CN113862406B - 一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统，属于冶金固废回收处理技术领域。该方法将不锈钢除尘灰收集、研磨与钝化后，与碳粉和石灰粉按照特定比例进行预混，以此来提高不锈钢除尘灰的喷流性和反应性。将预混后得到的除尘灰混合物料喷入冶炼炉，在熔池中将不锈钢除尘灰中的Fe2+、Fe3+、Cr3+和Cr6+完全还原，达到将不锈钢除尘灰无害化处理的目的，同时高效回收不锈钢除尘灰中的Fe、Cr等金属元素。本发明整个处理过程不与外界环境接触，彻底解决了不锈钢除尘灰造成的环境污染问题，同时降低了炼钢生产成本。

Description

一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统
技术领域
本发明涉及冶金固废回收处理技术领域，特别是指一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统。
背景技术
不锈钢生产过程中，会产生一定量的烟尘被各种除尘设备收集后形成不锈钢除尘灰。不锈钢除尘灰中含有大量的Fe2+，Fe3+，Cr3+和Cr6+，这些高价金属元素，特别是Cr6+，在堆积的过程中可以通过空气传播和地下水浸出对周围的动植物产生毒害作用，危害身体健康，对环境造成严重污染。但是，Cr和Fe元素作为不锈钢产品中的一种重要组成成分，有很高的回收价值，若能对Cr3+和Cr6+进行有效回收利用，不仅可以降低不锈钢厂的环保压力，还能造成可观的经济效益。
目前处理不锈钢除尘灰的方法包括两种：无害化填埋和综合利用。无害化填埋法是将不锈钢除尘灰与黏土均匀混合，然后在高温下处理后填埋，该方法固化成本较高，且浪费了不锈钢除尘灰中的铬、铁和镍等金属元素。综合利用法是将不锈钢除尘灰与其他原料混合进行造球或压块后再投入冶炼炉进行还原回收利用，但是造球或压块的工艺程序复杂，且加工过程会造成二次污染，同时球状和块状的除尘灰反应效率低，导致其中的金属元素的回收率不高。
现有技术中公开了利用不锈钢除尘灰复合喷吹脱磷回收铬的冶炼工艺，该方法仅考虑到不锈钢除尘灰中Cr2O3（即Cr3+）的还原回收，而无法处理毒害性较强的Cr6+。现有技术中还公开了一种脱磷转炉底喷吹不锈钢除尘灰的系统及方法，与上述公开的利用不锈钢除尘灰复合喷吹脱磷回收铬的冶炼工艺相同，都是将不锈钢除尘灰应用于预脱磷工艺，因而适应性较差，且都无法有效处理不锈钢除尘灰中的Cr6+。现有技术中还公开了一种利用电弧炉处理不锈钢除尘灰的方法，该方法将不锈钢除尘灰和碳粉的混合粉剂喷入电弧炉内还原，而不锈钢除尘灰比重大，碳粉颗粒流动性差，混合喷吹不锈钢除尘灰和碳粉十分困难，且该方法除尘灰与碳粉的喷吹比例为100：（30~50），而电弧炉熔池本身含碳量较低，因此该方法在喷吹不锈钢除尘灰过程中无法将其中的Cr3+和Cr6+的充分还原，后续再单独喷吹碳粉，Cr3+和Cr6+进入渣中后也很难再被还原，同时该方法无法解决不锈钢除尘灰在运输和储存过程中造成的环境污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统，能有效还原不锈钢除尘灰中的Cr3+和Cr6+，回收除尘灰中的金属元素，解决不锈钢除尘灰造成的环境污染问题。
该方法将收集的不锈钢除尘灰、碳粉及石灰粉按一定比例预混，预混后得到除尘灰混合物料并存储于封闭料仓，待冶炼前将除尘灰混合物料加入冶炼喷射罐，冶炼时将除尘灰混合物料从冶炼喷射罐喷入冶炼炉内，使不锈钢除尘灰中的Fe2+，Fe3+，Cr3+和Cr6+充分还原进入冶炼炉的熔池；具体包括步骤如下：
S1：不锈钢除尘灰在除尘灰封闭收集处理系统预处理后储存备用；
S2：确认冶炼系统中的冶炼钢种和对应的冶炼工艺，获取冶炼炉熔池内初始成分；
S3：根据S2中获取信息，确定不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉的预混比例，计算不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉混合物料向冶炼系统中的加入量以及冶炼时混合物料的喷吹速度；
S4：根据S3中确定的加入量，将不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉经预混料仓加入冶炼喷射罐；
S5：根据S3确定的喷吹速度向冶炼炉内喷入混合物料，直至本炉次冶炼结束。
其中，S1中除尘灰封闭收集处理系统中首先将密封除尘管道输送来的不锈钢除尘灰送入封闭收集装置，然后送入封闭研磨钝化装置中进行研磨钝化，最后送至除尘灰封闭储仓中储存待用，其中，研磨细度为0.05~0.5 mm。
S3中不锈钢除尘灰、碳粉及石灰粉按的预混比例需根据熔池碳含量来确定，其中，所述除尘灰比例为20%~30%，所述碳粉比例为40%~60%，所述石灰粉比例为20%~30%，保证较大比例喷吹碳粉保证Cr3+和Cr6+全部还原，去除不锈钢除尘灰的毒性，保证适量比例喷吹石灰粉用于改善所述除尘灰混合物料的喷流性，具体预混比例确定方法如下：
（1）熔池碳含量≥4.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为30%，碳粉所占比例为40%，石灰粉所占比例为30%；
（2）3.0≤熔池碳含量＜4.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为25%，碳粉所占比例为45%，石灰粉所占比例为30%；
（3）2.0≤熔池碳含量＜3.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为25%，碳粉所占比例为50%，石灰粉所占比例为25%；
（4）1.0≤熔池碳含量＜2.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为20%，碳粉所占比例为55%，石灰粉所占比例为25%；
（5）熔池碳含量＜1.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为20%，碳粉所占比例为60%，石灰粉所占比例为20%。
上述不锈钢除尘灰、碳粉、石灰粉和混合物料均采用全密封管道气力输送方式进行输送，避免不锈钢除尘灰与周围环境接触造成污染，且保证不锈钢除尘灰、碳粉及石灰粉被气体流化的状态下混合更为均匀。
S5中在在熔池金属液面以下位置喷吹混合物料，防止不锈钢除尘灰散逸后通过空气传播造成毒害和污染。
该方法所应用的系统，包括除尘灰封闭收集处理系统、预混系统、冶炼系统、计算系统及供气系统，除尘灰封闭收集处理系统连接预混系统，预混系统连接冶炼系统，计算系统控制冶炼系统和预混系统，供气系统为除尘灰封闭收集处理系统、预混系统、冶炼系统供气。
除尘灰封闭收集处理系统包括封闭收集装置、封闭研磨钝化装置及除尘灰封闭储仓；所述预混系统包括碳粉喷射罐、石灰粉喷射罐、除尘灰喷射罐、预混料仓以及冶炼喷射罐；所述冶炼系统包括冶炼炉及喷粉枪；所述计算系统兼具接收冶炼信号功能及数据分析计算功能；所述供气系统包括喷吹气源及控制阀组；
所述封闭收集装置与密封除尘管道相连接，将不锈钢除尘灰收集并密封存储；封闭收集装置连接封闭研磨钝化装置（封闭研磨钝化装置在密封条件下将不锈钢除尘灰研磨至要求的粒度并进行钝化处理，在不锈钢除尘灰表面形成一层隔膜，防止其与环境接触造成污染，并改善不锈钢除尘灰自身流动性），封闭研磨钝化装置连接除尘灰封闭储仓，除尘灰封闭储仓连接除尘灰喷射罐；碳粉喷射罐、石灰粉喷射罐和除尘灰喷射罐分别往预混料仓内喷吹碳粉、石灰粉和不锈钢除尘灰进行预混；所述预混料仓连接冶炼喷射罐；所述冶炼喷射罐连接冶炼炉，冶炼炉下部设置喷粉枪；喷吹气源通过控制阀组控制气体输送至除尘灰封闭收集处理系统、预混系统和冶炼系统。
该方法适用于50~300 t的转炉、电炉、TSR炉、AOD炉、GOR炉。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过将不锈钢除尘灰与碳粉和石灰粉按照特定比例预混处理得到除尘灰混合物料，预混后提高不锈钢除尘灰的喷流性和反应性，保证混合物料在喷入冶炼炉后，不锈钢除尘灰中的Fe2+，Fe3+，Cr3+和Cr6+完全还原，高效回收不锈钢除尘灰中的Fe、Cr等金属元素，将不锈钢除尘灰无害化处理，且整个处理过程不与外界环境接触，彻底解决不锈钢除尘灰污染环境的问题，同时降低了炼钢生产成本。
附图说明
图1为本发明的无害化回收处理不锈钢除尘灰系统结构示意图。
其中：1、除尘灰封闭收集处理系统，1-1、密封除尘管道，1-2、封闭收集装置，1-3、封闭研磨钝化装置，1-4、除尘灰封闭储仓，2、预混系统，2-1、碳粉喷射罐，2-2、石灰粉喷射罐，2-3、除尘灰喷射罐，2-4、预混料仓，2-5、冶炼喷射罐，3、冶炼系统，3-1、冶炼炉，3-2、喷粉枪，4、计算系统，5、供气系统，5-1、喷吹气源，5-2、控制阀组。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法及系统。
该方法包括步骤如下：
S1：不锈钢除尘灰在除尘灰封闭收集处理系统预处理后储存备用；
S2：确认冶炼系统中的冶炼钢种和对应的冶炼工艺，获取冶炼炉熔池内初始成分；
S3：根据S2中获取信息，确定不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉的预混比例，计算不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉混合物料向冶炼系统中的加入量以及冶炼时混合物料的喷吹速度；
S4：根据S3中确定的加入量，将不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉经预混料仓加入冶炼喷射罐；
S5：根据S3确定的喷吹速度向冶炼炉内喷入混合物料，直至本炉次冶炼结束。
其中，S1中除尘灰封闭收集处理系统中首先将密封除尘管道输送来的不锈钢除尘灰送入封闭收集装置，然后送入封闭研磨钝化装置中进行研磨钝化，最后送至除尘灰封闭储仓中储存待用。
S3中预混比例确定方法如下：
（1）熔池碳含量≥4.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为30%，碳粉所占比例为40%，石灰粉所占比例为30%；
（2）3.0≤熔池碳含量＜4.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为25%，碳粉所占比例为45%，石灰粉所占比例为30%；
（3）2.0≤熔池碳含量＜3.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为25%，碳粉所占比例为50%，石灰粉所占比例为25%；
（4）1.0≤熔池碳含量＜2.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为20%，碳粉所占比例为55%，石灰粉所占比例为25%；
（5）熔池碳含量＜1.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为20%，碳粉所占比例为60%，石灰粉所占比例为20%。
如图1所示，该方法所应用的系统包括除尘灰封闭收集处理系统1、预混系统2、冶炼系统3、计算系统4及供气系统5，除尘灰封闭收集处理系统1连接预混系统2，预混系统2连接冶炼系统3，计算系统4控制冶炼系统3和预混系统2，供气系统5为除尘灰封闭收集处理系统1、预混系统2、冶炼系统3供气。
除尘灰封闭收集处理系统1包括封闭收集装置1-2、封闭研磨钝化装置1-3及除尘灰封闭储仓1-4；所述预混系统2包括碳粉喷射罐2-1、石灰粉喷射罐2-2、除尘灰喷射罐2-3、预混料仓2-4以及冶炼喷射罐2-5；所述冶炼系统3包括冶炼炉3-1及喷粉枪3-2；所述计算系统4兼具接收冶炼信号功能及数据分析计算功能；所述供气系统5包括喷吹气源5-1及控制阀组5-2；
所述封闭收集装置1-2与密封除尘管道1-1相连接，将不锈钢除尘灰收集并密封存储；封闭收集装置1-2连接封闭研磨钝化装置1-3，封闭研磨钝化装置1-3连接除尘灰封闭储仓1-4，除尘灰封闭储仓1-4连接除尘灰喷射罐2-3；碳粉喷射罐2-1、石灰粉喷射罐2-2和除尘灰喷射罐2-3分别往预混料仓2-4内喷吹碳粉、石灰粉和不锈钢除尘灰进行预混；所述预混料仓2-4连接冶炼喷射罐2-5；所述冶炼喷射罐2-5连接冶炼炉3-1，冶炼炉3-1下部设置喷粉枪3-2；喷吹气源5-1通过控制阀组5-2控制气体输送至除尘灰封闭收集处理系统1、预混系统2和冶炼系统3。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
本发明应用于80 t TSR炉上回收处理不锈钢除尘灰，冶炼410S不锈钢，采用脱磷铁水作为冶炼原料，熔池初始碳含量为3.2%，喷吹方式采用底吹，具体冶炼过程如下：
（1）计算系统接收到钢种及熔池碳含量信号，确定不锈钢除尘灰、碳粉及石灰粉按的预混比例为：25%的不锈钢除尘灰，45%的碳粉，30%的石灰粉；
（2）计算系统根据410S不锈钢冶炼工艺及产品特性计算得出生产需要加入的除尘灰混合物料重量为1.8 t，即所需不锈钢除尘灰0.45 t，碳粉0.81 t，石灰粉0.54 t，冶炼时除尘灰混合物料的喷吹速度为90 Kg/min；
（3）冶炼开始前，预混系统根据计算系统信息将既定量的不锈钢除尘灰、碳粉及石灰粉进行预混后通过密封管道气力输送到冶炼喷射罐；
（4）冶炼开始时，冶炼喷射罐按照90 Kg/min的速度通过密封管道将除尘灰混合物料经底吹喷粉枪吹入炉内，充分还原回收，直至出钢后则本炉次冶炼结束；
（5）整个冶炼期间，除尘灰封闭收集处理系统持续收集、研磨并钝化处理来自密封除尘管道的不锈钢除尘灰，供气系统为持续除尘灰封闭收集处理系统和冶炼系统供给气源。
采用本发明所述方法后，完全回收喷入熔池的不锈钢除尘灰中Fe、Cr等金属元素，消除不锈钢除尘灰毒性，吨钢生产成本降低5~10元。
实施例2
本发明应用于150 t AOD炉上回收处理不锈钢除尘灰，冶炼430不锈钢，采用不锈钢母液作为冶炼原料，熔池初始碳含量为1.8%，喷吹方式采用底吹，具体冶炼过程如下：
（1）计算系统接收到钢种及熔池碳含量信号，确定不锈钢除尘灰、碳粉及石灰粉按的预混比例为：20%的不锈钢除尘灰，55%的碳粉，25%的石灰粉；
（2）计算系统根据410S不锈钢冶炼工艺及产品特性计算得出生产需要加入的除尘灰混合物料重量为4.0 t，即所需不锈钢除尘灰0.8 t，碳粉2.2 t，石灰粉1.0 t，冶炼时除尘灰混合物料的喷吹速度为160 Kg/min；
（3）冶炼开始前，预混系统根据计算系统信息将既定量的不锈钢除尘灰、碳粉及石灰粉进行预混后通过密封管道气力输送到冶炼喷射罐；
（4）冶炼开始时，冶炼喷射罐按照160 Kg/min的速度通过密封管道将除尘灰混合物料经底吹喷粉枪吹入炉内，充分还原回收，直至出钢后则本炉次冶炼结束；
（5）整个冶炼期间，除尘灰封闭收集处理系统持续收集、研磨并钝化处理来自密封除尘管道的不锈钢除尘灰，供气系统为持续除尘灰封闭收集处理系统和冶炼系统供给气源。
采用本发明所述方法后，完全回收不锈钢除尘灰中的Fe、Cr等金属元素，消除不锈钢除尘灰毒性，吨钢生产成本降低10~15元。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1：不锈钢除尘灰在除尘灰封闭收集处理系统预处理后储存备用；
S2：确认冶炼系统中的冶炼钢种和对应的冶炼工艺，获取冶炼炉熔池内初始成分；
S3：根据S2中获取信息，确定不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉的预混比例，计算不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉混合物料向冶炼系统中的加入量以及冶炼时混合物料的喷吹速度；
S4：根据S3中确定的加入量，将不锈钢除尘灰、碳粉和石灰粉经预混料仓加入冶炼喷射罐；
S5：根据S3确定的喷吹速度向冶炼炉内喷入混合物料，直至本炉次冶炼结束；
所述S3中预混比例确定方法如下：
（1）熔池碳含量≥4.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为30%，碳粉所占比例为40%，石灰粉所占比例为30%；
（2）3.0≤熔池碳含量＜4.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为25%，碳粉所占比例为45%，石灰粉所占比例为30%；
（3）2.0≤熔池碳含量＜3.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为25%，碳粉所占比例为50%，石灰粉所占比例为25%；
（4）1.0≤熔池碳含量＜2.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为20%，碳粉所占比例为55%，石灰粉所占比例为25%；
（5）熔池碳含量＜1.0%时，不锈钢除尘灰所占比例为20%，碳粉所占比例为60%，石灰粉所占比例为20%。
2.根据权利要求1所述的无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法，其特征在于，所述S1中除尘灰封闭收集处理系统中首先将密封除尘管道输送来的不锈钢除尘灰送入封闭收集装置，然后送入封闭研磨钝化装置中进行研磨钝化，最后送至除尘灰封闭储仓中储存待用，其中，研磨细度为0.05~0.5 mm。
3.根据权利要求1所述的无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法，其特征在于，所述不锈钢除尘灰、碳粉、石灰粉和混合物料均采用全密封管道气力输送方式进行输送。
4.根据权利要求1所述的无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法，其特征在于，所述S5中在熔池金属液面以下位置喷吹混合物料。
5.根据权利要求1所述的无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法，其特征在于，该方法适用于50~300 t的转炉、电炉、TSR炉、AOD炉、GOR炉。
6.根据权利要求1所述的无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法所应用的系统，其特征在于，包括除尘灰封闭收集处理系统、预混系统、冶炼系统、计算系统及供气系统，除尘灰封闭收集处理系统连接预混系统，预混系统连接冶炼系统，计算系统控制冶炼系统和预混系统，供气系统为除尘灰封闭收集处理系统、预混系统、冶炼系统供气。
7.根据权利要求6所述的无害化回收处理不锈钢除尘灰的方法所应用的系统，其特征在于，所述除尘灰封闭收集处理系统包括封闭收集装置、封闭研磨钝化装置及除尘灰封闭储仓；所述预混系统包括碳粉喷射罐、石灰粉喷射罐、除尘灰喷射罐、预混料仓以及冶炼喷射罐；所述冶炼系统包括冶炼炉及喷粉枪；所述计算系统兼具接收冶炼信号功能及数据分析计算功能；所述供气系统包括喷吹气源及控制阀组；
所述封闭收集装置与密封除尘管道相连接，将不锈钢除尘灰收集并密封存储；封闭收集装置连接封闭研磨钝化装置，封闭研磨钝化装置连接除尘灰封闭储仓，除尘灰封闭储仓连接除尘灰喷射罐；碳粉喷射罐、石灰粉喷射罐和除尘灰喷射罐分别往预混料仓内喷吹碳粉、石灰粉和不锈钢除尘灰进行预混；所述预混料仓连接冶炼喷射罐；所述冶炼喷射罐连接冶炼炉，冶炼炉下部设置喷粉枪；喷吹气源通过控制阀组控制气体输送至除尘灰封闭收集处理系统、预混系统和冶炼系统。
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