微波碳热还原转炉干法除尘灰LT灰生产金属化球团

1、钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介重庆连横冶金技术有限公司重庆科健冶金材料有限公司重庆大学材料科学与工程学院二一四年十二月钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介一、前言在钢铁冶炼过程中，需要经过选矿、烧结、炼铁、炼钢、轧钢等生产工序，各工序都会产生一些不同的工业固体废弃物。根据生产流程不同，吨钢固体废弃物产生量约 300500 kg 。只有部分成分及物理性能稳定的粉尘和副产品在工艺流程中得到了有效的回收利用，但仍有相当部分排放堆积，既浪费了资源，又污染了环境。含铁固体废弃物的典型化学成分见表1。表 1含铁固体废弃物的典型化学成分%名称TFeSiO2Al 03MgOFeO

2、固定 CCaOSPZn2高炉瓦斯灰46.223.721.970.366.2219.540.076炼铁除尘灰50.614.120.1240.1820.059炼钢污泥61.21.312.122.231.69.540.17转炉除尘灰50.061.330.190.9311.58.210.259氧化铁皮71.781.061.240.5845.20.310.01转炉钢渣18.3414.633.548.4546.160.3转炉炼钢过程中，由于点火区高温蒸发和一氧化碳气泡带走部分铁产生粉尘，每冶炼 1t 钢将产生 1025kg 粉尘 ( 主要成分为 FeO和 Fe2O3) 。粉尘造成的铁损已成为炼钢过程较大的

3、金属吹损。按国内年产8 亿 t 转炉钢计算，不计其它元素损失量，每年仅粉尘排放造成的金属铁损达400 万 t 以上。人类社会与现代工业发展至今，发展循环经济已得到世界的普遍认同，并成为人类文明进步的时代要求。当今，我国钢铁工业持续迅猛发展，在产能极度膨胀的同时，也受到了资源、能源和环境三大因素的严峻考验。只有走发展循环经济之路、环保健康之路，才能真正解决制约钢铁工业发展的瓶颈问题，使自己的第1页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介企业在节能减排、淘汰落后的大环境中持续健康发展。转炉炼钢过程采用干法或湿法除尘，形成的除尘灰和污泥粒径较细，为515m，铁品位约 50%左右，并含有一定的金属铁，

4、二次利用价值较高。目前大多数钢铁企业采用直接配入烧结系统回用的方式处理。 该方式在一定程度上实现了除尘灰资源的回收利用，但是对烧结透气性影响较大，锌等金属蒸汽随烧结矿进入高炉，并在高炉内循环富集，致使高炉结瘤，影响高炉正常生产。为此，国内部分钢铁企业已经开始考虑将除尘灰等含铁资源加工为冷固球团直接用于转炉炼钢过程短循环使用，既可促进化渣和回收铁等有价资源，又可代替铁矿石作为调温、调渣剂，这无疑是一个最经济，并对炼钢成本有重大贡献的有效回收利用方法。但是，目前国内生产冷固球团工艺较落后，生产成本高、周期长，并且强度低、水分高，制约了冷固球在转炉炼钢环节大量推广使用。为此，我公司联合重庆大学材料科

5、学与工程学院自 2006 年开始了对转炉除尘灰在转炉短流程使用的研究。经过近年来的努力，利用研发的高效复合粘接剂及对应的工艺技术，解决了上述问题，使用此技术，可根据炼钢的钢种与渣系要求，以转炉除尘灰等含铁粉尘为基料，与其它辅料一块混合，用复合粘结工艺技术，制成系列造渣材料，送高位料仓供转炉直接使用。使用此技术，我们遵循“追求资源高效循环利用、不影响炼钢主流程生产、实现短流程直接使用”的原则，将可用于炼钢生产的元素（铁、碳、钙等）尽可能回收循环利用，真正实现“变废为宝”和资源高效利用。经过对首钢、宝钢等国内大型钢厂同类材料的处理工艺对比，该工艺生产的冷固球团无论是强度还是残余水分指标都远远优于国

6、内同行，处于国内领先水平。目前该冷固球团产品已经正常在重钢转炉炼钢厂大量使用，代替传统化渣剂第2页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介作为炼钢化渣熔剂，代替铁矿石作为炼钢冷却剂，实现了炼钢副产品资源的有效利用，为重钢炼钢厂含铁资源综合利用实现降本降耗发挥了积极作用。该工艺方案设计先进、自动化程度高，过程控制便捷，由于采用高效复合粘接剂成型技术， 产品强度高。 冷固球半成品自然固结反应存放35 天后即可自然干燥达到入炉水分要求。另外根据成品球团水分具体要求，可适当延长自然固结反应时间或增设成品球烘干装置，使得成品球水分达到入炉要求，通常成品冷固球水分控制在 5%以内。该工艺技术已申请国家发明

7、专利并受理。二、转炉除尘灰生产冷固球品种工艺技术及其应用转炉除尘灰的主要成分为转炉冶炼过程中产生的铁氧化、 以及废钢铁锈产生的氧化铁粉尘，同时还存在散状料（石灰等）在冶炼过程中加入时其细粉被烟气带出的粉尘。因此，其主要成分应为氧化铁及氧化钙等物质。由上述表 1 可见，除尘灰中主要成分氧化铁、氧化钙、氧化镁，其都是转炉炼钢氧化精炼所须物质， 并且酸性物质 SiO2 低，这无凝对回收利用于炼钢过程的造渣材料是有益的。粉尘中由于存在硫的挥发富集，硫含量较高，如果入炉原料硫控制得当，可望将粉尘中硫控制在， 转炉入炉散状料对硫要求小于 0.2%的基本要求范围。由此，可根据其成分特点，以除尘灰为基础原料，

8、根据炼钢的钢种与渣系要求，配加相应添加剂，采用复合粘结工艺技术，制成具有较高强度的系列造渣材料。该系列材料可制成球状，具有较高强度，可以满足从高位料仓进料的要求，属于循环综合利用产品，社会效益显著。第3页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介具体材料可分以下三类：1、配镁造渣剂配镁造渣剂用于转炉吹炼初期，其主要作用是造早期高氧化铁、碱性含氧化镁渣。造渣剂主要成份是FeO、Fe2O3 和 MgO。冶金热力学表明， 在碱性氧化渣中， 如果 MgO含量在 <8%时，MgO的存在将对石灰起助熔作用，并且在初期渣中配入一定量的MgO，可防止初期低碱度渣对炉衬的浸蚀。因此，转炉炼钢过程须在初期渣中

9、配入一定量的MgO，一般控制在 68%范围。现常采用的配镁方式为，向初期渣中配入一定量的轻烧白云石。但轻烧白云石吸热量大，这影响废钢的加入量。因此，直接向转炉初期渣中配加一定量的 MgO，实现初期高效低吸热的配镁方式是需要的。 该研究以转炉除尘粉为基料，配入一定量的氧化镁，利用其中的氧化铁 , 使其形成熔点在 15801610，熔点低于 MgO的 MgO.Fe2O3 , 实现对初期渣的高效低吸热的配镁。 配镁造渣剂成分及性能指标由表 2 所示。加入时间：配镁造渣剂用于转炉冶炼初期，其主要作用为对炉渣配镁，以实现炉渣快速熔化和保护炉衬为目的。 因此，它将随转炉吹炼时， 第一批渣料加入。加入量：配

10、镁造渣剂加入量按初期渣中MgO含量为 68%，白云石加入量、渣量确定。一般为610Kg/t钢。表2配镁造渣剂成分及性能指标成分 %CaOSiO2MgOAl 2O3Fe2O3ZnOMnOS类型配镁造渣剂13-18<420-25<150-60<0.041-2<0.2粒度：2040mm；熔点 15501600；强度 >1KN/个。2、转炉炼钢脱磷促进剂转炉炼钢过程是一个速度快、周期短的高效氧化精炼过程。其中脱磷反应是第4页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介其主要任务之一。它是利用炼钢过程的高氧化性、高碱性炉渣来实现。由于该反应为放热反应，因此冶炼前期的低温条件是脱

11、磷的有利时期，而在冶炼后期的高温下，如果控制不当会出现高温回磷现象。因此为实现炼钢过程的高效脱磷，须实现在冶炼前期快速成渣，利用前期低温好的热力学条件高效脱磷，将磷降到目标要求，而在冶炼后期高温下，须控制好熔渣的碱度及氧化性，防止冶炼中后期因渣中氧化铁的过分消耗，使熔渣氧化性低，并且温度又高的条件，而出现脱磷热力学条件被破坏，发生回磷的现象。因此，常用的方法为，在冶炼的中后期，及冶炼的过程中须适时向熔池中补充因脱碳消耗的(FeO) ，保证高氧化性、高碱性脱磷热力学条件，来防止回磷，以保证转炉炼钢的脱磷效率。根据上述机理，该研究将以除尘灰为基料，利用其高的氧化铁组元，及活性的氧化钙成分，同时引入

12、了活性BaO材料，组成了一种由Fe2O3 、CaO、BaO物质组成的高氧化性、高碱性低熔点的脱磷促进剂， 实现对转炉炼钢过程补充 （FeO），加强脱磷效率，实现高效脱磷的作用。脱磷促进剂成分由表3 所示。该产品中引入的BaO可实现强化脱磷的作用。 因 BaO渣系比 CaO渣系有更强的脱磷能力，在高温下生成的脱磷产物更为稳定。研究表明： 1500时， CaO渣系的磷酸根容量是 1025.7 ，而 20%BaO渣系磷酸根容量是 1027.7 ，大了 2 个数量级。这对保证脱磷效率，防止后期高温回磷很有意义。该产品主要成分为 Fe2O3 、 CaO、BaO，熔化后形成的产物为：铁酸钙、铁酸钡。其熔点

13、分别为 12001300、 13001400。因此，该脱磷促进剂熔点低，不仅具有强的脱磷促进能力，并且还具有强的化渣助熔作用。使用方法如下：加入时间：脱碳反应开始后，随第二批料分批加入，在氧化铁消耗到最低前（返干前）加完。加入量： 1015Kg/t 钢。第5页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介表 3转炉炼钢脱磷促进剂理化指标化学成分（ %）熔 点粒 度强度Fe2O3BaOCaO+MgOSiO2SF（）（ mm）KN/个35 4510201020 6<0.247120014002040>13、转炉炼钢调温剂转炉炼钢是通过铁水的物理热及化学反应热来保证造渣材料的熔化及出钢温度。一

14、般铁水的物理热及化学反应热都大于转炉炼钢所需要的热量，这须加一定量的冷却剂进行调整，使之保证出钢终点温度的要求。常用冷却剂为：废钢、铁矿石、氧化铁皮球。由于加入方法的限制，常将铁矿石及氧化铁皮球作为过程调温用冷却剂，同时加入的氧化铁既作了氧化剂，其还原后其中铁又得到回收，无凝是好的调温剂。但铁矿石中SiO2 含量高，为保证一定的脱磷碱度，会增加渣量。而氧化铁皮来源又受限 , 其中所含的水和油清除难度大。表1 所示的转炉除尘粉，不仅有高的氧化铁含量，而且SiO 含量低，其中所含的 CaO活性高，也是2炼钢精炼所须材料，因此用其添加一定量的氧化铁皮，回收利用为转炉炼钢过程的调温剂，将克服铁矿石及氧

15、化铁皮球调温剂的缺点。由此，利用转炉除尘粉开发了环保型转炉炼钢调温剂，成分及性能指标见表4 所示。表 4 转炉炼钢调温剂成分及性能指标化学成分（ %）熔 点粒 度强度Fe2OCaOMgOSiOSH O（）（mm）KN/个32280 851015135<0.2<0.51300 14002040>1每 Kg 吸收的热量 30003100 KJ/Kg ；钢液降低温度 34/t加入量将根据熔池温度确定。加入时间为：转炉冶炼的中后期加入为宜，也可在废钢料斗中加入。第6页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介三、除尘灰冷固球在炼钢过程中的冶金作用及应用效果3.1 加快成渣速度。冷固球团

16、加入，在转炉炼钢过程中增加了前期渣中FeO的含量，加快成渣速度，改善了冶炼过程中的脱P、脱 S效果。脱磷反应的反应式2P 5O (PO)(1)252P5(FeO) 3(CaO)(3CaOP2O5) 5Fe(2)2P5(FeO) 4(CaO)(4CaOP2O5) 5Fe(3)按照炉渣离子模型2P 5(Fe2+2-3-)5Fe(4) 8(O) 2(PO42P5O2-)2(PO3-)(5)8(O4(P)233500.08(% CaO )2.5log(%Fe )logT16.0 P3.2 改善渣料结构，提高冷却效果。随着冷固球团的加入，石灰的熔化速率提高，同时由于冷固球团含有一定量的CaO，可以减少石

17、灰消耗。图一氧化物含量对炼钢炉渣熔化温度及石灰熔化速度的影响第7页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介3.3 简化炉前操作。由于冷固球团加入带来的良好化渣效果，可以减少萤石甚至不加，代替铁矿石、烧结返矿等材料，大大简化了炉前操作。传统工艺向熔池中加铁矿石、烧结返矿、氧化铁皮球进行化渣、控温，但铁矿石、烧结返矿中 SiO2 含量高，为保证一定的脱磷碱度，会增加渣量。而氧化铁皮来源又受限 , 其中所含的水和油清除难度大。3.4 提高金属收得率，冷固球中 Tfe 含量在 55%以上，在炼钢过程中加入，可以有效提高金属收得率。第8页共10页钢铁冶金含铁粉尘综合利用项目简介如图中所示，由于供氧为脱碳限制性环节，在此前加入的除尘灰球，都可使除尘灰中的氧化铁被碳还原，实现回收除尘灰中金属铁的目的。而该加入时期也是脱磷化渣、控温的要求时期。3.5 有利于提高转炉炉衬寿命。冷固球的加入，使得转炉炼钢初期渣碱度得以提高， MgO在渣中溶解度降低，减少熔渣对炉衬的侵蚀。四、结论4.1 本项目利用炼钢厂产生的转炉除尘灰、污泥等含铁二次资源生产冷固球团，其工艺技术成熟，生产流程先进，可以实现钢铁企业含铁资源有效利用，产品全铁含量高，水分低，强度好。4.2 使用此技术，可根据炼钢的钢种与渣系要求，以转炉除尘灰等含铁粉尘为