不銹鋼冶煉粉塵形成機理及直接回收基礎(chǔ)理論和工藝研究.pdf

1、不銹鋼冶煉粉塵含有多種重金屬，填埋棄置不僅污染環(huán)境，而且造成寶貴的鎳、鉻等金屬資源流失。通過前期探索提出返回熔煉的直接回收工藝方案處理不銹鋼冶煉粉塵，即粉塵與還原劑碳混合制粒后加入煉鋼爐，使粉塵中的有價金屬還原并以合金元素的形式回收于不銹鋼母液之中。在國家自然科學(xué)基金等項目的支持下完成本課題的研究，研究內(nèi)容主要涉及以下三個方面：(1)不銹鋼冶煉粉塵形成機理及其直接返回對冶金體系物化特性的影響(2)不銹鋼冶煉粉塵直接返回處理基礎(chǔ)理論研究(

2、3)不銹鋼冶煉粉塵直接返回熔煉的新工藝研究。解決了實現(xiàn)該工藝技術(shù)所必需解決的一些關(guān)鍵基礎(chǔ)理論問題和關(guān)鍵技術(shù)難題，取得以下進展。 應(yīng)用高速攝影技術(shù)觀察研究不銹鋼冶煉高溫熔體表面氣泡破裂過程，確定膜滴和噴射液滴的特征、大小和數(shù)量與氣泡直徑之間的定量關(guān)系，系統(tǒng)地分析了粉塵形成過程的物理化學(xué)變化及其物理化學(xué)特性，確定了粉塵形成過程可分為前驅(qū)體形成和細(xì)小顆粒的集聚長大兩個階段，這為不同成份冶煉粉塵的分離及分別處理和現(xiàn)有除塵設(shè)備的改造提供依

3、據(jù)。 熱力學(xué)分析表明，不銹鋼冶煉粉塵中的鎳很容易還原、其次為鐵、而鉻較難還原，并伴隨有鉛、鋅氧化物的還原。確定了各元素的物相的穩(wěn)定區(qū)，明確了鉻的各種碳化物物種的穩(wěn)定區(qū)。動力學(xué)研究表明，球團碳熱還原過程分三個階段進行，確定了各階段的控制因素和粉塵中各金屬氧化物的還原特征。 分別采用水力模型和高溫金屬與爐渣體系考查氣泡在鋼渣界面的分離行為，發(fā)現(xiàn)氣泡在鋼渣界面的停留與爐渣的化學(xué)成份、鋼渣界面張力、氣泡的大小、熔體溫度等因素緊密

4、相關(guān)，氣泡在鋼渣界面的停留時間隨著氣泡尺寸的增大而延長，但隨溫度的升高顯著降低。氣泡在鋼渣界面停留的這些行為特征，為促進氣泡攜帶夾雜物迅速通過鋼渣界面提供了依據(jù)。 電弧爐煉鋼爐渣發(fā)泡性能研究查清了不銹鋼爐渣發(fā)泡性能差的原因：爐渣中Cr<,2>O<,3>含量低于16％時不會降低爐渣的發(fā)泡性能，只有超過此溶解度后才導(dǎo)致發(fā)泡性能顯著下降；爐渣發(fā)泡取決于冶煉時產(chǎn)生的CO氣體量，F(xiàn)eO的還原速度比Cr<,2>O<,3>的高得多從而產(chǎn)生更多

5、的CO氣體，這是導(dǎo)致碳鋼電弧爐冶煉易實現(xiàn)爐渣最大泡沫化的原因；直接回收工藝所添加的碳酸鈣與硝酸鈣，其加熱分解可產(chǎn)生大量的氣體，可作為爐渣發(fā)泡的內(nèi)氣源。這些提高爐渣發(fā)泡能力的方法可提高直接回收工藝的煉鋼能力。 首次明確了球團浸沒在液態(tài)爐渣中的加熱熔化特征，揭示了固態(tài)爐渣殼的形成與生長，然后熔化向球團內(nèi)部滲透的顯微過程，查明了直接回收工藝過程中固態(tài)爐渣殼的壽命和球團加熱熔化機理，掌握了球團中加入金屬鐵粉促進熱傳導(dǎo)而加速球團的熔化規(guī)律

6、，確定了球團的存在位置和在鋼渣之間的體積分配，建立了鋼渣界面張力的定量計算方法。建立了磷硫脫除過程數(shù)學(xué)模型，確定了磷、硫的傳輸速度為過程的控制步驟，揭示了鋼中[P％]和爐渣中(P％)以及鋼中[S％]和爐渣中(S％)隨時間的變化關(guān)系以及爐渣中FeO在磷硫脫除過程中的作用機制，為不銹鋼冶煉粉塵直接回收工藝所獲得的不銹鋼母液中磷硫含量的控制提供了依據(jù)。 不銹鋼粉塵直接返回冶煉的工藝研究克服了不銹鋼冶煉粉塵造球困難以及木質(zhì)素磺酸鈣作粘結(jié)

7、劑時帶入有害元素硫的問題，取得了鎳、鐵的回收率超過96％和鉻的回收率超過94％以及鋼錠中P、S含量可控的理想效果。不銹鋼冶煉粉塵球團的預(yù)還原不利于有價金屬的還原回收，球團自然干燥后于電弧爐煉鋼過程中的還原期加入較適宜，而且要在冶煉過程結(jié)束的前3min左右加入金屬還原劑調(diào)整渣型以提高冶煉金屬回收率。 對無回收價值的冶煉粉塵用廉價的粘土作為粘結(jié)劑進行固化處理即可通過標(biāo)準(zhǔn)毒性浸出試驗。其工藝參數(shù)為：采用50％的粉塵與50％的粘土混合，