CN113584253A - 一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法 - Google Patents

一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，包括进入LF钢包炉精炼前，调整钢水成分中碳含量和钢水氧含量；钢水进入钢包精炼炉后，调整底吹氩，加入渣料；第一次升温调整底吹氩，加不锈钢除尘灰压块加硅铁；第二次升温调整底吹氩，加入渣料，调整成分至目标。通过调整控制精炼过程不同阶段底吹流量，可使充分增加钢渣之间的接触面积，增加精炼过程渣洗效果，为渣中还原出来的金属铬向钢液中扩散提供良好的动力学条件，使得熔渣中已经被还原的Cr更易向钢中扩散，从而提高Cr冶炼过程收得率。

Description

一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法。
背景技术
不锈钢除尘灰是在不锈钢冶炼过程中由各种除尘设备收集而来的混合物，它主要含有Cr、Fe等金属氧化物，特别是Cr6+离子由于毒性很大，浸入水体后会对周围的动植物产生严重的破坏作用被划归为危险废弃物，如不经无害化处理直接排放会造成严重的环境污染，且其中所含的贵重金属也得不到回收利用，造成资源的浪费。目前主要采取转底炉、高炉、烧结机、矿热炉等设备来处理不锈钢除尘灰。上述处理工艺都可降低除尘灰的生物毒性，还原回收除尘灰中的有价金属，但存在回收系统复杂，生产工艺流程长，处理成本高、能耗高，利用过程金属回收效率低等问题。
LF钢包精炼炉(Ladle refining furnace)是指炼钢过程中使用的兼具加热和精炼功能的设备。在LF钢包炉精炼过程中石墨电极会产生2000-2500℃的高温电弧和还原性的气氛，可以将渣料迅速融化、成渣并使溶解在渣中的氧化性物质被还原。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，以解决上述问题。
在高碳钢精炼过程中将不锈钢除尘灰压块加入钢包炉内，利用精炼过程中炉内电极电弧2000-2500℃的高温和金属性较强的元素可将不锈钢除尘灰中的Cr6+还原，还原过程方程式如下：
3[Si]+2(Cr2O3)=3（SiO2）+4[Cr]
3[C]+(Cr2O3)=3CO+2[Cr]
3[Mn]+(Cr2O3)=3（MnO）+2[Cr]
通过上述反应可将除尘灰中Cr6+还原成[Cr]进入钢水中，消除其生物毒性，增加钢水中Cr含量，节约精炼过程中铬铁合金的使用量。
由于高碳钢钢水中碳含量高，钢水中氧化性低，可在较短时间内形成还原性的熔渣，为熔渣中Cr6+在短时内被还原创造了良好的还原条件，通过精炼过程中配加还原性的物料如碳粉、硅铁等，可以进一步增强炉渣的还原性，使渣中Cr6+还原倾向增加，还原反应更加容易进行，还原的更加充分。控制炉渣还原性反应方程式如下：
[C]+（MnO）=（CO）+[Mn]
[C]+（FeO）=（CO）+[Fe]
[Si]+2（MnO）=（SiO2）+2[Mn]
[Si]+2（FeO）=（SiO2）+2[Fe]
通过控制精炼过程炉渣碱度为3-5的范围内，减少熔渣中SiO2的活性，可使Si脱氧的反应进行的更加彻底，进一步保证整个精炼过程熔渣的还原性可在较长的时间内维持。
通过调整控制精炼过程不同阶段底吹流量，可使充分增加钢渣之间的接触面积，增加精炼过程渣洗效果，为渣中还原出来的金属铬向钢液中扩散提供良好的动力学条件，使得熔渣中已经被还原的Cr更易向钢中扩散，从而提高Cr冶炼过程收得率。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，包括如下步骤：
步骤一、在进入LF钢包炉精炼前，调整钢水成分中碳含量为0.60-1.00%，钢水氧含量＜25ppm；
步骤二、钢水进入钢包精炼炉后，调整底吹氩30-40m3/h，加入第一批造渣用的渣料；
步骤三、在第一次升温过程中，调整底吹氩20-30m3/h，分批次将不锈钢除尘灰压块加入钢包炉内，同时分次向渣面加入硅铁，不锈钢除尘灰用量为2-4kg/t，硅铁用量为0.2-0.5kg/t；
步骤四、在第二次升温过程中，调整底吹氩10-20m3/h，分批加入第二批的渣料，升温结束后测温、取样，调整成分至目标。
为了进一步实现本发明，步骤二至四的精炼周期为30-60min。
为了进一步实现本发明，步骤三和步骤四中所述升温的时间为20-30min。
为了进一步实现本发明，步骤二和步骤四中所述渣料包括活性石灰、精炼渣和萤石。
为了进一步实现本发明，步骤二中所述渣料包括活性石灰3-5kg/t、精炼渣1.0-1.5kg/t和萤石2-4kg/t；
为了进一步实现本发明，步骤四中所述渣料包括活性石灰1-3kg/t、精炼渣0.5-1.0kg/t和萤石1-2kg/t；
为了进一步实现本发明，步骤三中所述不锈钢除尘灰压块的大小为50×50×30mm，由以下重量百分比的化学成分组成：CaO10-15%，SiO2 4-12%，TFe30-35%，TCr10-15%，TNi0.5-1.5%，MnO2-5%，MgO2-5%，其余为其他氧化物。
为了进一步实现本发明，步骤三中所述硅铁为小粒硅铁。
本发明相较于现有技术的有益效果为：
本发明提出的一种LF炉短流程、资源化利用不锈钢除尘灰的方法，在钢包炉精炼过程中将压块后不锈钢除尘灰加入钢包内，利用钢包炉内良好的动力学条件和炉内电极电弧2000-2500℃的高温还原性气氛及高碳钢易快速形成还原性熔渣的特点，可在30-60min内将不锈钢除尘灰中的Cr6+充分还原到成品钢水中，避免转炉冶炼过程中氧化引起有价金属二次氧化回收率低的问题，铬元素的回收率高达90-95%。值得特别提出的是，这种还原工艺只需在精炼造渣过程中将不锈钢除尘灰压块加入钢包炉内，伴随钢水的精炼过程便可将不锈钢除尘灰中的有价金属还原，过程不需要新增专门的还原设备和提供大量的能耗，简化了不锈钢除尘灰还原流程，降低了还原成本，实现了除尘灰中有价金属的短流程、低能耗还原，实现了钢水中的含铬量的增加，减少了含铬钢高碳钢生产过程的铬合金使用量。通过这种方法可以在含铬高碳钢生产过程中大量利用含铬不锈钢除尘灰，消除不锈钢除尘灰中Cr6+的生物毒性，降低不锈钢除尘灰的存量，减少不锈钢除尘灰大量堆存占用土地、及其对大气、水的污染风险，产生良好的环境效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，包括如下步骤：
步骤一、在进入LF钢包炉精炼前，调整钢水成分中碳含量为0.60-1.00%，钢水氧含量＜25ppm；
步骤二、钢水进入钢包精炼炉后，调整底吹氩30-40m3/h，加入第一批造渣用的渣料，渣料包括活性石灰3-5kg/t、精炼渣1.0-1.5kg/t和萤石2-4kg/t；
步骤三、在第一次升温过程中，调整底吹氩20-30m3/h，分批次将不锈钢除尘灰压块加入钢包炉内，不锈钢除尘灰压块的大小为50×50×30mm，由以下重量百分比的化学成分组成：CaO10-15%，SiO2 4-12%，TFe30-35%，TCr10-15%，TNi0.5-1.5%，MnO2-5%，MgO2-5%，其余为其他氧化物，同时分次向渣面加入硅铁，不锈钢除尘灰用量为2-4kg/t，硅铁用量为0.2-0.5kg/t；
步骤四、在第二次升温过程中，调整底吹氩10-20m3/h，分批加入第二批的渣料，渣料包括活性石灰1-3kg/t、精炼渣0.5-1.0kg/t和萤石1-2kg/t，升温结束后测温、取样，调整成分至目标。
精炼周期为30-60min。
步骤三和步骤四中所述升温的时间为20-30min。
硅铁为小粒硅铁。
实施例1：
一种LF炉资源化利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢方法，不锈钢除尘灰压块大小为50×50×30mm，其化学成分为CaO：10-15%（wt），SiO2：4-12%（wt），TFe：30-35%（wt），TCr：10-15%（wt），TNi：0.5-1.5%（wt），MnO：2-5%（wt），MgO：2-5%（wt）以及极少量其他氧化物。采用实验炉号20210987，LF钢包炉精炼周期为58min，升温时间27min。
步骤1：在进入精炼环节前对钢水进行处理，保持钢水中碳含量为0.75%，钢水氧含量20ppm。
步骤2：钢水进站后，调整底吹氩40m3/h，加入第一批造渣用的活性石灰5kg/t和精炼渣1kg/t，萤石2kg/t。
步骤3：在第一次升温过程中，调整底吹氩30m3/h，将不锈钢除尘灰压块按2kg/t分3批加入钢包炉内，为增强回收效果同时分3次向渣面加入0.3kg/t，粒径为0-3mm的小粒硅铁。
步骤4：在第二次升温过程中，调整底吹氩20m3/h，分批加入剩余的活性石灰3kg/t和精炼渣1kg/t，萤石1.6kg/t，升温温结束后测温、取样，调整成分至目标。
钢包炉精炼过程结束后，钢渣中的成分含量见下表1：
表1 20210987钢渣中的化学成分（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE002
加入含铬除尘灰的钢水中，Cr的回收率为92%，钢水中增加含Cr量0.02%，节约铬铁合金0.4kg/t，随后对炉渣进行浸出毒性实验，实验结果显示钢渣中的Cr6+含量符合一般固废的要求。
实施例2：
一种LF炉资源化利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢方法，不锈钢除尘灰压块大小为50×50×30mm，其化学成分为CaO：10-15%（wt），SiO2：4-12%（wt），TFe：30-35%（wt），TCr：10-15%（wt），TNi：0.5-1.5%（wt），MnO：2-5%（wt），MgO：2-5%（wt）以及极少量其他氧化物。采用实验钢炉号20311765，LF钢包炉精炼周期为55min，升温时间25min。
步骤1：在进入精炼环节前对钢水进行处理，保持钢水中碳含量为0.78%，钢水氧含量18ppm。
步骤2：钢水进站后，调整底吹氩30m3/h，加入第一批造渣用的活性石灰4.4kg/t、精炼渣1.2kg/t和萤石2.4kg/t。
步骤3：在第一次升温过程中，调整底吹氩20m3/h，将不锈钢除尘灰压块4kg/t分3批加入钢包炉内，为增强回收效果同时分3次向渣面加入0.34kg/t，粒径为0-3mm的小粒硅铁。
步骤4：在第二次升温过程中，调整底吹氩10m3/h，分批加入剩余的活性石灰3kg/t和精炼渣0.8kg/t，萤石1.4kg/t，升温温结束后测温、取样，调整成分至目标。
钢包炉精炼过程结束后，钢渣中的成分含量见下表2：
表2 20311765炉次钢渣中的化学成分（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE004
加入含铬除尘灰的钢水中，Cr的回收率为90%，钢水中增加含Cr量0.03%，节约铬铁合金0.5kg/t，随后对炉渣进行浸出毒性实验，实验结果显示钢渣中的Cr6+含量符合一般固废的要求。
实施例3：
一种LF炉资源化利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢方法，不锈钢除尘灰压块大小为50×50×30mm，其化学成分为CaO：10-15%（wt），SiO2：4-12%（wt），TFe：30-35%（wt），TCr：10-15%（wt），TNi：0.5-1.5%（wt），MnO：2-5%（wt），MgO：2-5%（wt）以及极少量其他氧化物。采用实验钢种为82B，炉号20311767，LF钢包炉精炼周期为58min，升温时间26min。
步骤1：在进入精炼环节前对钢水进行处理，保持钢水中碳含量为0.78%，钢水氧含量23ppm。
步骤2：钢水进站后，调整底吹氩40m3/h，加入第一批造渣用的活性石灰5kg/t和精炼渣1.4kg/t，萤石2kg/t。
步骤3：在第一次升温过程中，调整底吹氩20m3/h，分批次将不锈钢除尘灰压块2.6kg/t分3批加入钢包炉内，为增强回收效果同时向渣面加入0.36kg/t，粒径为0-3mm的小粒硅铁。
步骤4：在第二次升温过程中，调整底吹氩13m3/h，分批加入剩余的活性石灰1kg/t和精炼渣0.5kg/t，萤石1.2kg/t，升温温结束后测温、取样，调整成分至目标。
钢包炉精炼过程结束后，钢渣中的成分含量见下表3：
表3 20311767炉次钢渣中的化学成分（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE006
加入含铬除尘灰的钢水中，Cr的回收率为92%，钢水中增加含Cr量0.03%，节约铬铁合金0.5kg/t，随后对炉渣进行浸出毒性实验，结果显示钢渣中的Cr6+含量符合一般固废的要求。
实施例4：
一种LF炉资源化利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢方法，不锈钢除尘灰压块大小为50×50×30mm，其化学成分为CaO：10-15%（wt），SiO2：4-12%（wt），TFe：30-35%（wt），TCr：10-15%（wt），TNi：0.5-1.5%（wt），MnO：2-5%（wt），MgO：2-5%（wt）以及极少量其他氧化物。采用实验钢种为70#，炉号20311865，LF钢包炉精炼周期为30min，升温时间20min。
步骤1：在进入精炼环节前对钢水进行处理，保持钢水中碳含量为0.65%，钢水氧含量31ppm。
步骤2：钢水进站后，调整底吹氩40m3/h，加入第一批造渣用的活性石灰3kg/t和精炼渣0.5kg/t，萤石1kg/t。
步骤3：在第一次升温过程中，调整底吹氩25m3/h，分批次将不锈钢除尘灰压块2kg/t分3批加入钢包炉内，为增强回收效果同时向渣面加入0.2kg/t，粒径为0-3mm的小粒硅铁。
步骤4：在第二次升温过程中，调整底吹氩10m3/h，分批加入剩余的活性石灰1kg/t和精炼渣0.5kg/t，萤石1kg/t，升温温结束后测温、取样，调整成分至目标。
钢包炉精炼过程结束后，钢渣中的成分含量见下表4：
表4 20311865炉次钢渣中的化学成分（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
加入含铬除尘灰的钢水中，Cr的回收率为93%，钢水中增加含Cr量0.04%，随后对炉渣进行浸出毒性实验，结果显示钢渣中的Cr6+含量符合一般固废的要求。
实施例5：
一种LF炉资源化利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢方法，不锈钢除尘灰压块大小为50×50×30mm，其化学成分为CaO：10-15%（wt），SiO2：4-12%（wt），TFe：30-35%（wt），TCr：10-15%（wt），TNi：0.5-1.5%（wt），MnO：2-5%（wt），MgO：2-5%（wt）以及极少量其他氧化物。采用实验钢种为GCr15，炉号20311954，LF钢包炉精炼周期为60min，升温时间30min。
步骤1：在进入精炼环节前对钢水进行处理，保持钢水中碳含量为1.0%，钢水氧含量11ppm。
步骤2：钢水进站后，调整底吹氩40m3/h，加入第一批造渣用的活性石灰3kg/t和精炼渣1.5kg/t，萤石4kg/t。
步骤3：在第一次升温过程中，调整底吹氩20m3/h，分批次将不锈钢除尘灰压块4kg/t分3批加入钢包炉内，为增强回收效果同时向渣面加入0.5kg/t，粒径为0-3mm的小粒硅铁。
步骤4：在第二次升温过程中，调整底吹氩10m3/h，分批加入剩余的活性石灰1kg/t和精炼渣1.0kg/t，萤石2kg/t，升温温结束后测温、取样，调整成分至目标。
钢包炉精炼过程结束后，钢渣中的成分含量见下表5：
表5 20311954炉次钢渣中的化学成分（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE010
加入含铬除尘灰的钢水中，Cr的回收率为92%，钢水中增加含Cr量0.03%，节约铬铁合金0.5kg/t，随后对炉渣进行浸出毒性实验，结果显示钢渣中的Cr6+含量符合一般固废的要求。

Claims (8)

1.一种利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、在进入LF钢包炉精炼前，调整钢水成分中碳含量为0.60-1.00%，钢水氧含量＜25ppm；
步骤二、钢水进入钢包精炼炉后，调整底吹氩30-40m3/h，加入第一批造渣用的渣料；
步骤三、在第一次升温过程中，调整底吹氩20-30m3/h，分批次将不锈钢除尘灰压块加入钢包炉内，同时分次向渣面加入硅铁，不锈钢除尘灰用量为2-4kg/t，硅铁用量为0.2-0.5kg/t；
步骤四、在第二次升温过程中，调整底吹氩10-20m3/h，分批加入第二批的渣料，升温结束后测温、取样，调整成分至目标。
2.如权利要求1所述利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于：步骤二至四的精炼周期为30-60min。
3.如权利要求1所述利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于：步骤三和步骤四中所述升温的时间为20-30min。
4.如权利要求1所述利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于：步骤二和步骤四中所述渣料包括活性石灰、精炼渣和萤石。
5.如权利要求4所述利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于：步骤二中所述渣料包括活性石灰3-5kg/t、精炼渣1.0-1.5kg/t和萤石2-4kg/t。
6.如权利要求4所述利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于：步骤四中所述渣料包括活性石灰1-3kg/t、精炼渣0.5-1.0kg/t和萤石1-2kg/t。
7.如权利要求1所述利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于：步骤三中所述不锈钢除尘灰压块的大小为50×50×30mm，由以下重量百分比的化学成分组成：CaO10-15%，SiO2 4-12%，TFe30-35%，TCr10-15%，TNi0.5-1.5%，MnO2-5%，MgO2-5%，其余为其他氧化物。
8.如权利要求1所述利用不锈钢除尘灰生产含铬高碳钢的方法，其特征在于：步骤三中所述硅铁为小粒硅铁。
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