第8期 葛新锋等：隧道窑工艺处理不锈钢除尘灰的实验研究 ·865· 的50%☒，其失重为647.8kg×1.15÷24×40kg× 金属化率 50%=6.20kg,挥发的黏结剂质量为34.2kg×10%= 5结论 3.24kg,因P、S、K、Na以及卤素含量很少，可忽略不 计.所以可得从氧化物铁、镍和铬中还原出来的氧 (1)不锈钢除尘灰在隧道窑工艺条件下能够实 为142.8kg-16.1kg-3.24kg-6.20kg=117.26 现烧结，且烧结后的强度随工艺的不同而发生变化， kg,综合脱氧率为117.26kg÷647.8kg=18.10%. 铁磷的加入能够明显增加不锈钢除尘灰烧结后的强 下面分析铁、镍和铬三种氧化物各自失氧情况. 度，且该强度随铁磷加入量的增大而增大，综合考虑 假设三种元素全部被还原，则对应的失氧率各 各方面因素，可选择20%的铁磷加入量. 自为： (2)用隧道窑工艺处理不锈钢除尘灰可使其主 Fe203,37.94%÷(56×2)×(16×3)=16.26%: 要金属的品位有不同程度的提高，其中铁的品位提 Cr203,10.00%÷(52×2)×(16×3)=4.62%; 高最多，镍的品位提高率最多，铬的品位提高率最 Ni0,0.75%÷58.7×16=0.2044%. 少，铁磷的加入可同时增加铁的品位提高量和提高 则总的脱氧率为：16.26%+4.62%+0.20%= 率，但对镍和铬的品位提高率起负作用 21.0844%.对比本实验的综合脱氧率18.10%可知 (3)镍和铁的氧化物在隧道窑工艺条件下可以 还原效果很不错.下面具体估算一下每种金属元素 充分还原，铬的氧化物还原较困难，通过增强还原气 的金属化率 氛（外置35%的焦粉），延长还原时间(42h),可以 由前面的热力学分析可知，Fe、Ni和Cr三种氧 实现较低温度下(1200℃)铬氧化物的还原，但还原 化物的还原顺序是NiO>Fe203>Cr203,且NiO在 的程度不会很高 本实验条件下几乎可以完全被还原，铁的还原率亦 (4)针对金属化球团中镍和铬的金属化率难以 很高，因此可大致分配三种氧化物的脱氧情况：NO 测出的问题，提出了一种计算球团中金属铁、镍和铬 的脱氧率为0.20%，Fez03的脱氧率为15.05%， 金属化率的方法，在1200℃以上的温度下，结合铁 Cr203的脱氧率为2.85%，共计18.10%.由此可分 的金属化率和NO的热力学性质，可以准确推算出 别计算三种元素的金属化率： 金属铬的还原率. Ni,0.20%×(58.7÷16)÷0.75%=97.83%: (5)根据实验数据，通过理论推算得出在隧道 Fe,15.05%×(112÷48)÷37.94%=92.55%: 窑工艺条件下可实现铁92.55%、镍97.83%和铬 Cr,2.85%×(104÷48)÷10.00%=61.75%. 61.75%的金属化率，其中铬的金属化率最少可达到 上面的估算是一个大致的情况，由于在实验温 35.5%. 度下，铁、镍可以得到充分还原，而理论上铬的还原 有困难，因此在隧道窑工艺条件下有多少铬被还原， 参考文献 不易从理论上推算.下面笔者再给出一种极限情 况。假设镍、铁氧化物中的氧全部失去，亦即镍、铁 0] Duan J P,Zhang Y L,Li H,et al.Experimental analysis on di- rect recycling Cr-Ni stainless steelmaking dust in EAF.Iron Steel, 全部被还原，余下的氧就是从铬的氧化物中脱除的， 2009,44(5):76 则有 (段建平，张永亮，李宏，等.电炉直接利用C一N不锈钢除尘 Ni,0.2044%×(58.7÷16)÷0.75%=100%, 灰的试验分析.钢铁，2009,44(5)：76) Fe,16.26%×(112÷48)÷37.94%=100%. 2] Pargeter J K,Weil H J.The INMETCO process for recovery of Cr的脱氧率为18.10%-0.2044%-16.26%= metals from steelmaking wastes Recycling in the Steel Industry: 1.64%,所以铬的金属化率为 Ist Process Technology Conference Vol.1.Washington D.C. 1980:172 Cr,1.64%×(104÷48)÷10.00%=35.5%. B McClelland J M,Metius G E.Recycling ferrous and nonferrous 通过计算可以看出，在隧道窑工艺条件下，铬的 waste streams with FASTMET.JOM,2003,55(8)30 还原率最少可达到35.5%.实际情况下铁的金属化 4] Hara Y,Ishiwata N,Itaya H,et al.Smelting reduction process 率可以通过化学检测计算，当温度超过1200℃时， with a coke packed bed for steelmaking dust recycling.IS//Int, 镍的还原已接近完全，在这种情况下，可以计算 2000,40(3):231 5] FezO,的还原率，NiO的还原率达到我们认定的 Han W.Comprehensive utilization of nickel-containing wastes from stainless steel production lines.Baosteel Tech,2009,(3):27 100%,则二者的脱氧率可准确地计算，以此可推算 (韩伟.不锈钢生产过程中含镍废弃物的综合利用.宝钢技 出Cr,O,的脱氧率，进而可以较准确地推算出铬的 术，2009，(3)：27)第 8 期 葛新锋等: 隧道窑工艺处理不锈钢除尘灰的实验研究 的 50%［12］，其失重为 647. 8 kg × 1. 15 ÷ 24 × 40 kg × 50% =6. 20 kg，挥发的黏结剂质量为 34. 2 kg × 10% = 3. 24 kg，因 P、S、K、Na 以及卤素含量很少，可忽略不 计． 所以可得从氧化物铁、镍和铬中还原出来的氧 为 142. 8 kg － 16. 1 kg － 3. 24 kg － 6. 20 kg = 117. 26 kg，综合脱氧率为 117. 26 kg ÷ 647. 8 kg = 18. 10% ． 下面分析铁、镍和铬三种氧化物各自失氧情况． 假设三种元素全部被还原，则对应的失氧率各 自为: Fe2O3，37. 94% ÷ ( 56 × 2) × ( 16 × 3) = 16. 26% ; Cr2O3，10. 00% ÷ ( 52 × 2) × ( 16 × 3) = 4. 62% ; NiO，0. 75% ÷ 58. 7 × 16 = 0. 204 4% ． 则总 的 脱 氧 率 为: 16. 26% + 4. 62% + 0. 20% = 21. 0844% ． 对比本实验的综合脱氧率 18. 10% 可知 还原效果很不错． 下面具体估算一下每种金属元素 的金属化率． 由前面的热力学分析可知，Fe、Ni 和 Cr 三种氧 化物的还原顺序是 NiO ＞ Fe2O3 ＞ Cr2O3，且 NiO 在 本实验条件下几乎可以完全被还原，铁的还原率亦 很高，因此可大致分配三种氧化物的脱氧情况: NiO 的脱 氧 率 为 0. 20% ，Fe2O3 的 脱 氧 率 为 15. 05% ， Cr2O3 的脱氧率为 2. 85% ，共计 18. 10% ． 由此可分 别计算三种元素的金属化率: Ni，0. 20% × ( 58. 7 ÷ 16) ÷ 0. 75% = 97. 83% ; Fe，15. 05% × ( 112 ÷ 48) ÷ 37. 94% = 92. 55% ; Cr，2. 85% × ( 104 ÷ 48) ÷ 10. 00% = 61. 75% ． 上面的估算是一个大致的情况，由于在实验温 度下，铁、镍可以得到充分还原，而理论上铬的还原 有困难，因此在隧道窑工艺条件下有多少铬被还原， 不易从理论上推算． 下面笔者再给出一种极限情 况． 假设镍、铁氧化物中的氧全部失去，亦即镍、铁 全部被还原，余下的氧就是从铬的氧化物中脱除的， 则有 Ni，0. 204 4% × ( 58. 7 ÷ 16) ÷ 0. 75% = 100% ， Fe，16. 26% × ( 112 ÷ 48) ÷ 37. 94% = 100% ． Cr 的 脱 氧 率 为 18. 10% － 0. 204 4% － 16. 26% = 1. 64% ，所以铬的金属化率为 Cr，1. 64% × ( 104 ÷ 48) ÷ 10. 00% = 35. 5% ． 通过计算可以看出，在隧道窑工艺条件下，铬的 还原率最少可达到 35. 5% ． 实际情况下铁的金属化 率可以通过化学检测计算，当温度超过 1 200 ℃ 时， 镍的还原已接近完全，在 这 种 情 况 下，可 以 计 算 Fe2O3 的 还 原 率，NiO 的 还 原 率 达 到 我 们 认 定 的 100% ，则二者的脱氧率可准确地计算，以此可推算 出 Cr2O3 的脱氧率，进而可以较准确地推算出铬的 金属化率． 5 结论 ( 1) 不锈钢除尘灰在隧道窑工艺条件下能够实 现烧结，且烧结后的强度随工艺的不同而发生变化， 铁磷的加入能够明显增加不锈钢除尘灰烧结后的强 度，且该强度随铁磷加入量的增大而增大，综合考虑 各方面因素，可选择 20% 的铁磷加入量． ( 2) 用隧道窑工艺处理不锈钢除尘灰可使其主 要金属的品位有不同程度的提高，其中铁的品位提 高最多，镍的品位提高率最多，铬的品位提高率最 少，铁磷的加入可同时增加铁的品位提高量和提高 率，但对镍和铬的品位提高率起负作用． ( 3) 镍和铁的氧化物在隧道窑工艺条件下可以 充分还原，铬的氧化物还原较困难，通过增强还原气 氛( 外置 35% 的焦粉) ，延长还原时间( 42 h) ，可以 实现较低温度下( 1 200 ℃ ) 铬氧化物的还原，但还原 的程度不会很高． ( 4) 针对金属化球团中镍和铬的金属化率难以 测出的问题，提出了一种计算球团中金属铁、镍和铬 金属化率的方法，在 1 200 ℃ 以上的温度下，结合铁 的金属化率和 NiO 的热力学性质，可以准确推算出 金属铬的还原率． ( 5) 根据实验数据，通过理论推算得出在隧道 窑工艺条件下可实现铁 92. 55% 、镍 97. 83% 和铬 61. 75% 的金属化率，其中铬的金属化率最少可达到 35. 5% ． 参 考 文 献 ［1］ Duan J P，Zhang Y L，Li H，et al． Experimental analysis on di￾rect recycling Cr-Ni stainless steelmaking dust in EAF． Iron Steel， 2009，44( 5) : 76 ( 段建平，张永亮，李宏，等． 电炉直接利用 Cr--Ni 不锈钢除尘 灰的试验分析． 钢铁，2009，44( 5) : 76) ［2］ Pargeter J K，Weil H J． The INMETCO process for recovery of metals from steelmaking wastes / / Recycling in the Steel Industry: 1st Process Technology Conference Vol． 1． Washington D． C． ， 1980: 172 ［3］ McClelland J M，Metius G E． Recycling ferrous and nonferrous waste streams with FASTMET． JOM，2003，55( 8) : 30 ［4］ Hara Y，Ishiwata N，Itaya H，et al． Smelting reduction process with a coke packed bed for steelmaking dust recycling． ISIJ Int， 2000，40( 3) : 231 ［5］ Han W． Comprehensive utilization of nickel-containing wastes from stainless steel production lines． Baosteel Tech，2009，( 3) : 27 ( 韩伟． 不锈钢生产过程中含镍废弃物的综合利用． 宝钢技 术，2009，( 3) : 27) ·865·