铁合金工业副产品的最佳利用.doc
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1、第第 1 1 页页 共共 1414 页页 铁合金工业副产品的最佳利用铁合金工业副产品的最佳利用 摘要:摘要:铁合金生产过程中免不了产生副产品,如炉渣、烟尘等。尤其是产生 的炉渣量最大,每年 1000 万吨以上。在铁合金工业生产厂家中,正在积极促进 副产品的最佳利用。用先进工艺技术对铁合金矿热炉烟尘、炉渣进行净化处理, 回收利用有用的炉渣、烟尘和余热锅炉发电。目前,这些副产品的利用已经取得 一定的经济效益。 关键词:关键词:铁合金、烟尘、炉渣、回收利用 前言:前言: . 1 1 铁合金工业副产品的现状和发展趋势铁合金工业副产品的现状和发展趋势 2 1.1 铁合金冶炼的基本原理. 2 1.2 铁合
2、金工业副产品分类. 5 1.3 工业副产品利用的现状. 5 1.4 工业副产品回收利用的发展趋势. 5 2 炉渣的回收利用炉渣的回收利用 6 2.1 炉渣的分类. 6 2.2 硅锰渣的回收利用. 7 2.3 碳锰渣的回收利用. 8 2.4 富锰渣的回收利用. 8 3 烟尘的回收利用烟尘的回收利用 9 3.1 烟尘的利用途径 9 3.2 冷压球团制球. 10 3.2.1 实现循环经济. 10 3.2.2 降低还原剂,降低能耗. 10 4 利用余热发电利用余热发电 12 4.1 半封闭式矿热炉烟气余热回收利用方式. 12 4.2 半封闭式矿热炉烟气余热发电的核心技术半封闭型矿热炉烟气余热发电 的核
3、心技术. 13 4.2.1 烟气余热参数. 13 4.2.2 余热发电系统技术特点. 13 5 小结小结 13 6 致谢致谢 错误错误!未定义书签。未定义书签。 7 参考文献参考文献 14 前言:前言: 铁合金是冶炼各类钢种不可缺少的还原剂, 同时也是主要的合金材料。 目前, 第第 2 2 页页 共共 1414 页页 我国铁合金冶铁生产主要是采用电炉法 (即矿热炉)。在生产铁合金的过程中免 不了产生副产品, 如炉渣、 烟尘。 尤其是产生的炉渣量最大, 每年 1 千万吨以上。 其次矿热炉排放的大量烟尘是铁合金行业最主要的污染物, 它对环境空气质量和 车间环境卫生都有严重的影响。在铁合金工业生产厂
4、家中,正在积极促进副产品 的最佳利用。本文就铁合金炉渣和烟尘作为工业生产过程中的副产品,不仅不是 废弃物而且是非常有价值的资源。 通过选用合适的处理工艺和采取适当的综合利 用技术,从渣中可回收大量的有用元素,可用于水泥工业等领域,将烟尘通过合 理的处理工业如烧结制成球团再利用,从而大大提高工业副产品的利用,最大限 度的创造经济和社会效益。矿热炉余热还可以用来发电,为工厂运转提供一部分 电源,既节约了能源又创造了经济价值。 1 1 铁合金工业副产品的现状和发展趋势铁合金工业副产品的现状和发展趋势 1.11.1 铁合金冶炼的基本原理铁合金冶炼的基本原理 铁合金冶炼,尽管品种多样、设备各异,方法繁多
5、,但从其根本上来说就是 用适当的还原剂,从含有氧化物的矿石中还原出所需元素的氧化还原过程,用一 通式表达为: Meo+M=Me+Mo MeO 矿物中的金属氧化物(一般不止一种) M 还原剂(碳、金属、氢) Me 铁合金中主成份元素(可以不是一种) MO 还原产物(液态或气态) 就是所需元素氧化物跟还原剂还原得到所需要的元素和还原剂中主元素的 氧化物。从以下公式得出。 发生还原反应的条件要注意二点 1.1.1 一个反应能否自发进行的判据 G0,即温度(T) 、浓度积、反应体 系内部的要求。 1.1.2 维持吸热反应温度 T 的能量供应条件是电热转化。 第第 3 3 页页 共共 1414 页页 在
6、冶炼过程中,输入矿热炉中电能大小、电热转化效率对温度的影响,会 导致以下三方面的结果。 若矿热炉内温度不高还原剂加入量不足时 Fe、P 优先还原,生成含 P 生 铁(Fe-C)和高 Mn 渣。 温度提高,达到 MnO 还原条件时 Mn、Fe、P 还原,生成高碳 MnFe 产品(P 含量较高) 。 继续提高温度,增加还原剂,并配入一定量的硅石时;Mn、Fe、Si、P 都 还原生成 MnSi 铁合金。 锰矿石在升温的过程中,温度在150时,是脱出吸附水的过程。温度 500时,是脱出结晶水的过程。矿石中 Mn 价态变化呈现出以下步骤。 MnO2 Mn2O3 MnO Mn 图图 1.1 1.1 矿热炉
7、炉膛内原料、产品、副产品分布矿热炉炉膛内原料、产品、副产品分布 即从预还原 (烧结过程) 开始, 最终还原出金属。 不同区域的还原反应不同。 直接还原: (MnO)+CMn+CO 间接还原: (MnO)+COMn+CO (MnO2)+CO(MnO)+CO2 冶炼金属产品的过程方法与矿石中各种金属氧化物的还原度有关。 如何通过 控制温度对矿石中的氧化物进行选择性还原是关键所在。 还原度是指某种金属氧 化物被还原的难易程度,判断依据如下。 2 MeO(l) = Me(l) + O2(g) + H 第第 4 4 页页 共共 1414 页页 氧化物分解压,当 aMeO=1,aMe=1 时,K= 化学反
8、应热 H =f(T) 在铁合金冶炼过程中,用碳还原几种金属氧化物共存矿的冶金体系,被还原 出的铁合金中各金属元素的数量或浓度变化规律是:分解压小,即还原度小的氧 化物, 在被还原出的合金中其元素含量少。 如果渣中各金属氧化物的浓度一样时, 易还原氧化物的那种金属元素在铁合金中的浓度就高。金属氧化物的分解压,在 低温时差距大,高温时差距小;还原剂碳的消耗不是平均分配,且与氧化物矿中 的金属元素的价态相关。 Mn 元素的性质为:M=54.93 =7380 kg/m3 Tm=1517 K Tb=2365 K T=1555时, Mn 蒸汽压为 0.133atm。在钢铁冶金领域中是运用锰系铁合金。 在有
9、色冶金领域中,MnCu 合金用于阻尼材料,热敏材料。 电炉炉膛结构示意图: 图图 1.2 1.2 高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意 第第 5 5 页页 共共 1414 页页 1.松散的烧结料;2.软熔带;3.渣焦混合物;4.焦炭层;5.渣层(有焦炭) ; 6.渣层;7.金属;8.死料区;9.电极碎块;10.电极;11.碳砖;12.出渣口;13. 出铁口 1.2 1.2 铁合金工业副产品分类铁合金工业副产品分类 钢铁工业生产中会产生多种副产品,其主要还是高温含尘烟气、工业炉渣。 1.3 1.3 工业副产品利用的现状工业副产品利用的现状
10、铁合金是铁与一种或几种元素组成的合金,是钢铁冶炼的重要辅料。作为钢 铁产量第一的中国,在其带动下铁合金产业得到了快速的发展,中国铁合金产量 占全世界生产总量的 40%。铁合金生产的快速发展和产量的提升,随之带来的是 铁合金渣的大量产生,每年产生量约为 1000 万 t,利用率为 20%,并且每年还有 800 万 t 铁合金渣继续排放。铁合金渣的堆放不仅占用了大量的土地,而且还会 产生大量的扬尘,严重污染堆放地区的环境。 在目前钢铁生产过程中 2/3 以上的能量是以废气、废渣和余热形式消耗。 随着铁合金冶炼技术的发展,铁合金工业节能技术水平有了长足的进展,电耗已 由原来的 10000KWh/t
11、下降至 8500KWh/t。但由于铁合金冶炼技术的限制, 大量的中、 低温废气余热仍不能充分利用, 由其所造成的能源浪费仍很大。 因此, 采用先进工艺技术,回收利用矿热炉烟气能源意义重大,不仅能降低铁合金生产 成本,更重要是可以减少烟尘污染。 如何处理和利用这些规模庞大的炉渣、烟尘和余热,从中回收有用金属、制 造高附加值的产品、减少环境污染是摆在我们面前需解决的问题。铁合金渣、烟 尘和余热的综合治理和回收利用已经成为影响铁合金生产、 环境和社会和谐发展 的重要因素。 1.4 1.4 工业副产品回收利用的发展趋势工业副产品回收利用的发展趋势 铁合金矿热炉一般分为三种炉型,第一种是全封闭型,第二种
12、是矮烟罩半封 闭型,第三种是高烟罩敞口型。目前,我国极少数 5000KVA 以下小矿热炉没有进 行技术改造,仍采用高烟罩敞口炉型外,绝大多数大中型矿热炉采用矮烟罩半封 第第 6 6 页页 共共 1414 页页 闭炉型。 近十多年来随着铁合金科技进步, 行业结构调整, 锰硅合金、 高碳锰铁、 高碳铬铁、工业硅等大型矿热炉有的已经采用全封闭炉型,这是我国铁合金矿热 炉型发展方向。锰系、硅系、铬系等大宗铁合金产品生产,其主要原料为矿石和 炭质还原剂。 在矿热炉冶炼过程中,原料在熔池高温下呈还原反应,产生含有 CO、CH4 和 H2 的高温含尘可燃气体,它透过料层逸散于料层表面,当接触空气时 CO 燃
13、烧 形成高温含尘烟气。 这些高温含尘烟气对环境空气质量和车间环境卫生都有严重 的影响,如不净化处理回收,则会污染环境,而且,这些工业粉尘有的可以返回 生产使用,有的则是用于建材产品。因此,采用先进工艺技术对铁合金矿热炉烟 气进行净化处理,回收利用有用烟尘和能源,意义非常重大。不仅能减少烟尘污 染排放,而且更重要的是回收能源、资源,降低铁合金生产成本。 至于炉渣、余热回收利用的发展及其趋势,下文中有介绍。 2 炉渣的回收利用炉渣的回收利用 2.1 2.1 炉渣的分类炉渣的分类 铁合金冶炼的目的是为了生产出具有一定成分的金属和合金, 但在冶炼中不 可避免地会产生一些伴生物炉渣。这些炉渣的来源主要有
14、四个方面: 2.1.1 矿石中除了含有主要的合金元素的氧化物外,还含有少量其他元素的 氧化物,它们在冶炼中没有被还原的部分进入炉渣。 2.1.2 还原剂中的成分主要是由氧化物组成的,它们当中没有被还原的部分 也进入炉渣。 2.1.3 为了促进、改善和加快冶炼进程,提高金属回收率,配加一定数量的 溶剂和合成渣料,完成任务后大部分进入炉渣。 2.1.4 炉料中混有部分外来杂质和损毁的炉衬,也进入炉渣中。 总之,在冶炼过程中,伴生物的来源十分广泛,这种由未还原的氧化物和重 新形成的氧化物所组成的、随着金属或合金同时产生的伴生物通常称为炉渣。铁 合金炉渣是由 Cao、SiO2、Al2O3、MgO、Mn
15、O、FeO 等组成。1根据其所含金属 的种类和含量,分为:硅锰渣、碳锰渣、富锰渣。 第第 7 7 页页 共共 1414 页页 2.2 2.2 硅锰渣的回收利用硅锰渣的回收利用 硅锰渣也叫硅锰冶炼渣,是冶炼硅锰合金时排放的一种工业废渣,其结构疏 松,外观常为浅绿色的颗粒,由一些形状不规则的多孔非晶质颗粒组成。硅锰渣 是一种优质的二次资源,对土地的占用和环境的污染有一定的危害,若不加以合 理利用,不仅会造成资源浪费,而且会产生严重的环境污染问题。近年来,我国 对硅锰渣的资源化利用越来越重视, 我们提出了用硅锰渣生产可以用于保温材料 的矿渣棉的新技术。 普通型硅酸铝纤维棉是矿渣棉中的一种,它以硬质粘
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