太钢冶金除尘灰再利用技术研究与实践.pdf

总第 1 5 9期 2 0 1 6年 第1期 山西冶金 S HANXI ME TA L L URGY T o t M 1 5 9 No ． 1， 2 01 6 | 夯蚀 尊i D O I 1 0 ． 1 6 5 2 5 ． c n k i ． c n 1 4 - 1 1 6 7 ／ t f ． 2 0 1 6 ． O 1 ． 1 7 太钢冶金除尘灰再利用技术研究与实践 樊猛 辉 山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西太原0 3 0 0 0 3 摘要 在分析冶金除尘灰的再利用技术的基础上 ， 介绍太钢碳素除尘灰、 不锈除尘灰的再利用技术的研究进 展与生产实践情况。重点结合太钢富氧竖炉生产铬、 锦铁 水的生产实践 ， 介绍以不锈除尘灰为主要原料， 生产冶 炼铬、 镍铁水的技术。指 出 钢铁企业只有根据 自身生产的特点， 消化和优化现有技术， 同时研发 出适合企业特 点的新技术， 才能实现企业的转型发展， 实现经济与环保方面的双重效益。 关键 词 冶金除 尘灰的再利用 富氧竖炉 自 还 原砖铬 、 镍铁水 中图分类号 X 7 5 7 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 1 1 5 2 2 0 1 6 0 1 0 0 4 6 0 3 钢铁厂在生产过程 中，伴生出大量 以灰尘 和污 泥的形式存在的含铁副产品。 随着矿粉等冶金原料、 废料处理价格的上涨 以及人们环境意识 的增强 ， 使 得以除尘灰 、 泥为代表的钢铁生产的伴生物的价值 逐步显现出来。一座千万吨级钢铁企业所产生的含 铁类伴生物的潜在价值相当于一座中等规模 的矿 山。 合理利用这些资源， 不仅能降低钢铁企业的采购 成本 ， 而且可以在企业内部形成资源循环的链条， 实 现生产过程物流链 的优化 ， 更能改善企业环境 ， 体现 出企业的社会责任感。 太钢作 为 目前世界 最大的不锈钢生产企业 ， 既 产生普通的碳钢类除尘灰、 泥等副产品， 又产生铬、 镍除尘灰、 泥等不锈类副产品。 经过多年来对含铁副 产品的技术开发和实践 ，研究开发 出以富氧竖炉为 代表的冶炼铬、 镍铁水的集成技术， 形成以综合粉、 冶炼普通铁水和铬、镍铁水等多种相对完善的工艺 路线 ， 基本实现含铁副产品 自身循环的“ 零排放 ” 的 战略 目 标， 打造“ 世界钢铁绿色发展” 的典范。 1 碳素类除尘灰再利用技术研究 太钢目前生产不锈钢和碳钢两大类钢铁产品， 根据产生的副产 品的性质 、 类型 ， 予以区别对待和分 类使用， 而且在多年研究的基础上， 逐步形成多种除 尘灰 、 泥的再利用的途径及技术。 1 ．1 以碳素灰生产综合粉 用于烧结 的配料技术 以高钙、 低锌、 低钾、 低钠除尘灰原料为主， 配加 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 2 - 0 4 作者简介 樊猛辉 1 9 8 卜 ， 男， 于太钢炼铁厂从事 台 炼技术 研究等相关工作， 工程师。 钢粒等颗粒原料， 进行预配料。 预配料经过混合机加 水搅拌形成单一的含铁原料，按照比例采取平铺直 取的方法对含铁原料与烧结使用的矿粉进行均匀混 合。 混合后的原料用于矿粉造堆。 此种配制工艺可实 现除尘灰在烧结方面的循环利用。 由于综合粉中的钢粒较矿粉、 除尘灰有更大的粒 度， 使得在烧结制粒过程中， 容易形成球核 ， 从而减少 因使用除尘灰而造成的烧结透气恶化、 烧结产品质量 变差、 产能降低的问题。 另外， 由于综合粉较除尘灰含 有较低的氧化钙， 从而降低了烧结生产过程中碱性熔 剂的配加量 ， 也就降低了烧结矿的生产成本， 而且不 增加炼铁过程中的锌、 钠等负荷， 稳定了炉况运行， 成 为太钢碳素除尘灰再利用的重要渠道。 1 ．2 以碳素泥生产红泥球 直接作为炼钢原、 辅料 的技术 以转炉尘泥为主要原料 ， 经过压力机挤压成型 ， 生产出红泥球 ， 作为炼钢的氧化剂、 造渣剂。在炼钢 过程中， 加入红泥球 ， 一方面能够迅速为炉渣提供所 需要的氧化亚铁， 满足脱磷的热力学条件， 提高脱磷 效率 ； 另一方面 ， 能起到助熔的作用 ， 加快石灰 的熔 解 ， 既能快速提高炉渣的碱度 ， 又可增加炉渣的流动 性， 从而改善脱磷、 脱硫的动力学条件。 1 ． 3 以碳素灰生产 自还原压块 用于富氧竖炉冶 炼 的技术 以不能进入炼铁系统的高锌、 高钾、 高钠等碳素 尘泥为主要原料 ， 配加 C D Q粉尘， 生产含碳的自还 原砖， 作为富氧竖炉冶炼碳素铁水的含铁物料； 同时 在冶炼过程中回收的高锌粉尘可作为炼锌原料， 实 现钢铁企业与社会企业的大循环 。 2 0 1 6年第 1 期 樊猛辉 太钢冶金除尘灰再利用技术研究与实践 1 ．4 以碳素灰、 不锈灰、 铁磷等生产海绵铁的技术 以碳素灰、 不锈除尘灰、 铁磷、 煤粉等为原料 ， 利 用隧道窑技术， 生产出海绵铁。 海绵铁可直接用于电 炉生产。 2 不锈类除尘灰生产铬、 镍铁水技术研究 以不锈除尘灰为主要原料，少量配加不锈渣钢 或废钢直接生产热态铬、 镍铁水 或铬镍生铁 的技 术被应用于炼钢不锈钢的生产， 回收不锈除尘灰， 可 回收其中的铬、镍等金属，避免重金属对环境的污 染， 同时降低不锈钢生产的冶炼成本， 从而开创一种 新的不锈钢生产工艺流程。 2 ． 1 不锈除尘灰生产铬、 镍铁水技术研究背景 太钢是世界上年产量最大的不锈钢生产企业 ， 随着不锈钢产量的逐年提升，如何消化不锈钢生产 过程产生的含铁副产品， 减小成本压力及环境压力 ， 开发出适合处理不锈除尘灰的工艺，成为提高企业 竞争力的一个重要环节。 转底炉工艺 该工艺省去了炼焦、 烧结等工艺 ， 废气带走的热量少，排放的废气中粉尘和 S O 等有 害物质的携带量也大大低于国家规定的标准，在环 保上有较大的优势，但是生产直接供电炉用的海绵 铁 D R I ， 需要高品位的铁矿和低灰分、 低硫的煤炭 作为还原剂 ， 方能使产品的 fi f e 达到 9 0 ％， 同时 使金属化率达到9 0 ％， 而一般的除尘灰含铁品位较 低， 使得除尘灰的利用受到了局限。 回转窑工艺 该工艺可以把钢厂内各种来源的 废料放人泥浆池内进行混合 ， 然后过滤 ， 并在旋转 干燥器内干燥。 将混合料与细的无烟煤一起装入还 原窑 ， 将焦炉煤气和空气通人回转窑中， 因靠近回 转窑出料端的燃烧器的布局为沿轴向布置， 窑内的 炉料足以被加热到部分软化和熔化的温度， 并在窑 衬上富集形成结瘤挂圈。 回转窑高温带的成球棒将 这些料从窑壁上刮下 ， 并沿窑壁滚 动形成小球或颗 粒 。废料 中锌的氧化物被还原成金属锌 ， 在窑温下 蒸发并与烟气一起排出。 当烟气在除尘系统中冷却 时， 一部分锌氧化成细小的固体颗粒并被收集在布 袋式除尘器内。 直接还原的铁产品被排入回转冷却 器后 ， 用大量的水快速冷却。 然后用筛孔为 7 m m的 筛子筛分，粒度大于 7 m m的直接还原铁被送至高 炉， 剩下的全部送往烧结厂。由于不锈钢生产过程 中产生的大量的铬 、 镍除尘灰污染铁水 ， 从而影响 品种钢的纯净度。 竖炉熔融还原工艺 该工艺冶炼含铬铁水 ， 主要 从上排风口将粉状物料吹入炉内，物料在上排风口 回旋区产生的高温下立即熔化 高温区的理论火焰 温度高达 2 5 0 0 c I二 。已熔化的氧化物液滴在向下滴 落的过程中， 通过上、 下两排风口之间的焦床形成高 温 、 高强度还原 区时被还原成金属液滴 ， 反应所需 的 热量 由下排风口燃烧 的热量来补偿。由于该炉 内主 要反应是直接还原反应 ，因此焦比很高，在 1 3 0 0 k 以上 ， 生产成本较高口 ] 。 针对以上工艺在处理不锈除尘上的缺陷，太钢 积极开发出利用除尘灰生产 自 还原砖、在富氧竖炉 内实现直接还原和间接还原相结合的处理工艺。 2 ．2 不锈除尘灰生产铬、 镍铁水工艺流程 见图 1 图 1 不锈除尘灰生产铬、 镍铁水工艺流程 2 ．3 不锈除尘灰生产铬、 镍铁水技术研究进程 2 0 0 7年 ， 太钢开始对处理不锈除尘灰的各种工 艺进行研究 ， 包括转底 炉工艺 、 回转窑工艺 、 多膛 炉 工艺、 等离子电炉工艺、 电弧炉工艺等， 并对各种工 艺进行对比， 包括对场地布局、 物料适应性、 经济效 益、 环保效益等多方面的综合考虑， 尤其是对富氧竖 炉法冶炼铬、镍铁水工艺的可行性展开多次工业试 验 ， 最终于 2 0 0 9年决定建设 2条除尘灰资源化利用 工程线 ，主要用来解决不能用于烧结过程的碳素灰 和不锈尘灰的综合利用问题。 2 0 1 1 年 7 月， 开始冶炼碳素铁水， 一次性成功， 在总结富氧竖炉法冶炼除尘灰的基础上， 于 l 0 月份 开始铬、 镍铁水的试生产， 摸索出冶炼铬、 镍铁水的 生产工艺参数 ，逐步确定了长期 以消化不锈除尘灰 为主要目的的回收铬、 镍等金属资源的炉料结构、 工 艺控制参数 。 2 ．4 不锈除尘灰冶炼铬、 镍铁水的难点及理论依据 由于镍的熔点较铁更低 ，铬的还原性较铁高， 因此富氧竖炉法冶炼铬、 镍铁水的主要难点在于解 决铬的还原温度及流动性控制问题。用碳还原 C r 2 O ， 的开始反应温度为 1 2 0 0℃， 远高于 F e O的开 始还原温度 8 0 0℃以下 ， 而低于 M n O的开始还原 山西冶金 E - m a i l s x y j b j b 1 2 6 ． c o m 第 3 9卷 温度 1 4 0 0 o C以上 ， 在生产过程 中， 要面临炉顶温 度高、 铁水凝固倾向强 、 炉顶煤气 C O的浓度高、 焦 比高等问题[2 ] 。 对普通炼钢铁水而言，要求出铁温度不低于 1 3 2 0 1 3 3 0℃， 铁流动性大约为 1 0 0 0 mm。按照要 求， w C r 8 ．5 2 ％和 w C r 1 3 ． 1 8 ％的铬铁水出铁温度 分别不低于 1 4 2 5℃和 1 5 4 0℃ ， 所 以要达到同样 的 流动性 ， 需要更高的出铁温度。 由 C r - C 状态图可知，在一定含铬量条件下， 存 在一个最佳含碳量， 使得铬铁熔点最低。 只有在竖炉 冶炼过程中， 得到该成分范围的含铬铁水， 才能使得 含铬铁水及渣具有良好的流动性 ，实现连续稳定 的生产。 但在竖炉内， 由于焦炭过量 ， 在一定温度下 ， 碳含量可达到饱和 ，即竖炉 内铁水含碳量具有不可 控性 ，因此必需首先确定不同铬含量碳饱和铁水的 熔点和理论燃烧温度合适 的铁水含铬量 ，然后在根 据理论燃烧温度所确定的含铬铁水熔点的基础上， 进一步确定渣系的熔点。 在查 阅文献及大量工业实践 的基础上 ，以风 口 理论燃烧温度计算，确定了富氧竖炉冶炼含镍铁水 的主要工艺参数，即出铁温度为 1 4 3 0 ～ 1 5 0 0℃， 终 渣的熔点为 1 5 1 0 1 5 3 0℃， 并结合 自还原砖自身性 质 ， 确定主要 的冶炼工艺 、 技术参数 。 2 ．5 不锈除尘灰生产铬、 镍铁水的主要技术参数 每小时熔化含铁物料 3 5 4 5 t ； 每小时生产铬、 镍铁 水 1 8 ～ 2 3 t ； 富氧率 为 1 2 ％～ 2 0 ％； 人 炉综合 铁 品位 w T F e 4 5 ％一 5 5 ％； 送风 温度 为 6 5 0 7 4 0℃ ； 炉顶压力 为 0 ～一 0 ． 3 k P a ；综合焦 比为 5 1 7 7 1 8 k g ／ t ； w C r l O ％- 1 3 ％， w N i 2 ． 5 ％- 3 ． 5 ％。 2 ．6 不锈除尘灰生产铬、 镍铁水的生产实践 太钢于2 0 1 1 年 1 O 月份开始， 以不锈除尘灰为主 要原料， 配加不锈渣钢等原料， 制定严格的工艺操作制 度， 以高富氧和合理的碱度控制作为冶炼铬、 镍铁水的 突破口， 开始工业化生产。在生产过程中， 逐步解决渣 量大、 炉内负压高、 铁水流动差、 熔炼率低、 耐材侵蚀严 重等问题， 实现了富氧竖炉冶炼铬、 镍铁水的生产。 3 结语 太钢的富氧竖炉法生产铬、镍铁水技术集成新 一 代炼铁技术 ， 以高锌和高硫、 不适合高炉和转炉使 用的含铁废料和渣钢等为原料 ，生产出可直接应用 于不锈钢生产的热态铁水 ，具有 良 好而广阔的推广 应用前景 。 在钢铁企业 的微利时代 ，加快 以钢铁企业产生 副产品为资源循环利用为重点的项 目建设 ，在技术 研究方面， 不断诞生多项除尘灰的利用技术， 逐渐体 现出经济与环保的双重效益，尤其是以不锈除尘灰 为主要原料冶炼铬、 镍铁水的技术开发以及应用， 为 夯实冶金企业建设 “ 冶金行业最具发展前景的资源 循环型企业” 的蓝图奠定坚实的基础。 参考文献 [ 1 ] 范彦军．熔融还原炼铁技术的探讨 [ J ] ． 冶金丛刊， 2 0 0 6 8 2 5 2 6 ． [ 2 ] 周渝生， 沈红标， 曹传根．用钢铁厂含铁废料粉尘冶炼铁水的新 工艺 [ J ] ． 安徽工业大学学报 ， 2 0 0 3 1 3 1 3 3 ． 编辑 胡玉香 Th e Re s e a r c h a n d Pr a c t i c e o f M e t a l l u r g i c a l Du s t Re c y c l e Us e i n TI S CO FAN M e n gh ui S h a n x i T a i g a n g S t a i n l e s s S t e e l Co ． ， L t d ． ， T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 0 3 Ab s t r a c t A b ri e f i n t r o d u c t i o n i s p r e s e n t e d o n t h e r e s e a r c h a n d p r a c ti c e o f c a r b o n s t e e l a n d s t a i n l e s s s t e e l d u s t i n T I S CO b a s e d o n t h e s u mma r y o f r e c y c l e u s e o f me t a l l u r g i c a l d u s t ． T h e r e s e a r c h i s c o n c e n t r a t e d o n t h e p r o d u c ti o n o f C r an d Ni -i ron b e a r i n g h o t me t a l b y o x y g e n r i c h e d s h a f t f u rna c e w i t h s t a i n l e s s s t e e l d u s t a s r a w ma t e r i a 1 ． F i n all y ，i t i s p o i n t e d t h a t the e n t e r p r i s e w o u l d r e a l i z e t r ans i t i o n d e v e l o p me n t an d o p e r a t e e c o n o mi c a l l y a n d e ff i c i e n t l y o n l y b y d i g e s t i n g an d o p t i mi z i n g c u r r e n t t e c h n o l o g y ，d e v e l o p i n g i n n o v a t i v e t e c h n o l o gy o n t h e b a s e o f c o n s i d e r a ti o n o f i t ’ S a d v an t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s ． Ke y wo r d s me t all u r g i c a l d u s t r e c y c l e u s e，o x y g e n r i c h e d s h aft f u rna c e ，s e l f - r e d u c e d b r i c k，Cr a n d Ni ir o n b e a r i n g no h e nme t a l