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(zhuǎn)爐污泥進(jìn)行制備金屬化球團的成型試驗, 研究了粘結(jié)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(jié)果表明, 粘結(jié)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(yōu)于膨潤土。在甲基纖維素用量 013% 、成型壓力 75kN、配水量 10% 的優(yōu)化參數(shù)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(zhuǎn)底爐生產(chǎn)要求。
關(guān)鍵詞: 高爐瓦斯灰; 轉(zhuǎn)爐污泥; 粘結(jié)劑; 金屬化球團; 落下強度
1 前 言
近年來, 我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速, 2011 年鋼產(chǎn)量達(dá)到 61955 億 t, 約占世界總產(chǎn)量的 50%。鋼鐵生產(chǎn)各工序中均會產(chǎn)生大量粉塵, 其總量占到企業(yè)鋼產(chǎn)量的 4% ~ 7%[ 1]。據(jù)統(tǒng)計, 武鋼高爐瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐污泥、煉鐵除塵灰等冶金塵泥的排放量已達(dá) 62 萬 t/ a, 特別是高爐瓦斯灰和轉(zhuǎn)爐污泥產(chǎn)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(nèi)外近年來綜合利用冶金塵泥的一種新的發(fā)展方向[ 2], 該工藝可實現(xiàn)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(zhuǎn)底爐技術(shù)對冶金塵泥進(jìn)行處理, 實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)[ 3]。武鋼對冶金塵泥的利用進(jìn)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(zhuǎn)爐污泥為原料, 采用壓團法進(jìn)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(zhuǎn)底爐工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)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(zhuǎn)爐污泥作為試驗原料, 其化學(xué)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(zhuǎn)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(jìn)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(xì)于轉(zhuǎn)爐污泥, 二者均含有較多的粗顆粒, 特別是轉(zhuǎn)爐污泥, > 0115 mm 的比例達(dá)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?？善鸬焦羌苤蔚淖饔谩?/font>
2、2 實驗設(shè)備
實驗設(shè)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(fēng)干燥箱( 溫度范圍 50~ 300 e ) 。
2、3 實驗方法
將高爐瓦斯灰和轉(zhuǎn)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(jié)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(fēng)干燥箱, 在 120 e 下干燥 1 小時; 分別對濕球和干球進(jìn)行強度檢測, 壓團成型的流程如圖 1 所示。
3 試驗結(jié)果與討論
3、1 C/ O 值的確定
根據(jù)試驗需要, 以 C/ O 為依據(jù)計算瓦斯灰和轉(zhuǎn)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(jié)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(jìn)行, 并維持一定的還原性氣氛, 需要有一定的碳?xì)埩?/font>, 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(chǔ)。
3、2 膨潤土作粘結(jié)劑
在 C/ O= 112 的原料結(jié)構(gòu)下, 以膨潤土作為粘結(jié)劑進(jìn)行塵泥壓團試驗。膨潤土用量、配水量和成型壓力等參數(shù)對成型效果的影響如圖3 所示。
從圖 3( a)可以看出, 粘結(jié)劑用量對壓團的力學(xué)性能影響很大。隨著粘結(jié)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(dá)到了 8% 時, 濕、干壓團的落下強度也僅達(dá)到 411次和 315 次, 這與冶金塵泥含碳量大及活性不高有關(guān)。根據(jù)壓團強度變化規(guī)律并考慮到粘結(jié)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(jié)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(jié)劑無法快速、均勻地分配在粉粒表面, 使得壓團強度較低。當(dāng)配水量達(dá)到 10% 后, 粘結(jié)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(xué)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(xué)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(jié)劑過多, 同樣不利于成型。當(dāng)成型壓力為75 kN 時, 干、濕壓團的力學(xué)性能均較理想;當(dāng)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(jié)劑
在 C/ O= 112 的原料結(jié)構(gòu)下, 以甲基纖維素作為粘結(jié)劑進(jìn)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(shù)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(jié)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(dá)到 3 次。隨著用量的增加, 落下強度也明顯增加, 當(dāng)添加量為013% 時, 壓團的落下強度達(dá)到比較滿意的值。這與甲基纖維素為有機粘結(jié)劑, 含有的親水基團較多有關(guān)。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(jié)約粘結(jié)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(jié)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?xí)r呈現(xiàn)出相同的規(guī)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(jié) 論
1) 高爐瓦斯灰和轉(zhuǎn)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(jìn)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(xì)于轉(zhuǎn)爐污泥, 但這兩種塵泥均含有較多的粗顆粒, 特別是轉(zhuǎn)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(jìn)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(jié)劑種類對成型效果的影響很顯著,有機粘結(jié)劑甲基纖維素的成型效果明顯優(yōu)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(yōu)化參數(shù)下, 采用壓團法所制備的金屬化球團干球落下強度可達(dá) 5 次/ 球,能滿足轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)要求。在利用轉(zhuǎn)底爐技術(shù)處理冶金塵泥的工業(yè)化生產(chǎn)中, 可根據(jù)不同原料組成, 在滿足工藝設(shè)計要求的前提下選取適合的粘結(jié)劑用量及成型參數(shù)。
參考文獻(xiàn)
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