一种转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，属于高炉炼铁技术领域，所述方法首先对转炉除尘灰进行实验样品制备，其次通过实验检测分析其对高炉喷吹的害性，最后通过实验及模型计算最适宜添加量，所述方法包括以下步骤：样品预处理；样品危害性检测分析；转炉除尘灰优化添加量分析最优添加量，该方法考虑转炉除尘灰成分和添加量对风口前煤粉燃烧、炉缸温度、炉渣碱度及高炉长寿等方面的影响，提出了一套完整的转炉除尘灰最佳利用方案的确定思路。本发明可以针对不同转炉除尘灰进行系统分析，对其添加比例和利用方式进行科学的推荐，保证高炉稳定顺行的基础上，最大限度的利用钢铁厂废弃物资源。
【专利说明】
-种转妒除尘灰用于高妒喷吹的优化方法
技术领域
[0001] 本发明属于高炉炼铁技术领域，具体设及一种转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方 法。
【背景技术】
[0002] 转炉除尘灰主要源于转炉炼钢过程中铁水的烧损和未反应的辅助原料(石灰石和 白云石等)的细小颗粒。转炉除尘灰具有粒度细、含铁的特点，是宝贵的二次资源，钢铁企业 利用转炉除尘灰的方案也不断增多。
[0003] 专利CN201410581363.9利用转炉除尘灰、烧结返矿和轻烧白云石粉混合制备压球 代替铁矿石用于炼钢;专利CN201410717056.則尋转炉除尘灰与铁精矿、膨润±混合后制备 氧化性球团，并用转炉除尘灰代替膨润±，提高球团矿的含铁品位;专利CN201410012305.4 利用高压氮气将转炉除尘灰自料仓喷吹至铁水罐内，达到降低铁水溫度的目的；专利 CN201410288329.2将炼钢转炉的粗除尘灰和细除尘灰与氧化铁皮按一定比例与结合剂混 合制备冷固结球团用于炼钢过程。专利CN201410677839.則尋转炉除尘灰制浆后在接触池中 对焦化废水生化出水进行吸附处理，吸附后的沉淀物送至烧结厂渗混，实现转炉除尘灰的 二次利用。专利CN201310071782.3称取转炉除尘灰、烙剂、粘结剂，经混合、造球和干燥制备 转炉除尘灰球，并将其作为炼钢脱憐氧化剂加入钢包中。专利CN201210579653.0将转炉除 尘灰加入烧结料中进行烧结，实现工业固体废弃物的二次利用。专利CN201410147150.5将 转炉二次除尘灰与废弃中间包涂料按一定比例混合制备阻断剂，用于分层处理铸余钢水。
[0004] 转炉除尘灰具有含铁高、粒度细的特点，从物化性能上分析有望作为一种高炉喷 吹物直接返回高炉利用。因此本专利从高炉喷吹除尘灰对煤粉燃烧、高炉长寿和炉况影响 的角度出发，建立了一套转炉除尘灰用于高炉喷出的适宜方案确定的方法。该方法有助于 拓展转炉除尘灰的二次利用方式，对钢铁企业的固体废弃物循环利用和节能减排具有重要 的指导意义。
【发明内容】
[0005] 本发明针对转炉除尘灰的资源特点和高炉喷吹的工艺优势，提供了一种转炉除尘 灰用于高炉喷吹的优化方法。
[0006] 本发明采用W下技术方案：
[0007] -种转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，所述方法首先对转炉除尘灰进行实验 样品制备，其次通过实验检测分析其对高炉喷吹的害性，最后通过实验及模型计算最适宜 添加量，所述方法包括W下步骤：
[000引步骤1、样品预处理；
[0009] 步骤2、样品危害性检测分析；
[0010] 步骤3、转炉除尘灰优化添加量分析最优添加量。
[0011] 进一步的，所述步骤1具体为:将转炉除尘灰在25°C烘干箱中干燥24小时制备空气 干燥基样品，备用。
[0012] 进一步的，所述步骤2包括:粒度检测分析和成分检测分析。
[0013] 进一步的，所述粒度检测分析包括:将制备的样品用激光粒度分析仪检测粒度分 布，检验其粒度小于0.074mm颗粒占总体颗粒百分比，若粒度小于0.074颗粒所占比例小于 60%，判定为有害，需进一步缩小粒度。
[0014] 进一步的，所述成分检测分析包括:将制备的样品用化学分析和巧光分析法检测 化学成分含量，分别检测K、化和S的含量，若除尘灰中K、化含量超过1.5%或S含量超过 0.6%时，判定为有害，除尘灰不能直接入炉，需要进行有害元素的脱除处理。
[0015] 进一步的，所述步骤3包括:煤粉燃烧率分析、煤粉热值分析和高炉冶炼炉况分析。
[0016] 进一步的，所述煤粉燃烧率分析包括:将干燥后的样品破碎至200-300目粒级，并 与相同粒级的无烟煤按照不同添加比例进行混合，对混合样品进行燃烧性实验，煤粉燃烧 实验采用差热天平进行，通过实验结果的失重曲线(TG)和失重率曲线(DTG)处理得到综合 燃烧特性指数（Sn),分别记录不同比例混合的转炉除尘灰和无烟煤的综合燃烧特性指数 (Sn)，综合燃烧特性指数Sn表征混合样品的综合燃烧性能，Sn值越大，混合样品的燃烧特性 越佳。
[0017]
[001 8]式中:Wmax为最大燃烧速率，（％ /min) ; Wmean为平均燃烧速率，（％ /min) ; T功燃尽溫 度，rc);Tf为着火溫度，rc)。
[0019] 进一步的，所述煤粉热值分析包括:将干燥后的样品破碎至200-300目粒级，并与 相同粒级的无烟煤按照不同添加比例进行混合，渗混比例上限根据混合样品的灰分含量来 确定，保证混合后样品中的灰分含量(除碳、铁元素外)小于12%。采用自动量热仪对混合样 品的高位发热值进行检测，比对分析不同混合样品的高位发热值及转炉除尘灰添加量对煤 粉热值的影响，作为转炉除尘灰适宜添加量的确定依据之一。一般保证混合样品的发热量 不小于 26000kJ/mol。
[0020] 进一步的，所述高炉冶炼炉况分析包括:通过高炉风口区热平衡模型(基于物质平 衡和能量平衡，建立高炉局部区域能质平衡禪合模型），计算转炉除尘灰添加量对高炉焦 比、理论燃烧溫度和炉渣碱度的影响规律。
[0021] 本发明的有益效果是:本发明基于转炉除尘灰成分和添加量对风口前煤粉燃烧、 炉缸溫度、炉渣碱度及高炉长寿等方面的影响，提出了一套完整的转炉除尘灰最佳利用方 案的优化方法。本发明可W针对不同转炉除尘灰进行系统分析，对其添加比例和利用方式 进行科学的推荐，保证高炉稳定顺行的基础上，最大限度的利用钢铁厂废弃物资源。给出了 转炉除尘灰用于高炉喷吹的最优利用方案，同时该方法可用于钢铁厂其他含铁、含碳粉尘 运用于高炉喷吹方案确定。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明流程示意图；
[0023] 图2为转炉除尘灰粒度分布图；
[0024] 图3为不同转炉除尘灰添加量下混煤的综合燃烧特性指数。 具体实施方案
[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0026] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法W及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细 节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有运些细节部分的 描述也可W完全理解本发明。
[0027] -种转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，首先对转炉除尘灰进行实验样品制 备，其次通过实验检测分析其对高炉喷吹的害性，最后通过实验及模型计算最适宜添加量， 所述方法包括W下步骤：
[0028] 步骤1、样品预处理:将转炉除尘灰在25°C烘干箱中干燥24小时制备空气干燥基样 品，备用。
[0029] 步骤2、样品危害性检测分析，包括:粒度检测分析和成分检测分析；
[0030] 粒度检测分析:将制备的样品用激光粒度分析仪检测粒度分布，检验其粒度小于 0.074mm颗粒占总体颗粒百分比，若粒度小于0.074颗粒所占比例小于60 %，判定为有害，需 进一步缩小粒度，一般高炉喷吹物中小于0.074mm比例为60 % W上，若除尘灰中小于 0.074mm比例过低，将会影响制粉系统的制粉能力。
[0031] 成分检测分析:将制备的样品用化学分析和巧光分析法检测化学成分含量，分别 检测K、Na和S的含量，若除尘灰中K、Na含量超过1.5 %或S含量超过0.6 %时，判定为有害，除 尘灰不能直接入炉，需要进行有害元素的脱除处理，若K、化含量超过1.5%或S含量超过 0.6 %时，将会危害高炉寿命，且含量越高危害越大。
[0032] 步骤3、转炉除尘灰优化添加量分析最优添加量，包括:煤粉燃烧率分析、煤粉热值 分析、高炉冶炼炉况分析；
[0033] 煤粉燃烧率分析:将干燥后的样品破碎至200-300目粒级，并与相同粒级的无烟煤 按照不同添加比例进行混合，对混合样品进行燃烧性实验，煤粉燃烧实验采用差热天平进 行，通过实验结果的失重曲线(TG)和失重率曲线(DTG)处理得到综合燃烧特性指数(Sn),分 别记录不同比例混合的转炉除尘灰和无烟煤的综合燃烧特性指数(Sn)。综合燃烧特性指数 Sn表征混合样品的综合燃烧忡能，Sn值越大，混合样品的燃烧特性越佳。
[0034]
[003引式中:Wmax为最大燃烧速率，（％/min) ;Wmean为平均燃烧速率，（％/min) ;T功燃尽溫 度，rc);Tf为着火溫度，rc)。
[0036]煤粉热值分析:将干燥后的样品破碎至200-300目粒级，并与相同粒级的无烟煤按 照不同添加比例进行混合，渗混比例上限根据混合样品的灰分含量来确定，保证混合后样 品中的灰分含量(除碳、铁元素外）小于12%。采用自动量热仪对混合样品的高位发热值进 行检测，比对分析不同混合样品的高位发热值及转炉除尘灰添加量对煤粉热值的影响，作 为转炉除尘灰适宜添加量的确定依据之一。一般保证混合样品的发热量不小于26000kJ/ mol O
[0037]高炉冶炼炉况分析:通过高炉风口区热平衡模型(基于物质平衡和能量平衡，建立 高炉局部区域能质平衡禪合模型），计算转炉除尘灰添加量对高炉焦比、理论燃烧溫度和炉 渣碱度的影响规律，作为转炉除尘灰适宜添加量的确定依据之一。
[003引【实施例1】
[0039] 将某钢铁厂的转炉除尘灰进行样品制备，即采用四分法取一定的转炉除尘灰，放 入恒溫干燥箱(25 °C)干燥24小时。
[0040] 将干燥后的样品利用激光粒度分析仪进行粒度检测，评估除尘灰粒度对高炉喷吹 审IJ粉能力的影响。分析结果如图2所示。从图帥可W看到转炉除尘灰的粒度小于0.007mm， 比入炉喷吹煤粒径(小于0.074mm)小很多，因此转炉除尘灰的添加不会增加制粉系统的成 本，高炉易于接受。
[0041] 将干燥后样品利用化学分析和巧光分析进行化学成分分析，评估转炉除尘灰对高 炉寿命的影响。检测结果如表1所示。一般入炉原燃料中钟、钢和硫的含量是关注的重点。 钟、钢元素容易在高炉内部循环，恶化原燃料高溫冶金性能，同时钟和钢容易进入炉墙碳 砖，破坏高炉炉体，影响高炉寿命。硫元素通过炉渣脱除需要消耗热量，入炉原燃料中硫元 素含量越少越好。从表1中可W看出，转炉除尘灰中钟、钢和硫元素的含量都比入炉焦炭和 喷吹煤中的含量低，满足高炉入炉要求。若转炉除尘灰中钟、钢和硫含量超过入炉燃料灰分 中含量，不建议入炉或通过预处理脱除有害元素再入炉。
[0042] 表1转炉除尘灰成分对比
[0044] 将干燥后的转炉除尘灰样品按照1.96 %、3.85 %、5.67 %、7.41 %和9.09%的比例 与高炉喷吹煤混合制备混合样品。
[0045] 利用差热天平对混合样品进行燃烧实验，获取不同转炉除尘灰添加量下混合样品 燃烧的TG和DTG曲线，根据曲线计算混合样品燃烧的综合特性指数Sn。通过Sn评估转炉除尘 灰的添加量对煤粉燃烧的作用，进而确定适宜的添加量。计算结果如图3所示。从图3可W看 出对于喷吹煤，转炉除尘灰的添加比例为1.96 %时燃烧性最好。
[0046] 对不同除尘灰添加比例的混合样进行热值检测，结果如表2所示。从表2中可W看 出，随着转炉除尘灰的添加，混合样的热值逐渐降低，但当添加1.96%时，热值的变化量较 小，可W忽略。
[0047] 表2转炉除尘灰成分不同添加比例添加下喷吹煤热值 [004引
[0049] 通过高炉风口区的热平衡，计算除尘灰添加量对高炉风口理论燃烧溫度、二元碱 度、四元碱度和焦比的影响规律。计算结果如表3所示。从表3可W看出，随着转炉除尘灰的 添加，焦比不断增加，理论燃烧溫度逐渐降低，二元碱度和四元碱度逐渐增加。表明转炉除 尘灰的添加有助于减少烙剂添加量，降低理论燃烧溫度。计算结果显示在燃烧率最好的添 加比例（1.96%)时，高炉冶炼参数的变化不大，炉况波动不明显，高炉易于接受。
[0050] 表3转炉除尘灰不同添加比例条件下高炉冶炼参数变化
[0化1 ]
[0052] 综合上述研究分析可W得到，当前某钢铁企业的转炉除尘灰可W用于高炉直接喷 吹，且对高炉长寿无危害。基于混煤燃烧性、热值和高炉冶炼参数的变化规律，当前的转炉 除尘灰的适宜添加比例为1.96%。
[0053] W上所述仅为本发明的较佳实例，并不用W限制本发明，凡在本发明的理念和原 则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围内。
[0054] 本发明的有益效果是:本发明基于转炉除尘灰成分和添加量对风口前煤粉燃烧、 炉缸溫度、炉渣碱度及高炉长寿等方面的影响，提出了一套完整的转炉除尘灰最佳利用方 案的优化方法。本发明可W针对不同转炉除尘灰进行系统分析，对其添加比例和利用方式 进行科学的推荐，保证高炉稳定顺行的基础上，最大限度的利用钢铁厂废弃物资源。给出了 转炉除尘灰用于高炉喷吹的最优利用方案，同时该方法可用于钢铁厂其他含铁、含碳粉尘 运用于高炉喷吹方案确定。
【主权项】
1. 一种转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述方法首先对转炉除尘 灰进行实验样品制备，其次通过实验检测分析其对高炉喷吹的害性，最后通过实验及模型 计算最适宜添加量，所述方法包括以下步骤： 步骤1、样品预处理； 步骤2、样品危害性检测分析； 步骤3、转炉除尘灰优化添加量分析最优添加量。2. 根据权利要求1所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述步骤 1具体为:将转炉除尘灰在25°C烘干箱中干燥24小时制备空气干燥基样品，备用。3. 根据权利要求1所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述步骤 2包括:粒度检测分析和成分检测分析。4. 根据权利要求3所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述粒度 检测分析包括:将制备的样品用激光粒度分析仪检测粒度分布，检验其粒度小于〇. 〇74mm颗 粒占总体颗粒百分比，若粒度小于0.074颗粒所占比例小于60%，判定为有害，需进一步缩 小粒度。5. 根据权利要求3所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述成分 检测分析包括:将制备的样品用化学分析和荧光分析法检测化学成分含量，分别检测K、Na 和S的含量，若除尘灰中K、Na含量超过1.5%或S含量超过0.6%时，判定为有害，除尘灰不能 直接入炉，需要进行有害元素的脱除处理。6. 根据权利要求1所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述步骤 3包括:煤粉燃烧率分析、煤粉热值分析和高炉冶炼炉况分析。7. 根据权利要求6所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述煤粉 燃烧率分析包括:将干燥后的样品破碎至200-300目粒级，并与相同粒级的无烟煤按照不同 添加比例进行混合，对混合样品进行燃烧性实验，煤粉燃烧实验采用差热天平进行，通过实 验结果的失重曲线(TG)和失重率曲线(DTG)处理得到综合燃烧特性指数(S N)，分别记录不 同比例混合的转炉除尘灰和无烟煤的综合燃烧特性指数(SN)，综合燃烧特性指数S N表征混 合样品的综合燃烧性能，SN值越大，混合样品的燃烧特性越佳：式中：Wmax为最大燃烧速率，（％/min) ;Wm_为平均燃烧速率，（％/min) ;Ti为燃尽温度， (°C); Tf为着火温度，（°c)。8. 根据权利要求6所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述煤粉 热值分析包括:将干燥后的样品破碎至200-300目粒级，并与相同粒级的无烟煤按照不同添 加比例进行混合，掺混比例上限根据混合样品的灰分含量来确定，保证混合后样品中的灰 分含量(除碳、铁元素外)小于12%。采用自动量热仪对混合样品的高位发热值进行检测，比 对分析不同混合样品的高位发热值及转炉除尘灰添加量对煤粉热值的影响，作为转炉除尘 灰适宜添加量的确定依据之一。9. 根据权利要求6所述的转炉除尘灰用于高炉喷吹的优化方法，其特征在于，所述高炉 冶炼炉况分析包括:通过高炉风口区热平衡模型(基于物质平衡和能量平衡，建立高炉局部 区域能质平衡耦合模型），计算转炉除尘灰添加量对高炉焦比、理论燃烧温度和炉渣碱度的 影响规律。
【文档编号】C21B5/00GK105925740SQ201610460618
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】张建良, 徐润生, 王广伟, 刘征建, 焦克新, 宋腾飞, 王海洋
【申请人】北京科技大学