CN111411238A - 一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境治理及冶金固体废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，包括以下步骤：将不锈钢尘泥和高碳铬铁的原辅料混合后进行冶炼，得到铬、镍、铁合金产品。本发明还提供一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统，包括铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元、不锈钢尘泥预处理单元、配料单元、炉料预加热装置、矿热电炉、烟气净化装置、煤气回收及分配装置和粉尘回收装置。本发明在不增加电炉冶炼设备的前提下，不仅实现了不锈钢尘泥无害化处置的目的，而且还回收了可利用的金属元素，特别是尘泥中镍和铬元素的回收利用节约了生产成本，产生了较好的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理及冶金固体废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法及系统。
背景技术
在不锈钢生产冶炼过程中，由环保除尘设施收集的尘泥主要包括干法布袋除尘器收集的飞灰，以及采用湿法收集的尘泥等废弃物。由于尘泥中存在C6+离子化合物，因此属国家危险废物目录中含铬类别危废。
对这类废弃物，如不进行无害化处置，将会对环境造成严重危害。另一方面，上述废弃物中又含有较高的Ni、Cr、Zn、Fe等金属元素，具有较高的工业利用价值。对这部分冶金废弃物进行资源化利用，即是环境保护的需要，也是社会可持续发展、实现循环经济的需要。
目前，对于上述危废的资源化利用，采用制球焙烧高温预还原无害化处置后，采用专用的回收电炉设备进行冶炼而制取合金产品，仍可获得较好的金属元素回收率，从而实现上述危废资源化利用之目的。
然而，采用这种做法的前提是需投资建设制球焙烧预还原生产线及专用的危废回收熔炼电炉系统。这种做法只适合于大型不锈钢生产企业自身建厂处置或建设危废处置中心。
由于高碳铬铁产品是不锈钢生产所需的主要材料，高碳铬铁产品是由铁合金生产企业采用矿热炉设备将铬矿石经熔剂碳热法冶炼而制得，而不锈钢生产过程中产生的尘泥主要含镍、铬、铁、锌等金属元素，且其中镍、铬、铁元素又是不锈钢必需的成份。同时，矿热炉在生产高碳铬铁时产生的飞灰因含有较高的铬元素，属国家危废目录(代码HW315－002－21)内危废。
近年来，国内随着钢铁行业去产能政策的实施，国内高碳铬铁产能普通过剩，生产高碳铬铁的矿热设备利用率仅60％～70％。因此，在不增加新的投资前提下，利用高碳铬铁生产过剩产能——矿热炉设备，在生产高碳铬铁产品过程中，协同处置不锈钢厂尘泥废弃物及生产高碳铬铁过程中产生的飞灰，具有非常现实的经济效益及社会效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种矿热炉冶炼高碳铬铁协同处置不锈钢尘泥的方法及系统，在无需增加新的电炉冶炼设备的前提下，不仅可实现不锈钢尘泥的资源化利用，同时还可一并处置高碳铬铁生产过程中产生的飞灰废弃物(代码HW315-002-21)，以实现废弃物资源高效利用、环境无二次污染之目的。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，包括以下步骤：将不锈钢尘泥和高碳铬铁的原辅料混合后进行冶炼，得到铬、镍、铁合金产品。
在可选实施例中，具体包括以下步骤：
S1：将不锈钢尘泥依次进行烘干和高温预还原处理后得到尘泥小球；
S2：从尘泥小球、铬矿、辅料和焦炭制成的混合物料中冶炼出铬、镍、铁合金产品。
在可选实施例中，步骤S1具体包括：
S11：将不锈钢尘泥烘干至含水率不大于12％后，加入煤粉或焦粉制成尘泥球；
S12：在800℃～1200℃的温度范围内对所述尘泥球进行焙烧还原作业得到尘泥小球。
在可选实施例中，步骤S2具体包括：
S21：对尘泥小球、铬矿、辅料和焦炭制成的混合物料预加热至400℃～600℃；
S22：对预加热后的混合物料进行冶炼得到铬、镍、铁合金产品、炉渣和烟气，冶炼温度范围为1500℃～1700℃，冶炼周期范围为2.5h～6h。
在可选实施例中，还包括步骤S3：
对铬、镍、铁合金产品依次进行浇注和加工后得到成品，对炉渣进行水碎处理后得到水碎渣，对烟气进行净化作业后得到洁净空气。
在可选实施例中，步骤S3具体包括：
利用烟气的热能分别对不锈钢尘泥进行高温预还原处理以及对混合物料进行预加热；
将烟气净化后得到的危废气体重新与不锈钢尘泥混合用以制得尘泥小球。
在可选实施例中，所述辅料为碴石或硅石。
本发明还提供一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统，包括铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元、不锈钢尘泥预处理单元、配料单元、炉料预加热装置、矿热电炉、烟气净化装置、煤气回收及分配装置、粉尘回收装置和炉渣水碎装置，所述铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元和不锈钢尘泥预处理单元的出料口均与配料单元的进料口连接，所述配料单元的出料口与炉料预加热装置的进料口连接，所述炉料预加热装置的出料口与矿热电炉的进料口连接，所述矿热电炉的烟气排放口与烟气净化装置的进气口连接，所述烟气净化装置的出气口分别与煤气回收及分配装置的进口和粉尘回收装置的进口连接，所述煤气回收及分配装置的出口分别与不锈钢尘泥预处理单元和炉料预加热装置连接，所述粉尘回收装置的出口与不锈钢尘泥预处理单元连接，所述矿热电路的出料口与炉渣水碎装置连接。
在可选实施例中，所述高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统还包括产品浇注及包装装置，所述矿热电路的出料口与产品浇注及包装装置连接。
本发明的有益效果在于：在生产高碳铬铁的同时配入不锈钢尘泥，使不锈钢尘泥与高碳铬铁的原辅料混合后共同冶炼，得到铬、镍、铁合金产品，生产的合金产品除具有原高碳铬铁的铬和铁元素外，还增加了镍、锰等不锈钢冶炼中需配入的元素，不锈钢厂在使用本工艺生产的产品时与使用原高碳铬铁产品比较，可减少镍、锰、铜(200系不锈钢)配入量，相应生产成本更低；生产高碳铬铁协同处置不锈钢尘泥生产工艺，由于不锈钢尘泥属危废，所含的镍、铬、铁等金属元素不用花钱购买，并且针对产废单位还有相应补贴，而生产出产品均按金属元素成份品位计价，因此，资源利用率高，同时也解决了尘泥对环境的污染，综合经济效益和社会效益好。
附图说明
图1为本发明实施例的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统的结构示意图；
标号说明：
1-铬矿原料单元；
2-辅助原料单元；
3-组合还原剂单元；
4-不锈钢尘泥预处理单元；
5-配料单元；
6-炉料预加热装置；
7-矿热电炉；
8-烟气净化装置；
9-煤气回收及分配装置；
10-粉尘回收装置；
11-炉渣水碎装置；
12-产品浇注及包装装置。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，包括以下步骤：将不锈钢尘泥和高碳铬铁的原辅料混合后进行冶炼，得到铬、镍、铁合金产品。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在生产高碳铬铁的同时配入不锈钢尘泥，使不锈钢尘泥与高碳铬铁的原辅料混合后共同冶炼，得到铬、镍、铁合金产品，生产的合金产品除具有原高碳铬铁的铬和铁元素外，还增加了镍、锰等不锈钢冶炼中需配入的元素，不锈钢厂在使用本工艺生产的产品时与使用原高碳铬铁产品比较，可减少镍、锰、铜(200系不锈钢)配入量，相应生产成本更低；生产高碳铬铁协同处置不锈钢尘泥生产工艺，由于不锈钢尘泥属危废，所含的镍、铬、铁等金属元素不用花钱购买，并且针对产废单位还有相应补贴，而生产出产品均按金属元素成份品位计价，因此，资源利用率高，同时也解决了尘泥对环境的污染，综合经济效益和社会效益好。
进一步的，具体包括以下步骤：
S1：将不锈钢尘泥依次进行烘干和高温预还原处理后得到尘泥小球；
S2：从尘泥小球、铬矿、辅料和焦炭制成的混合物料中冶炼出铬、镍、铁合金产品。
由上述描述可知，尘泥搭配比例是根据实际生产镍、铬合金成份及尘泥化学成份组成按照公知的冶金配料进行计算搭配的，尘泥配入量一般为总入炉混合料的10％～70％。
进一步的，步骤S1具体包括：
S11：将不锈钢尘泥烘干至含水率不大于12％后，加入煤粉或焦粉制成尘泥球；
S12：在800℃～1200℃的温度范围内对所述尘泥球进行焙烧还原作业得到尘泥小球。
由上述描述可知，尘泥制球的煤粉或焦粉是根据尘泥金属元素含量配制的，配比为尘泥∶煤粉(或焦粉)＝100∶8～15，其中煤粉含固定碳70％～85％；不锈钢尘泥的水份含量已小于12％时不用烘干，可直接配入煤粉或焦粉制成尘泥球，制好的尘泥球经过焙烧设施高温预还原处理。
进一步的，步骤S2具体包括：
S21：对尘泥小球、铬矿、辅料和焦炭制成的混合物料预加热至400℃～600℃；
S22：对预加热后的混合物料进行冶炼得到铬、镍、铁合金产品、炉渣和烟气，冶炼温度范围为1500℃～1700℃，冶炼周期范围为2.5h～6h。
由上述描述可知，尘泥小球按一定比例与铬矿、辅料、焦炭配制成混合物料，然后将混合物料送入入炉预热装置进行预加热至400℃～600℃，接着装入矿热炉内进行冶炼，每炉冶炼周期根据矿热炉容量大小在2.5小时至6小时的范围内调整，容量大则冶炼周期短，反之容量小则冶炼周期长。
进一步的，还包括步骤S3：
对铬、镍、铁合金产品依次进行浇注和加工后得到成品，对炉渣进行水碎处理后得到水碎渣，对烟气进行净化作业后得到洁净空气。
由上述描述可知，冶炼完的铬、镍、铁合金产品由出铁口放出到铸锭模进行浇注、加工，炉渣则进入水碎单元进行水碎处理后入库，烟气进入净化装置进行净化处理。
进一步的，步骤S3具体包括：
利用烟气的热能分别对不锈钢尘泥进行高温预还原处理以及对混合物料进行预加热；
将烟气净化后得到的危废气体重新与不锈钢尘泥混合用以制得尘泥小球。
由上述描述可知，烟气净化后的一氧化碳气体回收利用用以支持系统的热能供应，布袋除尘灰(危废HW315－002－21)则返回不锈钢尘泥预处理单元与尘泥混合进行制球回收利用。
进一步的，所述辅料为碴石或硅石。
本发明还提供一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统，包括铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元、不锈钢尘泥预处理单元、配料单元、炉料预加热装置、矿热电炉、烟气净化装置、煤气回收及分配装置、粉尘回收装置和炉渣水碎装置，所述铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元和不锈钢尘泥预处理单元的出料口均与配料单元的进料口连接，所述配料单元的出料口与炉料预加热装置的进料口连接，所述炉料预加热装置的出料口与矿热电炉的进料口连接，所述矿热电炉的烟气排放口与烟气净化装置的进气口连接，所述烟气净化装置的出气口分别与煤气回收及分配装置的进口和粉尘回收装置的进口连接，所述煤气回收及分配装置的出口分别与不锈钢尘泥预处理单元和炉料预加热装置连接，所述粉尘回收装置的出口与不锈钢尘泥预处理单元连接，所述矿热电路的出料口与炉渣水碎装置连接。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：上述铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元、烟气净化装置、煤气回收及分配装置、粉尘回收装置和炉渣水碎装置，均采用原有矿热炉冶炼高碳铬铁相应的原料、还原剂设施以及废气处理设施，不锈钢尘泥预处理单元及炉料预热装置也可采用现有的高温无害化预处理设备，以满足尘泥的配料、混料，制球烘干、高温预还原，炉料预热装置是将矿热炉自身产生的煤气经过烟气净化装置、煤气回收及分配装置后循环利用，对铬矿石及经预还原后的不锈钢尘泥、辅助原料、组合还原剂等送入配料单元进行配料，然后对混合料进行预加热，最终送入矿热炉内冶炼，这样在保证二者协同处理效果的同时，实现了降低电耗之目的。
进一步的，所述高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统还包括产品浇注及包装装置，所述矿热电路的出料口与产品浇注及包装装置连接。
由上述描述可知，上述产品浇注及包装装置为高碳铬铁生产系统中的现有设备，无需额外增加设施，有利于节约成本。
以下实施例所用的试剂及仪器如无特别说明，则均为市售产品。
请参照图1，本发明的实施例一为：将不锈钢尘泥烘干至含水率不大于12％后，加入粉煤或焦粉制成尘泥球；在800℃～1200℃的温度范围内对所述尘泥球进行焙烧还原作业得到尘泥小球。对尘泥小球、铬矿、辅料和焦炭制成的混合物料预加热至400℃～600℃；对预加热后的混合物料进行冶炼得到铬、镍、铁合金产品、炉渣和烟气，冶炼温度范围为1500℃～1700℃，冶炼周期范围为2.5h～6h。对铬、镍、铁合金产品依次进行浇注和加工后得到成品，对炉渣进行水碎处理后得到水碎渣，对烟气进行净化作业后得到洁净空气，利用烟气的热能分别对不锈钢尘泥进行高温预还原处理以及对混合物料进行预加热；
将烟气净化后得到的危废气体重新与不锈钢尘泥混合用以制得尘泥小球。
请参照图1，本发明的实施例二：一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统，包括铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元、不锈钢尘泥预处理单元、配料单元、炉料预加热装置、矿热电炉、烟气净化装置、煤气回收及分配装置、粉尘回收装置和炉渣水碎装置，所述铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元和不锈钢尘泥预处理单元的出料口均与配料单元的进料口连接，所述配料单元的出料口与炉料预加热装置的进料口连接，所述炉料预加热装置的出料口与矿热电炉的进料口连接，所述矿热电炉的烟气排放口与烟气净化装置的进气口连接，所述烟气净化装置的出气口分别与煤气回收及分配装置的进口和粉尘回收装置的进口连接，所述煤气回收及分配装置的出口分别与不锈钢尘泥预处理单元和炉料预加热装置连接，所述粉尘回收装置的出口与不锈钢尘泥预处理单元连接，所述矿热电路的出料口与炉渣水碎装置连接。所述高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统还包括产品浇注及包装装置，所述矿热电路的出料口与产品浇注及包装装置连接。
本发明的实施例三为：
请参照表1，本实施例使用的200系不锈钢尘泥的化学成份(经高温预还原处理后的化学成分分析)如下：
表1
请参照表2，本实施例使用高碳铬铁生产原辅材料化学成份如下：
表2
请参照表3，本实施例生产的镍铬合金产品质量标准如下：
表3
根据上述合金产品质量控制标准要求、200系不锈钢尘泥化学成份、高碳铬铁生产用原辅材料化学成分，经冶金配料计算得出本实施例的工艺配比为：尘泥∶铬矿∶硅石∶焦炭＝30∶70∶5.7∶17.7。
请参照表4，为本实施例处置1000吨尘泥的配料单：
表4
请参照表5，为本实施例生产的产品化学成份：
表5
本实施例中的配料计算及配料单均通过干基计算，金属元素回收率为：Cr＝95％，Fe＝98％。
本实施例所使用电炉设备为12500KVA常规高碳铬铁生产用矿热炉。
本实施例处置1000吨200系尘泥，可获得表5成份的高碳铬铁产品1799吨。
本实施例的具体操作步骤为：
(1)将1000吨(干基量)表1所示的200系例不锈钢尘泥配入12％无烟煤(固定碳76％、灰份16％，挥发份8％)进行制球；
(2)将制好的尘泥矿球送入竖炉进行高温预还原焙烧，焙烧温度控制在900℃～1200℃内；
(3)将焙烧好水球送入尘泥料仓备用；
(4)将焙烧好尘泥小球，铬矿石，硅石、焦丁按配料单设置，经PLC电脑配料机配制为混合入炉料；
(5)将入炉混合料经炉顶加热器加至400℃左右经下料管送入矿热炉内进行冶炼；
(6)通过调节矿热炉电极下插炉料深度及用电负荷控制冶炼温度，冶炼温度1300℃～1700℃)，冶炼周期3.5小时；
(7)出铁浇注产品及精整入库，炉渣水碎。
本发明的实施例四为：
本实施例使用矿热炉设备、冶炼处置系统、铬矿、硅石、焦丁等原辅材料与实施例三相同。
请参照表6，本实施例使用的300系不锈钢尘泥的化学成份(经高温预还原处理后的化学成分分析)如下：
表6
请参照表7，为本实施例生产的产品化学成份：
表7
根据上表及实施例三的高碳铬铁生产原辅材料化学成份表，经冶金配料计算，本实施例的配料单如下表8：
表8
本实施例的操作步骤与实施例三相同，最终实际生产出的产品质量如下表9：
表9
同理，400系、500系不锈钢尘泥废弃物，以及其它相应的含铬、镍、锰等金属元素废弃物，同样可应用上述实施例的处置手段，在不增加电炉冶炼设备的前提下，不仅实现了不锈钢尘泥无害化处置的目的，而且还回收了可利用的金属元素，特别是尘泥中镍和铬元素的回收利用节约了生产成本，产生了较好的社会效益和经济效益。
综上所述，本发明的有益效果在于：1)充分利用了生产高碳铬铁过剩的产能设备，在无需增加电炉系统设备的投资下即可实现不锈钢尘泥废弃物的资源化利用；2)本发明中不锈钢尘泥预处理单元不仅能处置不锈钢尘泥危废，还可处置利用原矿热炉生产高碳铬铁过程中产生的集尘灰(代码HW315－002－21)危废，使原矿热炉生产高碳铬铁系统更环保，资源得到了更高效的利用；3)生产的镍铬合金产品，除具有原高碳铬铁的铬和铁元素外，还增加了镍、锰等不锈钢冶炼中需配入的元素，不锈钢厂在使用本工艺生产的产品时与使用原高碳铬铁产品比较，可减少镍、锰、铜(200系不锈钢)配入量，相应生产成本更低；4)矿热炉生产高碳铬铁协同处置不锈钢尘泥生产工艺，由于不锈钢尘泥属危废，所含的镍、铬、铁等金属元素不用花钱购买，并且针对产废单位还有相应补贴，而生产出产品均按金属元素成份品位计价，因此，资源利用率高，同时也解决了尘泥对环境的污染，综合经济效益和社会效益好。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：将不锈钢尘泥和高碳铬铁的原辅料混合后进行冶炼，得到铬、镍、铁合金产品。
2.根据权利要求1所述的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：将不锈钢尘泥依次进行烘干和高温预还原处理后得到尘泥小球；
S2：从尘泥小球、铬矿、辅料和焦炭制成的混合物料中冶炼出铬、镍、铁合金产品。
3.根据权利要求1所述的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
S11：将不锈钢尘泥烘干至含水率不大于12％后，加入煤粉或焦粉制成尘泥球；
S12：在800℃～1200℃的温度范围内对所述尘泥球进行焙烧还原作业得到尘泥小球。
4.根据权利要求2所述的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
S21：对尘泥小球、铬矿、辅料和焦炭制成的混合物料预加热至400℃～600℃；
S22：对预加热后的混合物料进行冶炼得到铬、镍、铁合金产品、炉渣和烟气，冶炼温度范围为1500℃～1700℃，冶炼周期范围为2.5h～6h。
5.根据权利要求4所述的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，其特征在于，还包括步骤S3：
对铬、镍、铁合金产品依次进行浇注和加工后得到成品，对炉渣进行水碎处理后得到水碎渣，对烟气进行净化作业后得到洁净空气。
6.根据权利要求5所述的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
利用烟气的热能分别对不锈钢尘泥进行高温预还原处理以及对混合物料进行预加热；
将烟气净化后得到的危废气体重新与不锈钢尘泥混合用以制得尘泥小球。
7.根据权利要求2所述的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的方法，其特征在于，
所述辅料为碴石或硅石。
8.一种高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统，其特征在于，包括铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元、不锈钢尘泥预处理单元、配料单元、炉料预加热装置、矿热电炉、烟气净化装置、煤气回收及分配装置、粉尘回收装置和炉渣水碎装置，所述铬矿原料单元、辅助原料单元、组合还原剂单元和不锈钢尘泥预处理单元的出料口均与配料单元的进料口连接，所述配料单元的出料口与炉料预加热装置的进料口连接，所述炉料预加热装置的出料口与矿热电炉的进料口连接，所述矿热电炉的烟气排放口与烟气净化装置的进气口连接，所述烟气净化装置的出气口分别与煤气回收及分配装置的进口和粉尘回收装置的进口连接，所述煤气回收及分配装置的出口分别与不锈钢尘泥预处理单元和炉料预加热装置连接，所述粉尘回收装置的出口与不锈钢尘泥预处理单元连接，所述矿热电路的出料口与炉渣水碎装置连接。
9.根据权利要求8所述的高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统，其特征在于，所述高碳铬铁冶炼协同处置不锈钢尘泥的系统还包括产品浇注及包装装置，所述矿热电路的出料口与产品浇注及包装装置连接。
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