【摘要】：本文以工程實踐應(yīng)用為目的,以粒鐵制備技術(shù)為核心,以轉(zhuǎn)底爐裝置為實現(xiàn)載體,針對鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的大量含鐵固廢粉塵,重點研究了含有貴重元素如Cr、Ni的不銹鋼含鐵粉塵、具有普遍性意義的鋼鐵廠二次含鐵粉塵、工業(yè)副產(chǎn)品硫酸渣等典型固廢的粒鐵制備技術(shù),通過相關(guān)基礎(chǔ)研究,獲得了最佳的粒鐵制備技術(shù)參數(shù);此外,本文從工程應(yīng)用的角度按照基礎(chǔ)實驗的優(yōu)化參數(shù)建立了轉(zhuǎn)底爐粒鐵工藝計算模型,對轉(zhuǎn)底爐的能量利用效率做了簡要分析,并可同時滿足工程實施和工業(yè)生產(chǎn)的需要;最后對轉(zhuǎn)底爐工藝流程進(jìn)行了簡要剖析,有針對性的提出了適應(yīng)不同原料特點的可行的工藝流程自主集成創(chuàng)新思路。圍繞著粒鐵制備核心技術(shù),以高堿度內(nèi)配碳高溫自還原為研究手段,通過對上述不同原料進(jìn)行物性分析的基礎(chǔ)上,按多種方案進(jìn)行理論配料計算,實驗配料、制球?qū)嶒?對自還原實驗現(xiàn)象以及最終收集的產(chǎn)品進(jìn)行檢測、分析,得到如下結(jié)果:通過對不銹鋼粉塵壓塊自還原的研究發(fā)現(xiàn):內(nèi)配碳比增加到1.1時,壓塊內(nèi)部的還原勢會逐漸增強(qiáng),含鐵氧化物得到充分還原,金屬單質(zhì)相析出量增多,由網(wǎng)絡(luò)狀逐漸收縮成球狀,粒鐵的質(zhì)量百分比最大;還原溫度對粒鐵的聚集長大起積極的促進(jìn)作用,還原溫度控制在1380℃~1450℃時,會逐漸發(fā)生金屬的滲碳反應(yīng)從而形成低熔點合金相,降低了粒鐵的熔化溫度,粒鐵便易形成半熔融或熔融狀態(tài),在金屬相表面張力作用下,聚集成顆粒狀;渣相堿度為2.5時,理論渣相的組成分布在正硅酸鈣(2CaO?SiO_2)析出相區(qū),還原產(chǎn)物冷卻后渣鐵能自然分離;在上述最佳組合參數(shù)條件下,可實現(xiàn)金屬鐵和鎳收得率≥95%,金屬鉻收得率≥80%,粒鐵顆粒尺寸5~20mm部分≥70%,脫磷率≥75%,脫硫率≥95%;按此參數(shù)模擬轉(zhuǎn)底爐氣氛實驗,發(fā)現(xiàn)僅當(dāng)還原產(chǎn)物緩冷到700℃以下后再空冷,可以實現(xiàn)渣相自然粉化與鐵粒分離,粒鐵尺寸大于5mm部分的比例高于80%,金屬鐵、鎳和鉻收得率分別大于98%、97%和93%,脫磷率達(dá)到70%,脫硫率達(dá)到95%。通過對普通二次含鐵粉塵壓塊自還原的研究發(fā)現(xiàn):過高或過低的內(nèi)配碳比和渣相堿度都不利于粒鐵聚集長大,最佳內(nèi)配碳比為1.1;當(dāng)還原溫度為1350℃~1400℃時,5mm以上粒鐵的質(zhì)量比可達(dá)到80%以上;渣相理論堿度必須高于1.8,高溫自還原過程中通過固相反應(yīng)后才能充分形成2CaO?SiO_2,還原產(chǎn)物冷卻后渣鐵才能徹底自然分離;高堿度內(nèi)配碳壓塊高溫自還原具有優(yōu)良的脫硫條件;同時由于高堿度渣對P_2O_5被碳還原的抑制作用,高堿度內(nèi)配碳壓塊高溫自還原有一定的脫磷能力;內(nèi)配碳比為1.1,渣相堿度為2.0,還原溫度1350℃,為最佳組合參數(shù),可實現(xiàn)金屬鐵收得率≥95%,粒鐵顆粒尺寸5~20mm部分大于80%,脫硫率≥85%;按上述參數(shù)模擬轉(zhuǎn)底爐氣氛實驗,在較低的空氣過剩系數(shù)下,還原溫度達(dá)到1380℃時,粒鐵尺寸大于5mm部分的比例高于80%,金屬鐵收得率95%,脫硫率95%,脫磷率~10%左右。通過對硫酸渣壓塊自還原的研究發(fā)現(xiàn):高溫對大顆粒粒鐵的形成起關(guān)鍵作用,當(dāng)渣相堿度為2.5時,還原溫度1250℃,形成大量的細(xì)小低品質(zhì)的鐵顆粒,只有進(jìn)一步通過1500℃的高溫還原后,才能得到大顆粒的高質(zhì)量粒鐵,大顆粒粒鐵占比60%以上,其金屬鐵含量在94~95%,小顆粒鐵中金屬鐵含量在82~92%,平均含鐵量均在90%以上。結(jié)合上述基礎(chǔ)研究參數(shù),建立了轉(zhuǎn)底爐粒鐵工藝計算模型,開發(fā)了滿足工程設(shè)計、工業(yè)生產(chǎn)使用的轉(zhuǎn)底爐工藝計算軟件。通過能量綜合利用分析發(fā)現(xiàn),粒鐵工藝生產(chǎn)中有30%的能量被煙氣帶出爐外,需要很好的加以充分利用,以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。最后,對采用粒鐵工藝的轉(zhuǎn)底爐流程各個關(guān)鍵設(shè)施從工程使用的角度進(jìn)行了簡要剖析,提出了針對不同原燃料特點的工藝流程,有待后續(xù)工業(yè)實踐檢驗。
【圖文】：

圖 1.1 鋼鐵制造流程產(chǎn)生的各類固廢Fig. 1.1 Various solid wastes produced in the process of steel manufacturing由于鋼鐵企業(yè)環(huán)節(jié)眾多，生產(chǎn)原料也差異較大，，因此所產(chǎn)生固廢的物化特性也各有不同，需在少影響甚至不影響現(xiàn)行生產(chǎn)的前提下，綜合運用不同的技術(shù)路

圖 1.2 Fastmet/Fastmelt 工藝流程圖Fig. 1.2 Process flow chart of Fastmet/Fastmelt米德雷克斯公司于 1990 年開始進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)實驗，研究內(nèi)容主要包括：工藝的相關(guān)因素諸如還原時間、溫度和氣氛的研究；鐵礦石的種類、粒度對還原
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TF55

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本文編號：2664768