炼钢含铁废弃物循环利用实践

高长益;李燚;刘立德;刘欣

【摘 要】为了充分利用炼钢含铁废弃物,降低钢铁料消耗,在水钢炼钢厂内和水钢公司内,建立了炼钢含铁废弃物循环利用工艺流程,研究了污泥球、冷固球、磁选钢渣等含铁废弃物资源对转炉冶炼的影响,通过利用含铁废弃物资源,使炼钢的钢铁料消耗下降到1 045kg/t. 【期刊名称】《四川冶金》 【年(卷),期】2016(038)002 【总页数】4页(P76-79)

【关键词】炼钢废弃物;含铁资源;循环利用 【作 者】高长益;李燚;刘立德;刘欣

【作者单位】首钢水城钢铁(集团)有限责任公司技术中心,贵州六盘水553028;首钢水城钢铁(集团)有限责任公司技术中心,贵州六盘水553028;首钢水城钢铁(集团)有限责任公司技术中心,贵州六盘水553028;首钢水城钢铁(集团)有限责任公司技术中心,贵州六盘水553028 【正文语种】中 文 【中图分类】TF741

随着水钢炼钢产能的迅速提高,炼钢生产过程中产生的固体废弃物大幅增加,炼钢固体废弃物主要包括:由湿法除尘后产生的污泥,含铁在60%左右;冶炼过程中造渣及喷溅产生的炉渣,含铁量在40%～50%;红铸坯冷却过程中与空气中的氧反应,在其

表面产生大量氧化铁皮,含铁量达到80%。这些固体废弃物如果不经过回收处理就外排,一方面加重环境污染,另一方面也造成含铁资源的极大浪费,增加了炼钢生产成本[1]。因此开展含铁资源循环利用,必将为企业降低生产成本以及减少环境污染等发挥重要作用,是实现钢铁企业可持续发展的重要途径。水钢炼钢厂通过扩建,到2010年,已拥有35t顶吹转炉3座、100t顶底复吹转炉3座,形成了年产500万吨钢的规模,炼钢过程中的固体废弃物总量随着产能的上升迅速增加。因此,需要充分利用废弃物含铁资源,降低钢铁料消耗,降低炼钢生产成本,提高企业经济效益[2-3]。 2.1 含铁资源循环系统

为提高含铁资源循环利用效率,加大含铁资源回收利用力度,规范含铁资源回收利用程序,炼钢厂建立了两个完善的含铁资源循环利用闭环系统。 (1)建立炼钢厂内部含铁资源循环

该循环主要是针对炼钢厂内部废钢、废旧金属料的循环利用,在这个循环中,主要是把生产过程中产生的残钢、残渣、铸坯切头、切尾等金属损耗,以及淘汰的基础设施、金属结构件和设备检修过程中产生的废弃金属制品等,按入炉要求切割整理后,作为废钢直接回转炉利用,达到废弃金属循环利用的目的,每年内部废弃金属利用量达到5万吨。

(2)建立水钢公司内部含铁资源循环

该循环系统涉及到炼钢厂外部协作单位,主要包括含铁污泥回收利用、转炉钢渣回收利用、氧化铁回收利用三类。这三类含铁资源除磁选铁外,炼钢厂不能直接回收用于转炉冶炼,必须进行加工处理,成为再生资源循环利用,主要加工为污泥球、冷固球后才能用于转炉冶炼。炼钢厂与从事服务业的水钢博宏公司固强耐火材料分公司接洽合作,委托其加工高强度污泥球、冷固球,并协同其一起解决高强度污泥球、冷固球生产的技术难题,为回收利用创造了良好的条件。 2.2 含铁资源循环工艺流程

炼钢过程产生的含铁循环资源主要指污泥、炉渣、氧化铁皮[4]。污泥的回收主要是对其加工为污泥球,污泥年产生量约在16万吨,经过脱水处理后可加工污泥球约9万吨,月供应转炉量7 500t左右。炉渣年产生量达50万吨,经过人工手选、二次磁选处理,回收量达12.6万吨,颗粒较大的磁选渣直接加入转炉利用,较细的碎磁选粉与氧化铁皮加工为冷固球,冷固球月产量达4 500t。氧化铁皮年产生量1.2万吨,与磁选粉加工为冷固球回收利用。炼钢废弃物含铁资源回收利用工艺流程见图1。 炼钢厂当前使用的循环资源主要包括污泥球、冷固球、磁选渣、抠罐生铁、铸机切头切尾及质量不合格的废坯、轧废等,其中冷固球月产生量4 500t,污泥球月产生量7 500t,渣钢类月产生量4 300t,因钒钛铁水易粘罐而产生的抠罐铁2 100t/月。在这些冷料中,污泥球、冷固球是经过加工处理后的产品,污泥球主要由污泥加石灰加工而成,冷固球由磁选铁粉加氧化铁皮加工而成。炼钢使用的污泥球的熔点在1 200℃～1 300℃,冷固球熔点则达到1 450℃左右,因此在实际生产中,污泥球作为化渣剂,而冷固球则作为冷却剂使用。炼钢过程产生的废弃物含铁资源,除含有较高金属铁外,还含有大量P、S等有害元素[5]。转炉在回收利用时要考虑其增P、增S因素,特别是铁水P、S偏高,或生产高质量的钢种时,含铁循环资源中的P、S对冶炼工艺将产生极大影响。使用炼钢废弃物含铁资源对转炉冶炼的利弊及影响分析如下。

(1)提高了金属收得率。在冶炼过程中损失在污泥、炉渣、氧化铁皮中的金属,通过回收再利用,使之变成合格产品,提高了金属收得率与资源利用率,降低了生产成本。 (2)有利于冶炼过程化渣。污泥球中含有56%的∑FeO,加入转炉后可迅速增加渣中FeO含量,有利于促进冶炼前期化渣,可代替矿石作化渣剂、冷却剂使用。 (3)有利于提高脱磷效果。污泥球团加入后,达到前期快速成渣目标,可形成最有利于脱磷的低温、高碱度、高FeO含量条件,使脱磷效果提高,而且炉渣中(ΣFeO)和(CaO)含量显著提高,增加了脱磷反应物的浓度,使终点钢中[P]相应下降。

(4)减少外购废钢数量。用磁选铁粉与氧化铁皮制作的冷固球,具有良好的冷却效应,可代替部分废钢作为冷却剂,可降低社会废钢采购量,减少采购资金。

(5)炼钢用冷固球由磁选渣与氧化铁皮加工形成,成分主要包括Fe、FeO、Fe2O3等,其熔点较高,如转炉前期加入量过大,因不能被铁水熔化,散开浮于铁水表面形成较厚覆盖层,对于钢水液面表面积较小的小转炉,下枪吹炼时易造成不能点火现象。因此,在冶炼前期,冷固球加入量不宜过多,在中后期,炉内温度过高时分批加入降温。 (6)由于污泥球、冷固球中FeO含量高,因此加入污泥球、冷固球的炉次,吹炼枪位控制必须偏下限,可以降低渣中ΣFeO含量,提高金属收得率,同时也有利于减轻炉渣对炉衬耐火材料的侵蚀,提高炉龄,降低护炉用耐火材料消耗。

(7)污泥球中P、S含量极高,且波动大,如果铁水P、S含量偏高时,污泥球加入量过大,会造成转炉冶炼时脱P、S的负荷增大,特别是脱硫超过其负荷时,极易造成大批量废品。水钢炼钢厂转炉冶炼使用的污泥球、冷固球的成分见表1。从表1中看出,污泥球、冷固球中P含量差别不大,但是污泥球中S含量极高,因为水钢炼钢用铁水未经过脱磷脱硫预处理,炼钢吹炼过程中产生的除尘灰的P、S含量高,造成污泥球P、S含量极不稳定,污泥球中S含量在0.2%～0.6%,平均为0.25%,最高时达0.6%,因此加入污泥球后会产生转炉脱硫负荷增大的问题。以平均S含量0.25%为标准,测算出不同加入量的增硫情况见表2。表2是按平均S含量计算,如果污泥球中S含量达到0.6%,吨钢加入污泥球量20kg计算,最大增S达到0.012%;如铁水中硫含量在0.05%以上时, 加入污泥球增硫后,转炉脱硫就有相当难度。

炼钢废弃物含铁资源应用的重点和难点是如何利用污泥球、冷固球,由于其P、S含量高,且波动大,因此在实际生产中,仅在普通钢中使用,在生产低P、S的优质钢时,不使用该类资源。以炉内热平衡为中心,经过长期实践,确定了合理的入炉金属料搭配,确保每炉钢的污泥球、冷固球和渣钢的使用量达到4吨以上,入炉金属料搭配有3个方案可供选择,见表3。通过热量调整,使转炉冶炼达到终点目标:钢水温度

1620℃～1640℃、钢水碳含量≥0.15%。

水钢炼钢厂在2013年至2015年的3年时间里,充分利用炼钢废弃物含铁资源,共回收利用污泥37.81万吨,磁选渣23.62万吨,氧化铁皮2.80万吨,使钢铁料消耗下降到1 045kg/t,产生经济效益6.72亿元。含铁资源循环利用已经成为水钢炼钢厂实现低成本、低消耗生产的重要手段。

随着水钢炼钢厂产能的上升,炼钢废弃物也随之增加。炼钢厂为了充分利用含铁资源,降低钢铁料消耗,建立了炼钢厂内部含铁废弃物循环利用制度,还与公司内部的辅助单位合作,建立了内部含铁资源循环工艺流程,研究了污泥球、冷固球、磁选渣等废弃物含铁资源对转炉冶炼的影响,通过利用废弃物含铁资源,使炼钢的钢铁料消耗下降到1 045kg/t。

【相关文献】

[1] 张学民,纪瑞东.炼钢含铁废弃物循环技术研究[J].冶金信息导刊,2014,(1):17-20. [2] 陈志忠,姜黎安,张道刚,等.炼钢含铁固态废弃物在转炉上的综合利用[J].河南冶金, 2010,18(3):43-44.

[3] 李强,元玉辉,胡守忠.固体废弃物在莱钢烧结厂循环利用的技术探讨与实践[J].山东冶金,2007,29(4):52-54.

[4] 徐延浩,王宏明,王晓峰,等.含铁资源转炉回收利用生产实践[J].鞍钢技术,2014,(4):49 -50. [5] 庄昌凌,刘建华,崔衡,等.炼钢过程含铁尘泥的基本物性与综合利用.北京科技大学学报, 2011,33(增刊):185-191.