CN116065018A

CN116065018A - 一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法

Info

Publication number: CN116065018A
Application number: CN202310152167.9A
Authority: CN
Inventors: 李振钢; 李俊华; 潘吉祥; 陈兴润
Original assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Gansu Jiu Steel Group Hongxing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2023-02-22
Filing date: 2023-02-22
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2043-02-22
Also published as: CN116065018B

Abstract

本发明公开了一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，该方法包括：以下步骤：（1）球内物料配比：消解后的不锈钢300系列除尘灰、不锈钢氧化铁皮、干熄焦除尘灰、有机粘结剂、无机粘结剂和水按照质量比70：5：15：2：3：5的比例进行配比；（2）备料；（3）加水混合；（4）闷料；（5）初压；（6）终压：初压出来球团通过对辊压球机底部斜溜槽进入输球皮带，给终压压球机供料，终压后的球通过压球机底部斜筛板入出球皮带，碎、粉料通过筛下返料皮带运输至初压给料皮带继续初压，如此循环；（7）转运。

Description

一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法。

背景技术

不锈钢炼钢过程除尘灰产生量可观，其中有一种典型成分如下表所示的一种300系列除尘灰。

。

以上除尘灰粒度极细，含有较高的氧化铁和氧化铬，若能在冶金流程回用，还原利用铬、铁金属，在处置固废的同时，有利于降低企业成本。目前国内不锈钢企业对于不锈钢除尘灰的处置主要采取以下两种模式：

第一，设置专门料仓，与不锈钢酸洗污泥一起在烧结配料生产烧结矿，供给炼钢工序。国内不锈钢企业大多为统一设计、一次施工的烧结、炼铁、炼钢、轧钢贯通的独立不锈钢产线，这种回用模式能充分利用有价元素，具有较为显著的经济效益和环境效益。但对于炼铁、炼钢高炉陆续建设、边建设边投产的企业，由于没有整齐划一的多条烧-铁-钢-轧贯通的独立产线，高炉出铁后交叉供应给碳钢炼钢或不锈钢炼钢系统，不能实现含铬镍铁水专铁专供不锈钢炼钢，一部分铁水供应碳钢后不仅不能利用其中的铬镍元素，还加大碳钢产品的质量风险。这样也就只能体现环境效益，而不能体现经济效益。在烧结使用的难点是细料扬尘、棚料难下问题。

第二，在企业的不锈钢厂内建设冷压球生产线，将除尘灰与不锈钢酸泥一起进行冷压球，然后供不锈钢电弧炉、脱P转炉使用。在电弧炉使用时，由于使用镍铁块、高碳铬铁作为金属料，加之配入焦炭和喷吹炭粉，形成高碳熔池，能将除尘灰中的镍、铁大部分还原，将铬实现50-60%的还原。经济性虽不如在烧结使用，但实现了固废不出厂、不扩散和自循环，属于相对合理的兼顾经济效益与环境效益的方法。

另外，为了电弧炉后道处理工序AOD炉的热量充足，往往需要在使用高碳镍铁和铬铁的同时还要额外配加一部分焦炭，在电弧炉吹氧燃烧发热的同时，增加熔池碳含量，以便AOD炉氩氧精炼时有充足的燃烧发热剂，提高AOD炉熔池温度，提高脱碳保铬的效果。块状焦炭虽然强度较高，粒度适宜，便于通过料仓加入，但价格往往在2000元以上，不够经济。

不锈钢除尘灰的第二种方法虽然可行，但由于全粉料和高氧化钙物料不易成球的特性，也存在压球成本高的问题（成本高主要体现在粘结剂配比高，粘结剂费用居高难下方面）和装车粉末率大、易于扬尘的问题。同时，仅凭借熔池碳素进行金属氧化物还原，还原性气氛营造不足，还原动力学条件不理想，铁、镍收得率、尤其铬的收得率不高，收得率提升还有较大空间。目前国内在不锈钢除尘灰造球应用领域，尚没有相关技术应用来解决上述问题

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，包括以下步骤：

（1）球内物料配比：消解后的不锈钢300系列除尘灰、不锈钢氧化铁皮、干熄焦除尘灰、有机粘结剂、无机粘结剂和水按照质量比70：5：15：2：3：5的比例进行配比；

（2）备料：不锈钢300系列除尘灰由专门设备消解后用称量料斗称重，电振给料至封闭给料皮带，随后给料至混合机；不锈钢氧化铁皮通过封闭给料皮带给料至混合机；有机粘结剂和无机粘结剂分别置于储存仓中，用称量料斗称重，电振给料至封闭给料皮带，随后给料至混合机；干熄焦除尘灰由小装载机通过预留的侧开口式临时增料入口加入锥仓中，锥仓电振给料至称量料斗然后电振给料至封闭给料皮带，随后给料至混合机；

（3）加水混合：混合机的滚轮转动不小于100圈，以保证料、水、粘结剂三者充分弥散混合，以消除生料块，便搅拌边根据料的湿度加水，物料充分润湿；

（4）闷料：混合后的物料通过皮带机输送至大型锥仓，先从底部电振取料，上部物料保证3小时以上的闷料，以促使料、水与粘结剂进一步弥散混合；

（5）初压：闷后的物料由给料皮带机给料至对辊压球机进行第一道次压球，对辊压球机顶部设螺旋强制给料机保证对辊表面球窝的填充率；

（6）终压：初压出来球团通过对辊压球机底部斜溜槽进入输球皮带，给终压压球机供料，终压后的球通过压球机底部斜筛板入出球皮带，碎、粉料通过筛下返料皮带运输至初压给料皮带继续初压，如此循环；

（7）转运：

1）出球：多组出球皮带衔接输送成品球，最终通过仰角可调式出球皮带机堆成圆锥体的初始球堆，后续球以初始球堆为缓冲坡依次滚落以减少破碎，边出球上扬皮带边向一侧移动，最终形成环形山梁式球堆，经过12小时以上的风干与时效硬化后，然后铲运至大球堆继续风干；

2）大球堆的球团按照先产先用的原则取用，通过设备将球团运送到地仓；

3）地仓中的球团通过电振给料至辅材上料皮带上至炼钢布料平台，由布料小车布料至电弧炉上方的高位料仓备用。

其中，所述步骤（6）中，根据球团传热、传质、易于成球性、易于脱模性和生产效率综合考虑，球团为中间厚两边薄的椭圆形，长40㎜，宽25㎜，厚15㎜。

其中，所述步骤（3）中，混合机采用大型轮碾式混合机。

其中，所述步骤（7）的1）中，在场地充足的产线，采用更多组皮带衔接来控制环形球堆的远近，通过上扬皮带造出四分之一圆环状矮梁状，从内到外辐射状堆存，可减少翻倒，进一步减少碎料量。

其中，所述步骤（7）的2）中，通过设备将球团运送到地仓具体为采用装载机装至密封良好的带伸缩篷布的车辆拉运至不锈钢炼钢辅料地仓，开启除尘后进行倾倒。

其中，所述步骤（7）的2）中，通过设备将球团运送到地仓具体为采用装载机给料至料仓，料仓电振给料至仓下的输送皮带，输送皮带将球团直接送达炼钢工序地仓。

本发明的有益效果是：

1.充分考虑物料的理化特性，深度掌握压球技术要点，充分考虑电弧炉工艺特性，以可靠的原理、较低的成本、便捷的作业实现不锈钢除尘灰球团强度的提高，倒运过程粉末和扬尘的减少，球团中有价金属元素的还原回收率进一步提高，同时能以廉价碳素替代不锈钢电弧炉原本为了增加熔池碳含量而配加的价格较高的块焦，总体实现了经济效益的显著提升。

2.以全新的思路和细致设计与作业程序实现了不锈钢除尘灰、氧化铁皮和干熄焦除尘灰等企业难处理固废的高效利用，减轻了企业的环保压力，提升了企业效益，有利于企业健康高质量发展。

3.成功应用后可在冶金行业内树立样板，具有示范效应，可以带动冶金企业固废利用工作，具有经济、社会和环境三方面效益。

4.本发明能够解决粘结剂不锈钢除尘灰原来压球质量不高、碎料多、装车粉末率大、易于扬尘、还原动力学条件不理想、铬镍铁收得率不高和以焦炭配碳提温费用较高的问题。该工艺充分考虑物料的理化特性，深度掌握压球技术要点，充分考虑电弧炉工艺特性，以较低的投入、较为简便的操作实现了不锈钢除尘灰球团强度的提高和倒运过程粉末和扬尘的减少，同时提高了球团中有价金属元素的还原回收率，同时利用了粉状廉价碳素（干熄焦除尘灰）替代了价格较高的块焦。实现了造块与金属收得率提高协同，除尘灰利用与碳素粉料利用联合，总体上经济效益显著提升。同时通过因特性而用以及合理搭配的方式充分利用了固废资源，减轻了企业固废管理负担，促进了钢铁企业尤其是不锈钢企业降本增效和高质量发展。

5. 本发明通过对各物料特性分析，合理进行剂型设计与配比，充分利用了各物料的特性，除尘灰内氧化物与碳素紧密接触，球的椭圆形、中间厚两边薄外观，和长40㎜、宽25㎜厚15㎜的尺寸，兼顾了传热与传质效果，改善了还原动力学条件，为提高金属氧化物还原率和金属收得率提供了主要方式，同时通过压球的方式，即利用了碳素的还原剂作用，又将粉料转变为易于使用的球块物料，替代了工艺所需的块状焦炭。

6.本发明的碳素材料选用冶金流程因太细而不易使用的干熄焦除尘灰来代替块焦，减少了铁熔池的氧势，又发挥了金属氧化物还原剂和球团表面、渣面还原气氛营造剂的作用，采用两种不同性质、不同特长的粘结剂搭配能够更阿吉可靠地保持球团的高强度。

7.本发明采用了特殊造球方法来保证球团强度，备料方面，各参与压球的物料都有专门储料仓并在称量后参与配料，保证了物料的纯净和计量准确，为压球质量提升和冶金性能提升奠定了基础；混合采用大型轮碾式混合机大于100圈的碾混，然后采用大型电振给料式锥仓进行闷料（醒料），采用带强制给料功能、较浅球窝的对辊压球机实施初压，保证了料、水、粘结剂三者充分弥散混合与润湿，进一步为压球质量提升和冶金性能提升奠定了基础；采用带强制给料、较深球窝的对辊压球机实施终压，保证球窝内物料的填充率、球的密度提高，是压球质量和冶金性能提高的又一种保证机制。

8.本发明出球时采用多组出球皮带衔接输送成品球，在末端通过仰角可调式出球皮带机堆成圆锥体初始球堆，后续球以初始球堆为坡滚落以减少破碎；边出球上扬皮带边向一侧移动以形成环形山梁式球堆，便于初步风干并铲运至大堆继续风干；对于场地充足产线，采用更多组皮带衔接来控制环形球堆的远近，通过上扬皮带造出四分之一圆环状矮梁状从内到外辐射状堆存；大球堆的球团按照先产先用原则取用，以上方式减少了球的破损率，减少了粉末量，为倒运和使用过程减少扬尘和避免被除尘系统抽吸造成损失创造了条件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

（7）转运：

其中，步骤（3）中，混合机采用大型轮碾式混合机。

其中，步骤（7）的1）中，在场地充足的产线，采用更多组皮带衔接来控制环形球堆的远近，通过上扬皮带造出四分之一圆环状矮梁状，从内到外辐射状堆存，可减少翻倒，进一步减少碎料量。

其中，步骤（7）的2）中，通过设备将球团运送到地仓具体为采用装载机装至密封良好的带伸缩篷布的车辆拉运至不锈钢炼钢辅料地仓，开启除尘后进行倾倒。

其中，步骤（7）的2）中，通过设备将球团运送到地仓具体为采用装载机给料至料仓，料仓电振给料至仓下的输送皮带，输送皮带将球团直接送达炼钢工序地仓。

其中，各物料的作用设计：

不锈钢300系列除尘灰：以氧化物形式提供有价元素Cr、Ni、Fe，同时以消石灰形式提供一部分CaO，可节约电弧炉石灰用量，并由小时灰与空气中二氧化碳的作用实现部分碳酸化固结，是一种辅助的球团强度保障机制；

碳素材料：选用干熄焦除尘灰，来自焦化厂干熄焦工艺的收尘系统，粒度100目以下占比80%以上。这里作为代替不锈钢电弧炉原来配碳的材料－块状焦炭减少铁熔池的氧势，同时作为除尘灰中金属氧化物的还原剂和球团表面和渣面附近炉气的还原气氛营造剂；

有机粘结剂，是主要的球团强度保障机制，通过有机制剂特有的时效硬化特性，保障压球较高的后期强度；受热后分解，营造还原气氛；

无机粘结剂，保证新压的湿球有一定的强度，便于球在压制后短期内具备倒运条件，是一种辅助的球团强度保障机制；

水，使得基础物料、粘结剂颗粒能充分接触的促进剂，使有机、无机粘结剂能发挥粘结作用的诱导剂。

本发明能够还原和提高金属收得的原理：

在电弧炉1600℃以下的高温下用固体碳还原除尘灰中铬氧化物的基本反应为：

2/3Cr₂O₃+2C=4/3Cr+2CO （1）∆Gϴ=516890-339.5T 反应开始温度为1250℃；

2/3Cr₂O₃+26/9C=4/9Cr3C2+2CO （2） ∆Gϴ=478234-347.15T 反应开始温度为1100℃；

2/3Cr₂O₃+18/7C=4/21Cr7C3+2CO （3）∆Gϴ=482281-343.54T 反应开始温度为1130℃；

2/3Cr₂O₃+54/23C=4/69Cr23C6+2CO（4）∆Gϴ=494369-341.72T 反应开始温度为1175℃。

可见生成铬的碳化物的反应温度比生成纯铬更低，生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物反应开始温度低，因而生成含碳量高的碳化物更容易优先进行。由于铬与碳有生成稳定碳化物的性质，用碳还原剂还原铬氧化物得到是Cr₂₃C₆、Cr₇C₃, 和Cr₃C₂等形式的铬的碳化物。由钢铁冶金原理可知Fe₂O₃的还原温度在900℃左右，因此除尘灰中的氧化铁比Cr₂O₃在较低的温度下优先被还原出来。与碳化铬互熔，组成复合碳化物（Cr，Fe）₃C₂、（Cr，Fe）₇C₃、（Cr，Fe）₂₃C₆等二元碳化物而进入电弧炉熔池。这些复合碳化物的形成不仅降低了铁、铬、碳形成的合金的熔点，而且从化学平衡的角度看，降低了Cr的活度，使还原反应在较低温度下就能进行，因此除尘灰中铁的存在有利于除尘灰中氧化铬的还原。

电弧炉熔池温度进一步升高时，后还原的Cr2O3对已经还原得到的碳化物起脱碳作用，其反应为：

14/5Cr₃C₂+2/3Cr₂O₃=4/3Cr+6/5Cr₇C₃+2CO（5）∆Gϴ=543609-309.45T反应开始温度为1490℃

2Cr₇C₃+2/3Cr₂O₃=2/3Cr₂₃C₆+2CO （6）∆Gϴ=621315-328.13T反应开始温度为1620℃

1/3Cr₂₃C₆+2/3Cr₂O₃=9Cr+2CO （7）∆Gϴ=655173-326.67T反应开始温度为1730℃

铬氧化物脱碳的温度较高，在不锈钢电弧炉内，出钢前温度才能达到1600℃以上，故主要进行式（5）的脱碳反应，式（6）的反应进行得很少，式（7）的反应仅在电弧高温区进行（在所有脱碳反应中占比低于20%）。脱碳反应生成得金属铬或碳化铬称为电弧炉熔池的一部分。

最终，经过电弧冲击、喷吹碳粉的搅拌和电弧炉出钢时的再次混匀，就形成了含有铬、镍、铁、碳等元素的成分和温度更加均匀的不锈钢母液兑入AOD精炼炉进行脱碳、保铬、除杂的后续工艺处理。

综上，不锈钢除尘灰最初阶段的还原是从铁氧化物的还原开始的，随着温度的升高（1200℃以上），与还原剂接触的那部分铬氧化物开始缓慢还原，形成铬、铁复合碳化物。由还原反应生成的铬的碳化物与碳质还原剂一起，在更高的温度下（1600℃以上）继续对残余Cr₂O₃进行还原，碳化物被脱碳。由于电弧炉中主要装料为高碳镍铁块搭配少量的高碳铬铁块，因此炉内金属料熔化出现熔池后的还原反应有两类，一是熔融状态的球团（也就是渣相的一部分）内部的碳对氧化物的还原反应，二是熔池中碳对渣相中的氧化物的还原反应（熔池中的碳也有一部分来自于配碳球团中碳的溶解）。由于配碳球团中氧化物与碳素颗粒极细且紧密接触，还原反应主要受还原产物扩散控制，而碳素与金属氧化物的传至在整个还原阶段都不是主要控速环节，总体上还原动力学条件改善，铬、铁还原率提升。而还原过程中形成CO使得熔池上方以及球团周围的还原性气氛得以加强，进一步促进了铬、铁还原率的提高。

不锈钢除尘灰配碳球团的物料使用

在科学造球和转运的基础上为了最大限度提高除尘灰配碳球内的有价金属的收得率，在可靠的理论支撑下采取如下特殊的加料工艺：

（1）电弧炉内废钢、铁块在电弧、氧枪助熔作用下熔化出现熔池时开始加入不锈钢除尘灰配碳球团。

（2）配碳球团少量多次加入，对于100吨电弧炉，从开始出现熔池到完全熔清加入3个批次，每个批次1吨；熔清后熔池升温阶段加入3个批次，每批次1吨，出钢前10分钟不再加入球团。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，其特征在于，包括以下步骤：

（7）转运：

2.根据权利要求1所述的一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，其特征在于，所述步骤（6）中，根据球团传热、传质、易于成球性、易于脱模性和生产效率综合考虑，球团为中间厚两边薄的椭圆形，长40㎜，宽25㎜，厚15㎜。

3.根据权利要求1所述的一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，其特征在于，所述步骤（3）中，混合机采用大型轮碾式混合机。

4.根据权利要求1所述的一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，其特征在于，所述步骤（7）的1）中，在场地充足的产线，采用更多组皮带衔接来控制环形球堆的远近，通过上扬皮带造出四分之一圆环状矮梁状，从内到外辐射状堆存，可减少翻倒，进一步减少碎料量。

5.根据权利要求1所述的一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，其特征在于，所述步骤（7）的2）中，通过设备将球团运送到地仓具体为采用装载机装至密封良好的带伸缩篷布的车辆拉运至不锈钢炼钢辅料地仓，开启除尘后进行倾倒。

6.根据权利要求1所述的一种用于提高元素收率的不锈钢灰配碳高质造球方法，其特征在于，所述步骤（7）的2）中，通过设备将球团运送到地仓具体为采用装载机给料至料仓，料仓电振给料至仓下的输送皮带，输送皮带将球团直接送达炼钢工序地仓。