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2023

Midrex 工藝中擠壓壓塊 (BREX) 的金屬化（1）

關(guān)鍵詞:

直接還原鐵污泥,擠壓壓塊,電弧爐粉塵

來源：公司內(nèi)部

1. 簡介
使用氧化球團(tuán)礦作為原料的小型鋼廠的工藝包括生產(chǎn)金屬化球團(tuán)礦，然后用于生產(chǎn)直接還原鐵（DRI）、在電弧爐中生產(chǎn)鋼材、連續(xù)鑄造、軋制。這些公司每年進(jìn)口大量用于生產(chǎn)直接還原鐵的鐵礦石球團(tuán)，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、將球團(tuán)礦裝入金屬化反應(yīng)器以及排出金屬化球團(tuán)的過程中，會(huì)產(chǎn)生數(shù)萬噸的含鐵細(xì)料。顆粒細(xì)粉和 DRI 污泥通常成堆傾倒，電弧爐粉塵和氧化皮則出售給第三方。初步分析結(jié)果表明，以煤球形式回收此類材料將有助于生產(chǎn)更多的鋼材，大量減少傾倒廢物占用的面積。這些廢物的利用產(chǎn)生額外的收入，超過直接銷售廢物的收入。

此前，我們研究了應(yīng)用硬真空擠壓 (SVE) 對(duì)煉鐵和鐵合金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的天然和人為細(xì)小材料進(jìn)行造粒的可能性。本研究的主要目的是：(a) 開發(fā)具有成本效益的程序來回收氧化物材料、直接還原鐵生產(chǎn)廢物和電弧爐粉塵，以改善企業(yè)的環(huán)境狀況；(b) 選擇有效的粘結(jié)劑，以實(shí)現(xiàn)最高的壓塊金屬化程度。

本文探討了使用 SVE 來聚結(jié)上述材料的可能性，其冶金質(zhì)量適合用作 DRI 反應(yīng)器中的裝料成分。

2. 材料和方法
在工業(yè) Midrex 反應(yīng)器中對(duì)擠壓壓塊 (brex) 的實(shí)驗(yàn)性行為進(jìn)行了全面測(cè)試。實(shí)驗(yàn) brex 被放置在可滲透還原氣體的可變形鋼包內(nèi)（圖 1）。這種輸入方法可以充分模擬在反應(yīng)器實(shí)際條件下 brex 的行為，包括周圍傳統(tǒng)爐料的機(jī)械壓力。在該過程結(jié)束時(shí)，將這些包件從反應(yīng)器中抽出，可以直觀地確定brex的狀況，并探索其化學(xué)成分和性質(zhì)。

圖 1. 向 Midrex 反應(yīng)器輸送擠壓壓塊 (brex) 的可變形鋼包

2.1. 原料
使用預(yù)制混合料，包括球團(tuán)細(xì)粉（52.6%）、DRI 生產(chǎn)的金屬化污泥（26.4%）、氧化鐵皮（15.8%）和 EAF 粉塵（5.2%）。使用從 4 目（4.75 mm）到 325 目（45 μm）的濕篩進(jìn)行粒度分析。圖 2 給出了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的輥式破碎機(jī)研磨前后混合物的粒度分布。

圖 2. 壓塊爐料的粒度分布，下部—原始混合；上部——研磨后

表 1. 混合物的化學(xué)成分

化合物	球團(tuán)細(xì)粉	氧化鐵皮	污泥	電爐粉塵
Fe_tot	65.00	70.0	66.2	29.68
SiO₂	2.50	1.00	2.14	4.25
CaO	1.30	0.15	4.38	19.74
MgO	0.75	0.10	0.69	24.27
Al₂O₃	0.95	0.25	0.83	1.32
MnO	0.10	1.20	0.16	0.96
S	0.015	0.015	0.01	0.13
Na₂O + K₂	0.034	–	0.33	1.42

2.2. Brex生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)
所有測(cè)試樣品均使用 25 mm圓形造粒模具擠出。使用hobart實(shí)驗(yàn)室混合機(jī)來模擬進(jìn)料與水的混合，并在擠壓封口機(jī)的開口槽中進(jìn)行擠壓。實(shí)驗(yàn)室擠壓機(jī)模擬了材料通過密封螺旋和模具進(jìn)入真空室，然后最終擠出的過程。

實(shí)驗(yàn)室擠出機(jī)由兩個(gè)腔室組成，兩個(gè)腔室之間有一個(gè)密封模具。后腔室配有一個(gè)直徑為 3 英寸的密封螺旋鉆，將材料推入密封模具。第二腔室可處于真空狀態(tài)。它還配備了一個(gè)直徑為 3 英寸的螺旋鉆，可通過造粒模具擠出材料。基于 PC 的數(shù)據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控并記錄擠壓數(shù)據(jù)。所有混合物在混合后立即擠出。表 2 列出了三種試驗(yàn)性brex的成分。

表 2. 實(shí)驗(yàn)性 brex 成分（%）

裝料成分	Brex #1	Brex #2	Brex #3
球團(tuán)細(xì)粉	50.0	50.0	50.0
污泥	25.0	25.0	25.0
氧化鐵皮	15.0	15.0	15.0
電爐粉塵	5.0	4.75	5.0
熟石灰	5.0	-	-
硅酸鹽水泥	-	5.0	-
鎂粘結(jié)劑	-	-	5.0
膨潤土	-	0.25	-

以七水硫酸鎂（MgSO4·7H2O）為主要原料合成了硫酸鎂基粘結(jié)劑。當(dāng)脫水無機(jī)鹽轉(zhuǎn)化為水合晶體形式時(shí)發(fā)生的形式變化是使用部分脫水硫酸鎂在工業(yè)上作為粘合材料的基礎(chǔ)。凝固過程在 3 分鐘內(nèi)開始，6 分鐘內(nèi)完成。

表3. 還原前實(shí)驗(yàn)brex的化學(xué)成分（%）

成分和氧化物	Brex #1	Brex #2	Brex #3
Fe_t	62.47	61.30	62.61
C	1.49	1.40	1.05
CaO	9.24	8.41	4.30
MgO	3.61	3.07	6.24
SiO₂	2.45	4.91	2.76
Al₂O₃	1.29	1.81	0.99
TiO₂	0.10	0.12	0.12
V₂O₅	0.076	0.07	0.08
MnO	0.34	0.36	0.35
P₂O₅	0.07	0.09	0.06
S	0.08	0.08	0.50
Na₂O + K₂O	0.19	0.93	0.83
Cl	0.04	0.03	0.02
ZnO	0.36	0.40	0.35

2.3. Brex 物理特性測(cè)試
使用帶有密度測(cè)量附件的校準(zhǔn)電子秤來確定brex密度。使用壓縮測(cè)試儀測(cè)量樣品強(qiáng)度，拉伸劈裂強(qiáng)度根據(jù) ASTM（美國測(cè)試與材料協(xié)會(huì)）C1006-07，第 7.1 段測(cè)量?？紫堵矢鶕?jù) DIN（德國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）51056 進(jìn)行測(cè)量。水分含量使用水分天平進(jìn)行測(cè)量。未加工 brex 的物理機(jī)械特性如表 4 所示。

表 4. 未加工的 brex 的物理機(jī)械特性