冶煉渣金屬鐵含量標定方式研究

錢強

（攀枝花鋼城集團有限公司，四川 攀枝花 617022）

鋼鐵生產過程中產生的大量冶煉渣主要是轉爐渣和高爐渣[1]，通常要對冶煉渣提質深加工回收其中的金屬鐵，但是對回收后金屬鐵含量的標定難度較大。 常規的室內標定方法只適用于有代表性的粒度小且金屬鐵含量較低的冶煉渣，對于粒度大、金屬鐵含量高和渣量占比大、金屬鐵含量低的冶煉渣選取檢測點的難度大，評定準確度低[2]。本文針對不同鐵含量的冶煉渣采用 “全金屬鐵考量”的方法，即“重熔法”和“球磨法”將金屬鐵分離出來后再給予評定[3]，適用于大宗物料的標定，可為生產、經營和管理提供較為客觀的指導，從而高效利用冶煉渣中的金屬鐵資源[4]。

1 試驗原料和試驗設備

1.1 試驗原料

因冶煉工藝不同，從冶煉渣中回收的含鐵料有鐵質和鋼質的區別，試驗選取6 種有代表性的含鐵料如下：

鋼質A：轉爐渣通過篩分和磁選，再經濕法球磨磁選后粒度為10～100 mm；

鋼質B：轉爐渣通過篩分、磁選以及自磨加工后粒度為10～300 mm；

鐵質A：高爐渣通過篩分和磁選，再經濕法球磨磁選后粒度為10～100 mm；

鐵質B：高爐渣經破碎、磁選（板式磁選機）和篩分滾筒磁選后粒度為50～200 mm；

鋼質C：轉爐渣經過篩分和磁選（不經自磨）后粒度為0～100 mm；

鐵質C：高爐渣經破碎、磁選（滾筒式磁選機）和篩分后粒度為0～100 mm。

1.2 試驗輔料

試驗輔料有金屬切邊、氧化鐵皮和鋁鐵粉三種，后兩種為粒狀干燥粉末，三種輔料的金屬鐵含量分別為99.5%、30%和60%，鋁鐵粉牌號為FeAl40。

1.3 試驗設備

試驗設備為中頻感應爐和溢流型球磨機，試驗設備參數見表1 所示。

表1 試驗設備參數Table 1 Parameters for Experimental Equipment

2 試驗方法

根據冶煉渣中金屬鐵含量和粒度情況采用不同的分離方式，金屬鐵含量高、粒度大的（鋼質A、鋼質B、鐵質A 和鐵質B）采用重熔法，即通過高溫熔化實現渣、鐵的分離；金屬鐵含量低、粒度小的（鋼質C 和鐵質C）采用球磨法破解分離[6]。

2.1 重熔法

先將含鐵料進行晾曬保證其干燥性達到入爐的要求。 分別對含鐵料、金屬切邊、氧化鐵皮或鋁鐵粉等稱重計量，將金屬切邊（重量為含鐵料的10%～50%）加入中頻感應爐內預選熔融，再將含鐵料裝入爐內，熔融過程中若出現熔煉困難，如熔渣粘稠，氧含量高造成翻渣噴濺時可加入氧化鐵皮或是鋁鐵粉。 熔煉結束后，先扒出上層液態渣，再倒出液態鋼（鐵）水進入模具內，分別冷卻后稱重計量和取樣化驗。 重熔法工藝流程見圖1 所示。

圖1 重熔法工藝流程Fig. 1 Process Flow for Remelting Method

試驗過程中對每個樣品熔煉出的渣和鐵進行取樣，分析其金屬鐵含量MFe，同時取樣分析試驗用輔料中的MFe。 每爐均在渣鐵分離較好的情況下出爐，含鐵料中MFe 計算如下：

式中，MFe鐵、MFe渣、MFe切邊和MFe輔料分別為鐵、渣、金屬切邊和其他輔料中的金屬鐵含量；原料量為含鐵料重量；物料收得率為產出渣量和出鐵量之和與所有原料入爐量的比值，出鐵量包括每爐化驗鐵所取的1 kg 鐵樣品，出渣量包括每爐化驗渣所取的1 kg 渣樣品；96%是正常情況下金屬切邊和鋁鐵粉收得率的平均值。

2.2 球磨法

對鋼質C 和鐵質C 含鐵料分別進行球磨磁選，且每個樣品須將球磨機中的料盡量磨出。為了提高標定準確性，每個樣品含鐵料的量應在50 t以上。球磨磁選前，對含鐵料預先晾曬使其水分控制在5%以內。 球磨磁選后，對粉鐵料和尾渣取樣化驗金屬鐵含量和水含量；顆粒料的金屬鐵含量利用重熔法獲得的數據。 球磨法工藝流程見圖2，篩分的孔徑為10 mm。

圖2 球磨法工藝流程Fig. 2 Process Flow for Ball-Milling Method

根據球磨磁選過程中的計量及化驗數據計算含鐵料中的金屬鐵含量，計算結果修約至小數點后兩位數，公式如下。干基量為減去該物料中的水分重量，該方法未考慮球磨磁選過程中的損耗。

3 試驗結果及討論

3.1 重熔法試驗結果及討論

重熔法投料、 出料組成及原料金屬鐵含量見表2，出鐵率為出鐵量與所有原料入爐量的比值。

表2 重熔法投料、出料組成及原料金屬鐵含量Table 2 Feeding and Discharging Compositions for Remelting Method and Content of Metal Iron in Raw Material

由表2 可見，物料收得率都接近100%，符合質量守恒定律，達到全部熔化的目的。 出鐵率方面，鐵質含鐵料要高于鋼質含鐵料，這與鋼質料中轉爐渣堿度高、渣系粘稠有關。 出料中各渣樣TFe和MFe 含量見表3。

表3 出料中各渣樣TFe 和MFe 含量Table 3 Content of TFe and MFe in Slag Samples during Discharging %

由表3 可見，鋼質出渣中TFe 和MFe 差值較大，而鐵質出渣中TFe 和MFe 差值較小，這與鋼質中轉爐渣氧化鐵含量高、鐵質中高爐渣氧化鐵含量低一致。 各樣品熔煉出鐵的化學成分見表4，數據為光譜分析儀分析結果。

表4 各樣品熔煉出鐵的化學成分Table 4 Chemical Compositions in Melted Iron of Each Samples after Tapping by Smelting （Mass Fraction）%

由表4可見，因原料的差別，與鋼質相比，鐵質的碳、磷和硫含量均較高，這一點與實際生產中熔煉出的鐵含量情況一致。

3.2 球磨法試驗結果及討論

因濕法球磨過程中會產生大量的尾渣污泥，無法對其稱重計量，故按照質量守恒的理論值計算獲得。 另外，粉鐵料為濕基重量，其水分含量為10%。球磨法投料、出料組成及金屬鐵含量見表5。

表5 球磨法投料、出料組成及原料金屬鐵含量Table 5 Feeding and Discharging Compositions for Ball-Milling Method and Content of Metal Iron in Raw Material

由表5 可見，因鋼質料為轉爐渣，其冶煉過程粘度較大，渣和鐵分離較難，而鐵質料質地較脆，鐵質料中的單質鐵大部分成為了較細的粉鐵料，所以鋼質料球磨出的顆粒料比例是鐵質料的9.84倍，而其產生的粉鐵比例只有鐵質料的43.83%。

4 結論

（1）金屬鐵含量高、粒度大的冶煉渣宜采用重熔法分離金屬鐵，金屬鐵含量低、渣量占比大的冶煉渣宜采用球磨法分離金屬鐵。

（2）對于金屬鐵含量高的冶煉渣來說，因為以鋼質為主的轉爐渣渣系粘度較大，所以其金屬鐵含量要低于以鐵質為主的高爐渣；對于金屬鐵含量低的冶煉渣，以鋼質為主的轉爐渣獲得的顆粒料比例是高爐渣的9.84 倍，但其粉鐵比例只有后者的43.83%。