金化的工業(yè)試驗

張國東 王志利 司瑞強

摘 要：承德某鋼鐵公司所使用礦粉中的氧化鉻（Cr2O3）含量最高達1.24%，目前在鐵水提釩及特鋼冶煉技術應用中取得了較好的效果，但在廢棄物和冶煉廢渣的綜合利用和處理方面還需要進行深入的研究和開發(fā)，含鉻廢渣是五氧化二釩提取過程產(chǎn)生的有毒有害的廢渣，其有害成分主要是鉻酸鈣（致癌物）和水溶性六價鉻（劇毒物），對人體的消化道、呼吸道、皮膚和鼻粘膜都有危害，甚至可以引發(fā)皮膚癌、咽喉癌、肺癌等疾病，是公認的危險固體廢物之一，《國家廢物名錄》中的危險廢物，為實現(xiàn)鉻渣的無害化處理，從2013年開始進行系統(tǒng)鉻資源平衡調(diào)查[1]，2014、2015年分別進行多種途徑、方式的實驗性循環(huán)利用研究，在直接合金化方面取了較好的效果，為提高資源利用率、消除鉻的危害提供了充分依據(jù)。

關鍵詞：金化；工業(yè)試驗

1 生產(chǎn)系統(tǒng)及流程

1.1 工藝裝備

煉鋼廠現(xiàn)有提釩轉(zhuǎn)爐1座，煉鋼轉(zhuǎn)爐2座，LF精煉爐3座，VD爐2座，方、圓坯連鑄機各1臺。

1.2 生產(chǎn)流程

2 鉻渣利用方案

（1）反應原理

熔渣組成對鉻氧化物還原的影響

有碳還原鉻氧化物的平衡反應式得到：

由此可知，在其他條件不變時，鋼種鉻含量與渣中鉻氧化物活度系數(shù)呈正比。根據(jù)相關實驗結(jié)果可知，熔渣堿度在1-2之間，熔渣在CrO活度系數(shù)最大。因此在使用Cr氧化物進行合金冶煉時，堿度控制在1～2可以獲得最佳的鉻收得率[2]。

（2）嚴格控制鉻渣水分，將鉻渣利用回轉(zhuǎn)窯進行烘干，控制水分≤1%，每袋裝入烘干鉻渣20kg備用；

（3）在冶煉40Cr時進行鉻渣還原增鉻試驗，金屬料裝入量80t，轉(zhuǎn)爐控制出鋼碳≥0.08%，P≤0.020%，溫度1640～1660，到精煉鉻元素按0.79%控制；

（4）轉(zhuǎn)爐出鋼后將鋼車開到爐后吹氬工位，由天車吊裝烘干鉻渣400kg投入鋼包內(nèi)，鋼水大氬氣量實行強吹60s進行化渣后，運至LF精煉進行冶煉；

（5）烘干鉻渣化學成分。

3 試驗數(shù)據(jù)

（1）兩爐鉻渣中鉻的收得率分別為99.41%和97.46%，從兩爐數(shù)據(jù)來看收得率和前期試驗收得率吻合，收得率穩(wěn)定在98%左右；

（2）從現(xiàn)場跟蹤情況來看，利用鉻渣代替部分鉻鐵合金對節(jié)奏控制及精煉過程操作無不良影響。

（3）精煉頂渣成分

對試驗爐次精煉頂渣進行檢驗分析，Cr2O3在LF精煉過程中近似于全部被還原，F(xiàn)eO、MnO含量未升高，精煉過程中的還原性氣氛較好，試驗爐次未對頂渣化學成分構(gòu)成較大影響。

4 檢驗結(jié)果

（1）試驗爐次所軋制棒材進行夾雜物檢測，試驗爐次出現(xiàn)了超常夾雜物，可見配加鉻渣進行合金化對精煉渣系造成一部分影響。

（2）氧、氮含量分析

試驗爐次與非試驗爐次的平均O含量為23ppm，N含量為58ppm，于全部使用鉻鐵進行合金化的爐次無明顯差異。

（3）氫含量分析

鉻渣烘干前含水約為50%，如存在烘干不徹底的情況勢必會造成鋼水H含量上升，影響鋼材性能，針對試驗爐次在LF精煉后對鋼水H含量進行測定，結(jié)果為4.7ppm，與平時非試驗爐次5ppm左右沒有明顯差異，鉻渣烘干水分≤1.0%時對鋼液H含量不易造成影響。

5 效益計算

鉻渣為釩制品工序的廢棄物料按50元/t計算，烘干成本200元/t，除水后干基成本為1000元/t，鉻元素含量45.33%，成本為22.5元/t度；

鉻鐵合金中含Cr為55%，不含稅單價為5040元/t，折成本為91.56元/t度；

以每年消耗烘干鉻渣3000t計算，可為企業(yè)節(jié)約鉻鐵合金采購成本進千萬元。

6 結(jié)論

（1）烘干鉻渣代替部分鉻鐵合金，在LF冶煉時保持良好的脫氧氣氛，鉻渣中的Cr回收率在97%以上；

（2）利用烘干鉻渣代替鉻鐵進行合金化，易導致非金屬夾雜物超標，后續(xù)應對精煉脫氧及渣系進行優(yōu)化；

（3）烘干鉻渣進行合金化在取得經(jīng)濟效益的同時，并能降低鉻鐵冶煉行業(yè)的能效消耗和污染物排放，提高鉻資源利用率；

（4）鉻渣進行合金化利用為含鉻危廢品處置提供了新思路，為人民身體健康和環(huán)境安全提供了保障。

參考文獻

[1]王社教，尹修鋼，陳宏豫，承德建龍鐵水提釩和轉(zhuǎn)爐特鋼生產(chǎn)系統(tǒng)鉻渣利用的平衡研究[J].河北企業(yè)，2014，（8）：111.

[2]苗治民，趙玉華，黃務滌.鉻礦直接合金化的實驗研究[J].北京科技大學學報，1992，14（1）：8-11.

（作者單位：1.承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰荆?.河北省鍛造用鋼工程技術研究中心）