粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用

粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用摘要:本文概述粉末冶金技术在钢铁企业含铁二次资源循环利用中的前景、资源分布、工艺方法和应用效果,列举了日本川崎制铁株式会社、武汉钢铁集团公司(以下简称武钢)、上海宝山钢铁股份有限公司(以下简称宝钢股份)的实际应用情况,以达抛砖引玉的作用,努力发展我国的钢铁企业二次资源的循环利用产业。关键词:粉末冶金;含铁资源;循环利用中图分类号:TF12文献标识码:我国的钢铁工业近几年来迅猛发展,2009年粗钢生产已达5·65亿吨[1]。每年产生的含铁二次资源非常丰富,约1000余万吨。如何采用粉末冶金技术有效合理的综合利用这些资源,实现含铁资源循环利用是当前循环经济中值得关注的重大课题。本文根据国内外实际生产情况论述了粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用。1钢铁厂含铁二次资源分布状况1·1含铁二次资源的分布含铁二次资源见图1。图1含铁二次资源来源1·2武钢含铁二次资源的分布武钢每年产生数十万吨含铁粉尘或钢有关方面统计,武钢现阶段产生的含铁尘泥主要来自两大系统,即炼铁原料系统为电除尘粉及出铁口尘泥,产量达20余万吨/年;炼钢、轧钢系统含铁二次资源的种类较多,详见表1。表1炼钢,轧钢系统含铁二次资源综合统计资源名称年生产量/万t质量状态(Fe%)炼钢铁皮5·552~63炼钢污泥粗颗粒850~55热精轧铁皮0·9≥72热粗轧铁皮4≥72二热轧铁皮4·5≥72三热轧铁皮3≥72高线铁皮0·7≥72大型铁皮0·5≥72轧板铁皮0·5≥72CSP铁皮0·5≥72一冷轧铁红0·7Fe2O380~95二冷轧铁红1·3Fe2O399·2~99·4合计:30·12含铁二次料的综合利用前景这里重点介绍利用炼钢、轧钢氧化铁皮生产还原铁粉和直接还原铁。我国钢铁企业非常重视在钢铁生产中应用和发展粉末冶金技术。例如:武钢已形成年产还原铁粉3万余吨,磁性材料10余万吨,炼钢用海绵铁2万余吨。莱芜钢铁集团有限公司(以下简称莱钢)具有年产10万吨的钢铁粉末生产能力。马钢集团控股有限公司(以下简称马钢)已具有年产2万吨的还原铁粉生产能力。攀钢集团有限公司每年从除尘灰中回收2万余吨金属粉末。2·1利用轧钢氧化铁鳞制取还原铁粉铁粉是粉末冶金工业的基础原料,世界各国都非常重视铁粉的生产。全世界每年生产100多万吨铁粉,我国已有30余万吨的生产能力,其中还原铁粉产量占60%,主要分布在鞍山钢铁集团公司、武钢、马钢等大型钢铁企业和拥有超级铁精矿粉的铁粉生产企业。铁粉的产量、质量直接影响粉末冶金工业和磁性材料工业的发展,进而直接影响汽车、机电、家电、通讯、机械制造等众多工业领域。众所周知,用铁粉制造机械零部件时,其材料利用率达95%以上,而用金属材料切削加工时,其材料利用率在45%左右,国际上普通认为1吨铁粉的产品相当于3吨钢材的利用率。2·1·1固体碳还原法制取铁粉工艺流程见图2。图2固体碳还原法制取铁粉的工艺流程2·1·2还原铁粉对氧化铁皮的基本要求还原铁粉生产中多采用热轧沸腾钢氧化铁皮作原料,因为热轧沸腾钢氧化铁皮中的SiO2、Al2O3等杂质含量低。在还原铁粉生产中最好不要以高碳钢和合金钢氧化铁皮作原料。一般生产还原铁粉用氧化铁皮的化学成分见表2。污2·1·3还原铁粉产品品质还原铁粉根据化学成分和物理特性的不同,分成若干个等级,根据粉末冶金用还原铁粉的国家标准(GB/T4136-1994),其铁粉产品的化学分析指标见表3,物理-工艺性能指标见表4。表3铁粉产品的化学分析指标牌号化学分析/%总铁不小于杂质量,不大于MnSiCSP盐酸不溶物氢损FHY80·2398·000·400·150·070·0300·0300·400·502·1·4还原铁粉的主要用途还原铁粉主要用于粉末冶金机械结构零件、减摩材料、摩擦材料、硬质合金、磁性材料、难熔金属及其合金等方面。还原铁粉的其它用途还有电焊条、取暖袋、冶炼用合金包芯线、人造金刚石和硬质合金等。2·2·1直接还原铁的品质与用途直接还原铁即粉末冶金还原铁粉生产中的海绵铁。炼钢中的海绵铁的品质要求与粉末冶金用海绵铁的品质要求不同,其含铁量在90%以上,但要控制S,P,Pb,Zn,Bi,As等有害元素的含量。用于生产还原铁粉的直接还原铁其技术条件为:TFe=97·5%~98·0%、金属化率≥95%、C=0·3%~0·4%、S、P≤0·020%、Si≤0·10%。用于炼钢的直接还原铁其技术条件为:TFe≥91%、金属化率≥85%、S、P≤0·020%、Si≤0·20%。直接还原铁除了作为电弧炉冶炼原料以外,直接还原铁还是氧气转炉的优质冷却剂和炉料,对转炉的冷却效果是废钢的1·2~2倍。应用直接还原铁后转炉冶炼可获得多种效果,如稀释铁水中的S、P、Bi、Pb、Zn、As等有害杂质元素含量,消除废钢对炉衬的机械损耗作用,改善自动加料和终点控制,提高计算机自控水平,提高生产率等。所以将钢厂的含铁氧化物为原料建立铁生产线,投产后其产品在钢铁企业的用途是广泛的、有益的。2·2·3直接还原铁生产的工艺方法世界上生产海绵铁(直接还原铁,即DRI)的方法主要有两大类,即煤基还原法和气基还原法。其中应用较普遍的有四种方法,简述如下:(1)隧窑法:我国大多数生产还原铁粉的企业是采用此法生产一次还原海绵铁。例如:武钢有4条150m左右的隧道窑,年产海绵铁达5万余吨,莱钢用隧道窑法生产的海绵铁近6万吨,马钢也拥有隧道窑法生产海绵铁2万吨左右。日本川崎制铁千叶工厂拥有2条165m隧道窑生产一次还原海绵铁。昆明钢铁公司拟新建30万吨隧道窑生产炼钢用海绵铁。所以这是一项普遍应用的成熟技术。(2)回转窑法:是将氧化铁粉成球或高品位块矿与无烟煤混合于回转窑中进行还原,生产海绵铁。我国天津无缝钢管公司引进两条15万吨/年的回转窑,生产炼钢用海绵铁。目前我国已建有10余条回转窑海绵铁生产线。国外方面,日本粉末冶金株式会社多年来就是用这种方法生产海绵铁,然后生产还原铁粉,年产量达1万余吨。印度是世界上用回转窑生产海绵铁的最多国家之一,其年产量2000余万吨。(3)气基竖炉法:世界上希尔法是典型代表,是将粉状氧化铁成球后直接在竖炉中经高温还原,从而生产海绵铁。这种方法在生产炼钢用海绵铁方面应用较多,是世界上生产炼钢用海绵铁的主要方法之一。早在70年代初,武钢粉末冶金有限公司就应用竖炉法,将氧化铁粉球团还原成含铁量达98·5%的一次还原海绵铁。由于粉末冶金用还原铁粉要求含铁量高,而在当时条件下,高品位海绵铁容易相互粘结而悬料,影响炉况正常运行,故在一段时间内,对该项技术的应用受到了一定的限制。2·2·4钢铁企业直接还原海绵铁在炼钢中的应用武钢是我国直接还原铁的第一个基地。还原铁粉的首道工序就是要生产直接还原铁。1969年武钢公司就组织开展利用武钢轧钢氧化铁(1.武汉钢铁集团公司研究院,湖北武汉430080;2.武汉钢铁集团公司,湖北武汉430080)摘要:本文概述粉末冶金技术在钢铁企业含铁二次资源循环利用中的前景、资源分布、工艺方法和应用效果,列举了日本川崎制铁株式会社、武汉钢铁集团公司(以下简称武钢)、上海宝山钢铁股份有限公司(以下简称宝钢股份)的实际应用情况,以达抛砖引玉的作用,努力发展我国的钢铁企业二次资源的循环利用产业。关键词:粉末冶金;含铁资源;循环利用中图分类号:TF12文献标识码:我国的钢铁工业近几年来迅猛发展,2009年粗钢生产已达5·65亿吨[1]。每年产生的含铁二次资源非常丰富,约1000余万吨。如何采用粉末冶金技术有效合理的综合利用这些资源,实现含铁资源循环利用是当前循环经济中值得关注的重大课题。本文根据国内外实际生产情况论述了粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用。武钢每年产生数十万吨含铁粉尘或钢有关方面统计,武钢现阶段产生的含铁尘泥主要来自两大系统,即炼铁原料系统为电除尘粉及出铁口尘泥,产量达20余万吨/年;炼钢、轧钢系统含铁表1炼钢,轧钢系统含铁二次资源综合统计资源名称年生产量/万t质量状态(Fe%)炼钢铁皮5·552~63炼钢污泥粗颗粒850~55热精轧铁皮0·9≥72热粗轧铁皮4≥72二热轧铁皮4·5≥72三热轧铁皮3≥72高线铁皮0·7≥72大型铁皮0·5≥72轧板铁皮0·5≥72CSP铁皮0·5≥72一冷轧铁红0·7Fe2O380~95二冷轧铁红1·3Fe2O399·2~99·42·1利用轧钢氧化铁鳞制取还原铁粉铁粉是粉末冶金工业的基础原料,世界各国都非常重视铁粉的生产。全世界每年生产100多万吨铁粉,我国已有30余万吨的生产能力,其中还原铁粉产量占60%,主要分布在鞍山钢铁集团公司、武钢、马钢等大型钢铁企业和拥有超级铁精矿粉的铁粉生产企业。铁粉的产量、质量直接影响粉末冶金工业和磁性材料工业的发展,进而直接影响汽车、机电、家电、通讯、机械制造等众多工业领域。众所周知,用铁粉制造机械零部件时,其材料利用率达95%以上,而用金属材料切削加工时,其材料利用率在45%左右,国际上普通认为1吨铁粉的产品相当于3吨钢材的利用率。世界上生产海绵铁(直接还原铁,即DRI)的方法主要有两大类,即煤基还原法和气基还原法。其中应用较普遍的有四种方法,简述如下:(1)隧窑法:我国大多数生产还原铁粉的企业是采用此法生产一次还原海绵铁。例如:武钢有4条150m左右的隧道窑,年产海绵铁达5万余吨,莱钢用隧道窑法生产的海绵铁近6万吨,马钢也拥有隧道窑法生产海绵铁2万吨左右。日本川崎制铁千叶工厂拥有2条165m隧道窑生产一次还原海绵铁。昆明钢铁公司拟新建30万吨隧道窑生产炼钢用海绵铁。所以这是一项普遍应用的成熟技术。(2)回转窑法:是将氧化铁粉成球或高品位块矿与无烟煤混合于回转窑中进行还原,生产海绵铁。我国天津无缝钢管公司引进两条15万吨/年的回转窑,生产炼钢用海绵铁。目前我国已建有10余条回转窑海绵铁生产线。国外方面,日本粉末冶金株式会社多年来就是用这种方法生产海绵铁,然后生产还原铁粉,年产量达1万余吨。印度是世界上用回转窑生产海绵铁的最多国家之一,其年产量2000余万吨。(3)气基竖炉法:世界上希尔法是典型代表,是将粉状氧化铁成球后直接在竖炉中经高温还原,从而生产海绵铁。这种方法在生产炼钢用海绵铁方面应用较多,是世界上生产炼钢用海绵铁的主要方法之一。早在70年代初,武钢粉末冶金有限公司就应用竖炉法,将氧化铁粉球团还原成含铁量达98·5%的一次还原海绵铁。由于粉末冶金用还原铁粉要求含铁量高,而在当时条件下,高品位海绵铁容易相互粘结而悬料,影响炉况正常运行,故在一段时间内,对该项技术的应用受到了一定的限制。3结束语(1)钢铁企业产生的含铁二次资源是一种宝贵的社会资源,宜按质分类进行分选处理。(2)采用多种合理的粉末冶金技术及工艺路线能够生产出优质的还原铁粉、直接还原铁、磁性材料等工业产品,粉末冶金技术在钢铁企业含铁二次资源的循环利用中具有广阔的应用前景。参考文献[1]邓崎琳.清晰把握行业态势,坚持科学发展路径[N].武钢工人报,2010-03-11.[2]冶金商务网=227366.[3]李森蓉.钢铁企业含铁二次资源综合利用前景广阔[J].中国废钢铁,2006.(3):25.[4]柳政根等译.2008年世界直接还原铁统计[C].2009年中国国际直接还原铁市场研讨会文集.郑州新密市,中国非焦炼铁网,139.[5]王振祥.DRI在150吨电弧炉冶炼中的应用[C].2007年中国直接还原铁市场研讨会会议资料,2007,天津;中华商务网,95.[6]吉祥.宝钢股份在含铁二次资源里淘金[N].宝钢日报,2005-02-25.氧化铁球团的研直接还原泥。据武