CN105219954A - 一种不锈钢除尘灰的回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不锈钢除尘灰的回收利用方法，该方法包括：在不锈钢除尘灰中加入5-10wt％的粘结剂及1-15wt％的还原剂混匀成混合料；将上述混合料在造球机中造成除尘灰球，造球过程喷洒5-15％的水量；不锈钢钢除尘灰球团的颗粒度为20～50mm；将球团在70-180℃干燥；转炉冶炼含铬镍钢种时，除尘灰球与废钢作为炼钢冷却剂加入到转炉；除尘灰球加入量为装炉量的1～5％；转炉出钢。本发明不增加和改变现有设备，仅对除尘灰进行简单加工处理后，按一定的比例和废钢一起加入转炉作为炼钢冷却剂。不影响原有炼钢工艺及钢水质量，还可以回收粉尘中的铬和镍、且不影响炼钢工艺。

Description

一种不锈钢除尘灰的回收利用方法

技术领域

本发明涉及除尘灰利用领域，具体设计一种不锈钢除尘灰的回收利用方法。

背景技术

不锈钢广泛应用于国防、工业生产和日常生活，需求量日益上升，我国不锈钢生产能力已突破1000万吨，成为世界不锈钢生产的第一大国。但不锈钢的生产中要产生5％的粉尘，比如钢铁企业的不锈钢粉尘灰的年产生量达几万吨。不锈钢粉尘灰的处理已成为钢铁行业所面临的世界性难题之一。由此带来环境污染、资源损耗大、能耗高等问题。

到目前为止，国外已经出现或正在使用的不锈钢粉尘回收利用方法包括Inmetco法、Fastmet法、竖炉法、电炉法等。国内在不锈钢除尘灰的回收处理方面研究的较晚，与国外相比差距较大，尚未开发出一种成熟的工艺，至今也没有一个专门用于不锈钢除尘灰回收处理的商业化工厂。目前国内主要采用电炉法(包括矿热炉法)、转底炉法、竖炉法等方法回收利用，其回收利用的成本和回收率各有不同。一些钢铁企业曾尝试用电炉从不锈钢粉尘中提炼回收合金的方法，但部分金属的回收率出现了较大的波动。后来也试验过矿热炉和隧道窑两种工艺，前者为熔融还原，终产品是铁合金，后者是直接还原，终产品是金属化球团，但效果均不理想。

发明内容

因此，基于上述现状，本发明要解决的技术问题是提供一种利用现有转炉炼钢过程进行不锈钢除尘灰回收利用的方法。

本发明的技术方案是，一种不锈钢除尘灰的回收利用方法，该方法包括：

a、制备不锈钢除尘灰混合料

在不锈钢除尘灰中加入5-10wt％的粘结剂及1-15wt％的还原剂混匀成混合料；粘结剂和还原剂的百分比是指占不锈钢除尘灰的百分比。

b、造球

将上述混合料在造球机中造成除尘灰球，造球过程喷洒5-15％的水量；不锈钢钢除尘灰球团的颗粒度为20～50mm；

c、干燥球团

将球团在70-180℃干燥；

d、转炉冶炼

转炉冶炼含铬镍钢种时，除尘灰球与废钢作为炼钢冷却剂加入到转炉；除尘灰球加入量为装炉量的1～5％；

e、转炉出钢

当转炉冶炼钢水的成分达到终点条件时转炉出钢。

本发明的技术原理是：不锈钢除尘灰中含有大量的Fe元素，一定量的Cr和Ni元素。这三种元素几乎都是以氧化物形式存在，其中Cr和Ni主要以尖晶石(FeCr₂O₄、Fe₂NiO₄等)形式存在。还原回收时，这些复杂氧化物先受热分解为简单氧化物，再与C或CO发生还原反应。在转炉中加入除尘灰，除尘灰中的有价元素与球团中的C及钢水中的C、Si主要发生如下反应：

FeCr₂O₄(s)+C(s)＝Cr₂O₃(s)+Fe+COΔG^θ＝214874-164.42TJ/mol(T_转＝1307K)

Cr₂O₃(s)+3C(s)＝2Cr(s)+3COΔG^θ＝786734-513.63TJ/mol(T_转＝1533K)

(Cr₂O₃)+3[C]＝2[Cr]+3COΔG^θ＝737670-471.57TJ/mol(T_转＝1564K)

$\frac{2}{3}{\mathrm{Cr}}_2{O}_3\left(s\right)+\left[\mathrm{Si}\right]=\frac{4}{3}\left[\mathrm{Cr}\right]+\mathrm{Si}{O}_2\left(s\right)$ ΔG^θ＝-205656+30.5T(J/mol)

Fe₂NiO₄+3C(s)＝NiO+2Fe+3CO(g)ΔG^θ＝506780-530.15TJ/mol(T_转＝956K)

NiO(s)+C(s)＝Ni(s)+COΔG^θ＝127417-179.62TJ/mol(T_转＝709K)

(NiO)+[C]＝[Ni]+COΔG^θ＝139623-181.11TJ/mol(T_转＝771K)

2NiO(s)+[Si]＝SiO₂(s)+2[Ni]ΔG^θ＝-217271+10.99TJ/mol

只要满足温度T≥1290℃，上述几个反应的ΔG^θ≤0，从热力学的角度讲，上述几个反应都能够进行；即使温度低于1290℃，钢液中的[Si]等也能促使Cr₂O₃与C一起反应。一般转炉铁水温度大于1250℃。因此，在转炉内加入除尘灰回收铬镍原理上可行。此外，转炉内动力学条件良好，亦利于除尘灰有价元素的还原回收。

将不锈钢除尘灰造球、干燥，粒度参照转炉炼钢加入的冷却剂(烧结矿、球团或氧化铁皮)粒度大小；典型除尘灰造球成分如表1所示。

表1除尘灰球成分

注：不锈钢除尘灰球团的颗粒度：20～50mm。(≤5mm颗粒≤10％)；

根据本发明的不锈钢除尘灰的回收利用方法，优选的是，步骤c所述干燥时间为6-10小时。

进一步地，所述粘结剂选自糖蜜、建筑胶水、有机胶水、粘土中的一种。

其中，所述还原剂为含C或Si的还原剂。进一步地，所述还原剂选自石墨粉、焦粉、煤粉、硅粉、碳化硅中的一种或两种。

根据本发明的不锈钢除尘灰的回收利用方法，优选的是，步骤d中，所述除尘灰球与废钢在冶炼装料或冶炼时加入。

步骤d所述不锈钢除尘灰球含水量≤2％。

本发明的有益效果是：

本发明不增加和改变现有设备，仅对除尘灰进行简单加工处理后，按一定的比例和废钢一起加入转炉作为炼钢冷却剂。因为比例较小，不会影响原有炼钢工艺及钢水质量。因此，本发明达到了回收粉尘中的铬和镍、且不影响炼钢工艺的目的。

1)在含铬镍的碳钢转炉冶炼过程中，可高效回收不锈钢除尘灰，除尘灰中铬和镍的回收率可达60％以上；

2)在转炉冶炼过程中使用不锈钢除尘灰球对炼钢生产无不良影响；

3)扩大使用不锈钢除尘灰可大幅度降低冶炼原料成本。

4)根据碳钢回收除尘灰球的试验收益效果，根据不锈钢电炉的生产特点，可将此方法推广到不锈钢电炉生产过程。

具体实施方式

实施例1

针对某钢厂150吨转炉，选用钢种B480，应用以下技术方案回收不锈钢除尘。

a、制备不锈钢除尘灰混合料

在不锈钢除尘灰中加入占除尘灰重量比5％的糖蜜及占除尘灰重量比2％的石墨粉混匀成混合料；

b、造球

将上述混合料在造球机中造成除尘灰球，造球过程喷洒10％％的水量；不锈钢钢除尘灰球团的颗粒度为20mm；

c、干燥球团

将球团在70-80℃干燥，干燥8小时；

d、转炉冶炼

转炉冶炼含铬镍钢种时，除尘灰球与废钢作为炼钢冷却剂加入到转炉；除尘灰球加入量为2吨；

e、转炉出钢

当转炉冶炼钢水的成分达到终点条件时转炉出钢。

实施方案如下：

1)试验钢种：用于B480钢种中的含铬镍成分的出钢记号；

2)本次试验选用300系除尘灰球；即生产300系不锈钢时回收的除尘灰造的球。

3)拟每炉定量吊装一定量除尘灰球，与废钢共同加入转炉内；

4)分析终点钢水成分。其他工艺参数参见表2、表3。

实施例2

粘结剂为建筑胶水，加入量占除尘灰重量8％，还原剂为焦粉，占除尘灰重量5％；不锈钢钢除尘灰球团的颗粒度为40mm，球团干燥温度为100-110℃，干燥时间为10小时。每炉装3吨除尘灰。其他同实施例1.其他工艺参数参见表2、表3。

实施例3

粘结剂为有机胶水，加入量占除尘灰重量10％，还原剂为炭粉，占除尘灰重量8％；不锈钢钢除尘灰球团的颗粒度为50mm，球团干燥温度为120-130℃，干燥时间为6小时。每炉装3.5吨除尘灰。其他同实施例1.其他工艺参数参见表2、表3。

实施例4

粘结剂为建筑胶水，加入量占除尘灰重量8％，还原剂为硅粉，占除尘灰种类5％；不锈钢钢除尘灰球团的颗粒度为40mm，球团干燥温度为160-170℃，干燥时间为9小时。每炉装4.5吨除尘灰。其他同实施例1。其他工艺参数参见表2、表3。

对比例5-7

未加入除尘灰球，其他工艺参数见表2、表3.

使用情况：(以下表格中的试验炉次1-4即指实施例1-4，试验炉次5-7即指对比例5-7)

●进行除尘灰球使用的4炉钢种成分全部合格；

●加入灰球炉次在冶炼过程中与未加灰球的炉次相比无明显差别；

●吹炼过程平稳无烟气污染现象；

●加灰球炉次钢水硫没有增加，本次试验炉次钢水硫含量都达标；

●加2吨除尘灰球后对钢中硫的控制无不良影响。

钢水试验炉次的金属料装入量和转炉炉产量及收得率情况见表2。

表2试验炉次的入炉总料量和转炉炉产量及产出率情况表

注：“1～4“试验炉次为加灰球炉次，“5～7”号为不加灰球炉次；

入炉总料量＝铁水量+废钢量+灰球量+转炉合金加入量。

从表2的数据中可以看出加入灰球炉次废钢平均减少1.98吨/炉，

加入不锈钢除尘灰球对钢中增铬镍的情况见下表3。

表3不锈钢除尘灰球对钢中增铬镍情况表

注：*1铬铁合金中铬按100％回收的计算值；*2镍铜合金中镍按100％回收的计算值。

表3所示加球炉次转炉吹炼终点的平均残铬量为0.13％，相应的对比炉次的平均残铬量在0.03％，加球的增铬量为0.10％，根据表三的不加除尘灰球的序号为7的对比数据推算铬铁合金的铬回收率在96％，按铬回收率在96％计算加除尘灰的增铬量为0.085％。以灰球增铬量为0.085％进行计算2吨灰球铬的回收率为65.4％。从表中的序号为2炉次与序号为5炉次的对比我们可以看出同样的钢水铬含量，铬铁的加入量减少了206kg。

表3所示加球炉次转炉吹炼终点的残镍量为0.02％，相应的加入的镍铜合金平均增镍0.053％，不加灰球的相应炉次加入的镍铜合金平均增镍0.057％，实际的钢水中平均含镍量0.063％推测出，钢水的残镍量0.0006％，以此推算出加入灰球使钢水增镍0.014％。以灰球增镍量为0.014％进行计算灰球镍的回收率为66.3％。从本次试验的数据看，加灰球的炉次平均含镍0.073％，不加灰球炉次的平均含镍0.063％，如果按对比炉次的镍含量进行控制，加灰球炉次的镍合金还有进一步减少约89.43公斤镍铜，折合少加镍17.895kg。从表3中终点铬和终点镍的含量来看，实施例1-4的终点铬和终点镍含量明显高于没有加入除尘灰球的对比例5-7，可见用除尘灰球冶炼含铬镍成分钢可以有效回收利用除尘灰中的铬、镍成分。

本发明将不锈钢除尘灰制成冷灰球，以一定的比例与废钢一起加入到转炉内作为炼钢冷却剂，同时将除尘灰球中的铬和镍还原回收至钢水中。利用现有设备，不改变工艺，并保证转炉钢种成分、无烟气污染的前提下，实现不锈钢除尘灰的高效回收，降低生产成本。

Claims (7)

1.一种不锈钢除尘灰的回收利用方法，其特征在于：该方法包括：

a、制备不锈钢除尘灰混合料

在不锈钢除尘灰中加入5-10wt％的粘结剂及1-15wt％的还原剂混匀成混合料；

b、造球

将上述混合料在造球机中造成除尘灰球，造球过程喷洒5-15％的水量；不锈钢钢除尘灰球团的颗粒度为20～50mm；

c、干燥球团

将球团在70-180℃干燥；

d、转炉冶炼

转炉冶炼含铬镍钢种时，除尘灰球与废钢作为炼钢冷却剂加入到转炉；除尘灰球加入量为装炉量的1～5％；

e、转炉出钢

当转炉冶炼钢水的成分达到终点条件时转炉出钢。

2.根据权利要求1所述的不锈钢除尘灰的回收利用方法，其特征在于，步骤c所述干燥时间为6-10小时。

3.根据权利要求1所述的不锈钢除尘灰的回收利用方法，其特征在于，所述粘结剂选自糖蜜、建筑胶水、有机胶水、粘土中的一种。

4.根据权利要求1所述的不锈钢除尘灰的回收利用方法，其特征在于，所述还原剂为含C或Si的还原剂。

5.根据权利要求4所述的不锈钢除尘灰的回收利用方法，其特征在于，所述还原剂选自石墨粉、焦粉、煤粉、硅粉、碳化硅中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的不锈钢除尘灰的回收利用方法，其特征在于，步骤d中，所述除尘灰球与废钢在冶炼装料或冶炼时加入。

7.根据权利要求1所述的不锈钢除尘灰的回收利用方法，其特征在于，步骤d所述不锈钢除尘灰球含水量≤2％。