鐵水，粉塵中的K、Na和Zn元素隨著高溫煤氣流入煤氣處理系統(tǒng)，在除塵裝置中得到富集。
2.如權(quán)利要求1所述的一種沖天爐處理鋼鐵廠含鐵粉塵的方法，其特征在于:所述的還原劑為無煙煤、煙煤、焦粉或者其他含碳物質(zhì)；所述的無機(jī)粘結(jié)劑為水泥，所述的有機(jī)粘結(jié)劑為羧甲基纖維素鈉。
3.如權(quán)利要求2所述的一種沖天爐處理鋼鐵廠含鐵粉塵的方法，其特征在于:所述的還原劑粒度< Imm ; 所述的無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)粘結(jié)劑的粒度為-200目占80%以上。
全文摘要
一種沖天爐處理鋼鐵廠含鐵粉塵的方法，屬煉鐵技術(shù)領(lǐng)域。其特征是利用鋼鐵廠粉塵、碳質(zhì)還原劑、粘結(jié)劑和添加劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、壓塊和養(yǎng)護(hù)后用于沖天爐煉鐵，以鋼鐵廠各種含鐵粉塵為原料壓塊制得的含碳球團(tuán)含碳量在10%左右，養(yǎng)護(hù)后的球團(tuán)抗壓強(qiáng)度大于1000N/個，通過布料系統(tǒng)布入沖天爐內(nèi)進(jìn)行煉鐵；通過熱風(fēng)爐預(yù)熱鼓風(fēng)，將風(fēng)溫由常溫預(yù)熱到500-1200℃左右，并且向鼓風(fēng)中富氧1%～5%可達(dá)到提高冶煉強(qiáng)度，增加產(chǎn)量和降低焦比的目的。此工藝可回收利用鋼鐵廠的粉塵，達(dá)到節(jié)能減排和降低環(huán)境污染目的，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號C21B11/02GK103146913SQ20131011220
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者張建良, 劉征建, 毛瑞, 楊天鈞, 左海濱, 國宏偉, 祁成林, 姜喆 申請人:北京科技大學(xué)