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炼钢发展新技术学习心得与技术拓展思路

时间:2018-11-23 08:36:23|浏览:|评论:0条   [收藏] [评论]

炼钢发展新技术学习心得与技术拓展思路


 1. 前言

北科大老师在近期授课中提到了利用石灰石直接造渣炼钢的新

技术,并从理论和实践两方面进行了深入细致的剖析和讲解,颠覆了多年以来由石灰主导的传统转炉炼钢方式,给人耳目一新的感觉,不仅引进了全新的理念,拓展了炼钢工作者的视野,也开拓了转炉炼钢新的技术方向和降本增效的新途径。在钢渣利用方面,老师提到了当前已经采用和研究蓬勃开展的钢渣利用技术,着重讲解了钢渣高端制品的实验研究情况和应用案例,给予冶金企业以深刻启发。本文在学习的基础上结合自身掌握的知识多年生产实践的阅历,提出适合某些企业的钢渣利用模式(具体是否适合,大家根据自己条件)。另外,就白云石的使用和其它利用现有条件降本增效工作提出新的见解,以期与大家共同讨论,在可行的基础上尽快作为企业处理固废、解决环保问题和降本增效的新方式。

    2. 石灰石的冶金特性和优势

2.1石灰石的冶金特性

1)石灰石在转炉内会受热自爆裂,成渣迅速.

2)转炉内石灰石释放的的CO2造成的微环境,能使铁和渣中的硅以SiO的形式挥发。

3)石灰石的密度比石灰高出40%,不存在变质问题,不需要特别的储存和运输条件。

4)当石灰石与渣中其它诸如FeXOY SiO2等组元组成混合体系时能降低石灰石分解的活化能和温度,从而可降低石灰石分解的能量需求。

5)石灰石渣化过程中不产生高熔点硅酸盐壁垒,其分解和化渣能相互促进。

6)减排CO2量与石灰石替代的石灰量成正比。

2.2石灰石冶金的优势

1)不论什么晶体形态的石灰石都可用于炼钢,突破了大晶粒度石灰石不能用于烧制石灰的局限,使得不能利用的资源得以利用,拓展了资源使用面。

2)避免了煅烧石灰过程的电力、煤气或油品消耗;避免石灰煅烧至转炉炼钢间的石灰降温再升温的过程,避免这一部分能源的浪费。节能效果显著。

3)石灰煅烧设备和转炉两种反映器的功能合并到一个反映器中进行,从全流程上简化了炼钢生产的工艺。

4)可利用石灰石分解的CO2增加转炉供氧量,提高CO产率。

5)产生的粉末量少,密度大,可被风机抽走的颗粒度要小于石灰,从而减少进入除尘系统的灰量,节约石灰石资源,相应地可降低能耗。

6)自爆裂的特性使得化渣快,生成的CaO粒度小,不存在冶炼终点的未反应石灰块。

7)高温下自爆裂使得石灰与炉渣的接触面积大,改善传输从而促进反应速度。

8)汽化脱硅可减少石灰石的用量,从而可以少渣冶炼,降低能耗物耗。

9)石灰石化渣快速、充分的特点使得单渣发生产低磷钢和极低磷钢成为可能。

10)避免了石灰烧制过程中的CO2自排量和与烧制相关的排放量,减排CO2和其它诸如SO2NxOy等污染物。

2.3铁水硅挥发的条件分析

1)石灰石的加入量在一定范围内时,随着其在体系内的含量增加则Si的挥发增加。

2)在较低的炼钢温度下,随着石灰石加入量的增加,硅的挥发不增加,甚至出现略降的趋势;在中等温度下,硅的挥发量随着石灰石加入量的增加呈现先增加后降低的的趋势。但在2600℃的高温下,硅的挥发量随着石灰石加入量的增加呈现显著的增加趋势。

3)铁水硅含量越高则硅的挥发量越大。

4)在高于2100℃的各个温度下,硅的挥发量随着铁水碳含量的增加基本上呈现先增加后降低的趋势。但温度约高这种趋势越明显。

5)增加火点区的面积可以促进SiO的生成量。火点区冲击坑面积越大,液滴产生的速率越高,硅挥发反应动力学条件越好。为了使得硅能尽量在火点区生成SiO,应加强搅拌,使得硅元素源源不断进入火点区。转炉内硅挥发本质是火点区铁水中的Si与O2CO2之间的气-液反应,通过加强转炉熔池内传输动力学条件应该能促进熔池内Si源源不断地进入火点区,从而促进硅挥发反应的进行。

因此,最佳的喷吹工艺即:冲击坑面积最大,同时熔池的混匀时间最小。

3. 石灰石应用的新方法讨论

基于石灰石的以上冶金特性和优势的研究,以及铁水硅挥发的条件,提出石灰石利用的

新方式为:

1)利用渣热生产炉渣返回料:

    分析:转炉渣的温度在1500℃以上,其显热完全能够保证石灰石的分解,而炉渣的缺点是P含量高,因此利用渣热分解石灰,可提高渣的CaO含量,并稀释P。

建议:每炉倒渣后向渣罐液渣表面投入部分石灰石,利用炉次之间的时间慢慢反应,然后下一炉次倒渣后继续投入石灰石,这样依次投加。最后翻渣后的钢渣中的CaO含量增加而P含量减小,同时含有FeXOY,可作为返回料再转炉使用。

2)与含铁物料压球法:

    分析:铁水碳含量高,有利于造成局部还原性气氛,促进Si向SiO转化而挥发,而FeO、SiO能促进CaCO3的分解,而球内含碳,增加了体系C浓度,能促进CO的生成,有利于营造局部还原性气氛。因此将含铁固废,含碳固废和石灰石混合压球,既能促进Si的挥发又能多产煤气。且分解后的CaO弥补了重力灰碱度低的缺点。

    建议:将氧化铁皮、高炉重力灰(含碳25-30%)和石灰石粉一起压球用于转炉或电炉。也可用石灰窑生产过程中产生的石灰除尘灰(成分CaCO3CaO,SiO2)与氧化铁皮和高炉重力灰一起压球。

3)留渣+快速固化工艺:

分析:现在许多厂家都有少渣+留渣工艺,操作的关键之一就是要将留在炉内的炉渣迅速冷却稠化,防止兑铁时与炉渣反应喷溅或开吹打不着火。

    建议:在留渣后加入部分石灰石,可迅速冷却炉渣并生成CaO,增加了渣的粘度,便于溅渣挂炉,也使得下炉成渣更为迅速。对于操作不当引起的炉底下降,也可作为一种垫补方式,此时可加入石灰石或白云石冷却炉渣,造黏渣粘附炉底。

4)作为喷射冶金的粉剂:

    分析:石灰石作为粉剂用于电炉,与碳粉协同,可造良好的泡沫渣;部分企业正在计划实施冶金炉底喷粉技术,石灰石分解产生的CO2既是氧化剂又是搅拌气体,不仅可减少转炉氧耗,还能改善动力学条件。

建议:将石灰石粉矿进一步细磨成粉剂,利用空气作载气,利用专门的喷射设备喷入电炉中。用于底喷粉时则要求粉剂更细些,可与石灰混合,也可单独使用,载气选用氧气或氧气+CO2。石灰生产过程的除尘灰也可以考虑用作以上的喷吹粉剂。

4. 钢渣利用方式概述

4.1钢渣返回钢铁生产流程

比较常见的如钢渣用作烧结矿熔剂及高炉熔剂;钢渣在转炉回用:留渣操作可认为是热渣循环利用,而有些企业将低磷阶段铁水冶炼的钢渣单独存放,相机利用的方式则可称为冷渣回用。用作铁前熔剂时,最大的问题是钢渣的P含量问题,钢渣配比不能太大,否则铁水P含量高而得不偿失。另外在以上环节应用时需做好抑尘工作。

回收钢渣中的废铁,手段有破碎、磁选、球磨、水洗等。总之,钢渣做得越细,其中的金属便可以回收得越多。但破碎耗随着粒度的不断增大而成幂函数增长,因此探索新的低能耗、高效磨矿技术是解决这一问题的一个方向,多碎少磨理念也是比较科学的。近年来圆锥破碎机和新型细磨设备(立磨)的出现,为钢渣金属收得率的提高打开了新的天地。而利用企业蒸汽作为动力的蒸汽动能磨无疑为钢渣乃至矿渣的低成本细磨和超细粉磨创造了条件。

4.2钢渣用于建筑领域

    该领域的应用有:

1)用于道路路基,优点是抗冻性好、导电性好、不干扰铁路通讯系统、用于沥青路面强度高、硬度大、防滑、磨碎率小、结实等优点。

2)生产钢渣水泥和钢渣混凝土。一种使用方式是细磨成钢渣微粉,作为水泥和混凝土的参合料,优点是适合蒸汽养护、后期强度大、耐磨、耐腐蚀性好、水热低、膨胀度小(形状稳定性好)、生产工艺简单、成本低。另外一个显著意义是:减少了熟料的生产量,节能和减排(以CO2为代表的污染物排放)效果显著。另一种就是细碎的钢渣小粒作为混凝土砂浆骨料,相当于碎石所起的作用,当然这一用于不如前者高端。

3)生产定形建筑制品。最常见的应用是生产钢渣蒸养砖瓦制品,形状较多,用于墙体、道路、抑尘路面等(例如格子砖空隙种植耐踩踏植物)。近年来,国内外采用先进的加气和发泡工艺,将钢渣、矿渣、粉煤灰等按照一定比例混合,生产出密度不同的高附加值的钢渣泡沫混凝土砌块,其中钢渣掺混比例高达50%以上,最高达到70%,产品的保温性和物理性能优越,为钢渣综合利用开辟了新路子。另外,国内外还有用钢渣和粉煤灰一起制造钢渣陶瓷的,属于高端领域,将钢渣的价值发挥到了极致。

4)钢渣用于海绵城市建设。所谓海绵城市就是使用特殊材料使得城市具有含蓄水源和适时释放的作用。钢渣透水砖采用沙子、水泥、石屑、碎石和钢渣经过压制成形和养护制成,广泛用于城市广场、人行道、园林等,具有透水性好,抗压性好和强度高等特点。

4.3钢渣用于土壤改良和农业生产

钢渣富含的自由CaO和MgO和氧化硅,具有补充钙镁硅元素的作用,可拥有改良沿海等地的咸酸田。钢渣中的磷、铁等元素对农作物有益,目前有钢渣钙镁磷肥和钢渣包裹性缓释肥等产品。

4.4钢渣用于烟气脱硫

   传统的烧结和电厂烟气脱硫工艺采用石灰石或石灰作为二氧化硫吸收剂,成本较高。钢渣中有大量碱性氧化物,适合作为烟气脱硫剂。目前成熟的工艺为循环流态化床烟气脱硫工艺,流程简单,运行成本低,副产品干态化,便于利用。以上脱硫后的副产物可用于盐碱沙荒地改造或作为水泥原料。

4.5钢渣用于污水处理

 钢渣可以吸收水中P、Ni、Cr、Se等元素,去除率达到98%以上。目前问题是处理污水后钢渣将逐渐失去作用并被污染,对这种用后钢渣的无害化处理又是一项新的课题。

4.6钢渣用于矿山填充料

   钢渣和矿渣产生量大,利用钢渣和矿渣作为矿山填充胶结剂的主要原料具有重要意义。北科大已经开发成功一种利用钢渣为基础料,采用脱硫石膏最为激发剂的技术用于矿山的填充。

4.7钢渣用于填海造陆材料

    沿海地区和岛屿国家可利用钢渣作为填海造陆的材料,这方面日本应用较多,走在前面。

4.8钢渣用于高性能填料

    填料具有补强作用,可以提高产品的力学性能并且价格低廉,还可降低成本,由于钢渣自身强度大的特点,填入到有机高聚物中不仅能加强其力学性能和耐磨强度,还能提高产品性能。目前在载重车辆轮胎、铁路道口硬质橡胶垫、接缝伸缩块等橡胶制品中能见到钢渣的身影,这种钢渣多是经过整粒的多棱角的钢渣。

5.适合酒钢的钢渣利用方式以及改进建议

   经过对以上钢渣利用工艺的分析,结合酒钢的地域特点和条件,作者认为一下6种方式比较适合内陆钢铁企业,也符合省情。

5.1钢渣返回钢铁生产流程回用

    分析:该技术简单易行,能利用钢渣高碱度的特点,抑尘工作也相对好开展。且酒钢钢渣的磷含量水平与南方企业相比要低得多,烧结工序完全可以低配比配料。另外,钢渣破碎、磁选、球磨工艺已经应用多年,虽有待优化,但比其它利用方式较易于开展。

    建议:后续钢渣利用工作的提升,需要引进多碎少磨理念和新型碎、磨一体的细碎工序,将钢渣中的铁选至更低,以便钢渣尾料的更好利用。

5.2钢渣用于道路路基

分析:酒钢地处西北,冬季严寒,昼夜温差大,因此极适合采用钢渣这样的抗冻性好、自然堆角高大、形状稳定性好的材料作为填充材料。另外酒钢临近铁路公路,运输方便,可将便捷地将钢渣用于道路施工地点。

建议:目前存在的问题是,社会尚不知道钢渣的特性以及价值,且甘肃地区地势平坦,砂石不缺,因此施工方宁可就地取砂石作为填料也不使用钢渣。这就需要企业与政府结合大力宣传,同时政府于本省环境治理需要给于使用方一定的优惠政策,推进钢渣路基工作开展。由于钢渣价值较低,因此应考虑经济运距的问题。

5.3生产钢渣水泥和钢渣混凝土

分析:该技术简单易行,利用了钢渣中的CaO和SiO2,目前大多数钢企利用钢渣细磨粉作为水泥掺合料。有的企业周边有钢渣微粉企业利用钢渣生产微粉供给水泥企业和商砼企业。

建议:虽然钢渣越细磨,其水硬胶凝性越好,潜力越能发挥出来,但目前限制钢渣微粉应用的环节主要是细磨成本高。国外关于低成本高效细磨技术的研究如火如荼,近年来有些企业也从国外引进了一些碎磨一体的加工线并已经逐步显现效益。钢企自己的水泥厂要实现水泥成本的降低液必须积极引进该类型的产线。另外,酒钢也可建设该类型的产线,销售超细粉产品,提高效益。另外市政府和酒钢积极创造条件,给于优惠政策,吸引微粉企业来本地投资兴业也是一条途径。

5.4生产定形建筑制品。

   分析:生产定性建筑制品的原料除了钢渣,还有粉煤灰和水泥等,这些物料酒钢十分丰富,且就近取材,具有成本优势。另外,加工成高端的建筑制品后其经济运距可以扩大,至少在省内和周边省份可以销售。

   建议:钢渣蒸养砖制品和蒸养砌块是酒钢利用钢渣生产并取得成功的最初两种产品,目前又发展为加气砌块、路面砖等多个品种,这是值得肯定的。但今后还应继续发展高附加值产品,例如钢渣粉煤灰为原料的陶瓷。南方已有企业与科研院所一起研制成功平面陶瓷制品并且已经占有一定市场。酒钢即使暂时没有资金建厂也完全可以创造条件吸引这类高科技企业前来投资,且不论合作后的效益有多大,但就固废处理的意义就已经很大了。况且开类型变废为宝的行业,国家是优惠政策的。

5.5钢渣用于烟气脱硫以及副产品用于盐碱沙荒土壤改良

   分析:新疆、甘肃、内蒙、宁夏盐碱沙荒土地占了该地区面积的50%-70%不等,耕地面积极少。而钢企的工业副产品烧结或电厂烟气脱硫石膏恰恰可以改良这种土壤,并提供一定的P、Ca肥力。烟气脱硫方面,有的企业还在使用石灰石脱硫石灰脱硫,且工艺不是太成熟,成本较高,若采用钢渣脱硫则有显著的经济效益,还可实现以废治废,解决环保问题。

   建议:利用选铁后的钢渣尾料细磨生产脱硫剂,采用全渣脱硫或与石灰石配合的方式,以上脱硫后的副产物可用于嘉峪关周边盐碱沙荒地改造。此项工作需立项争取市政府乃至省政府支持,方可大规模开展,则不仅对于酒钢环保还是周边生产环境改良,乃至土地开发利用都是具有重大意义的

5.6钢渣用于矿山填充料

分析:钢渣和矿渣产生量大,利用钢渣和矿渣作为矿山填充胶结剂的主要原料具有重要意义。北科大已经开发成功一种利用钢渣为基础料,采用脱硫石膏最为激发剂的技术用于矿山的填充。

建议:与北科大合作,将石膏、钢渣和采矿废岩一起制成填充料,用于矿井的回填。可以局部试点再推广至所有废弃矿井。

6.由钢渣和区位优势联想到的固废处理新理念(暂列几条与各界人士讨论,以后还会发掘出新工艺)

6.1既然钢渣是低能态的释放能量后的稳态产物,那么对钢渣加以能量应能恢复其冶金原料的特征。设想是以煤炭作为还原剂,以钢渣显热作为主热,以太阳能光热技术聚焦热为温度保持机制,将钢渣中的P还原脱出一部分,恢复钢渣的冶金功能,减少石灰、石灰石乃至白云石的用量。

6.2太阳能光热技术煅烧石灰石与白云石生产熟料,回收CO2作为冶金和农业用气。

6.3太阳能光热技术产蒸汽用于块状建筑材料的蒸汽养护;太阳能光热技术产热水用于淀粉的预糊化改性处理,作为粘结剂生产固废冷固结球团或改善矿粉的圆盘造球性能。

6.4电解轻烧白云石生产优质镁砂,用于冶金领域,可与镁砂企业合作。

6.5太阳能光电屋顶发电用于生产氧气和氢气,氧气用于冶金领域,氧气和氢气一起用于连铸坯超细缝切割或机械加工。

6.6铬铁渣采用选矿方法富集氧化铬,生产引流剂和高档磨料。

6.7不锈钢除尘灰和铬铁炉尘采用选矿方法分离氧化铬。选出的氧化铬用于含铬钢的合金化或微合金化。对于不锈钢灰,选铬后的灰可用于转炉、电炉造渣;对于矿热炉灰,选铬后可与高炉渣、硅锰炉渣一起生产矿棉。

6.8高炉渣、硅锰炉渣、选铁后粉煤灰与硅石粉配合生产各个组分的CaO-SiO2-MgO-Al2O3系矿棉。选铁后的粉煤灰还可生产铝酸盐水泥。

6.9含铁固废和煤炭、焦粉一起压制含碳球团用于转炉,可降低铁耗并增产煤气。铬矿粉配碳压球用于矿热炉或合金化。

6.10铝业铝灰(含Al和Al2O3)与石灰生产过程除尘灰或精炼除尘灰一起生产钢包精炼渣。

6.11精炼除尘灰生产悬浮乳浆涂料。

6.12钢坯简壁法利用钢渣显热生产低温焦和木炭(机制木炭、修剪枝条原木炭、高档果壳炭、高档果核炭、烧烤蛋)

7.结语

1.有的企业酒钢地处内陆,区位劣势很多,因此资源利用更应体现集约和以废治废的理念,尽量利用本企业内部具有的条件实现低成本冶金和低成本固废处理。需要详细罗列本企业具有的区位优势,分析其与钢铁主业和固废处理的关系,并组合其中几种与冶金可固废处理工艺结合应用。作者分析的有的内陆企业特有的区位优势条件有:石灰石矿、白云石矿、石灰和轻烧白云石生产过程的除尘灰、矿热炉筛下硅石粉、焦炭以及煤化工产品、不锈钢工业、硅锰铬系铁合金产业、P含量相对较低的钢渣、广阔的场地、自备电厂和廉价的电力以及副产物、由冰川作为水库的水源、干燥的气候、较长的日照时间、距离西部煤炭基地较近、冶金机械建筑等多元化的经济实体和互保共建机制等。以上条件应仔细分析并加以利用。

2.选矿专业,一般认为是专攻矿物富集、提取的专业。但在目前习总书记提出的建设资源集约型和环境友好型社会理念下和冶金固体废物利用研究方兴未艾之时,专业的眼界应拓展,各专业之间应深度融合。例如选矿专业、化工专业完全可以与固废利用向结合,实现固废领域的分别处置化和高效利用化。国家、企业应鼓励各专业人员组成技术团队从事固废利用研究,推进成果转化,将中国的固废利用推向一个新的高度。

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