钢渣制备炼钢用直接还原铁的生产工艺研究

钢渣制备炼钢用直接还原铁的生产工艺研究

【摘要】选用钢渣作为原料，经热焖-破碎-磁选-湿式磁选选出铁精粉，并与铁矿粉按照质量比3：7的比例混合压块，配以焦炭粉和石灰粉为辅料，在还原焙烧温度1190℃、还原焙烧时间22.5h的条件下，生产出炼钢用直接还原铁，实现钢渣资源的高附加值利用。

【关键词】钢渣；直接还原铁；还原焙烧；隧道窑

引言

钢渣是炼钢过程中产生的工业固体废弃物之一，产生量约占粗钢产量的15-20%，成分主要有钙、铁、硅、镁和少量的铝、锰、磷等的氧化物组成。目前大多数钢铁厂钢渣大多采用热焖-破碎-干式磁选-湿式球磨磁选的处理工艺，磁选出的铁精粉大多进入烧结厂作为烧结原料和配料，或者作为炼铁炼钢熔剂等，未能充分挖掘铁精粉的潜在价值，造成资源很大程度上的浪费。为此我们对钢渣制备炼钢用直接还原铁进行了实际生产的工艺研究。此项研究一方面可以提高钢渣资源的利用价值，另一方面可以缓解国内高品位铁矿粉不足的现状。

1、实验

1.1实验原料的制备及使用说明

炼钢过程中产生的红渣经渣盆倒运至焖渣坑后，加盖打水，利用转炉渣的余热将其热焖成粒度适中的小块钢渣。然后再对小块钢渣进行破碎、干式磁选、湿式磁选，选出全铁品位达到66%以上（含金属铁）的铁精粉。铁矿粉为外购全铁含量67%左右的粉矿，焦炭破碎至粒径1.5mm以下。

表一 铁精粉的化学组成

TFe 金属铁 S P SiO2 CaO MgO Al2O3

66.75 10.03 0.08 0.21 4.67 8.16 2.31 1.04

表二 铁矿粉的化学组成

TFe S P SiO2

67.86 0.016 0.02 2.14

表三 焦炭的化学组成

挥发份 固定碳 灰分 S

5.64 72.26 22.10 0.41

表四 石灰粉的化学组成

CaO MgO SiO2 活性度

67.86 0.016 0.02 334

在此需要对铁矿粉的使用原因做一点补充，因为从钢渣中选出的铁精粉成分较普通铁矿粉更为复杂，其中铁元素以氧化铁类化合物形式存在外，还含有一定量的铁橄榄石和10%以上的金属铁，这部分金属铁粒度较小，很难从铁精粉中分离出来。由于铁橄榄石不易还原，金属铁不参与还原，这两点都会降低铁精粉的还原度，影响直接还原铁的品质。另外，铁精粉的P含量高达0.21%，单独用铁精粉生产直接还原铁不能够满足炼钢用直接还原铁国家标准的要求（P≤0.08%）。为解决上述两种问题和最大添加量的利用铁精粉，我们将铁精粉与铁矿粉按照3：7的比例混合还原焙烧，这样可以利用铁矿粉的易还原性及低P含量来减小铁精粉生产直接还原铁的不利影响，使产品满足炼钢用直接还原铁的国家标准。

1.2实验仪器与设备

实验使用的设备有：JQ350混料机；QT6-15压砖机；耐火罐；隧道窑；窑车；自动卸料机；圆筒滚筛。

1.3实验步骤

按照设定的配比，将铁精粉、铁矿粉混合均匀后，用压砖机在10mpa的压力下压制成砖坯待用。焦炭与石灰粉按照一定的比例混合均匀后，称其混合料，待用。

在耐火罐底部铺设2cm左右的打底料，放入一块砖坯，在砖坯上覆盖2cm的混合料，以此操作直至装满整个耐火罐。装满试验样品的耐火罐被整齐、均匀的码放在窑车上，将窑车推进隧道窑内还原焙烧。焙烧结束后，由自动卸料机将实验品从耐火罐中卸入圆筒滚筛，利用圆筒滚筛将直接还原铁样块表面粘附的废料完全分离出去，以提高直接还原铁的洁净度。

2、实验

2.1还原焙烧温度的影响

针对铁精粉的特性，我们在铁矿粉生产直接还原铁所需温度的基础上，适当的提高了还原焙烧温度，分别在1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃实验条件下，对压制成型的试样进行了还原焙烧，其中：M铁精粉：M铁矿粉=3：7，焙烧时间22.5h（90min/车位）。

表五 不同还原焙烧温度下样品主要成分表（%）

焙烧温度 1160℃ 1170℃ 1180℃ 1190℃ 1200℃

TFe 78.45 82.73 85.62 89.57 89.76

P 0.71 0.69 0.75 0.77 0.76

从表五可以看出，随着温度的升高，试样块的还原效果也随之提高，因为氧化铁类物质的还原反应是个吸热过程，提高温度有利于反应向着正反应方向进行。但在1190℃之后，试样块的全铁品位提高幅度较小。在实际的生产过程中，我们从能耗上考虑，选择还原焙烧温度1190℃比较经济。

2.2还原焙烧时间的影响

保持还原焙烧温度1190℃，M铁精粉：M铁矿粉=3：7的条件下，对试样块分别进行了15h（60min/车位）、17.5h（70min/车位）、20h（80min/车位）、22.5h（90min/车位）、25h（100min/车位）的还原焙烧实验。

表六 不同还原焙烧时间下样品主要成分表（%）

焙烧时间 15h 17.5h 20h 22.5h 25h

TFe 80.64 83.40 86.03 90.02 86.27

P 0.73 0.76 0.73 0.72 0.74

从还原效果和能耗出发，还原焙烧时间取22.5h即90min/车位合适。

3、结论

1）钢渣经热焖、破碎、磁选、湿式球磨磁选出的铁精粉，通过与铁矿粉按照质量比3：7混掺后，在焙烧温度1190℃、焙烧时间22.5h的还原条件下制得的直接还原铁成分及效益性最好。

2）钢渣制备炼钢用直接还原铁在实际生产中的成功，一方面提高了钢渣资源的高附加值利用；另一方面也为钢渣资源的利用开辟了新的思路。

3）钢渣磁选出的铁精粉P含量较高，制约了其在炼钢用直接还原铁中的用量，如何有效并经济化的去磷，应该是下一步的重点研究方向。