高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷

D01:10.13374/i.issnl00103x.2010.12.003 第32卷第12期 北京科技大学学报 Vol 32 N9 12 2010年12月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Dec 2010 高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷 薛正良赵栋楠杨叠柯超马国军杨福 王庆祥 武汉科技大学钢铁治金及资源利用省部共建教有部重点实验室，武汉430081 摘要以转炉除尘灰，高炉瓦斯灰和硫酸渣为含铁原料，制成CO/S0值为2.0C/O摩尔比为11~12的高碱度内配煤 含铁团块在1330~1380℃下进行自还原.研究这一过程的脱硫和脱磷规律.结果表明：(1)高碱度内配煤含铁团块自还原 过程中，通过还原气化脱硫可去除2%~4%的硫。其余的硫绝大部分存在于渣中，并通过渣铁分离被去除，总脱硫率高于 97%.(2)过量的CO可以抑制脉石中的？被碳还原。己被还原的磷一部分被新生态的金属铁吸收，另一部分从团块内部 逸出而去除.脉石中未被还原的PQ最终可通过渣铁分离被去除，总脱磷率达到5%~6%.(3)高碱度内配煤含铁团块 高温自还原法可制备出低硫、低磷的“纯净”金属铁粒 关键词铁；直接还原：脱硫；脱磷 分类号TF031 Desulfurization and dephosphorizaton durng self reduction of hgh-basicity coal bearing iron oxide briquettes XUE Zheng liang ZHAO Dang nan YANG D e KE Chao MA Gua in YANG Fy WANGQing-xang Key Laboraory of theMinistry ofEduca ton of China orFerous Menllugy and Resources Utilization WuhanUn iversity ofSc ience and Technokgy Wu han 430081 Chna ABSTRACT High-basicit coalbearing iron oxdle briluettesw ith a Ca/s0 of2 0 and a C/O molr ratp of 11 1.2 wh ich were produced by BOF steem aking sludge BF dedusting ash and pyrite cinder were self reduced at temperatres from 1 330C p 1380C p sudy the Phenomena ofdesulfirization and dephosphorization During he self reduction the desulfurization ratp by evapo rating as (S is20%to4(.Residual su phur is attached in slag and it can be separated from iron nugeets The toul desulfirization ratp ismore hang7.ExcessiveCa in high basicity colbearng iron oxdle briquetes can restran the reacton ofphosphorous pen toxide reduced by carban The reduced Phosphorous is partialy absorbed by nascent meallic iron and the other escapes from the bri quettes Phosphorous penpxide attached n gangue which is not yet reduced can be sepanated from ion nuggets The ptal dephosphori zation ratio ca reach up p5(60.It is indicated that clean iron nuggetsw ih low su Phur and lov Phosphorous can be poduced by self reductpn ofh gh-basicity coalbearng iron oxide briquettes KEY WORDS iron direct reducticn desulirizaton dephosphorization 内配煤含铁球团或团块高温自还原制备直接还 团块为原料的高温自还原法制备金属铁粒的研究工 原铁技术在过去的几十年间开展了大量的基础研究 作0-).将CO直接加入内配煤含铁团块中，使内 和技术研发工作1-，诞生了以mecb"、Fast 配煤含铁团块中渣相或脉石)的二元碱度达到正 m的、Camet和mg等为代表的煤基自还原 硅酸钙(2COS))的组成范围，内配煤含铁团块 直接还原铁生产工艺，并成功投入商业运行.但是， 中的渣相在高温自还原过程中通过固相反应生成 有关内配煤含铁球团或团块自还原过程中的脱硫研 2COSO被还原出来的金属铁在高温下渗碳，并 究报道很少9，有关内配煤含铁球团或团块自还原 聚集成粒.以2C0S0为主要矿物组成的渣相 过程中脱磷方面的研究还未见报道 在冷却过程中因2C)SQ相变体积膨胀而粉 近年来，笔者开展了一种以高碱度内配煤含铁 化，实现渣铁自然分离.由于CO的加入，内配 收稿日期：2010-01-14 基金项目：国家自然科学基金和上海宝钢集团公司“钢铁联合研究基金"资助项目(N050774113) 作者简介：薛正良(1962-，男.教授，博土，博士生导师，E.mail xuezheng1n@wust edu cn

第 32卷 第 12期 2010年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.12 Dec.2010 高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷 薛正良 赵栋楠 杨 叠 柯 超 马国军 杨 福 王庆祥 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室, 武汉 430081 摘 要 以转炉除尘灰、高炉瓦斯灰和硫酸渣为含铁原料, 制成 CaO/SiO2值为 2.0、C/O摩尔比为 1.1 ～ 1.2的高碱度内配煤 含铁团块, 在 1 330 ～ 1 380℃下进行自还原, 研究这一过程的脱硫和脱磷规律.结果表明:(1)高碱度内配煤含铁团块自还原 过程中, 通过还原气化脱硫可去除 20% ～ 40%的硫, 其余的硫绝大部分存在于渣中, 并通过渣铁分离被去除, 总脱硫率高于 97%.(2)过量的 CaO可以抑制脉石中的 P2O5 被碳还原, 已被还原的磷一部分被新生态的金属铁吸收, 另一部分从团块内部 逸出而去除.脉石中未被还原的 P2O5 最终可通过渣铁分离被去除, 总脱磷率达到 50% ～ 60%.(3)高碱度内配煤含铁团块 高温自还原法可制备出低硫、低磷的“纯净 ”金属铁粒. 关键词 铁;直接还原;脱硫 ;脱磷 分类号 TF03 + 1 Desulfurizationanddephosphorizationduringself-reductionofhigh-basicity coal-bearingironoxidebriquettes XUEZheng-liang, ZHAODong-nan, YANGDie, KEChao, MAGuo-jun, YANGFu, WANGQing-xiang KeyLaboratoryoftheMinistryofEducationofChinaforFerrousMetallurgyandResourcesUtilization, WuhanUniversityofScienceandTechnology, Wu￾han430081, China ABSTRACT High-basicitycoal-bearingironoxidebriquetteswithaCaO/SiO2 of2.0 andaC/Omolarratioof1.1 to1.2, which wereproducedbyBOFsteelmakingsludge, BFdedustingashandpyritecinder, wereself-reducedattemperaturesfrom1 330℃ to 1 380℃ tostudythephenomenaofdesulfurizationanddephosphorization.Duringtheself-reduction, thedesulfurizationratiobyevapo￾ratingasCOSis20% to40%.Residualsulphurisattachedinslaganditcanbeseparatedfromironnuggets.Thetotaldesulfurization ratioismorethan97%.ExcessiveCaOinhigh-basicitycoal-bearingironoxidebriquettescanrestrainthereactionofphosphorouspen￾toxidereducedbycarbon.Thereducedphosphorousispartiallyabsorbedbynascentmetalliciron, andtheotherescapesfromthebri￾quettes.Phosphorouspentoxideattachedinganguewhichisnotyetreducedcanbeseparatedfromironnuggets.Thetotaldephosphori￾zationratiocanreachupto50% to60%.Itisindicatedthatcleanironnuggetswithlowsulphurandlowphosphorouscanbeproduced byself-reductionofhigh-basicitycoal-bearingironoxidebriquettes. KEYWORDS iron;directreduction;desulfurization;dephosphorization 收稿日期:2010--01--14 基金项目:国家自然科学基金和上海宝钢集团公司“钢铁联合研究基金”资助项目(No.50774113) 作者简介:薛正良(1962— ), 男, 教授, 博士, 博士生导师, E-mail:xuezhengliang@wust.edu.cn 内配煤含铁球团或团块高温自还原制备直接还 原铁技术在过去的几十年间开展了大量的基础研究 和技术研发 工作 [ 1--8] , 诞 生了 以 Inmetco [ 1] 、 Fast￾met [ 2] 、Comet [ 3] 和 ITmk3 [ 6] 等为代表的煤基自还原 直接还原铁生产工艺 ,并成功投入商业运行 .但是 , 有关内配煤含铁球团或团块自还原过程中的脱硫研 究报道很少 [ 9] ,有关内配煤含铁球团或团块自还原 过程中脱磷方面的研究还未见报道. 近年来, 笔者开展了一种以高碱度内配煤含铁 团块为原料的高温自还原法制备金属铁粒的研究工 作 [ 10--13] .将 CaO直接加入内配煤含铁团块中 ,使内 配煤含铁团块中渣相 (或脉石 )的二元碱度达到正 硅酸钙(2CaO·SiO2 )的组成范围 , 内配煤含铁团块 中的渣相在高温自还原过程中通过固相反应生成 2CaO·SiO2 ,被还原出来的金属铁在高温下渗碳, 并 聚集成粒 [ 13] .以 2CaO·SiO2为主要矿物组成的渣相 在冷却过程中因 2CaO· SiO2相变体积膨胀而粉 化 [ 14] , 实现渣铁自然分离 .由于 CaO的加入, 内配 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.12.003

第12期 薛正良等：高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷 ·1533 煤含铁团块中磷的还原将受到抑制，硫的迁移过程 煤粉，化学成分见表1由表1可见，OG泥℉含量 也将发生实质性的变化.本文以转炉除尘灰(OG 和碱度(CO/S0)高，瓦斯灰C含量高.选择内配 泥入高炉除尘灰（瓦斯灰）和硫酸渣等二次含铁粉 煤含铁团块的碱度CO/S)=2将OG泥十瓦斯 尘为原料，研究高碱度内配煤含铁团块高温自还原 灰、QG泥+疏酸渣进行组合，计算出各种原料的配 过程中的脱硫和脱磷规律. 比.内配煤量以碳（包括煤粉和瓦斯灰中的碳）和氧 化铁中氧的摩尔比（内配碳比C/O)表示，按C/O= 1实验方法 1.1和1.2计算出煤粉加入量.各种原料按比例混 实验使用的二次含铁粉尘为转炉除尘灰(OG 匀后，用压样机压成中20mX25m试样，试样在 泥入高炉除尘灰（瓦斯灰）和硫酸渣.还原剂为无烟 110C烘干后备用. 表1原材料化学成分（质量分数） Table 1 Chem calconposition of Ewmaterals % 原料 TFe FO FeQ Ca s0 ALO Ma) P OG泥 60.55 76.33 1.43 7.58 1.37 029 256 010 0.090 瓦斯灰 49.39 1435 5461 335 4.92 213 1.17 031 0054 1257 硫酸渣 6074 12.62 275 1.11 8.15 1.7 078 047 0040 煤粉 059 5.48 428 016 064 0020 8513 将烘干的内配煤含铁团块试样称量后置于石墨 2实验结果及分析 坩埚.用25kVA高温碳管炉快速升温到规定温度 (1330.1350和1380℃)进行自还原，还原10mn 2.1高温自还原过程中的脱硫 后随炉冷却，整个还原过程中始终通y保护.还原 内配煤含铁团块自还原过程中，伴随着碳的气 产物冷却后，用1m筛孔的筛子将渣铁进行分离， 化反应会发生如下气化脱硫反应： 将分离出的铁颗粒和渣子分别称量，并分析其化学 FC=FeC 成分.按式(1)~(4)分别计算总脱硫率（△S)、总 △G°=147763-150 T J mot (5) 脱磷率（△B入气化脱硫率（△⑧化）和气化脱磷率 F+O-Fe+CQ. (△且化)： △G=-22781-24.24 T j mor1 (6) △S= C0+C=2C0 内配煤含铁团块中S领量一铁颗粒中领量× 内配煤含铁团块中S质量 △G=170544-174.3T3mot1 (7) 1009% (1) 1/2S+0=COS AB= △G=-93996+78.27 T j mor1 (8) 内配煤含铁团块中质量一铁颗粒中P质量× FeSCO-FeCOS 内配煤含铁团块中质量 △G=210604-78.63 T f mor1 (9) 1009% 上述脱硫反应产物COS将随着CO从自还原团 (2) 块内部逸出，当内配煤含铁团块中存在CO时，COS △化= 又能与CO反应生成CaS 内配煤含铁团块中S频量铁颗粒中频量一渣中领量× C+COS=CaS+CQ, 内配煤含铁团块中质量 △G=-578134+78.5 T f mor1(10) 1009% (3) 渣中的硫在后续渣铁分离时将随渣子去除.因 △B化= 此总脱硫率包含以COS形式去除的硫和以CaS形 内配煤含铁团块中质量铁颗粒中质量渣中质量× 式去除的硫.图1为用OG泥配加硫酸渣和用OG 内配煤含铁团快中质量 泥配加瓦斯灰组成的内配煤含铁团块在高温自还原 1009% (4) 过程中的脱硫率变化规律

第 12期 薛正良等:高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷 煤含铁团块中磷的还原将受到抑制, 硫的迁移过程 也将发生实质性的变化 .本文以转炉除尘灰 (OG 泥 )、高炉除尘灰 (瓦斯灰 )和硫酸渣等二次含铁粉 尘为原料,研究高碱度内配煤含铁团块高温自还原 过程中的脱硫和脱磷规律 . 1 实验方法 实验使用的二次含铁粉尘为转炉除尘灰 (OG 泥 )、高炉除尘灰 (瓦斯灰)和硫酸渣, 还原剂为无烟 煤粉 ,化学成分见表 1.由表 1可见, OG泥 TFe含量 和碱度(CaO/SiO2 )高, 瓦斯灰 C含量高 .选择内配 煤含铁团块的碱度 CaO/SO2 =2, 将 OG泥 +瓦斯 灰、OG泥 +硫酸渣进行组合, 计算出各种原料的配 比.内配煤量以碳 (包括煤粉和瓦斯灰中的碳)和氧 化铁中氧的摩尔比 (内配碳比 C/O)表示 ,按 C/O= 1.1和 1.2计算出煤粉加入量 .各种原料按比例混 匀后 ,用压样机压成 20 mm×25 mm试样, 试样在 110 ℃烘干后备用 . 表 1 原材料化学成分(质量分数) Table1 Chemicalcompositionofrawmaterials % 原料 TFe FeO Fe2O3 CaO SiO2 Al2O3 MgO S P C OG泥 60.55 76.33 1.43 7.58 1.37 0.29 2.56 0.10 0.090 — 瓦斯灰 49.39 14.35 54.61 3.35 4.92 2.13 1.17 0.31 0.054 12.57 硫酸渣 60.74 12.62 72.75 1.11 8.15 1.7 0.78 0.47 0.040 — 煤粉 — — — 0.59 5.48 4.28 0.16 0.64 0.020 85.13 将烘干的内配煤含铁团块试样称量后置于石墨 坩埚, 用 25 kVA高温碳管炉快速升温到规定温度 (1330、1 350和 1 380 ℃)进行自还原, 还原 10 min 后随炉冷却 ,整个还原过程中始终通 N2 保护 .还原 产物冷却后 ,用 1 mm筛孔的筛子将渣铁进行分离 , 将分离出的铁颗粒和渣子分别称量, 并分析其化学 成分.按式 (1)～ (4)分别计算总脱硫率 (ΔS΢)、总 脱磷率 (ΔP΢)、气化脱硫率 (ΔS气化 )和气化脱磷率 (ΔP气化 ): ΔS΢ = 内配煤含铁团块中 S质量 -铁颗粒中 S质量 内配煤含铁团块中 S质量 × 100% (1) ΔP΢ = 内配煤含铁团块中 P质量 -铁颗粒中 P质量 内配煤含铁团块中 P质量 × 100% (2) ΔS气化 = 内配煤含铁团块中 S质量 -铁颗粒中 S质量 -渣中 S质量 内配煤含铁团块中 S质量 × 100% (3) ΔP气化 = 内配煤含铁团块中 P质量 -铁颗粒中 P质量 -渣中 P质量 内配煤含铁团块中 P质量 × 100% (4) 2 实验结果及分析 2.1 高温自还原过程中的脱硫 内配煤含铁团块自还原过程中, 伴随着碳的气 化反应会发生如下气化脱硫反应 [ 15] : FeO+C Fe+CO, ΔG ○— =147 763 -150T, J·mol -1 (5) FeO+CO Fe+CO2 , ΔG○— =-22 781 -24.24T, J·mol -1 (6) CO2 +C 2CO, ΔG ○— =170 544 -174.3T, J·mol -1 (7) 1 /2S2 +CO COS, ΔG ○— =-93 996 +78.27T, J·mol -1 (8) FeS+CO Fe+COS, ΔG ○— =210 604 -78.63T, J·mol -1 (9) 上述脱硫反应产物 COS将随着 CO从自还原团 块内部逸出,当内配煤含铁团块中存在 CaO时, COS 又能与 CaO反应生成 CaS: CaO+COS CaS+CO2 , ΔG ○— =-578 134 +78.5T, J·mol -1 (10) 渣中的硫在后续渣铁分离时将随渣子去除 .因 此, 总脱硫率包含以 COS形式去除的硫和以 CaS形 式去除的硫.图 1为用 OG泥配加硫酸渣和用 OG 泥配加瓦斯灰组成的内配煤含铁团块在高温自还原 过程中的脱硫率变化规律. · 1533·

。1534 北京科技大学学报 第32卷 a 100F 总脱硫率 总脱硫率 80 80 蚜60 60 40L 气化脱硫率 20 气化脱硫率 20 133013401350136013701380 133013401350136013701380 还原温度℃ 还原温度℃ 图1还原温度对脱硫的影响(C/0=1.2).()OG泥+疏酸渣：(b)OG泥+瓦斯灰 Fig 1 Effect of reduc tion temperaure on desulfurization the C/O molar ato is1 2)a)made by BOF steemaking sudge and pyrite cinder (b)made by BOF stee mak ing sludge and BF dedusting ash 从图1可见，OG泥无论是配加硫酸渣还是配 2C9B9+3S0+10C= 加瓦斯灰，总脱硫率都在97%以上，而气化脱硫率 3C4S0十4月铁粒十10C0 (12) 变化在20%~40%.还原温度对两种内配碳含铁团 当内配煤含铁团块中存在较高的CO时，上述 块还原气化脱硫率呈现不同的影响规律，这可能与 还原反应会受到抑制，未被还原的磷通过还原产物 硫酸渣和瓦斯灰中硫的存在状态有关，如硫酸渣中 的渣铁分离被去除.因此实际的脱磷率包括了未 硫主要以硫酸盐形式存在，较高的自还原温度有利 被还原的磷灰石中的磷和以乃蒸气逸出内配煤含 于硫酸盐的分解；而瓦斯灰中硫主要是存在于焦粉 铁团块的磷。 中的有机硫，自还原温度变化对这种硫的气化影响 图2为用OG泥配加硫酸渣和用OG泥配加瓦 较小.绝大部分的硫被渣相中CO吸收，通过还原 斯灰组成的内配煤含铁团块在高温自还原过程中脱 产物的渣铁分离，可得到硫含量很低的金属铁颗粒. 磷率的变化规律.G泥无论是配加硫酸渣还是配 2.2高温自还原过程中的脱磷 加瓦斯灰，气化脱磷率均为20%~25%，而总脱磷 在高炉条件下，磷几乎100%地被还原进入铁 率为50%~60%.磷的还原是强吸热反应，随还原 水.在氧化铁直接还原过程中，原料中的Q同样 气氛的增强和还原温度的升高，通过还原反应式 会被C还原变成气态的B,部分B被新生态的海 (11)还原出来的磷增加：另外，还原气氛的增强和 绵铁吸收 还原温度的升高同样也加速了氧化铁的直接还原， 2C9BQ+3S0+10C= 提高了气体还原产物O从团块内部排出的速度， 也使更多的气态随O从团块内部向外排出.因 3C4S0+2B+10C0 此随内配碳比的增加和还原温度的升高，气化脱磷 △G=3124130-20026 T JmoT' (11) 率增加. 0 60 60- 总脱磷率 50L 总脱磷率 50 40 40 30 30 20L 气化脱磷率 20 气化脱磷率 10 133013401350136013701380 133013401350136013701380 还原温度℃ 还原温度℃ 图2还原温度对脱磷的影响(C/O=1.2).()OG泥十硫酸渣：(b,OG泥十瓦斯灰 Fig 2 Effect of reduc tion temperaure on dephosphorizatian the C/Omo hr ratio is 1.2).(a)made byBOF steemaking sudge and pyrite cinder (b)made by BOF stee mak ing sludge and BF dedusting ash

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 1 还原温度对脱硫的影响(C/O=1.2).(a)OG泥 +硫酸渣;(b)OG泥 +瓦斯灰 Fig.1 Effectofreductiontemperatureondesulfurization(theC/Omolarratiois1.2):(a)madebyBOFsteelmakingsludgeandpyritecinder; (b)madebyBOFsteelmakingsludgeandBFdedustingash 从图 1 可见, OG泥无论是配加硫酸渣还是配 加瓦斯灰,总脱硫率都在 97%以上, 而气化脱硫率 变化在 20% ～ 40%.还原温度对两种内配碳含铁团 块还原气化脱硫率呈现不同的影响规律, 这可能与 硫酸渣和瓦斯灰中硫的存在状态有关, 如硫酸渣中 硫主要以硫酸盐形式存在 , 较高的自还原温度有利 于硫酸盐的分解 ;而瓦斯灰中硫主要是存在于焦粉 中的有机硫 ,自还原温度变化对这种硫的气化影响 较小.绝大部分的硫被渣相中 CaO吸收, 通过还原 产物的渣铁分离 ,可得到硫含量很低的金属铁颗粒 . 图 2 还原温度对脱磷的影响(C/O=1.2).(a)OG泥 +硫酸渣;(b)OG泥 +瓦斯灰 Fig.2 Effectofreductiontemperatureondephosphorization(theC/Omolarratiois1.2):(a)madebyBOFsteelmakingsludgeandpyritecinder; (b)madebyBOFsteelmakingsludgeandBFdedustingash 2.2 高温自还原过程中的脱磷 在高炉条件下, 磷几乎 100%地被还原进入铁 水 .在氧化铁直接还原过程中 ,原料中的 P2 O5 同样 会被 C还原变成气态的 P2 ,部分 P2 被新生态的海 绵铁吸收. 2Ca3 P2 O8 +3SiO2 +10C 3Ca2 SiO4 +2P2 +10CO, ΔG ○— =3 124 130 -2 002.6T, J·mol -1 (11) 2Ca3P2 O8 +3SiO2 +10C 3Ca2 SiO4 +4[ P]铁粒 +10CO (12) 当内配煤含铁团块中存在较高的 CaO时, 上述 还原反应会受到抑制 ,未被还原的磷通过还原产物 的渣铁分离被去除 .因此, 实际的脱磷率包括了未 被还原的磷灰石中的磷和以 P2 蒸气逸出内配煤含 铁团块的磷. 图 2为用 OG泥配加硫酸渣和用 OG泥配加瓦 斯灰组成的内配煤含铁团块在高温自还原过程中脱 磷率的变化规律.OG泥无论是配加硫酸渣还是配 加瓦斯灰 , 气化脱磷率均为 20% ～ 25%, 而总脱磷 率为 50% ～ 60%.磷的还原是强吸热反应, 随还原 气氛的增强和还原温度的升高 , 通过还原反应式 (11)还原出来的磷增加;另外 ,还原气氛的增强和 还原温度的升高同样也加速了氧化铁的直接还原, 提高了气体还原产物 CO从团块内部排出的速度, 也使更多的气态 P2 随 CO从团块内部向外排出.因 此, 随内配碳比的增加和还原温度的升高,气化脱磷 率增加. · 1534·

第12期 薛正良等：高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷 1535 2.3高温自还原制备的金属铁颗粒质量 图3金属铁颗粒表面光滑，尺寸主要分布于10~ 用OG泥配加硫酸渣或瓦斯灰的高碱度内配煤 20m 含铁团块高温自还原制备的金属铁颗粒形貌见 10 mm 1 10mm] 图3高碱度内配煤含铁团块高温自还原制备的金属铁颗粒形貌.(a)OG泥+硫酸渣.C/0121330℃，(b)OG泥+瓦斯灰，C/0 1.11350℃ Fig 3 Mohology of iron nuggets produced by self reduction of h baskit coalbearng ion oxde brquetes at hgh tmper a)made by BOF steemaking sludge and pyrite cinder C/O 12 1330C:(b)made by BOF stee making sudge and BF dedusting ash C/O 1.1 1350C 表2为不同内配碳比和还原温度下得到的金属 尽管原材料中硫、磷含量较高，但还原得到的金属铁 铁粒的化学成分，其中金属铁(MF)采用三氯化铁 粒的硫含量均小于0.01%，磷含量分布于005%~ 浸取重铬酸钾滴定法测定，碳和硫采用红外碳硫 0.08%.因此，用高碱度内配煤含铁团块高温自还 分析仪测定，磷采用ICP-AES测定.由表2可见， 原可以得到“纯净”的金属铁颗粒. 表2金属铁颗粒化学成分（质量分数） Table 2 Chem ical com positions of iron nugge ts % C/O=11 C/0=12 配料 还原 温度C MFe P 少 MFe P C 1350 9335 0.050 0.0096 3496 级13 0.079 00073 4.103 OG泥十硫酸渣 1380 9448 0.065 0.0055 3366 9426 0047 00034 3.664 1350 95.36 0074 0.0021 3318 男.13 0054 00039 3.75 OG泥+瓦斯灰 1380 9585 0068 0.0069 3.551 9488 0071 00058 3.492 注：用1m筛孔的筛子分离出的铁颗粒中混杂有少量渣子，表中数据为把所有筛上物砸碎磨细后分析的结果.加和不足1%的部分包 含了混杂的渣子及被还原出来的微量Si和M等. 除，占原料总磷量的20%~25%.未被还原的磷通 3结论 过渣铁分离被去除，这部分占原料总磷量的25%~ (1)高碱度内配煤含铁团块高温自还原法制备 309%. 金属铁粒过程中，硫的去除包括两部分：一部分为自 (3)高碱度内配煤含铁团块高温自还原法可制 还原阶段，可通过产生的气态COS随CO从团块内 备出低硫、低磷的“纯净”金属铁粒. 部逸出而去除，这一阶段可去除20%~40%的硫： 另一部分在渣中以CaS形式存在，通过还原产物的 参考文献 渣铁分离而去除.总脱硫率可达到9%以上 [I]GrantR T Pageter JK Mac Dougall JA Irmetoo DRI Ppoess (2)高碱度内配煤含铁团块在高温自还原过程 orwaste oxdes and irn ores MPTMemll PlntTedngl 1983 6(420 中，过量的C0可以在一定程度上抑制脉石中的 【】Hofman G E Handa T Saus repon a the FASTMET Ppoess ￡Q被碳还原.己被还原的磷在高温下呈气态，一 fro te Kakogwva demonstraton plant//Proceed ingsIomaking 部分被新生态的金属铁吸收，占原料总磷量的 Conference 1997.553 50%~60%:另一部分随C0从团块内部逸出而去 [3 Munn R Borkee J Stey us D (OMET A new cnlbased

第 12期 薛正良等:高碱度内配煤含铁团块自还原过程中脱硫和脱磷 2.3 高温自还原制备的金属铁颗粒质量 用 OG泥配加硫酸渣或瓦斯灰的高碱度内配煤 含铁团块高温自还原制备的金属铁颗粒形貌见 图 3.金属铁颗粒表面光滑, 尺寸主要分布于 10 ～ 20 mm. 图 3 高碱度内配煤含铁团块高温自还原制备的金属铁颗粒形貌 .(a)OG泥 +硫酸渣, C/O1.2, 1 330℃;(b)OG泥 +瓦斯灰, C/O, 1.1, 1 350℃ Fig.3 Morphologyofironnuggetsproducedbyself-reductionofhighbasicitycoal-bearingironoxidebriquettesathightemperature:(a)madeby BOFsteelmakingsludgeandpyritecinder, C/O1.2, 1 330℃ ;(b)madebyBOFsteelmakingsludgeandBFdedustingash, C/O1.1, 1 350℃ 表 2为不同内配碳比和还原温度下得到的金属 铁粒的化学成分, 其中金属铁 (MFe)采用三氯化铁 浸取--重铬酸钾滴定法测定, 碳和硫采用红外碳硫 分析仪测定, 磷采用 ICP--AES测定.由表 2可见 , 尽管原材料中硫、磷含量较高 ,但还原得到的金属铁 粒的硫含量均小于 0.01%, 磷含量分布于 0.05% ～ 0.08%.因此 ,用高碱度内配煤含铁团块高温自还 原可以得到“纯净”的金属铁颗粒. 表 2 金属铁颗粒化学成分(质量分数) Table2 Chemicalcompositionsofironnuggets % 配料 还原 温度 /℃ C/O=1∶1 C/O=1∶2 MFe P S C MFe P S C OG泥 +硫酸渣 1 350 93.35 0.050 0.009 6 3.496 93.13 0.079 0.007 3 4.103 1 380 94.48 0.065 0.005 5 3.366 94.26 0.047 0.003 4 3.664 OG泥 +瓦斯灰 1 350 95.36 0.074 0.002 1 3.318 93.13 0.054 0.003 9 3.775 1 380 95.85 0.068 0.006 9 3.551 94.88 0.071 0.005 8 3.492 注:用 1mm筛孔的筛子分离出的铁颗粒中混杂有少量渣子, 表中数据为把所有筛上物砸碎磨细后分析的结果.加和不足 100%的部分包 含了混杂的渣子及被还原出来的微量 Si和 Mn等. 3 结论 (1)高碱度内配煤含铁团块高温自还原法制备 金属铁粒过程中 ,硫的去除包括两部分:一部分为自 还原阶段,可通过产生的气态 COS随 CO从团块内 部逸出而去除, 这一阶段可去除 20% ～ 40%的硫 ; 另一部分在渣中以 CaS形式存在, 通过还原产物的 渣铁分离而去除 .总脱硫率可达到 97%以上. (2)高碱度内配煤含铁团块在高温自还原过程 中 ,过量的 CaO可以在一定程度上抑制脉石中的 P2O5 被碳还原 .已被还原的磷在高温下呈气态 ,一 部分被新生态的金属铁吸收 , 占原料总磷量的 50% ～ 60%;另一部分随 CO从团块内部逸出而去 除, 占原料总磷量的 20% ～ 25%.未被还原的磷通 过渣铁分离被去除 ,这部分占原料总磷量的 25% ～ 30%. (3)高碱度内配煤含铁团块高温自还原法可制 备出低硫 、低磷的“纯净 ”金属铁粒 . 参 考 文 献 [ 1] GrantRT, PargeterJK, MacDougallJA.InmetcoDRIprocess forwasteoxidesandironores.MPTMetallPlantTechnol, 1983, 6(4):20 [ 2] HoffmanGE, HaradaT.StatusreportontheFASTMETprocess fromtheKakogawademonstrationplant∥Proceedings-Ironmaking Conference, 1997:553 [ 3] MunnixR, BorleeJ, SteylusD.COMET:A new coal-based · 1535·

。1536 北京科技大学学报 第32卷 Process for the Poduc tion ofDRI MPTMetall Pant Technol Int [10 XueZL LiZB Zhou Y S et al Condense behavor ofmeml 199720(2):50 Phase in syhe tic chron ite bruette by cabon during hh tem 【4 YangX M HangD B KongLT Ef作ct ofcoalkinds on edu Peraure educton Fermalbys 2004 (5).1 tin mteof iron ore pellets conanng coal J Iron SteelRes 1997. (薛正良，李正邦，周渝生，等。含碳铬矿团块高温还原过程 9(2)41 中金属相的凝聚.铁合金，2004(5片1) (杨学民黄典冰孔令坛，等.煤种对含煤球团还原速度的影 [11]Zharg HF Xue Z L.Zhou JC et al Sudy on technopgy of 响.钢铁研究学报，19979(2,1) Poducing abmasive gritwith direct reductin from coalm ixed pel 5]Dey SB Jana B Basumallick A Kinetics and eduction chamc JWuhan Univ Sci Techml 2007 30(2),125 teristics of hem atite_noncoking coal m xed pe llets under nitrogen (张海蜂，薛正良，周维程，等。内配煤团块直接还原法制备 gas amosthere IsU ht 1993 33(7):735 铁粒技术研究.武汉科技大学学报.200z30(2,125) [6 Tsuge Successful iron nugets poduction at IImks Pilot plnt [12 Xue ZL Zhou LG Zharg H F et a]A new prooess o pro /61 st Iromaking Conference Proceed ings Nashville 2002 511 duce iron nugget diectly from fine ionbearing fine and coal J 【刀Zhou Y$YargT」On he mellurgcal Properties of carton Wuhan UnivSciTechnol 2008 31(5):453 conta ined pellety/Proceedings of thes th Conference on Kinetics of (薛正良，周利刚，张海峰，等.用含铁物料和煤粉直接制备 Mema lugical Processes and Reaction Engineering Jina 1991: 金属铁粒的新工艺研究.武汉科技大学学报。200831(54 74 453) (倜渝生，杨天钧.含碳球团的治金特性研究.第五届治金过 【13 XueZL Yang D Yang F et al A new Process o Pocess o 程动力学和反应工程学学术会论文集.济南199174) Poduce iron nuggets by diect educton with basic synthe tic iron 【习Huang D B Yang XM YangT】et al K inetcs andmathemati ore brAue te by carlon W omet process J Iron Steel Res ht calmolel fr reduc tion Pooess of ion ore brjuette conta nng car 200916(Spp12:1318 lon Acta Metall Sip 1996 32 (6):629 [14 XueZL YangD Zhou L G et al Research on the effect of 黄典冰杨学民，杨天钧.等.含碳球团还原过程动力学及 techn ical fac ors on in nuggets sepamting fron shg for Wcon et 模型.金属学报，199632(6)：629) Pocess JWuhan Uni Sa Techoly 2009 32(1)1 【身Duan D P WaTJ GuoZC Deomposition and trasomation (薛正良，杨叠.周利刚，等.W comet直接还原工艺渣铁分离 behav ior of sulfur in composite brique tte,pellet of ion ore and 影响因素研究.武汉科技大学学报。20932(1：1) c0a.I J Iron SteelRes 2005 17(5):16 [15 Qn M S Iormaking besides Blast Fumace Beijing Memlurgi 段东平，万天骥郭占成.硫在含碳球团内的转化行为.钢 cal ndusty Press 1988 铁研究学报.200517(5：16) (秦民生.非高炉炼铁.北京：冶金工业出版社。1988)

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