鋼鐵冶金過程中的粉塵噴吹(阿飄翻譯)

1、鋼鐵冶金過程中的粉塵噴吹摘要 文章研究了煉鋼廠粉塵的產生，對歐洲的法規(guī)情況進行了簡要回顧，并介紹了不同冶金爐料固體噴吹的現有技術。同時介紹了RWTH大學鋼鐵冶金系處理也進過程中不同粉塵的研究工作。研究了豎爐、鼓風爐的粉塵噴吹并選取一定鋼熔體進行特殊處理。最后，闡述了先前相關方面的研究及最后的工作，并就結果進行了討論。關鍵詞：粉塵排放 固體噴吹 循環(huán) 高爐 化鐵爐 鋼鐵熔體1 介紹鋼鐵工業(yè)的節(jié)能技術是許多國家是穩(wěn)定發(fā)展的基礎，許多的生態(tài)會議指出環(huán)境問題的解決不僅是有效進化儀器和系統(tǒng)的應用，更是應該開發(fā)一些新技術，這些新技術可以降低原材料和能源的消耗，還能降低不同排放物的數量。對于顯著影響環(huán)境的鋼

2、鐵企業(yè)，巨大數量的氣體和固體物質形成物是由高爐、電爐、氧氣煉鋼車間、軋鋼工藝等生成的粉塵和泥渣造成的。冶金渣和粉塵里含有一定的鋅、鋰、鈦，但是這類渣和粉塵的再利用受到限制，因為這些元素的積聚會鋼材的質量。煉鋼工藝中形成的含鐵粉塵可以滿足一定等級工藝的要求。煉鋼車間有效的循環(huán)回收工藝科通過適當的分離鉛鋅與鐵的方法來概括說明。而廢棄物進一步的再利用的解決方法，比如對于含鐵，含碳粉塵而言，就是將其噴吹道不同的也進料中。在煉鐵和煉鋼廠，將固態(tài)物噴吹入高爐、轉爐、電弧爐、鋼包精煉爐、真空爐等中，可進行焙燒，化學反應，熔煉、造渣、精煉及合金化等任務。2 鋼鐵過程中粉塵來源調查冶煉廢渣按來源可分為內部和外部

3、材料。內部的殘留物收集在隔塵網及污泥處理中。常見的粉塵，廢渣，及其他殘余物，它們的起源在生產流程中如圖1。表1顯示了德國北萊茵威斯特伐利亞鋼鐵企業(yè)的污泥和粉塵的來源。外部殘留物主要含碳，主要來自內部油或油脂的殘留物。3.歐洲在冶金方面的法律法規(guī)自1960年以來，鋼鐵企業(yè)的效益與環(huán)境和自然相關，在許多國家很注重。最近，在歐洲各國內對環(huán)境的污染法已經嚴格執(zhí)行。德國新法規(guī)（根據流通條例草案）的主要目標涉及工業(yè)廢料過程是先回收，再利用，直到廢料完全利用。該法適應德國的法律也適應歐洲的法律，使在未來的每一個新生產線產生的廢物要完全回收。歐洲共同體的理事會在1999年4月22日指令1999/30/EC的政

4、策和行動計劃基礎上，該條約第二條原則所載的130R中，確立了環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的密切聯系，特別是對空氣污染物的修訂法例。圖1內部粉塵和污泥的來源表1德國北萊茵威斯特伐利亞鋼鐵企業(yè)的污泥和粉塵的來源表2 顆粒物質的極限值這項指令的目的是減少細顆粒濃度增加中等顆粒物質。 本指令的目標是：- 制造限值的顆粒物質，防止或減少對人類健康和環(huán)境的有害影響，- 評估環(huán)境空氣中微粒濃度問題，- 在周圍的空氣獲得足夠的適度顆粒濃度。表2顯示了顆粒物質的極限值。4 .粉塵噴吹的當前技術最近，在鋼鐵行業(yè)，粉塵噴吹已得到廣泛應用。該試劑注入豎爐技術從上個世紀一開始就在開發(fā)風口方面改進。今天，除了利用降低高爐注入焦炭燃料

5、的消耗，還研究了注入不結塊的高性能礦，及改造的各種內部和外部的灰塵循環(huán)，噴吹代替燃料有煤，石油，天然氣，塑料殘留物。在歐洲和全世界煤粉噴吹的技術（PCI）現在被廣泛應用，這也為煉鐵高爐作為削減成本和改善高爐運作的重要手段。為了提高煤炭的利用率，高溫條件下氧氣的充分利用以及提高高爐噴煤率有必要改進冶煉技術，還有焦炭的運輸必須有便利的交通。但是，高爐生產產品必須要考慮技術措施、成本費用、煤炭的消耗等相關因素。這些問題涉及到關于高爐的性能和不確定性的需要，如提供額外的選煤，設備和額外的氧氣量等，見圖. 2圖. 2噴煤噴槍Fig. 3. 拉瓦爾噴管及型芯噴管中的固態(tài)相干噴管自1970年以來固體浸沒注入

6、融化，風口使用輸送天然氣熔劑，精煉和合金化等技術措施被廣泛的用于冶煉。主要優(yōu)點是噴粉、風口使用輸送天然氣熔劑比原來的率較高，同時可以實現粒子之間的充分反應和融化。在LD - AC法石灰磨細和氧氣同時注入高磷鐵通過一頂槍。此外，在石灰和氧氣注入的過程同時通過底部融化。在粉末注射一包的過程中，對脫硫效率在很大程度上取決于對頂渣的條件。一些不同的脫硫采用粉末注射技術和吹瓶在RH真空處理鋼液循環(huán)已經確定。為了提高電爐效率并降低運營成本氧燃料燃燒器已成功應用，注射對技術是基于氧氣的長矛和碳注射器。許多爐使用獨立碳，氧槍和一個單獨的氧氣燃料燃燒器。它已經有人指出，中央在這樣一個氧氣射流燃燒器是不會腐爛的那

7、樣迅速地把飛機作為一個用盡自由的空氣。這種飛機被稱為“集束”和維護它在比傳統(tǒng)的超音速射流較遠的原速度剖面，見圖. 3。射流的相干技術在轉爐利用進行了研究。 一個連貫的噴射可用于固體注入，尤其是石灰，在鏈接或中斷狀態(tài)。與相干飛機有可能沒有獲得注資的材料與熔體接觸。該保護作用火焰裹尸布，猶如長矛是更接近浴再氧化和熔體幾乎避免。注射材料并不需要團聚，它可以采用細粒到融化沒有高過氣的損失。5.氣粉噴射形成理論和固體在熔體中的溶解在許多冶金工藝，主要用于風口煤氣供應裝置的打擊，如氧氣的活性氣體，空氣或氮氣和/或氬等惰性氣體?？煽亢蜏蚀_的估計和預測在一個風口的氣流相對屬性參數非常重要的設計和優(yōu)化

8、的風口吹技術。有三種基本穩(wěn)定流動制度時，可壓縮氣體排放從一個通道到一個地區(qū)有一個給定的壓力，在拉瓦爾噴管如下：1 改編喉，使通過出口壓力和環(huán)境壓力相同，2 非調整下，擴大喉，使通過出口壓力高于常壓，3 非適應過度膨脹射流，使通過壓力大于環(huán)境壓力。壓力均衡，實現了多層面的外部 擴張或壓縮波，和由此產生的不連續(xù)性 密度。壓力不均衡時可能會導致能源 損失，減少的勢頭，產生動蕩 在噴射流出口，其中的相干長度縮短。氣體的流動，以Vg的速度進入管道，當粒子在管道中達到一個平衡速度，同時粒子最大加速到Vp。因為粒子與管道內壁的摩擦使粒子的移動速度達到了Vp。在氣流和摩擦力對粒子的同時影響到達了一個平衡。 V

9、pVg11+f .(1)g是氣體密度，f是摩擦力。摩擦力是由物體的無量綱kp=Ppdp/PpD和dp>100微米決定 f=7.76.10 f=0.04 kp>161 f=1.78kp為了粒子在管內移動，雷諾數最大的價值就是使粒子達到一個恒定速度。 Re=Vgdp/Vg (2)Vg=n/p是氣體動力學黏度 當固體物質進入鋼鐵的熔煉過程時，進行分解、蒸發(fā)和化學等反應。同時固體進入熔煉的加熱和周期轉變過程的大體總和等于： Te=Ths+Td+Thl+Tev+Thg(3)Ths是粒子加熱期間的量，Td是分解期間的，Thl是加熱至熔體滴落期間的，Tev是蒸發(fā)或反應期間的，Thg是加熱氣泡期間

10、的。對于常用的脫硫式（3）具體化如下：例如鎂、鈉、鈣和碳酸鈉 Te=Ths+Td+Thl+Tev+Thg例如氧化鈣和碳化鈣 Te=Ths通過伊薩耶夫對鋁的研究表明完全的轉變過程從固體到液體狀態(tài)鋁粒子的半徑0.1到0.3毫米依次等于7.2.10-3到13.8.10-3。Coudure 和Irons表示在碳化鈣粒子從0.1到1000微米和脫硫之間的反應在經過20到40秒的反應過程后高溫金屬釋放能量。Ochotskij指出任何在直徑100微米的固體粒子加熱至液態(tài)所需的溫度時間都在0-3秒范圍內6.IEHK-RWTH在固體噴吹方面的研究在亞堔工業(yè)大學實驗室有一套設備被利用去研究煤塊被轉化成細小煤粉被噴

11、入的實驗，如圖4。這設備是煤粉噴入高爐的一種模擬。 這設備既有低壓區(qū)也有高壓區(qū)。它富集了煤塵樣本同時通過高壓氣體的閥門打開后煤塵開始旋轉。這些氣體在低壓區(qū)通過熱風爐加熱到1100攝氏度。當煤塵在低壓區(qū)和高溫的氧氣混合后被吸入高爐同時被加熱到1700攝氏度。這產生的氣體被收集到一個氣體收集器里和分析，同時剩余的氣體在過濾器中被收集。 圖表 4噴吹設備 同時在模擬高爐對不同煤礦的燃燒過程的影響，例如多孔的、細小的煤礦、不穩(wěn)定的物質、碳和灰塵和噴吹速率都會被測試。進一步的研究分析催化劑對煤的轉化的影響，富氧熱風.噴吹煤粉的預熱和不同的蘭斯幾何。將實驗的成果用于高爐的真正實踐中。在鼓風爐的一系列實驗的

12、對比中可得到更多的信息，例如關于路徑，它的深度可以由激光技術測得并且它的深度對于噴吹煤粉來說變得越來越短。對于噴吹煤粉和其它噴吹物質的混合的研究已經開始。噴吹煤粉和鐵礦粉或者含鐵化合物的混合原因各不相同，例如大量粉礦穩(wěn)定性的增加歸咎于大型的塊礦的減少。對于增加鐵礦粉噴吹的研究是為了代替小球團和熔渣同時減少了凝聚和熱金屬和熱能的消耗。噴吹操作的穩(wěn)定性適合與不同的生產過程。研究發(fā)現利用煤和不穩(wěn)定的鐵礦物質在小容器里混合得到高的還原性。結果表明還原性由燃燒火點和煤的轉化過程決定。為了分析粒子大小對還原性的影響進行了進一步的實驗，它是發(fā)現赤鐵礦鐵礦石的完全還原對于金屬的鐵在 10-20 ms 的短時間

13、里面是可能的。因此較進一步的實驗與鼓風爐灰塵，煉鋼殘留物和旋轉的細小物質一起運行。關于鐵碳化合物作為噴吹物質進入高爐之內似乎變得可能。圖 5 表示煙道塵和煤的混合物噴入。 煙道因素和不同材料知識的進一步研究，例如石油焦，軋屑，高爐渣，活性炭和煤和催化劑的混合物。圖6反映了煤的不同混合物的影響和對煤的消耗。 除了噴吹物質通過管道進入高爐的研究外，同時研究了豎爐噴吹的技術。豎爐的原理基本上是利用沖天爐和進行精煉和從煉鋼過程產生的殘留物質中進行二次提煉。這些粉塵集聚進行自我還原或者和高爐頂部的煤氣進行還原?，F在研究的問題是那些不能聚集的殘留鐵。豎爐中的殘留物哦二次利用減少了垃圾填充場和鐵的丟失。研究

14、的進行，首先著手于頂吹操作的應用。從堿性轉爐得到的含金屬和鐵氧化物的粉劑進行檢測再噴入噴吹設備。同時，爐子的生產伴隨著TKS，通過TSK技術可以回收大部分在內部浪費的物質。 除了高爐噴吹的研究被利用于回收爐內的粉塵外。同時對不同的管道環(huán)境進行了研究和討論。所以各種粉塵的回收利用和更高的回收率成了可能。例如塑料。被發(fā)現在尾氣中沒有二氧化物。 為了增加不完全燃燒物質的噴吹效率進行了新的研究。在沖天爐里進行了各組實驗，同時在IEHK中建立了噴吹煤床的模擬器。如圖7. 在該設備中粉劑通過空氣爐或者氧氣爐噴吹入爐。該研究的目的是為了了解煤和粉劑混合經加熱的氣體噴入爐內。檢測粉劑的內部成分，硅，錳和鐵的粉

15、塵化合物，碳化硅粉塵，煤塵，鐵屑和它們的混合物。同時發(fā)現它們的殘留物具有高的密度快的熔煉性和適應性。大量排出的氣體被檢測到具有煤塵和細小的化合物。另外，據研究沖天爐利用增加的爐子可以提高百分之40的利用率。 圖5不同百分比的含煤混合物中煤的轉化率 圖6粉煤的轉化率（HVC;LVC）,SLF,UBC,WP 圖7帶有測量位置的焦床模擬機置6.2對鋼熔體的噴吹 為了提高轉爐的生產效率噴吹固體物質進入熔煉的研究利用連貫的噴吹技術在IEHK中被操作。 首先利用模擬的連貫的噴槍做水模擬實驗。在不同的容器和不同煤氣壓的條件下測量金屬熔體混合的時間。由觀察可知在每個密閉的壓力下金屬熔體的混合時間十分短暫。同時

16、金屬熔體的時間隨密閉的壓力增加而增加。在所有的實驗中動力流量是相同的。在能量消耗的爐內旋轉混合中就導致了金屬熔體的短暫混合。 同樣的噴吹設備和流動物質也將用于熱實驗研究。在IEHK中該實驗將利用催化爐，如圖8。在低的氣流速度下首先進行安全測試，再逐漸的增加氣流速度。 圖8 IEHK的連貫噴吹設備和感應爐 實驗步驟： 噴吹細小的錳粉和硅化鐵混合物進行鋼的合金化。 噴吹粗顆粒的試劑。 噴吹脫硫渣（50%CaO,40%AL2O3,和10%SiO2）。 硅碳的噴吹物，為增加容器中的硅和碳含量。 噴吹鐵礦粉和過濾的氧化亞鐵粉塵混合物。實驗表明利用一般噴吹技術就可完成的固體噴吹都沒穩(wěn)定的狀態(tài)。同時噴吹大量

17、物質和噴吹效率存在矛盾。在短時間內噴吹大量的物質有利于爐內混合，但這些物質沒有充足的質量到達金屬熔體內，不連貫的噴吹狀態(tài)噴吹固體物質可以使更多的物質進入金屬熔體，但是提供混合的氣體質量就沒連貫狀態(tài)下的氣體質量那么多。增加氣體流動速率以創(chuàng)造一個不連貫的噴吹狀態(tài)可能會解決問題。增加的能量可以到達流動的金屬熔體表面，同時，有利的影響了爐內金屬熔體的混合?？偟膩碚f，利用連貫的噴吹技術噴吹固體避免了噴吹設備內壁和帶有少量氣體的鋼液接觸，同時進一步避免了對內壁的侵蝕。更多的還需要預先考慮到每種噴吹的試劑是或符合環(huán)保的要求。實驗利用了殘留的鎳產品所以在EFA的煉鋼技術中稱著“殘油”，在IEHK中這些殘油將利

18、用50千克容量的催生爐移出，該設備底部具有氣孔以供氣體的溢出，內部氣氛和噴吹的含芯的金屬絲。原料有工藝純鐵或者低合金鋼，Cuba中的殘油，渣（CaO/AL2O3）和鈣鋁合金，無煙煤或者金屬鋁作為還原劑。實驗結果表明，從殘油中回收得到的鐵、鎳和鉻在煉鋼中到達了90%，如圖9。圖9殘留鎳產品和不同物質的混合實驗目前的任務是在IEHK中進行鋼的直接合金，在煉鋼過程中噴入錳礦。此研究的目的是為了解錳礦和各種還原試劑如碳、鋁或者硅在試驗中的還原性，同時在煉鋼中得到更高的錳的利用率。分析噴吹后在還原氧化錳的設備和模擬工藝上做進一步的改進。 7.結論隨著鋼鐵工藝新技術的發(fā)展，關于噴吹各種物質進入高爐、豎爐、

19、沖天爐和煉鋼已經在亞堔大學的IEHK進行。為了對冶金廢渣的二次利用和高爐工藝的改進，各種粉塵例如煤粉、混合的煤、鐵礦粉或者含鐵化合物的粉塵、高爐粉塵、轉爐殘留物和軋制鐵皮、石油焦、高爐渣、活性碳和與煤混合的催化劑，這些都被作為噴吹粉塵利用于實驗，從而模擬噴吹物進入高爐的過程。結果證明這些物質噴吹進入高爐是可行的。同時，對空氣氧氣燃燒皿在高爐噴吹鑄造粉塵、塑料、含硅、錳和鐵氧化物粉塵、碳硅粉塵、焦炭粉塵和化鐵爐鐵屑在的二次利用進行了研究。該實驗反應出，通過增大爐容可明顯改善冶煉工藝，同時使用之前從未利用的的粉塵的可能性。利用連續(xù)的噴吹工藝研究了向熔體進行固體噴吹，以此提高氧氣頂吹轉爐的生產效率。

20、以下是被用到的物質：細顆粒的錳和硅化鐵混合物、粗顆粒二次增碳劑、脫硫渣、碳硅化、鐵礦和含氧化亞鐵的過濾粉塵。通過噴吹實驗表明了利用連貫的噴吹技術避免了噴吹設備內壁和帶有少量氣體的鋼液接觸，同時進一步避免了對內壁的侵蝕。通過電弧爐利用鎳生產過程中被稱為“尾礦”殘留物的實驗，而喂入含芯金屬絲，可使90%的鐵、鎳、鉻回收利用到煉鋼生產中。 參考文獻1) Yu. S. Karabasov at all: Steel on a Boundary of Centuries, MISiS,Moscow, (2001), 619.2) T. Hansmann: Proc. of VDI Wissensforu

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