【摘要】： 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(guò)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(jià)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(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持下完成本課題的研究，研究?jī)?nèi)容主要涉及以下三個(gè)方面：(1)不銹鋼冶煉粉塵形成機(jī)理及其直接返回對(duì)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(3)不銹鋼冶煉粉塵直接返回熔煉的新工藝研究。解決了實(shí)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(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)難題，取得以下進(jìn)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(guò)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(guò)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(guò)程可分為前驅(qū)體形成和細(xì)小顆粒的集聚長(zhǎng)大兩個(gè)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(dòng)力學(xué)研究表明，球團(tuán)碳熱還原過(guò)程分三個(gè)階段進(jìn)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相關(guān)，氣泡在鋼渣界面的停留時(shí)間隨著氣泡尺寸的增大而延長(zhǎng)，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(jìn)氣泡攜帶夾雜物迅速通過(guò)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_2O_3含量低于16％時(shí)不會(huì)降低爐渣的發(fā)泡性能，只有超過(guò)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(shí)產(chǎn)生的CO氣體量，F(xiàn)eO的還原速度比Cr_2O_3的高得多從而產(chǎn)生更多的CO氣體，，這是導(dǎo)致碳鋼電弧爐冶煉易實(shí)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(tuán)浸沒(méi)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(zhǎng)，然后熔化向球團(tuán)內(nèi)部滲透的顯微過(guò)程，查明了直接回收工藝過(guò)程中固態(tài)爐渣殼的壽命和球團(tuán)加熱熔化機(jī)理，掌握了球團(tuán)中加入金屬鐵粉促進(jìn)熱傳導(dǎo)而加速球團(tuán)的熔化規(guī)律，確定了球團(tuán)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(jì)算方法。 建立了磷硫脫除過(guò)程數(shù)學(xué)模型，確定了磷、硫的傳輸速度為過(guò)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(shí)間的變化關(guān)系以及爐渣中FeO在磷硫脫除過(guò)程中的作用機(jī)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)劑時(shí)帶入有害元素硫的問(wèn)題，取得了鎳、鐵的回收率超過(guò)96％和鉻的回收率超過(guò)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(tuán)的預(yù)還原不利于有價(jià)金屬的還原回收，球團(tuán)自然干燥后于電弧爐煉鋼過(guò)程中的還原期加入較適宜，而且要在冶煉過(guò)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(duì)無(wú)回收價(jià)值的冶煉粉塵用廉價(jià)的粘土作為粘結(jié)劑進(jìn)行固化處理即可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)毒性浸出試驗(yàn)。其工藝參數(shù)為：采用50％的粉塵與50％的粘土混合，在1100℃下熱固化15min，固化產(chǎn)物熱穩(wěn)定性良好可作為建材使用。 總之，不銹鋼冶煉粉塵直接返回冶煉的回收處理技術(shù)可充分利用鋼廠現(xiàn)有設(shè)施，是一種投資省、生產(chǎn)運(yùn)行成本低的處理不銹鋼冶煉粉塵的新方法。
【圖文】：

鋼水再經(jīng)精煉并配合連鑄作業(yè)，最終獲得不銹鋼產(chǎn)品，工藝流程見(jiàn)圖1一1110]。不銹鋼冶煉過(guò)程所產(chǎn)生的含鎳、鉻廢棄物為粉塵和爐渣，但粉塵與爐渣的化學(xué)成份和物理特性隨生產(chǎn)工藝的不同而各異。二步法的電弧爐渣和粉塵以及AOD或SSV‘義)人空處脾佗圖1一1我國(guó)不銹鋼冶煉流程Fig.l一 1FlowsheetofstainlesssteelmakinginChinaVOD粉塵中含大量鎳鉻等有回收價(jià)值的金屬，爐渣可采用圓盤(pán)熱潑、熱炯等方式處理以便于進(jìn)一步回收利用。三步法的精煉粉塵中含大量鎳鉻等有回收價(jià)值的金屬，值得進(jìn)一步回收處理;轉(zhuǎn)爐渣和精煉爐渣顆粒小、緩冷易粉化、有價(jià)金屬含量低、回收價(jià)值不高。1.2不銹鋼電弧爐熔煉電弧爐煉鋼己走過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的歷程，在冶煉回收廢鋼和金屬材料上具有明顯的優(yōu)勢(shì)[川，隨著電力供應(yīng)的不斷充分和電價(jià)的降低，電弧爐已成為采用廢鋼返回料生產(chǎn)不銹鋼的首選設(shè)備【’2]，目前采用電弧爐一AOD兩步法生產(chǎn)的不銹鋼占世界產(chǎn)量的75%

鋼水再經(jīng)精煉并配合連鑄作業(yè)，最終獲得不銹鋼產(chǎn)品，工藝流程見(jiàn)圖1一1110]。不銹鋼冶煉過(guò)程所產(chǎn)生的含鎳、鉻廢棄物為粉塵和爐渣，但粉塵與爐渣的化學(xué)成份和物理特性隨生產(chǎn)工藝的不同而各異。二步法的電弧爐渣和粉塵以及AOD或SSV‘義)人空處脾佗圖1一1我國(guó)不銹鋼冶煉流程Fig.l一 1FlowsheetofstainlesssteelmakinginChinaVOD粉塵中含大量鎳鉻等有回收價(jià)值的金屬，爐渣可采用圓盤(pán)熱潑、熱炯等方式處理以便于進(jìn)一步回收利用。三步法的精煉粉塵中含大量鎳鉻等有回收價(jià)值的金屬，值得進(jìn)一步回收處理;轉(zhuǎn)爐渣和精煉爐渣顆粒小、緩冷易粉化、有價(jià)金屬含量低、回收價(jià)值不高。1.2不銹鋼電弧爐熔煉電弧爐煉鋼己走過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的歷程，在冶煉回收廢鋼和金屬材料上具有明顯的優(yōu)勢(shì)[川，隨著電力供應(yīng)的不斷充分和電價(jià)的降低，電弧爐已成為采用廢鋼返回料生產(chǎn)不銹鋼的首選設(shè)備【’2]，目前采用電弧爐一AOD兩步法生產(chǎn)的不銹鋼占世界產(chǎn)量的75%
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：X757

【引證文獻(xiàn)】

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2 李園超;俞曉;王強(qiáng);李秋菊;洪新;;不銹鋼冶煉粉塵預(yù)還原實(shí)驗(yàn)研究[J];過(guò)程工程學(xué)報(bào);2010年06期

3 魏芬絨;張延玲;魏文潔;楊小剛;;不銹鋼粉塵化學(xué)組成及其Cr、Ni存在形態(tài)[J];過(guò)程工程學(xué)報(bào);2011年05期

4 馬超;薄涵亮;;一種新型的液滴分布測(cè)量方法[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年S2期

本文編號(hào)：2622107