炉尘又称为瓦斯灰,是高炉
炼铁过程中煤气上升时被携带出的细颗粒固体炉料。主要由矿粉和焦炭的粉末组成的混合物组成。
工作原理
炉尘又称为
瓦斯灰,是高炉炼铁过程中煤气上升时被携带出的细颗粒固体炉料。主要由矿粉和焦炭的粉末组成的混合物组成。其中含Fe:40~55%,C:10~20%。根据冶炼和原料条件的不同,每吨生铁的炉尘量在10~100公斤,若原料中含粉末多或原料强度不好时,炉尘量可能更高。中、小高炉每吨生铁炉尘量约在50~150公斤。炉尘可作为烧结原料,取代部分矿粉和燃料,并可降低烧结矿成本。一般在烧结配料中配炉尘量不超过10%。
炉尘回收后可供烧结厂做烧结配料用,也可作为烧制水泥的配料等。
采用回转窑还原烟化富集工艺处理后的炉尘可产出氧化锌粉。烟化残渣用选矿工艺处理可回收铁、碳,并可用于生产建材。烟化富集物经多段湿法工艺分离,可提取金属锌、铟、锡、铋、镉,做到固废物再资源化,实现工业化生产。
炉尘浓度
影响炉尘浓度的因素很多,它不但和原料质量、炉子大小、操作方法有关外,在吹炼期的不同时间内,随着熔池内反应的激烈程度不同,而在变化。其中影响最为严重的,是加入散状原料的操作制度。通常在加入散状原料时最浓,在
炉渣形成之后,炉尘浓度显著降低。
为了汽冷的热力计算方便,炉尘计算浓度,通常采用以炉气量为标准,即以每一标立方米炉气中含尘克数,表示炉尘浓度的大小。
吹炼期的平均炉尘浓度,通常是采用以金属炉料(铁水加废钢总量)的熔尘损失为指标进行计算。
炉尘浓度的测定值,是比较难于作到准确的。
根据国内的有限测定,对于中小炉子=1.1~1.5%,对于大型炉子,=0.83%。国外资料介绍,氧气顶吹转炉熔尘损失,一般水平为0.7~1%。苏联的汽冷设计,普遍采用=1.5%。顶吹转炉熔尘损失低于0.7%是很困难的。而底吹,则只有0.25~0.4%。
炉尘平均浓度,可按下列公式计算:(克/标立方米炉气)。
式中:——炉尘平均计算浓度,(克/标立方米炉气);
——熔尘损失,(%);
△C——总降碳量,(%);
a——铁水比,(%);
CO、——炉气中CO和的容积分额,(%)。
通常可按如下的简化公式计算。
对于中小型转炉:(克/标立方米炉气)。
对于大型转炉:(克/标立方米炉气)。
对于大型转炉,精密计算时,炉尘浓度可以分三段计算。前期按平均浓度的21%计算,中期按平均浓度的156%计算,后期按平均浓度的38%计算。前后期,时间各占吹炼期的22%,中间期时间占吹炼期的56%。
中小炉子炉尘计算浓度,可以不分段,取平均值。对于大型炉子,粗略计算也可以不分段,一律取吹炼期平均炉尘浓度计算烟尘辐射。
考虑到炉尘浓度分布特性和简化计算,对烟尘辐射计算建议采用下列给出的炉尘平均计算浓度数值和在整个吹炼时间内不分段计算炉尘浓度,同样可以得到较好的热力计算精度。
对于中小型氧气顶吹转炉推荐采用=0.174(公斤/标立方米炉气)。对于大型氧气顶吹转炉,则取=0.2(公斤/标立方米炉气)。
炉尘比重和比热
根据国内外实测资料,炉尘的真比重为4.41~4.99克/立方厘米,堆积比重为1.56~1.6克/立方厘米。
苏联设计,统一采用炉尘真比重为4.45克/立方厘米,堆积比重为1.6克/厘立方米。
国内《氧气转炉烟气净化及回收设计参考资料》推荐采用炉尘真比重为4.41克/立方厘米,堆积比重为1.56克/立方厘米。
炉尘的比重,和炉尘中的石灰粉末含量有关,因此在很大程度上取决于使用的石灰质量(石灰中粉末的含量)和操作制度(是在吹炼前加入,还是在吹炼中加入,是分批还是一次加入)。
在传热计算中,为了可靠,建议采用较低值。即炉尘真比重,按4.41(克/立方厘米)计算。
炉尘比热,国内尚无试验资料,根据苏联资料,认为C=0.1 5(千卡/公斤℃),对于炉尘的熔点和熔解热,尚缺乏有关资料。将炉尘比热看成定值,不考虑在高温状态下炉尘变态时吸热所产生的误差是不大的。因为炉尘的热焓在整个烟焓中所占比例一般不超过4%,所以这样的简化是可以的。
炉尘利用
我国锰矿资源丰富,一般均含有有色金属和稀有金属。高炉冶炼锰铁时有大量煤气排出,煤气中含有大量的炉尘。因而,首先是使煤气中的炉尘回收,然后再从炉尘中提取各种金属。
锰铁高炉煤气含尘量约为生铁高炉的8~10倍。每吨锰铁炉尘量约为200~300公斤,炉况失常时,炉尘量高达400公斤以上。其次,锰铁炉尘粒径小,小于0.20毫米的占50%以上,不易捕集。我国锰铁煤气净化设施,一般均可使煤气中含尘量平均达到30毫克/立方米左右,良好情况可降至20毫克/立方米以下。
高炉煤气首先通过重力除尘器,粒度较大的炉尘迅速沉降,然后通过文氏管及洗涤塔时,粒径细小的炉尘经过水洗而排出。有的高炉在重力除尘器之后还设置有旋风式的除尘器。这样可以减轻文氏管洗涤负荷,有助于改善煤气质量。
除尘器中沉积的炉尘,从化学成分分析完全可以作为烧结矿的混合料。图1是高炉炉尘成分。第二除尘器(旋风式)炉尘含Mn低于第一除尘器(重力式)。但是从锰烧结矿原料的有效成分粗略比较,Mn+C+CaO的总和,第一除尘器与第二除尘器基本上相近,甚至于第二除尘器中的含量高于第一除尘器中的含量。炉尘中碳素可作为烧结混合料中的部分燃料;炉尘中CaO是生产自熔性烧结矿所必须的,如果扣除炉尘中CaO及C含量计算含Mn量,则图1所列炉尘锰含量均在40%以上,均比目前所使用锰矿石含锰量高。因而,除尘器的全部炉尘应充分利用作烧结矿的原料。
锰铁炉尘用于农田,对于改良土壤、防病保菌、防止黄叶枯死病、增加产量都有很好成效。
根据炉尘及洗涤水沉积的尘泥化学分析,除去图1所列成分外,还含有大量钾、钠,其中钾含量为3~4%,同钾肥含量大致相同,对农作物有利。