微波碳熱還原轉(zhuǎn)爐干法除塵灰(LT灰)生產(chǎn)金屬化球團(tuán)

1、鋼鐵冶金含鐵粉塵綜合利用項(xiàng)目簡(jiǎn)介鋼鐵冶金含鐵粉塵綜合利用項(xiàng)目簡(jiǎn)介重慶連橫冶金技術(shù)有限公司重慶科健冶金材料有限公司重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二一四年十二月鋼鐵冶金含鐵粉塵綜合利用項(xiàng)目簡(jiǎn)介一、前言在鋼鐵冶煉過程中，需要經(jīng)過選礦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序，各工序都會(huì)產(chǎn)生一些不同的工業(yè)固體廢棄物。根據(jù)生產(chǎn)流程不同，噸鋼固體廢棄物產(chǎn)生量約300500 kg。只有部分成分及物理性能穩(wěn)定的粉塵和副產(chǎn)品在工藝流程中得到了有效的回收利用，但仍有相當(dāng)部分排放堆積，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。含鐵固體廢棄物的典型化學(xué)成分見表1。表1 含鐵固體廢棄物的典型化學(xué)成分 %名 稱TFeSiO2Al203MgOFeO

2、固定CCaOSPZn高爐瓦斯灰46.223.721.970.366.2219.540.076煉鐵除塵灰50.614.120.1240.1820.059煉鋼污泥61.21.312.122.231.69.540.17轉(zhuǎn)爐除塵灰50.061.330.190.9311.58.210.259氧化鐵皮71.781.061.240.5845.20.310.01轉(zhuǎn)爐鋼渣18.3414.633.548.4546.160.3轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，由于點(diǎn)火區(qū)高溫蒸發(fā)和一氧化碳?xì)馀輲ё卟糠骤F產(chǎn)生粉塵，每冶煉1t鋼將產(chǎn)生1025kg粉塵(主要成分為FeO和Fe2O3)。粉塵造成的鐵損已成為煉鋼過程較大的金屬吹損。按國(guó)內(nèi)年產(chǎn)8

3、億t轉(zhuǎn)爐鋼計(jì)算，不計(jì)其它元素?fù)p失量，每年僅粉塵排放造成的金屬鐵損達(dá)400萬t以上。人類社會(huì)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展至今，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)已得到世界的普遍認(rèn)同，并成為人類文明進(jìn)步的時(shí)代要求。當(dāng)今，我國(guó)鋼鐵工業(yè)持續(xù)迅猛發(fā)展，在產(chǎn)能極度膨脹的同時(shí)，也受到了資源、能源和環(huán)境三大因素的嚴(yán)峻考驗(yàn)。只有走發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路、環(huán)保健康之路，才能真正解決制約鋼鐵工業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，使自己的企業(yè)在節(jié)能減排、淘汰落后的大環(huán)境中持續(xù)健康發(fā)展。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程采用干法或濕法除塵，形成的除塵灰和污泥粒徑較細(xì)，為515m，鐵品位約50%左右，并含有一定的金屬鐵，二次利用價(jià)值較高。目前大多數(shù)鋼鐵企業(yè)采用直接配入燒結(jié)系統(tǒng)回用的方式處理。該方式在一

4、定程度上實(shí)現(xiàn)了除塵灰資源的回收利用，但是對(duì)燒結(jié)透氣性影響較大，鋅等金屬蒸汽隨燒結(jié)礦進(jìn)入高爐，并在高爐內(nèi)循環(huán)富集，致使高爐結(jié)瘤，影響高爐正常生產(chǎn)。為此，國(guó)內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)已經(jīng)開始考慮將除塵灰等含鐵資源加工為冷固球團(tuán)直接用于轉(zhuǎn)爐煉鋼過程短循環(huán)使用，既可促進(jìn)化渣和回收鐵等有價(jià)資源，又可代替鐵礦石作為調(diào)溫、調(diào)渣劑，這無疑是一個(gè)最經(jīng)濟(jì)，并對(duì)煉鋼成本有重大貢獻(xiàn)的有效回收利用方法。但是，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)冷固球團(tuán)工藝較落后，生產(chǎn)成本高、周期長(zhǎng)，并且強(qiáng)度低、水分高，制約了冷固球在轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié)大量推廣使用。為此，我公司聯(lián)合重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院自2006年開始了對(duì)轉(zhuǎn)爐除塵灰在轉(zhuǎn)爐短流程使用的研究。經(jīng)過近年來的努力，

5、利用研發(fā)的高效復(fù)合粘接劑及對(duì)應(yīng)的工藝技術(shù)，解決了上述問題，使用此技術(shù)，可根據(jù)煉鋼的鋼種與渣系要求，以轉(zhuǎn)爐除塵灰等含鐵粉塵為基料，與其它輔料一塊混合，用復(fù)合粘結(jié)工藝技術(shù)，制成系列造渣材料，送高位料倉供轉(zhuǎn)爐直接使用。使用此技術(shù)，我們遵循“追求資源高效循環(huán)利用、不影響煉鋼主流程生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)短流程直接使用”的原則，將可用于煉鋼生產(chǎn)的元素（鐵、碳、鈣等）盡可能回收循環(huán)利用，真正實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”和資源高效利用。經(jīng)過對(duì)首鋼、寶鋼等國(guó)內(nèi)大型鋼廠同類材料的處理工藝對(duì)比，該工藝生產(chǎn)的冷固球團(tuán)無論是強(qiáng)度還是殘余水分指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)內(nèi)同行，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。目前該冷固球團(tuán)產(chǎn)品已經(jīng)正常在重鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠大量使用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)化

6、渣劑作為煉鋼化渣熔劑，代替鐵礦石作為煉鋼冷卻劑，實(shí)現(xiàn)了煉鋼副產(chǎn)品資源的有效利用，為重鋼煉鋼廠含鐵資源綜合利用實(shí)現(xiàn)降本降耗發(fā)揮了積極作用。該工藝方案設(shè)計(jì)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高，過程控制便捷，由于采用高效復(fù)合粘接劑成型技術(shù)，產(chǎn)品強(qiáng)度高。冷固球半成品自然固結(jié)反應(yīng)存放35天后即可自然干燥達(dá)到入爐水分要求。另外根據(jù)成品球團(tuán)水分具體要求，可適當(dāng)延長(zhǎng)自然固結(jié)反應(yīng)時(shí)間或增設(shè)成品球烘干裝置，使得成品球水分達(dá)到入爐要求，通常成品冷固球水分控制在5%以內(nèi)。該工藝技術(shù)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利并受理。二、轉(zhuǎn)爐除塵灰生產(chǎn)冷固球品種工藝技術(shù)及其應(yīng)用轉(zhuǎn)爐除塵灰的主要成分為轉(zhuǎn)爐冶煉過程中產(chǎn)生的鐵氧化、以及廢鋼鐵銹產(chǎn)生的氧化鐵粉塵，同時(shí)還

7、存在散狀料（石灰等）在冶煉過程中加入時(shí)其細(xì)粉被煙氣帶出的粉塵。因此，其主要成分應(yīng)為氧化鐵及氧化鈣等物質(zhì)。由上述表1可見，除塵灰中主要成分氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂，其都是轉(zhuǎn)爐煉鋼氧化精煉所須物質(zhì)，并且酸性物質(zhì)SiO2低，這無凝對(duì)回收利用于煉鋼過程的造渣材料是有益的。粉塵中由于存在硫的揮發(fā)富集，硫含量較高，如果入爐原料硫控制得當(dāng)，可望將粉塵中硫控制在，轉(zhuǎn)爐入爐散狀料對(duì)硫要求小于0.2%的基本要求范圍。由此，可根據(jù)其成分特點(diǎn)，以除塵灰為基礎(chǔ)原料，根據(jù)煉鋼的鋼種與渣系要求，配加相應(yīng)添加劑，采用復(fù)合粘結(jié)工藝技術(shù)，制成具有較高強(qiáng)度的系列造渣材料。該系列材料可制成球狀，具有較高強(qiáng)度，可以滿足從高位料倉進(jìn)料的要

8、求，屬于循環(huán)綜合利用產(chǎn)品，社會(huì)效益顯著。具體材料可分以下三類：1、配鎂造渣劑配鎂造渣劑用于轉(zhuǎn)爐吹煉初期，其主要作用是造早期高氧化鐵、堿性含氧化鎂渣。造渣劑主要成份是FeO、Fe2O3和MgO。冶金熱力學(xué)表明，在堿性氧化渣中，如果MgO含量在8%時(shí)，MgO的存在將對(duì)石灰起助熔作用，并且在初期渣中配入一定量的MgO，可防止初期低堿度渣對(duì)爐襯的浸蝕。因此，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程須在初期渣中配入一定量的MgO，一般控制在68%范圍?，F(xiàn)常采用的配鎂方式為，向初期渣中配入一定量的輕燒白云石。但輕燒白云石吸熱量大，這影響廢鋼的加入量。因此，直接向轉(zhuǎn)爐初期渣中配加一定量的MgO，實(shí)現(xiàn)初期高效低吸熱的配鎂方式是需要的。該

9、研究以轉(zhuǎn)爐除塵粉為基料，配入一定量的氧化鎂，利用其中的氧化鐵,使其形成熔點(diǎn)在15801610，熔點(diǎn)低于MgO的MgO.Fe2O3 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)初期渣的高效低吸熱的配鎂。配鎂造渣劑成分及性能指標(biāo)由表2所示。加入時(shí)間：配鎂造渣劑用于轉(zhuǎn)爐冶煉初期，其主要作用為對(duì)爐渣配鎂，以實(shí)現(xiàn)爐渣快速熔化和保護(hù)爐襯為目的。因此，它將隨轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)，第一批渣料加入。加入量：配鎂造渣劑加入量按初期渣中MgO含量為68%，白云石加入量、渣量確定。一般為610Kg/t鋼。表2 配鎂造渣劑成分及性能指標(biāo)成分%類型CaO SiO2MgOAl2O3Fe2O3ZnOMnOS配鎂造渣劑13-18420-25150-600.041-21KN

10、/個(gè)。2、轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷促進(jìn)劑轉(zhuǎn)爐煉鋼過程是一個(gè)速度快、周期短的高效氧化精煉過程。其中脫磷反應(yīng)是其主要任務(wù)之一。它是利用煉鋼過程的高氧化性、高堿性爐渣來實(shí)現(xiàn)。由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此冶煉前期的低溫條件是脫磷的有利時(shí)期，而在冶煉后期的高溫下，如果控制不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)高溫回磷現(xiàn)象。因此為實(shí)現(xiàn)煉鋼過程的高效脫磷，須實(shí)現(xiàn)在冶煉前期快速成渣，利用前期低溫好的熱力學(xué)條件高效脫磷，將磷降到目標(biāo)要求，而在冶煉后期高溫下，須控制好熔渣的堿度及氧化性，防止冶煉中后期因渣中氧化鐵的過分消耗，使熔渣氧化性低，并且溫度又高的條件，而出現(xiàn)脫磷熱力學(xué)條件被破壞，發(fā)生回磷的現(xiàn)象。因此，常用的方法為，在冶煉的中后期，及冶煉的過程中須

11、適時(shí)向熔池中補(bǔ)充因脫碳消耗的 (FeO)，保證高氧化性、高堿性脫磷熱力學(xué)條件，來防止回磷，以保證轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷效率。根據(jù)上述機(jī)理，該研究將以除塵灰為基料，利用其高的氧化鐵組元，及活性的氧化鈣成分，同時(shí)引入了活性BaO材料，組成了一種由Fe2O3 、CaO、BaO物質(zhì)組成的高氧化性、高堿性低熔點(diǎn)的脫磷促進(jìn)劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程補(bǔ)充（FeO），加強(qiáng)脫磷效率，實(shí)現(xiàn)高效脫磷的作用。脫磷促進(jìn)劑成分由表3所示。該產(chǎn)品中引入的BaO可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化脫磷的作用。因BaO渣系比CaO渣系有更強(qiáng)的脫磷能力，在高溫下生成的脫磷產(chǎn)物更為穩(wěn)定。研究表明：1500時(shí)，CaO渣系的磷酸根容量是1025.7，而20%BaO渣系磷酸

12、根容量是1027.7，大了2個(gè)數(shù)量級(jí)。這對(duì)保證脫磷效率，防止后期高溫回磷很有意義。該產(chǎn)品主要成分為Fe2O3 、CaO、BaO，熔化后形成的產(chǎn)物為：鐵酸鈣、鐵酸鋇。其熔點(diǎn)分別為12001300、13001400。因此，該脫磷促進(jìn)劑熔點(diǎn)低，不僅具有強(qiáng)的脫磷促進(jìn)能力，并且還具有強(qiáng)的化渣助熔作用。使用方法如下：加入時(shí)間：脫碳反應(yīng)開始后，隨第二批料分批加入，在氧化鐵消耗到最低前（返干前）加完。加入量：1015Kg/t鋼。 表3 轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷促進(jìn)劑理化指標(biāo)化學(xué)成分（%）熔 點(diǎn)（）粒 度（mm）強(qiáng)度KN/個(gè)Fe2O3BaOCaO+MgOSiO2SF354510201020613、轉(zhuǎn)爐煉鋼調(diào)溫劑轉(zhuǎn)爐煉鋼是通

13、過鐵水的物理熱及化學(xué)反應(yīng)熱來保證造渣材料的熔化及出鋼溫度。一般鐵水的物理熱及化學(xué)反應(yīng)熱都大于轉(zhuǎn)爐煉鋼所需要的熱量，這須加一定量的冷卻劑進(jìn)行調(diào)整，使之保證出鋼終點(diǎn)溫度的要求。常用冷卻劑為：廢鋼、鐵礦石、氧化鐵皮球。由于加入方法的限制，常將鐵礦石及氧化鐵皮球作為過程調(diào)溫用冷卻劑，同時(shí)加入的氧化鐵既作了氧化劑，其還原后其中鐵又得到回收，無凝是好的調(diào)溫劑。但鐵礦石中SiO2含量高，為保證一定的脫磷堿度，會(huì)增加渣量。而氧化鐵皮來源又受限,其中所含的水和油清除難度大。表1所示的轉(zhuǎn)爐除塵粉，不僅有高的氧化鐵含量，而且SiO2含量低，其中所含的CaO活性高，也是煉鋼精煉所須材料，因此用其添加一定量的氧化鐵皮，

14、回收利用為轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的調(diào)溫劑，將克服鐵礦石及氧化鐵皮球調(diào)溫劑的缺點(diǎn)。由此，利用轉(zhuǎn)爐除塵粉開發(fā)了環(huán)保型轉(zhuǎn)爐煉鋼調(diào)溫劑，成分及性能指標(biāo)見表4所示。表4 轉(zhuǎn)爐煉鋼調(diào)溫劑成分及性能指標(biāo)化學(xué)成分（%）熔 點(diǎn)（）粒 度（mm）強(qiáng)度KN/個(gè)Fe2O3CaOMgOSiO2SH2O808510151350.21每Kg吸收的熱量30003100 KJ/Kg；鋼液降低溫度34/t加入量將根據(jù)熔池溫度確定。加入時(shí)間為：轉(zhuǎn)爐冶煉的中后期加入為宜，也可在廢鋼料斗中加入。3、 除塵灰冷固球在煉鋼過程中的冶金作用及應(yīng)用效果3.1加快成渣速度。冷固球團(tuán)加入，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中增加了前期渣中FeO的含量，加快成渣速度，改善了冶煉

15、過程中的脫P(yáng)、脫S效果。脫磷反應(yīng)的反應(yīng)式 2P5O(P2O5) (1) 2P5(FeO)3(CaO)(3CaOP2O5)5Fe (2) 2P5(FeO)4(CaO)(4CaOP2O5)5Fe (3) 按照爐渣離子模型 2P5(Fe2+)8(O2-)2(PO43-)5Fe (4) 2P5O8(O2-)2(PO43-) (5) 3.2改善渣料結(jié)構(gòu)，提高冷卻效果。隨著冷固球團(tuán)的加入，石灰的熔化速率提高，同時(shí)由于冷固球團(tuán)含有一定量的CaO，可以減少石灰消耗。 圖一 氧化物含量對(duì)煉鋼爐渣熔化溫度及石灰熔化速度的影響3.3簡(jiǎn)化爐前操作。由于冷固球團(tuán)加入帶來的良好化渣效果，可以減少螢石甚至不加，代替鐵礦石、

16、燒結(jié)返礦等材料，大大簡(jiǎn)化了爐前操作。 傳統(tǒng)工藝向熔池中加鐵礦石、燒結(jié)返礦、氧化鐵皮球進(jìn)行化渣、控溫，但鐵礦石、燒結(jié)返礦中SiO2含量高，為保證一定的脫磷堿度，會(huì)增加渣量。而氧化鐵皮來源又受限,其中所含的水和油清除難度大。3.4提高金屬收得率，冷固球中Tfe含量在55%以上，在煉鋼過程中加入，可以有效提高金屬收得率。 如圖中所示，由于供氧為脫碳限制性環(huán)節(jié)，在此前加入的除塵灰球，都可使除塵灰中的氧化鐵被碳還原，實(shí)現(xiàn)回收除塵灰中金屬鐵的目的。而該加入時(shí)期也是脫磷化渣、控溫的要求時(shí)期。3.5有利于提高轉(zhuǎn)爐爐襯壽命。冷固球的加入，使得轉(zhuǎn)爐煉鋼初期渣堿度得以提高，MgO在渣中溶解度降低，減少熔渣對(duì)爐襯的侵蝕。四、結(jié)論4.1本項(xiàng)目利用煉鋼廠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐除塵灰、污泥等含鐵二次資源生產(chǎn)冷固球團(tuán)，其工藝技術(shù)成熟，生產(chǎn)流程先進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)含鐵資源有效利用，產(chǎn)品全鐵含量高，水分低，強(qiáng)度好。4.2使用此技術(shù)，可根據(jù)煉鋼的鋼種與渣系要求，以轉(zhuǎn)爐除塵灰等含鐵粉塵為基