微波碳热还原钢铁冶金含铁粉尘直接生产海绵铁工艺

摘要

本发明公开了微波碳热还原钢铁冶金含铁粉尘直接生产海绵铁工艺，在钢铁冶金含铁粉尘中，加入无烟煤，钢铁冶金含铁粉尘重量占总重量的20～80％，无烟煤占10～60％，并配加以1～20％的生石灰作为添加剂；经搅拌、干燥处理后，压制成2mm～100mm的球团，采用微波加热方式，加热温度在800℃～1300℃之间，在微波还原炉内反应得到半成品的粗海绵铁球团；球团再经过破碎、粉磨成小于80目的细粉，最后经过磁选工艺，得到符合要求的海绵铁产品。它具有选择性体加热特性，可以直接加热粉料，升温迅速，加热均匀，降低能源消耗、降低化学反应活化能，可以使物料的原子和分子发生高速振动，本身不产生任何污染，有利于环境保护。

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳热还原钢铁冶金含铁粉尘生产海绵铁的工艺方法，尤其是采用微波加热方式将钢铁冶金含铁粉尘直接还原生产海绵铁的工艺方法。

背景技术

在钢铁冶金生产工艺过程中，添加到炉内的原料中有2％转变成粉尘。转炉尘的发生量约为20kg/t钢，电炉尘的发生量约为10～20kg/t钢。据估计美国钢铁业年产粉尘量接近180万吨，其中60万吨由电炉炼钢所产生，剩下的120万吨粉尘全部由碱性氧气转炉炼钢法产生。

钢铁冶金粉尘主要由氧化铁组成，氧化铁质量分数为70～95％。其余的5～30％粉尘由氧化物杂质组成，如氧化钙和其他金属氧化物(主要是锌)，钢铁冶金粉尘中其他化合物是铁锌铁素体、碳酸钙、铁镁铁素体和碳。钢铁冶金含铁粉尘主要包括：转炉除尘粉、电炉除尘粉、高炉除尘粉、焦炉除尘等含碳、含铁粉尘。

钢铁冶金含铁粉尘处理技术在国内起步相对较晚，目前大多数钢铁企业采用直接配入烧结系统回用的方式进行处理。直接回用烧结的方式在一定程度上实现了粉尘资源的回收利用，但是由于缺乏各类物料均质化、整粒与除杂(去除危害钢铁冶炼生产的杂质元素，如锌、铅、钾、钠等)过程，使得在回用这些粉尘过程中存在影响正常生产的问题，同时也带来了新的环保问题。这些问题集中表现为影响烧结透气性，烧结生产波动较大，进而影响烧结矿产品质量与正常生产；由于缺乏除杂系统，这些粉尘中含有钾、钠、锌等有害元素，直接影响烧结电除尘效果，导致烧结电除尘不能达标，影响环境保护。有害元素锌随烧结矿进入高炉，并在高炉内循环富集，致使高炉结瘤，影响高炉正常生产。

因此，急需要开发适合我国国情的钢铁冶金粉尘处理技术，将危害钢铁生产的元素(锌、碱金属等)分离出来，用作其他工业生产的原料；将可用于钢铁生产的元素(铁、碳、钙等)尽可能回收循环利用，真正实现“变废为宝”和资源高效利用。以期为我国钢铁冶金粉尘资源化利用树立示范，走出一条符合我国国情的钢铁工业循环经济道路，推进我国钢铁工业的可持续发展。

目前，国外有资料报道采用转底炉工艺还原处理钢铁冶金粉尘，采用该工艺处理的含铁粉尘，其脱锌率没有微波法还原处理高，金属化率也较低。其脱锌率最高只有92％，海绵铁产品金属化率小于90％。另外由于其采用外加热方式进行还原处理，造成二次污染严重，能源消耗大。且生产场地占地面积大，投资费用高。

发明内容

本发明针对现有技术未能彻底解决钢铁冶金含铁粉尘的回收利用问题，而采用转底炉工艺生产海绵铁，普遍存在能耗高，造成二次污染严重，能源消耗大。且生产场地占地面积大，投资费用高等方面的不足，提供一种采用微波碳热还原钢铁冶金含铁粉尘直接生产海绵铁工艺。

本发明的技术方案：微波碳热还原钢铁冶金含铁粉尘直接生产海绵铁工艺，其特征在于：在含碳、含铁的钢铁冶金含铁粉尘中，如转炉除尘粉、高炉除尘粉、焦炉除尘粉，加入作为还原剂的无烟煤，钢铁冶金含铁粉尘重量比占总重量的20～80％，无烟煤重量比占总重量的10～60％，并配加重量比占总重量的1～20％的生石灰作为添加剂；经搅拌、干燥处理后，制成直径为2mm～100mm的球团，采用微波加热方式，加热温度在800℃～1300℃之间，在微波还原炉内反应得到半成品的粗海绵铁球团，同时将危害钢铁生产的元素(锌、碱金属等)分离出来，用作其他工业生产的原料。粗海绵铁球团再经过破碎、粉磨成小于80目的细粉，最后经过磁选工艺，得到符合要求的海绵铁产品。

一种最佳配比为：钢铁冶金含铁粉尘重量占总重量的60～80％，无烟煤重量占总重量的18～35％，石灰重量占总重量的2～5％；经搅拌、干燥处理后，压制成直径为10mm～40mm的球团，采用微波加热方式，加热温度在800℃—1100℃之间，

本发明的微波碳热还原钢铁冶金含铁粉尘直接生产海绵铁工艺，相对于现有技术，具有如下特点：

微波加热与传统加热方式不同，它不需要通过传导、对流等方式进行传热，而是通过微波场在物料内部产生电介质耗散来直接加热物料，属于无温度梯度的体加热方式。根据物料的介电性质(介电常数)，微波可以使粉状物料快速均匀地产生热量，其独特的加热方式，具有传统加热无法比拟的优越性，主要表现在：

1、具有选择性体加热特性，可以直接加热粉料，升温迅速，加热均匀。降低能源消耗，传统转底炉工艺单位海绵铁能耗：800～1000KW.h/吨。而微波加热单位能耗为：400～600KW.h/吨。

2、采用微波内加热原理，可以降低化学反应活化能，球团还原速度快，可大幅降低还原反应时间和温度(比常规转底炉生产可降低200℃左右)，提高金属化率。生产效率非常高。

3、能够同时促进吸热和放热反应，并对化学反应有催化作用；可以使物料的原子和分子发生高速振动，为化学反应创造更为有利的热力学和动力学条件；微波加热比转底炉加热省时40％～60％。

4、微波是一种清洁型能源，本身不产生任何污染，有利于环境保护；微波加热灵活，可实现自动化控制。

5、成品海绵铁符合技术要求：含铁量大于90％，金属化率>95％，C<0.3％，P<0.03％，S<0.03％。

6、微波碳热还原技术可以回收转炉除尘粉、电炉除尘粉、高炉除尘粉、焦炉除尘等含碳、含铁粉尘中有用元素并在钢铁生产流程中循环利用，分离出不能在钢铁生产循环利用的有害元素用作相关工业生产的原料，是发展钢铁工业循环经济的重要内容和具体体现。

附图说明

附图是本发明微波碳热还原生产海绵铁工艺流程

具体实施方式

如图所示的本发明的本发明微波碳热还原生产海绵铁工艺流程中，其工艺方法是：将各种钢铁冶金含铁粉尘，如转炉除尘粉、电炉除尘灰、高炉除尘粉、焦炉除尘粉等，根据其氧化铁及碳含量，按比例配加作为还原剂的无烟煤，钢铁冶金含铁粉尘重量配比占总重量的20～80％，无烟煤重量配比为占总重量的10～60％，并配加1～20％的生石灰作为添加剂，经干燥处理后，制成直径为2mm～100mm的球团，放入微波还原炉中进行还原，还原温度控制在800℃～1300℃之间。在微波还原炉内反应得到粗海绵铁球团，即半成品。同时将危害钢铁生产的元素(锌、碱金属等)分离出来，用作其他工业生产的原料。球团再经过破碎、粉磨成小于80目的细粉，最后经过磁选工艺，得到符合要求的海绵铁产品。干燥处理、制成球团、破碎、粉磨等都采用现有技术，在此不作进一步的描述。本发明涉及的微波还原炉为：隧道式、竖式等采用微波进行加热的还原炉。具体的加热温度可选取850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃等。生产工艺流程见图1。

一种最佳配比为：钢铁冶金含铁粉尘重量占总重量的60～80％，无烟煤重量占总重量的18～35％，石灰重量占总重量的2～5％；经搅拌、干燥处理后，压制成直径为10mm～40mm的球团，采用微波加热方式，加热温度在800℃—1100℃之间，

本发明的工艺要求的相关指标如下：

1、钢铁冶金含铁粉尘要求：全铁(TFe)含量≥40％，无烟煤技术要求：灰分≤15％，挥发分≤20％，硫含量不大于1％。

2、钢铁冶金粉尘配比为20～80％，无烟煤配比为10～60％，生石灰1～20％。

3、成品海绵铁技术指标：铁含量大于90％，金属化率>95％，C<0.3％，P<0.03％，S<0.03％。