转底炉直接还原处理含锌尘泥配料模型研究

陆 颖

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250000）

0 概述

钢铁厂在生产过程中产生大量含锌粉尘，传统工艺将这些含锌尘泥作为烧结原料返回烧结进行回收利用，但是因为含锌粉尘粒度细，会降低料层的透气性，并且会是链篦条、风机等挂泥，降低烧结的产量，其中的锌又会影响烧结矿的质量，对环境也会造成污染。转底炉直接还原技术采用碳球团或者含碳量较高的除尘灰作为反应原料，反应速度快，并且能讲粉尘中的锌作为副产品分离出来，达到回收利用钢厂粉尘，保护土壤环境的目的。

转底炉工艺系统可分为配料混匀系统、压球、烘干、焙烧、烟气及主抽风机系统，配料混匀作为头道工序有着重要的意义，某钢厂转底炉系统配设15个料仓，分2排布置，一排5个仓、另一排10个仓，其中的5个仓采用皮带机上料，2个燃料仓、2个选后精粉料仓、1个返料仓，仓下采用拖料秤配料；另外10个仓为除尘灰仓，通过星形给料机、电子皮带秤出料实现除尘灰按一定比例配比，转炉除尘灰定量出料设备为星形给料机、螺旋称；配好的混合料分别经刮板机、斗式提升机、加湿机及皮带机送入强力混合机，混合料经加湿机加水，强力混合机搅拌混匀，然后通过皮带机输送到压球室。各个仓的下料比例直接影响到后续的产品质量和品位，因此一套合理的配料方案是生产必备的条件之一。本文将论述通过不同比例的配料，使得到的混合粉尘具有合适的碳氧比，合适的还原条件，以及配料计算的基本方法。

1 配料计算的基本参数

进行配料计算首先要确定一定的参数原则：（1）通过化验取得各种粉尘的化学成分，如 TFe，MFe，FeO，ZnO，C：等，煤粉或焦灰。（2）确定除高炉布袋除尘灰以外各种粉尘的配加比例，一般来讲，粉尘的比例为近阶段钢厂该粉尘的产生量的比例，而高炉布袋除尘灰的配加量比例需计算得出。（3）给出配料计算的碳氧比C∶O，一般来说可先确定为1.0，或根据生产工艺需要做相应调整。（4）根据生产工艺需要，确定配料总量。

2 配料计算过程

粉尘品种一共有A、B、C、……和高炉布袋除尘灰，其成分为如下：

品种 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…… …… …… …… …… …… …… ……高炉布袋灰 BFTFe BFMFe BFFeO BFZnO BFC BFetc x

3 根据碳氧比例列方程，求解高炉布袋除尘灰的配入比例

（1）混合粉尘的碳来源

（2）混合粉尘的氧来源（只取铁氧化物和锌氧化物中的氧

（4）计算每种粉尘干基下料量

给出需要混合粉尘总量M，已经获得各种粉尘的比例：a，b，…，x，计算每种粉尘的配比和下料量：

每种粉尘比例（归一化）：

金属化球团成分预测计算：球团在转底炉内进行还原后，重量减轻，根据物质不灭定律，减轻的成分主要是：铁氧化物发生直接还原反应生成CO离开球团，锌和铅氧化物还原挥发，钾和钠的化合物的挥发。根据相关的热工参数，确定（或做相关检测）最终球团金属化率η%，计算金属化球团的成分：

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

总失重：OFe失重+ZnO失重+KCl失重+NaCl失重+C失重

4 应用实践

某钢厂某批次的除尘灰成分如表1所示。其中Fe2O3成分是通过TFe、MFe和FeO计算得出。

对比金属化球团预测成分和实际成分，误差率在18%以内。在实际应用中，将以上公式模型编程写入PLC中，在HMI画面中预留除尘灰成分的输入接口，操作员可根据每批次不同的除尘灰成分，按照不同的碳氧比及产量要求进行预配比，直到配出达到符合生产要求的比例，从而可以精确控制产品品位质量，达到生产要求。

按照前两节所讲计算步骤，碳氧比为1的情况下，可以得出各种除尘灰的配料比如表2所示。

表1 某钢厂某批次的除尘灰成分

表2 各种除尘灰的配料比

表3 熟球预测成分

表4 实际熟球成分检测结果

5 事故状态下的配料应急

（1）直接还原球团的碳来源是高炉布袋除尘灰，因此高炉布袋除尘灰发生事故不能配加，应立即启动煤粉仓或焦化除尘灰仓。

（2）用煤粉或焦化除尘灰代替高炉布袋除尘灰，配料计算。

（3）除高炉布袋除尘灰意外的料仓发生故障，停止某种粉尘配入，从新进行配料计算，修改下料量。

（4）品位控制，若检测球团品位低于65%，则需适量配入高品位原料，如轧钢铁皮等，从新带入新数据矩阵。

[1]王定武.转底炉工艺直接还原的现状和前景[J].冶金管理，2007，17(12):53.

[2]黄洁.谈转底炉的发展[J]，中国冶金，2007，17(4):23

[3]许海川，周和敏，齐渊洪等.转底炉处理钢厂固废工艺的工程化及其生产实践[J]，钢铁，2012，47(3):89