高炉含锌粉尘综合利用的研究

配煤量/% 0(1) 5(2) 10(3) 15(4) 5(2) 0(1) 15(4)
碱度 0.4(1) 0.6(2) 0.8(3) 1.2(4) 0.8(3) 1.2(4) 0.4(1)
煤种
无烟煤(1) 烟煤(2) 烟煤(2) 烟煤(2)
无烟煤(1)
脱锌率/% 33.36 39.88 50.26 50.03 66.80 54.48 84.24
MgO 0.69 0.48 6.72 6.35
(%)
SiO2
Al2O3
4.65
8.10
4.09
4.82
5.97
4.71
6.35
项目 无烟煤 烟煤
表 2 煤粉工业分析（质量分数）
灰分 9.93 14.89
挥发分 9.89 31.24
(%)
固定碳 80.18 53.87
表 3 重力灰、布袋灰的物理性质
平均粒度/µm
20(1)
10(3)
1.2(4)
无烟煤(1)
97.39
94.37
10
1200(3)
30(2)
15(4)
0.8(3)
无烟煤(1)
99.10
99.11
11
1200(3)
40(3)
0(1)
0.6(2)
84.67
75.70
12
1200(3)
50(4)
5(2)
0.4(1)
烟煤(2)
99.23
91.89
13
1300(4)
孟巍，男，高级工程师，电话：0414-2529241。
高炉含锌粉尘综合利用的研究
属化炉料，以供电炉或转炉使用。本文采用高温还原焙烧的工艺处理高炉含锌粉尘，根据粉尘的基本性质选 择合适的工艺路线，并通过正交试验，找出各因素对粉尘脱锌率和金属化率的影响规律，最终确定粉尘处理 的最佳工艺参数，从而为含锌粉尘的处理起到指导作用。
300.74 79.04 79.72 78.42
85.77 77.47
T=1249.46
K4
98.72
85.48
83.14
75.19
R
55.34
12.28
18.03
4.53
8.30
Ⅰ
216.45
金属化率/% 19.25 39.71 75.26 82.23 82.46 73.67 92.01
高炉含锌粉尘综合利用的研究
编号
焙烧温度/℃
焙烧时间/min
配煤量/%
碱度
续表 5
煤种
脱锌率/%
金属化率/%
8
1100(2)
50(4)
10(3)
0.6(2)
无烟煤(1)
95.16
87.54
9
1200(3)
熔化温度/℃
物相组成
重力灰
159.233
1360
Fe2O3、Fe3O4、C、SiO2、ZnO、ZnS、ZnSO4
布袋灰
26.323
1390
Fe2O3、Fe3O4、C、SiO2、ZnO、ZnS、ZnSO4
从表 1 中可以看出，重力灰和布袋灰中的碳含量均较高，而铁含量则相对较低。经计算，重力灰和布袋 灰碳氧原子比（TFe 转化为 Fe2O3，Zn 转化为 ZnO）分别为 3.15 和 5.06。由此可见，利用高温还原焙烧工 艺处理该种含锌粉尘，其中的碳过量。
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
他组分分离的目的。
2.2 实验方案
由于重力灰和布袋灰中的碳含量均较高，而铁含量则相对较低。因此单独进行粉尘造块焙烧，势必会造 成碳的浪费，并且由于碳过量，铁较少，可能会造成还原过程中产生的黏结相不足，剩碳过多，进而导致还 原后球团强度不够，且全铁含量较低，不利于后续利用，因此该实验除了使用重力灰和布袋灰外，还配加了 铁精矿，不足的碳则由还原性较好的烟煤或无烟煤代替。以球团还原后强度及粉尘处理量为指标，通过预实 验确定高温焙烧实验中重力灰:布袋灰:铁精矿=1:1:8。
3 实验结果及分析
本实验对含锌粉尘处理的考察指标为脱锌率和金属化率，实验结果及利用极差分析法分析结果见表 5。 对于粉尘造球的高温焙烧实验，还原前后球团中的总铁量不变，而还原后的锌以蒸气的形式逸出球团，所以 脱锌率和金属化率可以分别用公式（5）和公式（6）计算[7]：
脱锌率 = 1 − 还原后球团中的锌含量 × 还原前球团中的全铁含量 × 100% 还原前球团中的锌含量 × 还原后球团中的全铁含量
现有的文献资料表明，焙烧温度、焙烧时间、配煤量、碱度和煤种对脱锌效率影响明显，因此，本文通 过正交试验研究这 5 个因素对粉尘脱锌效率的影响，设计一个 L16(44×21)的正交表，实验参数和水平取值见 表 4。
水平
1 2 3 4
A.焙烧温度/℃ 1200 1250 1300 1350
表 4 实验因素与水平
因素 B.焙烧时间/min
15 25 35 45
C.配煤量/% 0 3 6 9
D.碱度 0.4 0.6 0.8 1.2
E.煤种
无烟煤 烟煤
2.3 实验步骤
按照实验方案，将一定量的布袋灰、重力灰、铁精矿、石灰、煤粉和膨润土（3%）充分混合，在圆盘 造球机上制成粒度在 10~12mm 之间的球团，然后置于 105℃的恒温干燥箱中烘干 2h，以去除球团中的游离 水。将干燥后的球团放入带有盖子的刚玉坩埚中，然后将其置于已升至设定温度的马弗炉中，迅速关闭炉门， 开始计时，至设定焙烧时间后将坩埚取出，在空气中冷却至室温，然后制样分析 TFe、MFe 及 Zn。
296.73
270.02
316.16
514.61
Ⅱ
300.68
百度文库292.79
304.75
318.89
464.83
Ⅲ
380.39
318.01
342.14
313.67
Ⅳ
394.86
脱
K1
43.38
锌
率
K2
75.17
K3
95.10
341.93 74.18 73.20 79.50
332.55 67.51 76.19 85.54
Study on the Utilization of Zinc-bearing Dust in Blast Furnace
Meng Wei Wang Chuanlin
(Benxi-Beiying Iron and Steel Group, Benxi, 117017)
Abstract The related issues of treating zinc-bearing dust in blast furnace by high-temperature calcinations method were studied in this paper. According to the basic properties of the blast furnace dust, the process of mixing iron ore concentrate and coal into blast furnace dust and high-temperature calcinations after pelletizing was adopted. The ratio of gravity dust, bag dust and iron ore was 1:1:8, which determined by pre-test. The five factors of calcinations temperature, calcinations time, pellet basicity, coal amount and coal type on dezincification rate and metallization rate were determined by orthogonal experiment and the optimum parameters were defined: reduction temperature 1300℃, reduction time 50min, mixing 10% anthracite and the basicity controlled to 0.8. Combined with the orthogonal experiment results and actual industrial production, the parameters of temperature 1200℃, reduction time 30min, mixing 15% anthracite and the basicity controlled to 0.8 were recommended. Key words zinc-bearing dust, high-temperature calcinations, metallization rate, dezincification rate
20(1)
15(4)
0.6(2)
烟煤(2)
99.18
93.79
14
1300(4)
30(2)
10(3)
0.4(1)
烟煤(2)
99.33
97.26
15
1300(4)
40(3)
5(2)
1.2(4)
无烟煤(1)
98.84
96.28
16
1300(4)
50(4)
0(1)
0.8(3)
97.51
78.65
Ⅰ
173.53
1 原料
本文所用原料为某厂提供的重力灰、布袋灰、铁精矿及石灰，还原剂为烟煤及无烟煤，其化学成分及含 锌粉尘的物理性质见表 1～表 3。
重力灰 布袋灰 铁精矿 石灰
TFe 26.67 15.86 49.27
表 1 原料化学成分分析（质量分数）
ZnO
C
0.92
27.51
8.47
32.42
CaO 2.48 1.80 2.26 78.49
近年来，国内外对钢铁厂含锌粉尘的处理进行了大量的研究，并开发了一系列的处理工艺，这些处理工 艺大致可以分为三类：物理法、湿法和火法[1]。物理法处理工艺主要有磁选法、粒度分级法等，在国内多家 钢厂均取得了不错的效果[2]；湿法处理工艺与钢厂现有技术不配套，效率较低，在国内应用很少[3,4]；火法处 理工艺具有脱锌率稳定，生产效率高的特点[5,6]，是目前国内研究的重点。以转底炉、回转窑为代表的火法 工艺，大都是以含碳球团为基础，采用煤粉或粉尘的自含碳作为还原剂，在高温下快速还原脱锌，得到半金
1高炉含锌粉尘综合利用的研究
孟 巍 王传琳
（本钢集团北营炼铁厂，本溪 117017）
摘 要 本文研究了采用高温还原焙烧方法处理高炉含锌粉尘的相关问题。针对高炉除尘灰的基本性质，采用了高 炉粉尘配加铁精矿和煤粉，造球后高温焙烧的路线。通过预实验确定重力灰、布袋灰、铁精矿的比例为 1∶1∶8。 设计正交实验，考察了焙烧温度、焙烧时间、球团碱度、配煤量和煤种 5 个因素对球团脱锌率和金属化率的影响， 确定了高炉含锌粉尘处理的最佳工艺参数：焙烧温度 1300℃，还原 50min，配 10%的无烟煤，控制碱度为 0.8；结 合实验结果及实际生产的条件，推荐的工艺参数为焙烧温度 1200℃，焙烧时间 30min，配加 15%的无烟煤，球团碱 度为 0.8。 关键词 含锌粉尘 高温焙烧 金属化率 脱锌率
（5）
焙烧后样品中的金属铁含量
金属化率 =
× 100%
焙烧后样品中的全铁含量
（6）
编号 1 2 3 4 5 6 7
焙烧温度/℃ 1000(1) 1000(1) 1000(1) 1000(1) 1100(2) 1100(2) 1100(2)
表 5 高温焙烧实验结果及分析
焙烧时间/min 20(1) 30(2) 40(3) 50(4) 20(1) 30(2) 40(3)
2 实验
2.1 实验原理
由含锌的高炉粉尘、铁精矿、煤粉等制成的含碳球团，在加热还原的过程中发生一系列复杂的化学反应， 其中主要的反应有：
FexOy + C → Fe x Oy−1 + CO
（1）
FexOy + CO / H 2 → Fe x Oy−1 + CO2 / H 2O
（2）
CO2 + C → 2CO
（3）
ZnO + CO → Zn(g) + CO2
（4）
在一定温度下，球团中的高价铁氧化物被 C 或 CO 还原成低价铁氧化物和金属铁，还原后仍然存留在 球团中，而由于金属锌的沸点较低，蒸气压高，在高于其沸点温度下还原出来的锌将呈气态从球团中挥发出 来，因此在一定条件下，球团中的锌被还原后，即以锌蒸气的形态离开球团，这样就达到了锌与球团中的其
钢铁厂含锌粉尘的种类很多，这些粉尘因其产出途径不同，其化学成分也有所差异，一般除了锌元素外， 还含有较高的铁和碳等可回收资源。但是锌元素在高炉内循环富集，不但容易形成炉瘤，破坏炉衬，影响高 炉寿命；还会破坏炉料强度，严重影响高炉顺行，从而限制了这些粉尘的使用，浪费了大量资源。随着我国 环保法规的日益完善以及资源的日趋紧张，钢铁厂含锌粉尘的处理逐渐引起人们的重视。