专利名称：一种含铬镍铁质伴生物的回收方法
技术领域：
本发明涉及一种含铬镍铁质伴生物的回收方法。
技术背景
目前国内钢铁企业按照国家规划执行可持续发展战略，需要改善钢铁企业及周边地区的环境质量，从根本上改变钢铁行业高消耗、高废弃、高污染的传统经济增长方式，已成为钢铁行业深挖潜力、降低成本的主要方向之一。太钢在不锈钢生产过程中产生大量的含铬镍铁质伴生物，原有解决含铬镍铁质伴生物的处理方法简单，加工过程中会再次造成环境污染，因此迫切需要一种对含铬镍铁质伴生物一次性完全综合回收利用的工艺方法改变行业现状，实现在满足环境管理需要的同时通过含铬镍铁质伴生物资源再利用的经济链条，提高含铬镍铁质伴生物综合利用水平，以达到区域循环经济可持续发展目标，实现综合效益最大化，为钢铁企业的快速发展奠定良好的基础。发明内容
本方法旨在满足国家相关产业政策要求，以改善环境、节能减排为目的，提出一种针对含铬镍铁质伴生物的综合回收利用的工艺方法，实现含铬镍铁质伴生物资源化，同时副产品全部回收利用。
本发明涉及一种含铬镍铁质伴生物回收方法，其特征在于，包括下列步骤
(1)制砖将湿料与干料分别装料，加水搅拌，混勻，制砖；
(2)装料将步骤(1)获得的不锈钢砖块，与废钢、焦炭和辅料，装入冶炼炉；
(3)冶炼将步骤(2)完成装料的混合物，在富氧环境下，于1400°C以上高温冶炼， 得到含铬镍铁水、炉渣以及煤气；
(4)脱硫将步骤( 所得含铬镍铁水在氮气环境下进行脱硫操作，得到脱硫含铬镍铁水。
优选地，该回收方法还包括对步骤(3)所得炉渣进行粒化操作，得到粒化渣。
优选地，该回收方法还包括步骤( 煤气净化步骤将所述步骤(；3)得到的煤气进行除尘、洗涤、净化处理。
优选地，所述步骤⑴的砖块的强度大于等于5牛/mm2。
优选地，所述步骤(1)的湿料包括不锈钢铁磷，以及可选的包括瓦斯泥、炼钢红泥；干料包括含铬镍除尘灰，焦粉和水泥，其中，在步骤1)中装料制砖时，用作湿料的不锈钢铁磷和用作干料的含铬镍除尘灰，可选择含有其中一种，也可同时含有二者。
优选地，所述步骤O)的固体不锈钢废料为不锈渣钢以及可选的碳素废钢。
优选地，所述步骤O)的辅料包括石灰石、硅石。
优选地，所述步骤O)的辅料添加保证冶炼原料体系的CaO/SiA的质量比= 0. 8 1。
优选地，按重量份数计，所述步骤O)的装料按照如下配比废钢10 40 焦炭8 40 辅料5 40 不锈砖块10 40，优选的配比是废钢18，焦炭9. 9，辅料5. 63，不锈砖块2. 7。实施本发明的含铬镍铁质伴生物回收方法的专用设备，包括以下系统制砖系统； 装料系统；冶炼系统；脱硫系统；煤气净化系统。优选地，所述含铬镍铁质伴生物回收方法和其专用设备的冶炼装置可选富氧竖炉，优选配备两座一备一用。本发明还涉及所述回收方法的步骤(4)得到的脱硫含铬镍铁水，用做不锈钢冶炼的原料的应用。本发明还涉及所述回收方法的步骤(4)得到的粒化水渣，作为粒化高炉矿渣粉的原料的应用。本发明还涉及所述回收方法的步骤( 得到的煤气，作为工业煤气的应用。本发明的方法具有下述优点1、减少环境污染和含铬镍铁质伴生物堆放，实现零排放。2、每年可从不锈除尘灰(泥)中提取16万吨含铬镍不锈铁水其中提取金属Ni约 4432 吨、Cr 约 9600 吨。3、富氧竖炉产生的炉渣可以进行粒化处理，作为水泥的添加剂。4、富氧竖炉产生的煤气经过净化冷却，回收到工业煤气总管网利用。
图1为本发明工艺的流程图。
具体实施例方式下述通过详细的实例详述本发明，然而，应当理解的是，下述叙述不应当作为本发明保护范围的限制。具体的，本发明的含铬镍铁质伴生物回收方法包括五部分制砖系统；装料系统； 冶炼系统；脱硫系统；煤气净化系统等五部分。主要过程是收集炼钢厂、轧钢厂等单位产生的不锈钢除尘灰、不锈钢铁磷等含铬镍铁质伴生物，与焦粉、水泥配料混勻后，压制成不锈砖块，与焦炭、不锈渣钢等一同装入富氧竖炉中，经冶炼还原成含铬镍铁水，运往不锈炼钢车间使用；同时冶炼炉炉渣经粒化可产生粒化水渣作为建筑材料中的超细粉使用，富氧竖炉产生的煤气净化后输入工业煤气总网利用。结合流程1，具体包括如下步骤1、制砖系统瓦斯泥是高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒经湿式或干式除尘而得到的产物，其主要成分是氧化铁和炭。炼钢红泥主要指转炉冶炼过程中水除尘工序产生的除尘灰，主要成分是IFe (全铁)、氧化铁。不锈钢铁磷主要指轧钢厂产生的轧钢氧化皮，主要成分是TFe、氧化铁、Cr203、Ni0。焦粉是将煤炼成焦炭过程中产生的副产品，主要成分为碳，多用作烧结燃料。在本发明中的作用是后面冶炼步骤的燃料。
水泥即指用于建材中的普通粉状水硬性无机胶凝材料。在本发明中的作用是制砖的必要原料。一般采用P. 042. 5水泥，SiO2含量26.。含铬镍除尘灰是在炼钢过程中产生的大量粉尘，需经过除尘装置处理并收集起来。其主要含有铁、铬、镍等物质，如果直接填埋会对环境造成很大的危害，而将这些物质回收利用，不仅可回收有价元素、创造经济效益，而且可保护环境。制砖用湿料(主要为瓦斯泥、炼钢红泥、不锈钢铁磷等)与干料(焦粉、水泥和含铬镍除尘灰等)分别装入料斗，根据产品需要以及干、湿料的产出，通过料仓工艺称进行称量，进入强力搅拌器中加水搅拌，制成均勻的混合物料。运输机运送混合物料至压砖机，将其添加到模具中振动挤压，压成不锈砖块，将其运送至储藏室中养护。焦粉作为冶炼燃料必须添加，水泥作为制砖必要原料也不能缺少，而湿料中的不锈钢铁磷以及干料中的含铬镍除尘灰提供铬镍元素，必选其一，其它均为可选原料。由于含铬镍除尘灰为粉状，有利于制砖，优选添加，所述湿料的加入是为了促进干料和湿料的混合，优选添加。制得的砖块需要保证一定的强度，优选大于等于5牛/mm2。才能保证进入冶炼炉中尽量保持形状，起到支撑物料的作用。所述砖块可制成各种形状，只要配合后面的装料线的形状即可。本发明为了获得较好的抗压强度，优选的不锈砖块外形为外观为六棱柱体； 上下表面为正六边形，其外切圆直径110mm，柱体高110mm。2、装料系统废钢按照性质可分为碳素废钢和合金废钢，此装料步骤中均可加入，合金废钢可分为不锈废钢和不锈渣钢，不锈废钢主要用于冶炼不锈钢，不锈渣钢为不锈钢冶炼过程中的电炉渣、AOD渣等。碳素废钢为不含有铬镍元素的废钢种类。装料步骤的主要组分是制砖步骤得到的不锈砖块，用于冶炼的焦炭，以及废钢。而固体不锈钢废料主要选用不锈渣钢和可选的碳素废钢，辅料主要包括石灰石(主要成分 CaO，一般含量彡55.4% )、硅石(主要成分SiO2，一般含量彡94% )，所述硅石用来造渣， 石灰石用来调碱度。不锈渣钢以及不锈砖块提供铬镍等可回收元素，所述焦炭作为冶炼燃料必须加入。而碳素废钢的加入是为了便于开炉和关炉的操作，在开炉或关炉时通过加入 1000 2000Kg碳素废钢利用熔池的形成和冶炼炉的冷却。不锈渣钢、可选的碳素废钢、焦炭和辅料，与制砖步骤得到的不锈砖块，计量后混合装入料篮。不锈砖块作为装料混合物中的重要组分。料仓中的焦炭和辅料精确计量后进入到行走称量料仓中。其中，各用料的加料量通过下述方式来控制由不锈渣钢中的Cr，Ni 含量预估得到的含铬镍铁水的Cr，Ni含量，以初步判断是否达到终端客户要求，如果未达到客户要求，再补入需要的各装料。自动程序根据装入的辅料石灰石和硅石的用量进行计算预期的炉渣碱度，控制CaO/SiA重量比=0. 8 1，SiO2来自硅酸盐水泥和硅石，CaO主要来自石灰石。炉渣碱度的控制是为了控制渣的粘度，碱度太大，渣和铁水流动性不好，容易堵塞，碱度太小，腐蚀炉内衬材料。优选地，为了使冶炼炉中的反应效果更好，按重量份数计，装料可选用如下配比 废钢10 40 焦炭8 40 辅料5 40 不锈砖块10 40，优选的配比是废钢18，焦炭9. 9，辅料5. 63，不锈砖块2. 7。物料通过料篮装入富氧竖炉顶部的入口中。料篮的装料是通过一次装料和二次纠偏补料进行，自动程序会纠正称量偏差以保证工艺条件。给料的过程是分批次进行的，在生产过程中要在适当时候继续按照设定比例、依据上述方法加料，以维持冶炼的进行。一般容量为45t的冶炼炉，加料速度为8次/h。
3、冶炼系统
冶炼是在富氧竖炉中进行，利用焦炭燃烧达到预定的温度，使废钢、不锈砖块、辅料等在特定的温度，氧气环境中进行冶炼，还原铁以及使金属熔融。冶炼炉内设置焦床，用于放置冶炼原料，喷氧装置设置在冶炼炉的底部，以超音速吹入纯氧，该喷氧装置能够输入 200m3/h和3000m3/h之间的一个氧气流量速率，由于氧气流速较快，可自下而上穿过焦炭层，使冶炼原料处于纯氧的环境中，达到深层渗透焦床的效果，提高焦炭燃烧率。热风生成设备与冶炼炉连接，该设备在冶炼同时通过燃烧工业煤气加热空气，出风口设置在冶炼炉的底部，该热空气形成热风导入冶炼炉底部，温度控制在750°C以上，自下而上加热物料，起到保证炉内温度并搅拌下降炉料的作用，促使燃烧室尽快达到要求的温度。运行过程中，喷氧流量氧化铁等金属氧化物在1000°C时开始被CO还原成海绵铁，在1400°C时还原后的铁和渣开始熔化，因此冶炼温度设定为1400°C以上，优选1450°C。冶炼炉得到含铬镍铁水，炉渣和煤气。足量的含铬镍铁水中漂浮着炉渣，进行炉渣分离操作。可用虹吸式铁渣分离器进行炉渣分离操作，该分离器包含粒化废渣水槽、虹吸管、出铁口、蔽渣器、等装置构成。具体分离过程可为铁水流入虹吸管中，通过出铁口流出富氧竖炉，通过蔽渣器连续将含铬镍铁水和炉渣分离开来，炉渣留在粒化废渣水槽中。含铬镍铁水可用于炼钢厂冶炼不锈钢时使用。
优选可对炉渣进行粒化处理，用于作超细粉，也叫做粒化高炉矿渣粉，作为混凝土等建筑材料的原料使用，可用水进行粒化操作，具体处理过程可为通过将水注入粒化漏斗中，熔融废渣转化成热的颗粒状物质。颗粒状物质和水流经流水槽进入到收集池中，在这里废渣进行冷却并沉淀，然后用抓斗取出放置到地面上用于中间存放。
优选的，本发明的冶炼系统可配备两座富氧竖炉，为一用一备，每座年工作时间 8000h/年。
4、脱硫系统
含铬镍铁水自冶炼炉连续流出，经蔽渣器脱除炉渣后，进入脱硫工序。所述脱硫操作为在脱硫罐中加入石灰石或碳化钙，由多孔风嘴鼓入氮气保护下进行脱硫。处理后的含铬镍铁水流入中间罐，运输到炼钢车间用做不锈钢冶炼的原料。
5、煤气净化处理系统
冶炼炉排出的煤气，经由煤气净化系统处理。竖炉环型抽气室出来的煤气，首先进入旋风除尘器初步除尘，然后通过离心式洗涤机除尘降温到35 38°C温度范围，再经水雾分离器将含有灰尘的脏水滴与气体分开，净化后的煤气通过一次加压机分三路，一路到冶炼炉的热风生成设备，用作燃料；第二路到溢流阀至火炬，放散火炬排放，放散火炬负责竖炉煤气总管的压力调节，维持其压力在域内安全的压力范围内(净煤气管网工作压力控制在10 12kPa)工作；第三路进入止回阀，止回阀出来后经二次加压风机送入煤气总管网， 作为工业煤气使用。
6、本方法生产出的产品和副产品
(1)富氧竖炉冶炼生产出的含铬镍铁水，其中的Cr、Ni、P、S含量成分稳定，便于控制利用，可直接供应钢厂冶炼使用。含铬镍铁水的各有用成分的含量保持在Cr含量为1 12.03% (平均值 6. 25% )，Ni含量为1 3. 86% (平均值1. 99% )，P含量为0. 040 0. 100% (平均值 0. 070% ), S 含量为 0. 080 0. 320 % (平均值 0. 200 %), Si 0. 82 4. 45 % (平均值 2. 18% ), Mn 0. 16 1. 06% (平均值 0. 59% )，Cl. 11 5. 25% (平均值 4. 37% )。(2)富氧竖炉冶炼生产出炉渣，粒化产生的粒化水渣，可以作为粒化高炉矿渣粉 (超细粉，建筑材料，水泥添加料)的原料进行利用。(3)富氧竖炉冶炼过程中产生煤气，通过净化后进入煤气总管网回收，作为工业煤气使用。所述实施例除下述所列设备外，其余设备均为市场上可购买到常规设备。以下实施例所用仪器和设备的来源如下表1所示
权利要求
1.一种含铬镍铁质伴生物回收方法，其特征在于，包括下列步骤(1)制砖将湿料与干料分别装料，加水搅拌，混勻，制砖；(2)装料将步骤(1)获得的不锈钢砖块，与废钢、焦炭和辅料，装入冶炼炉；(3)冶炼将步骤( 完成装料的混合物，在富氧环境下，于1400°C以上高温冶炼，得到含铬镍铁水、炉渣以及煤气；(4)脱硫将步骤( 所得含铬镍铁水在氮气环境下进行脱硫操作，得到脱硫含铬镍铁水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对步骤(3)所得炉渣进行粒化操作， 得到粒化渣。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤( 煤气净化步骤将所述步骤 (3)得到的煤气进行除尘、洗涤、净化处理。
4.如权利要求1 3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的砖块的强度大于等于5牛/W。
5.如权利要求1 4所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的湿料包括不锈钢铁磷， 以及可选的包括瓦斯泥、炼钢红泥；干料包括含铬镍除尘灰，焦粉和水泥，其中，在步骤1) 中装料制砖时，用作湿料的不锈钢铁磷和用作干料的含铬镍除尘灰，可选择含有其中一种， 也可同时含有二者。
6.如权利要求1 4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的固体不锈钢废料为不锈渣钢以及可选的碳素废钢。
7.如权利要求1 4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的辅料包括石灰石、硅石。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的辅料添加保证冶炼原料体系的 Ca0/Si02 的质量比 CaO/SiA = 0. 8 1。
9.如权利要求1 4所述的方法，其特征在于，按重量份数计，所述步骤O)的装料按照如下配比废钢10 40 焦炭8 40 辅料5 40 不锈砖块10 40，优选的配比是废钢18，焦炭9. 9，辅料5. 63，不锈砖块2. 7。
10.实施如本权利要求1 9所述的含铬镍铁质伴生物回收方法的专用设备，包括以下系统制砖系统；装料系统；冶炼系统；脱硫系统；煤气净化系统。
11.如权利要求1所述的方法或权利要求9所述的设备，其特征在于，所述冶炼装置为富氧竖炉，优选配备两座一备一用。
12.如权利要求1所述的方法的步骤(4)得到的脱硫含铬镍铁水，用做不锈钢冶炼的原料的应用。
13.如权利要求2所述的方法的步骤(4)得到的粒化水渣，作为粒化高炉矿渣粉的原料的应用。
14.如权利要求3所述的方法的步骤(5)得到的煤气，作为工业煤气的应用。
全文摘要
本方法提供了一种含铬镍铁质伴生物回收方法，其特征在于，包括下列步骤(1)制砖将湿料与干料分别装料，加水搅拌，混匀，制砖；(2)装料将步骤(1)获得的不锈钢砖块，与废钢、焦炭和辅料，装入冶炼炉；(3)冶炼将步骤(2)完成装料的混合物，在富氧环境下，于1400℃以上高温冶炼，得到含铬镍铁水、炉渣以及煤气；(4)脱硫将步骤(3)所得含铬镍铁水在氮气环境下进行脱硫操作，得到脱硫含铬镍铁水。本发明的方法可处理炼钢、轧钢等工序生产过程中产生全部含铬镍铁质伴生物，实现减少环境污染、节约能源和不良废物零排放的目的。
文档编号C21B3/04GK102492831SQ20111044967
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘复兴, 史永林, 张懋, 梁海全, 樊贵林, 王百东, 罗胜, 赵天祥, 赵鹏伟, 高祥明 申请人:山西太钢不锈钢股份有限公司