专利名称：一种冲天炉处理钢铁厂含铁粉尘的方法
技术领域：
本发明涉及一种冲天炉处理钢铁厂含铁粉尘的方法。特别是可以处理含K、Na和Zn元素较高的粉尘。具体方法是以钢铁厂各种含铁粉尘和碳质还原剂制成含碳球团，在冲天炉中进行还原、熔化和渣铁分离得到液态铁和富集锌、钾和钠等粉尘。此工艺不仅可以回收粉尘中的铁元素，还可富集有害元素，变费为宝，同时减轻对环境的污染。
背景技术：
随着钢铁工业的迅猛发展，钢铁厂所产生的含铁粉尘量逐年都在增加。这些含铁粉尘种类较多，主要来自于烧结、球团、高炉、转炉和电炉等系统。这些粉尘一般粒度细小，含有大量的铁和碳元素，是一种值得回收的资源。但由于钢铁厂粉尘中含有较高含量的Zn、K和Na等有害元素，如果直接用于造块，返回高炉使用，将会造成有害元素在高炉中的富集，严重影响高炉的生产和寿命，因此需要寻求一种有效的工艺去回收利用钢铁厂含铁粉尘。当前处理钢铁厂含铁粉尘的工艺大致分为三类:物理法、湿法和火法。前两种方法分别有铁回收率低和操作环境恶劣，工艺复杂等缺点。火法处理钢铁厂粉尘最为成熟，且已经得到广泛应用，其基本原理是利用钾、钠、锌和铅等有害元素在高温下被还原后形成蒸汽蒸发而进入煤气，在低温区被氧化成相应的氧化物后而进入粉尘，并在除尘系统中被收集，最终达到富集有害元素的目的。目前比较成熟的工艺是用转底炉和回转窑处理粉尘，得到的产品是金属化炉料和富集了有害元素的粉尘。但是直接还原工艺有投资大、效率低、成本高和得到的海绵铁还需要再进行熔化处理等缺点。目前，在国内冲天炉常常被用来熔化生铁、废钢或铁合金，是利用冲天炉内焦炭燃烧的化学能转化为热能来熔化含铁炉料。利用冲天炉冶炼粉尘含碳球团与熔化生铁不同，还需要额外消耗焦炭来 还原粉尘中的部分铁氧化物，能量消耗更大。通常向冲天炉内鼓风的风温较低，大多都只是常温，鼓风带入到炉内的热量少，焦比高，为了最大限度的降低焦炭消耗，可适当的增加鼓风温度。当冷固结粉尘含碳球团投入到冲天炉炼铁后，若要最大限度的提高产量，降低料柱阻损，向鼓风中富氧是一种有效的方法。
发明内容
本发明涉及一种利用冲天炉富氧(富氧率1% 5%)鼓热风(风温温度500°C 1200°C)冶炼冷固结粉尘含碳球团的方法。本发明方法是为了综合回收利用钢铁厂粉尘，解决钢铁厂含铁粉尘回收利用所遇到的问题，具体说来是以钢铁厂的含铁粉尘和碳质还原剂制成含碳球团，在冲天炉内进行还原、熔化和渣铁分离，得到液态铁水和富集了有害元素的粉尘。该方法主要由粉尘制备含碳球团工艺和冲天炉高富氧高风温冶炼粉尘含碳球团工艺两部分组成，解决了含碳球团强度低，入炉后球团易爆裂，冲天炉能耗高、产量低和有害元素难富集等问题，其具体工艺方法如下:(I)粉尘含碳球团制备工艺的成分配比为含铁粉尘:还原剂粉:无机粘结剂:有机粘结剂=100:1(T20:6^12:0.5 2，其中，含铁粉尘是指含铁量在20%以上的钢铁厂粉尘，还原剂粉是指粒度< Imm的无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质，粘结剂是指粒度-200目占80%以上的水泥和羧甲基纤维素钠。将各种物料按比例配好后，加入水分混匀后进行压球，水分加入量为10 15%。自然养护7 10天后待用。(2)将100%粉尘含碳球团作为炼铁原料，焦炭作为燃料，一起从炉顶布入冲天炉内。(3)将冲天炉鼓风温度预热到500 1200°C，并且向鼓风中富氧，富氧率为I 5%。可以提高鼓风带入冲天炉内的热量，减少焦炭燃烧所需要的风量，可起到降低固体燃料消耗，降低焦比，提高冲天炉冶炼强度和增加产量的作用。(4)以粉尘含碳球团为炼铁原料，采用冲天炉富氧鼓风炼铁，包括预热、预还原、还原和渣铁分离四个阶段。预热段温度为20(T85(TC，在此阶段内粉尘含碳球团中的水分全部蒸发，不会进入后续阶段发生水煤气反应而损失焦炭；预还原段的温度为85(TllO(rC，在此阶段球团内部的碳和煤气中的CO开始还原球团内的铁氧化物，但受反应温度的影响，该阶段球团的金属化率较低，同时，球团内的粘结剂在此阶段将失效，但由于还原生成了一定含量的金属铁，使得球团强度降低的幅度不大；110(T140(TC为球团的还原阶段，大部分铁氧化物将在该段被还原成金属铁，金属化率可达98%以上；1400°C以上为渣铁分离阶段，在该阶段，还原生成的金属铁与渣相开始逐渐熔化分离，最终形成铁水和炉渣。该工艺完整的冶炼周期约为4 6h。(5)粉尘含碳球团内的钾、钠和锌等有害元素在冲天炉内被还原、气化进入煤气，当煤气经过煤气除尘装置时，钾、钠和锌等有害元素重新被氧化并被除尘装置收集。粉尘含碳球团的冶金性能特点如下:
此工艺优点如下: (I)粉尘含碳球团与普通氧化球团相比，具有工艺流程短、能耗低、投资小、生产成本低等优点，可将钢铁厂粉尘集中处理。(2)粉尘含碳球团干球抗压强度在1000 1800N/个之间，随着球团内碳含量增力口，球团强度降低。(3)粉尘含碳球团在冲天炉预热阶段靠内部的粘结剂保持强度，在预还原阶段，球团内部分铁氧化物被还原成金属铁，形成了金属铁壳来保持球团强度。(4)在冲天炉冶炼粉尘含碳球团过程中，含碳球团内部的碳将参与粉尘还原，因此可大幅度降低焦比。此工艺的优点如下:
(1)采用冷固结造块工艺，避免了传统的烧结过程，可减少CO2排放和能耗；
(2)粉尘含碳球团中配有一定比例的碳，在球团内部可以起到发热剂和还原剂的双重作用，可降低焦比，提高还原效率；
(3)冲天炉操作过程中预热鼓风，将风温由常温预热到500 1200°C，提高了鼓风带入炉内的热量，减少了焦炭的用量。将风温每提高100°C，吨铁约节省焦炭10-20Kg ；
(4)由于向鼓风中富氧(富氧率约为I 5%)，富氧后燃烧Ikg碳所消耗的风量减少，就可在不增加煤气量以及炉内压头损失的情况下，增加单位时间内燃烧的碳量，提高冶炼强度，达到增产的效果；
(5)使高温煤气从炉身部位导出，提高了锌、钾和钠的收得率，避免了高温煤气和冷固结含碳球团在炉身的对流传热，降低炉身块状带的温度，提高冷固结含碳球团在炉身部位的强度，避免由于温度提高使冷固结含碳球团产生粉化；
(6)可在冲天炉除尘装置中富集钾、钠和锌等有害元素。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式实施例1:
将来自钢铁厂烧结工序、高炉工序和炼钢工序的粉尘(其成分见表I)，煤粉，水泥熟料以及羧甲基纤维素钠按比例100:15 20:6 12:0.5 2混勻、润湿、制成冷固结含碳球团，自然养护7 10天后，通过布料系统布入冲天炉内进行冶炼，生产铁水(其成分见表2)。
表I钢铁厂各种含铁粉尘化学成分(％)
权利要求
1.一种冲天炉处理钢铁厂含铁粉尘的方法，其特征在于: 步骤一、将钢铁厂含铁粉尘，还原剂、无机粘结剂和有机粘结剂用混料机混匀，其中还原剂的配入量为含铁粉尘质量的10 20%，粘结剂配入量为含铁粉尘质量的6 12%，有机添加剂配入量为含铁粉尘质量的0.5 2% ;加入水分，使得到的混合料的总水分为混合料总质量的10 15%，对混合料进行压块，自然养护7 10天，得到冷固结粉尘含碳球团，其强度为1000 1800N/个； 步骤二、向冲天炉中鼓入的热风中富氧，氧气用量为20 50Nm3/tHM，富氧率为I 5% ； 步骤三、利用热风炉预热鼓风，将鼓风的风温由常温提高到500 1200°C ； 步骤四、将冷固结含碳粉尘球团投入冲天炉中，4 6小时后，得到高温铁水，粉尘中的K、Na和Zn元素随着高温煤气流入煤气处理系统，在除尘装置中得到富集。
2.如权利要求1所述的一种冲天炉处理钢铁厂含铁粉尘的方法，其特征在于:所述的还原剂为无烟煤、烟煤、焦粉或者其他含碳物质；所述的无机粘结剂为水泥，所述的有机粘结剂为羧甲基纤维素钠。
3.如权利要求2所述的一种冲天炉处理钢铁厂含铁粉尘的方法，其特征在于:所述的还原剂粒度< Imm ; 所述的无机粘结剂和有机粘结剂的粒度为-200目占80%以上。
全文摘要
一种冲天炉处理钢铁厂含铁粉尘的方法，属炼铁技术领域。其特征是利用钢铁厂粉尘、碳质还原剂、粘结剂和添加剂为原料，经过配料、混匀、压块和养护后用于冲天炉炼铁，以钢铁厂各种含铁粉尘为原料压块制得的含碳球团含碳量在10%左右，养护后的球团抗压强度大于1000N/个，通过布料系统布入冲天炉内进行炼铁；通过热风炉预热鼓风，将风温由常温预热到500-1200℃左右，并且向鼓风中富氧1%～5%可达到提高冶炼强度，增加产量和降低焦比的目的。此工艺可回收利用钢铁厂的粉尘，达到节能减排和降低环境污染目的，具有较好的经济和社会效益。
文档编号C21B11/02GK103146913SQ20131011220
公开日2013年6月12日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者张建良, 刘征建, 毛瑞, 杨天钧, 左海滨, 国宏伟, 祁成林, 姜喆 申请人:北京科技大学