轉底爐直接還原處理含鋅塵泥配料模型研究

陸 穎

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 250000）

0 概述

鋼鐵廠在生產過程中產生大量含鋅粉塵，傳統工藝將這些含鋅塵泥作為燒結原料返回燒結進行回收利用，但是因為含鋅粉塵粒度細，會降低料層的透氣性，并且會是鏈篦條、風機等掛泥，降低燒結的產量，其中的鋅又會影響燒結礦的質量，對環境也會造成污染。轉底爐直接還原技術采用碳球團或者含碳量較高的除塵灰作為反應原料，反應速度快，并且能講粉塵中的鋅作為副產品分離出來，達到回收利用鋼廠粉塵，保護土壤環境的目的。

轉底爐工藝系統可分為配料混勻系統、壓球、烘干、焙燒、煙氣及主抽風機系統，配料混勻作為頭道工序有著重要的意義，某鋼廠轉底爐系統配設15個料倉，分2排布置，一排5個倉、另一排10個倉，其中的5個倉采用皮帶機上料，2個燃料倉、2個選后精粉料倉、1個返料倉，倉下采用拖料秤配料；另外10個倉為除塵灰倉，通過星形給料機、電子皮帶秤出料實現除塵灰按一定比例配比，轉爐除塵灰定量出料設備為星形給料機、螺旋稱；配好的混合料分別經刮板機、斗式提升機、加濕機及皮帶機送入強力混合機，混合料經加濕機加水，強力混合機攪拌混勻，然后通過皮帶機輸送到壓球室。各個倉的下料比例直接影響到后續的產品質量和品位，因此一套合理的配料方案是生產必備的條件之一。本文將論述通過不同比例的配料，使得到的混合粉塵具有合適的碳氧比，合適的還原條件，以及配料計算的基本方法。

1 配料計算的基本參數

進行配料計算首先要確定一定的參數原則：（1）通過化驗取得各種粉塵的化學成分，如 TFe，MFe，FeO，ZnO，C：等，煤粉或焦灰。（2）確定除高爐布袋除塵灰以外各種粉塵的配加比例，一般來講，粉塵的比例為近階段鋼廠該粉塵的產生量的比例，而高爐布袋除塵灰的配加量比例需計算得出。（3）給出配料計算的碳氧比C∶O，一般來說可先確定為1.0，或根據生產工藝需要做相應調整。（4）根據生產工藝需要，確定配料總量。

2 配料計算過程

粉塵品種一共有A、B、C、……和高爐布袋除塵灰，其成分為如下：

品種 TFe MFe FeO ZnO C 其它 比例A ATFe AMFe AFeO AZnO AC Aetc a B BTFe BMFe BFeO BZnO BC Betc b…… …… …… …… …… …… …… ……高爐布袋灰 BFTFe BFMFe BFFeO BFZnO BFC BFetc x

3 根據碳氧比例列方程，求解高爐布袋除塵灰的配入比例

（1）混合粉塵的碳來源

（2）混合粉塵的氧來源（只取鐵氧化物和鋅氧化物中的氧

（4）計算每種粉塵干基下料量

給出需要混合粉塵總量M，已經獲得各種粉塵的比例：a，b，…，x，計算每種粉塵的配比和下料量：

每種粉塵比例（歸一化）：

金屬化球團成分預測計算：球團在轉底爐內進行還原后，重量減輕，根據物質不滅定律，減輕的成分主要是：鐵氧化物發生直接還原反應生成CO離開球團，鋅和鉛氧化物還原揮發，鉀和鈉的化合物的揮發。根據相關的熱工參數，確定（或做相關檢測）最終球團金屬化率η%，計算金屬化球團的成分：

OFe 失重＝OFe0+OFe203；OFe203＝wOFe203生 球 ×；

ZnO 失重＝wZnO；KCl失重＝wKCl；NaCl失重＝wNaCl;C 失重＝（0.9～0.95）×wC

總失重：OFe失重+ZnO失重+KCl失重+NaCl失重+C失重

4 應用實踐

某鋼廠某批次的除塵灰成分如表1所示。其中Fe2O3成分是通過TFe、MFe和FeO計算得出。

對比金屬化球團預測成分和實際成分，誤差率在18%以內。在實際應用中，將以上公式模型編程寫入PLC中，在HMI畫面中預留除塵灰成分的輸入接口，操作員可根據每批次不同的除塵灰成分，按照不同的碳氧比及產量要求進行預配比，直到配出達到符合生產要求的比例，從而可以精確控制產品品位質量，達到生產要求。

按照前兩節所講計算步驟，碳氧比為1的情況下，可以得出各種除塵灰的配料比如表2所示。

表1 某鋼廠某批次的除塵灰成分

表2 各種除塵灰的配料比

表3 熟球預測成分

表4 實際熟球成分檢測結果

5 事故狀態下的配料應急

（1）直接還原球團的碳來源是高爐布袋除塵灰，因此高爐布袋除塵灰發生事故不能配加，應立即啟動煤粉倉或焦化除塵灰倉。

（2）用煤粉或焦化除塵灰代替高爐布袋除塵灰，配料計算。

（3）除高爐布袋除塵灰意外的料倉發生故障，停止某種粉塵配入，從新進行配料計算，修改下料量。

（4）品位控制，若檢測球團品位低于65%，則需適量配入高品位原料，如軋鋼鐵皮等，從新帶入新數據矩陣。

[1]王定武.轉底爐工藝直接還原的現狀和前景[J].冶金管理，2007，17(12):53.

[2]黃潔.談轉底爐的發展[J]，中國冶金，2007，17(4):23

[3]許海川，周和敏，齊淵洪等.轉底爐處理鋼廠固廢工藝的工程化及其生產實踐[J]，鋼鐵，2012，47(3):89