CN1632136A - 一种高炉炼铁粉尘回收利用的方法 - Google Patents
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Abstract
一种高炉炼铁粉尘回收利用的方法，将高炉冶炼过程中回收的布袋尘、重力灰及其它含铁粉尘与煤粉均匀混合，从高炉风口喷入炉缸，要求喷吹前炉缸无堆积，炉喉无结瘤，其工艺参数：喷布袋尘，喷入量为6～10Kg/t铁，热风温度＞1000℃，高炉锌负荷＜0.15Kg/t铁；喷重力灰，喷入量为6Kg/t铁～15Kg/t铁，热风温度＞1050℃；喷其它含铁粉尘，喷入量＜8Kg/t铁，粉尘粒径＜0.5mm，热风温度＞1050℃；本发明具有增铁、节焦、有利于铁水降硅、促进高炉顺行和强化冶炼、有利于安全喷煤、减轻高炉结瘤、保护环境、清洁生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于炼铁及环保技术领域，特别涉及一种炼铁生产过程中回收粉尘再利用的方法。
背景技术
高炉炼铁过程，从炉顶交替向炉内装入矿石(人造富矿或天然矿)和焦炭，从炉子下部(炉缸部位的风口)向炉内鼓风以燃烧焦炭。为降低焦炭消耗，目前多数高炉从风口向炉内喷吹煤粉。高炉内铁矿石在下降过程被加热、还原最后成为铁水定期从炉子下部的铁口排出；焦炭及喷入的煤粉则为过程提供热量及还原剂。
原料从炉顶落入及在炉内下降过程，因撞击、摩擦生成一定量粉尘，其量取决于原料质量。这部分粉尘被炉内上升的高速煤气流带走离开高炉后，将为除尘器所捕获。目前较大颗粒粗尘的收集采用重力除尘器(或轴向旋流除尘器)，细尘的收集则有干法和湿法。干法用布袋除尘器，我国多数中小高炉采用这种方式；湿法用文氏管洗涤器(或比肖夫洗涤塔)。表1为炼铁厂内含铁粉尘的成分和粒度示例，重力尘较粗(颗粒多大于60～90μm，平均200μm左右)，布袋尘细(100～50μm约占一半)。除粒度差别外，布袋尘含Zn、Pb及碱金属量较高，在矿石中这些元素含量高时两者差别尤为明显。
表1 含铁粉尘的化学组成(％)
| TFe | FeO | Fe2O3 | SiO2 | CaO | MgO | Al2O3 | ||
| 重力灰 | 我国A厂 | 43.81 | 11.58 | 49.72 | 10.45 | 6.90 | 2.35 | 1.59 |
| 我国B厂 | 44.14 | 11.52 | 50.25 | 9.16 | 2.00 | 1.13 | 2.74 | |
| 日本君津厂 | 21.64 | —— | —— | 5.40 | —— | —— | —— | |
| 布袋尘 | 我国B厂 | 31.40 | 8.35 | 35.58 | 9.50 | 1.92 | 1.24 | 4.02 |
| 我国C厂 | 26.75 | 8.50 | 28.77 | 8.55 | 6.90 | 2.40 | 1.60 | |
| 日本君津厂 | 19.41 | —— | —— | —— | —— | —— | —— | |
| 烧结机尾尘 | 我国B厂 | 48.06 | 5.26 | 62.81 | 5.20 | 12.58 | 3.04 | 2.78 |
| 出铁场烟尘 | 我国D厂 | 53.28 | 29.83 | 31.61 | 5.70 | 1.00 | 0.30 | 1.30 |
| MnO | P2O5 | S | C | 备注 | ||||
| 重力灰 | 我国A厂 | 2.34 | 0.016 | 0.232 | 15.58 | A厂：＞100目66.74％，100～200目18.26％，＜200目14.37％ |
| 我国B厂 | 0.19 | —— | 0.27 | 17.69 | ||
| 日本君津厂 | —— | —— | —— | 54.0 | Zn 0.112％，平均0.22mm | |
| 布袋尘 | 我国B厂 | 0.22 | —— | 0.49 | 29.66 | |
| 我国C厂 | 2.30 | 0.02 | 0.23 | 40.73 | Zn4.25％ | |
| 日本君津厂 | —— | —— | —— | 42.15 | 湿法收得(含水18％)含Zn0.61％ | |
| 烧结机尾尘 | 我国B厂 | 0.24 | —— | 1.01 | 2.32 | |
| 出铁场烟尘 | 我国D厂 | 0.08 | 0.18 | —— | —— | Fe7.96％ |
目前，重力灰基本上全部用做烧结原料，布袋尘因颗粒太细或因含锌高(矿石含锌较高时)，多运至远离厂区处弃置；有的厂家部分用做烧结料，但由此往往导致烧结矿强度变差，入炉后破碎又呈粉尘逸出，形成不良循环；为利用布袋尘，有的厂家借助烧结过程添加膨润土之类粘结剂来维持烧结成品率，但这样又使烧结矿品位降低，不利高炉强化冶炼，所以，布袋尘的利用是困扰炼铁生产的难题。另一方面，重力灰作为烧结配料也应有一定比例，用量过大不利烧结，尤其在铁矿石含锌高时，因锌在高炉内还原、循环、富集，易造成炉子上部结瘤，故配加量不宜多。但因其含铁较高，弃之可惜，只得全部用上，所以其回收利用也有令人困惑之处。
目前，我国多数厂家炼铁粉尘未得充分利用；部分用做烧结料，也只回收了Fe，其他有益成分难得利用，这样既不利降低成本，又污染环境。
发明内容
针对现有炼铁过程粉尘回收利用技术中存在的问题，本发明提供一种高炉炼铁粉尘回收再利用的方法。
本发明是将高炉布袋尘或重力灰等炼铁厂含铁含碳粉尘与煤粉均匀混合从风口喷入炉缸。喷入的粉尘在炉缸高温下加热，其所含铁分被直接还原进入生铁；所含的碳与喷入之煤粉同样燃烧，成为冶炼过程的发热剂与还原剂；SiO2、Al2O3等其他组分则参与造渣，最终随熔渣排出炉外冲成水渣回收。具体方法有以下几种：
1、喷布袋尘
在原料含锌量微(即通常所言“矿石不含锌”)时，布袋尘应为喷吹粉尘之首选。
1)成分：目前各企业高炉布袋尘成分不一，即使同一高炉其成分亦随原料条件而变化(例焦炭强度差时，布袋尘碳含量高；烧结矿强度差时布袋尘铁分高)，通常全铁量在25％以上，碳含量在30％以上。布袋尘成分变化对喷粉工艺没有影响，故本发明对其成分无特殊要求。
2)粒度：粒度上限为滤袋空隙所制约，可能达到的最大粒径亦在150μm以内，即与煤粉粒度相当，故本发明对布袋尘粒度无特殊要求。
3)喷入量：8±2Kg/吨铁，与煤粉预先混匀从风口喷入。喷吹可从6Kg/吨铁起步，喷入10日后炉缸若未呈现变凉迹象，可将喷量增至8Kg/吨铁；再经10日仍无变凉迹象，则可增至10Kg/吨铁，但即使此时炉缸状态仍未变差，布袋尘喷入量亦不宜再增高。
4)其他：实施高炉原料的锌负荷应低于0.15Kg/吨铁；热风温度应在1000℃以上；富氧鼓风尤佳，但无富氧亦可。
实施喷吹前，炉缸应无堆积，炉喉应无结瘤。
2、喷重力灰
在矿石含一定量锌时，宜减少烧结配料中重力灰配比，取8Kg/吨铁左右从风口喷入(此时不宜喷布袋尘)。
1)成分：重力灰成分同样取决于原料质量，焦炭强度差时其碳含量高；烧结矿强度差时其铁分高，通常含铁量在40％以上，含碳15％以上。重力灰成分对喷吹工艺没有影响，故本发明对其成分无特殊要求。
2)粒度：重力灰为粗粉尘，平均粒径在0.2mm左右，个别大颗粒亦不会大于0.5mm，虽较喷吹用煤粉略粗，但不致影响其输粉性能，如按本发明所推荐之“混入原煤加入磨煤机”流程，则其粒度尚可得以细化，故本发明对重力灰粒度无特别要求，但不得混入其他更粗之粉尘或异物。
3)喷入量：8±2Kg/吨铁，与煤粉预先混匀从风口喷入。
喷吹可从6Kg/吨铁起步，喷入10日后若炉缸无变凉迹象，可将喷量增至8Kg/吨铁；再经10日仍无变凉迹象，可再增至10Kg/吨铁，如炉况仍无变化(炉温及煤粉燃烧率未见降低)可尝试再增大喷入量，但最多不宜高于15Kg/吨铁。
4)其他：实施高炉其原料的锌负荷以低为佳。如高于0.15Kg/吨铁，在喷吹重力灰时，烧结配料应扣除等量的重力灰。
热风温度应高于1050℃，富氧鼓风尤佳，但无富氧亦可。
实施喷吹前，炉缸应无堆积，炉喉应无结瘤。
3、喷其他含铁粉尘
炼铁厂常见其他含铁粉尘为烧结机尾尘及出铁场烟尘，通常含铁高(48％以上)，含碳低(3％以下)。这类粉尘喷入炉缸后，自身发热量小，还原等吸热多，故喷入量不宜高(应控制在8Kg/吨铁以内)。
这类粉尘多为各类除尘装置收得，粒度通常低于重力灰，故对其粒度无特殊要求，但不得混入大颗粒(＞0.5mm)杂料。
热风温度应高于1050℃，富氧鼓风尤佳，无富氧亦可。实施喷吹前，炉缸应无堆积，炉喉应无结瘤。
对此类粉尘之锌含量应有限制，在原料锌负荷大于0.15Kg/吨铁时，欲喷这类粉尘，则烧结配料应适量少配重力灰。
具体操作步骤是：
1)将用汽车接取的布袋尘或重力灰按配入比均布于储煤场的待磨原煤平铺料层之上。接取粉尘时不宜打水，但为不使工作环境恶化，亦可少量加水润湿。此加尘入煤过程，粉尘薄层可布于原煤的最上层，亦可在煤层中间，但不宜布于最底层。物料如此均布之后，按“平铺直取”原则取料，以使粉尘比例稳定地与原煤一同进入磨煤机，使粉尘、煤粉在原煤磨细过程得以充分混匀，然后喷吹入炉。此工艺最为简单，粉尘原本为细粉，故由此不会给磨机造成很大负担，但对磨煤机出率略有负面影响。
2)在现有磨煤机后设置一专用混料筒，料筒倾角2°～4°，由齿轮带动回转，将一定量磨好之煤粉先注入筒内，再将经称量的粉尘按配比加入筒内，借助筒转动(1～3min)使二者混匀后排出，再输入喷煤系统之煤粉仓，按喷煤工艺要求喷入炉缸。
喷粉仍用现行喷煤管路。因粉尘粒细且配入有限，混喷不会对输粉管道寿命产生明显不利影响。如喷含铁较高的粉尘且喷吹率较高时，输粉管路的管内压力宜略微提高。
喷吹参数：
(1)喷吹压力：喷吹布袋尘时仍可维持目前(或略微提高)输粉压力；喷重力灰尤其是含铁较高的粉尘时，此压力宜略为提高。此时，在喷煤量＜120Kg/t铁条件下，喷粉压力宜在现有基础上提高0.01～0.02MPa，(喷10Kg/t铁铁矿粉时，管道总压损增加幅度亦仅在10％以内，故喷少量含铁粉尘时输粉压力勿需大幅提高)。
(2)煤尘混合流的流速：在喷少量布袋尘时，可仍维持目前实际流速(一般5～8m/s，依炉而异)；喷铁分较高粉尘时，流速宜略为提高(10％～15％)。
(3)炉温控制：粉尘喷入炉缸后升温、还原要耗热，故对炉缸内风口前局部区域有降温作用，但由于其自身含可燃的碳及同时喷入炉内煤粉燃烧对此有热补偿效果，故炉温不会明显降低。考虑到粉尘中氧化铁对铁水的降硅效果，在以生铁含硅量作为炉缸温度标志的高炉，如仍维持原生铁含硅量，实际上已相当于提高了炉温，故喷入粉尘后无炉缸冷化之虞。在有测温条件的高炉，喷粉尘后渣铁温度需不低于原来水平。
本发明的有益效果如下：
1、增铁：粉尘中的铁全部回收；
2、节焦：粉尘中的碳(主要来自原料中的焦末)喷入炉缸风口区，先燃烧生成CO2放热，再部分按 反应生成还原性气体CO，此CO在炉内上升，是冶炼过程铁的还原剂和热的载体。
3、有利铁水降硅：粉尘中铁以Fe2O3及FeO态存在，在炉缸高温下可将炉内部分已还原之硅再氧化掉。硅还原是强吸热反应，故由此可减少炉缸热量支出，利于降低焦比。根据现有生产实践，吨铁喷粉尘7～10Kg，可使生铁含硅降低0.02％以上，由此喷1吨粉尘可节焦120Kg以上。
4、促进顺行和强化冶炼：近年高炉喷煤率普遍升高，由此使炉缸煤气量增加，不利顺行。为此，喷煤多与富氧鼓风相配合，但富氧率过高会导致炉缸过热，风温高时此趋向尤为显著，富氧与高风温使风口前理论燃烧温度(t理)升高，此值过高将引发炉料中SiO挥发，由此招致热悬料。喷入粉尘，其热分解会在高炉内局部区域吸收部分热量，故可使t理略为降低。所以对炉温偏高的高炉而言，适量喷入粉尘有利顺行。
粉尘中Fe以Fe2O3及FeO态存在，Fe还原时其所含氧被释放出来，这部分氧与鼓风含氧一样，在炉内可起到保证碳充分燃烧的作用，故喷粉尘也略有富氧鼓风效果。
5、利于安全喷煤：目前高炉喷煤中烟煤比例逐年上升，但烟煤易燃易爆，故与喷无烟煤相比，在操作和设备方面有所顾忌。大量实验表明，混入惰性的粉尘可使烟煤爆炸性大大减弱，故适量配加粉尘有利烟煤喷吹进而提高煤比。
6、有利“清洁生产”：目前“清洁生产”(Cleaner Production)已在各国广泛开展起来。这种理念要求节约原料和能源，要求削减生成废物的数量和毒性，对产品要求减小从材料到提炼产品最终处置的不利影响，亦即倡导“生态工业”和“循环经济”。将炼铁粉尘重新喷入高炉，完全符合这一原则，可将污染环境的粉尘自我消化，或获明显经济效益，亦造福社会。
7、有利消除高炉结瘤：在采用含锌较高炉料时，带入炉内的锌化物将被还原生成金属锌并呈蒸气上升；在炉子上部，又会按 反应重新生成有粘性的ZnO，此ZnO粘结炉墙即形成炉瘤，甚至堵塞煤气上升管，使冶炼难以进行。采用本发明，粉尘从炉缸喷入，烧结配料中含锌较高的粉尘量减少，由此炉顶带入锌量减少，在炉子上部块状带(干区)循环、富集的锌量亦减少，而在炉子下部(湿区)循环富集的锌量，虽因喷入粉尘而有所增加，但在高温下不致造成结瘤，且在湿区循环的锌量增加时，按化学平衡准则随渣铁排出的锌量增加，与此相应炉尘带出锌量减少，久之可使炉内锌循环减弱，故有利生产和顺行。
综上可见，本发明具有降低成本和消除污染等诸多有益效果。
具体实施方式
例1：喷布袋尘(400m3级)
初始条件如下：
| 焦比Kg/t | 煤比Kg/t | 风压KPa | 风量m3/min | 顶压KPa | 矿耗t/t铁 | 入炉矿TFe％ |
| 430 | 140 | 250 | 1480 | 95 | 1.59 | 59.85 |
| 料线m | 料制* | 焦炭负荷t矿/t焦 | 生铁[Si]％ | 生铁[S]％ | 炉渣碱度CaO/SiO2 | 炉渣含MgO量％ |
| 1.2 | CC↓OO↓ | 4.1 | 0.58 | 0.02 | 1.08 | 9.70 |
注：C为焦炭，O为矿石
喷吹实践：粉尘按7Kg/吨铁配比与原煤混合后进磨煤机，风温1100℃，富氧率1.5～2.0％磨出的煤仍按原定煤比及喷吹参数(压力、流速)从风口喷入炉缸，炉温(用[Si]显示)、风温、矿焦比、风压、风量均未有意识调整，结果工业性实施后炉况没发生异常变化，生产指标亦无明显变化，由此使粉尘的含铁、碳、氧等有益成分均得充分回收。
例2：喷烧结矿过筛粉尘(1000m3级高炉)
喷吹烧结矿入炉前沟下风力过筛粉尘，特性如下：
| 化学组成％ | 粒度组成％ | |||||
| TFe | FeO | Fe2O3 | C | ＞100目 | 100～200目 | ＜200目 |
| 56.77 | 6.56 | 73.55 | 1.27 | 24.0 | 38.0 | 38.0 |
喷入比：8.7Kg/吨铁；喷吹压力：4.5Kg/cm2(刚离开喷粉罐时)；试验时间：58天。
试验期与基准期(未喷粉尘)之主要生产指标对比如下：
| 利用系数t/(m3.d) | 一级品率％ | 焦比Kg/t | 煤比Kg/t | 综合焦比Kg/t | 冶炼强度(综合t/m3.d) | 休风率％ | |
| 基准期 | 1.819 | 79.2 | 493 | 84 | 560 | 1.050 | 0.71 |
| 试验期 | 1.814 | 85.4 | 493 | 71 | 550 | 1.021 | 0.36 |
| 风量m3/min | 风温℃ | 风压KPa | 顶压KPa | 焦炭负荷t/t | 标准风速m/s | 生铁合格率％ | 铁水温度℃ | |
| 基准期 | 2256 | 1049 | 182 | 85 | 3.75 | 127 | 100 | 1372 |
| 试验期 | 2185 | 1064 | 175 | 80 | 3.73 | 126 | 100 | 1433 |
| 炉渣温度℃ | 生铁[Si]％ | 生铁[S]％ | 炉渣碱度Cao/SiO2 | 炉渣含S％ | 硫分配系数Ls | |
| 基准期 | 1456 | 0.631 | 0.021 | 1.09 | 0.74 | 35.2 |
| 试验期 | 1476 | 0.584 | 0.021 | 1.09 | 0.73 | 35.9 |
由上可见，在喷粉量不高时，生产指标不会明显变化，但由此使粉尘中铁、碳、氧得到回收。值得指出的是，喷粉尘后生铁含硅量略有降低而渣铁温度略有升高，表明氧化铁喷入后对铁水显现了降硅效果，由此也减少了炉缸热支出。
Claims (1)
1、一种高炉炼铁粉尘回收利用的方法，其特征在于将高炉冶炼过程中回收的布袋尘、重力灰及其它含铁粉尘与煤粉均匀混合，从高炉风口喷入炉缸，其工艺参数为：
(1)喷布袋尘：喷入量为6Kg/t铁～10Kg/t铁，由低至高，逐渐增加；热风温度＞1000℃，高炉原料锌负荷＜0.15Kg/t铁，喷吹前要求炉缸无堆积，炉喉无结瘤；
(2)喷重力灰：喷入量为6Kg/t铁～15Kg/t铁，由低至高，逐渐增加，热风温度＞1050℃，喷吹前，要求炉缸无堆积，炉喉无结瘤；
(3)喷其它含铁粉尘：喷入量＜8Kg/t铁，粉尘粒径＜0.5mm，热风温度＞1050℃，喷吹前，炉缸无堆积，炉喉无结瘤。
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