本發(fā)明屬于冶金固體廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種渣浴還原處理電爐不銹鋼渣的方法。

背景技術(shù)：

不銹鋼渣是不銹鋼冶煉過程中產(chǎn)生的廢渣，包括電爐不銹鋼渣和氬氧爐不銹鋼渣兩種；由于不銹鋼渣中含有的Cr⁶⁺具有較強(qiáng)的毒性，不銹鋼渣的無害化處理一直備受關(guān)注，并成為制約不銹鋼行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵問題之一；隨著近年來我國不銹鋼產(chǎn)量的迅速增長，關(guān)于不銹鋼渣無害化處理問題也引起了我國不銹鋼行業(yè)的高度重視，由于電爐不銹鋼渣不僅所占不銹鋼渣比例大，其中Cr元素含量也顯著高于氬氧爐不銹鋼渣，因此，電爐不銹鋼渣的無害化處理更為重要。

目前不銹鋼渣的無害化處理主要有兩種工藝路線；其一是濕法處理，即將冷卻后的不銹鋼細(xì)磨制漿后加入處理劑使Cr⁶⁺轉(zhuǎn)化為無害的Cr³⁺；但這種方法的缺點(diǎn)是用水量大，處理成本高，且可能造成二次污染；第二種工藝路線是干法處理，即利用碳質(zhì)原料或硅鐵作為還原劑，在高溫下對不銹鋼渣進(jìn)行還原處理，使其中的Cr⁶⁺轉(zhuǎn)化為Cr³⁺或Cr；這種方法理論上可從根本上實(shí)現(xiàn)不銹鋼渣的無害化，但隨著還原過程的進(jìn)行，不銹鋼渣的黏度增加，還原動力學(xué)變差，還原反應(yīng)難以達(dá)到預(yù)想效果；同時，由于還原溫度高及硅鐵等還原劑價(jià)格昂貴等原因，導(dǎo)致干法處理不銹鋼渣的能耗高，成本高；因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)合理的不銹鋼渣處理方法，對促進(jìn)不銹鋼生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境，具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對電爐不銹鋼渣處理技術(shù)現(xiàn)狀與存在的上述問題，本發(fā)明提供一種渣浴還原處理電爐不銹鋼渣的方法，通過在熔融狀態(tài)下加入鋁灰進(jìn)行低溫還原，在獲得粗合金的同時，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。

本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行：

1、將電爐不銹鋼渣在鋼包爐或感應(yīng)爐中加熱至1400~1500℃形成熔融渣池，然后將鋁灰加入到熔融渣池中；鋁灰的重量為電爐不銹鋼渣和鋁灰總重量的17.0~32.0%；

2、將熔融渣池在1400~1500℃保溫0.5~1.0h，保溫的同時通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.3~0.4MPa，流量為200~300L/min；

3、保溫結(jié)束后分別排放出液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金凝固后獲得Fe-Mn-Cr粗合金。

上述的電爐不銹鋼渣按重量百分比含F(xiàn)eO8~22%、MnO2~3%、Cr₂O₃2~10%。

上述方法中選用的鋁灰中Al的重量百分比為25~35%。

上述的粗合金按重量百分比含F(xiàn)e65~75%、Mn7~12%，Cr15~25%。

上述方法中Cr的還原率≥96%。

上述方法中處理每噸電爐不銹鋼渣獲得0.10~0.25噸Fe-Mn-Cr粗合金。

上述方法主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

3(FeO) + 2[Al] = 3[Fe] + (Al₂O₃) （1）

(Fe₂O₃) + 2[Al] = 2[Fe] + (Al₂O₃) （2）

2(CrO₃) + 2[Al] = (Cr₂O₃) + (Al₂O₃) （3）

(Cr₂O₃) + 2[Al] = 2[Cr] + (Al₂O₃) （4）

3(MnO) + 2[Al] = 3[Mn] + (Al₂O₃) （5）

通過上述反應(yīng)的發(fā)生，使不銹鋼渣中鐵、錳和鉻的氧化物得以還原，并形成Fe-Mn-Cr粗合金。

電爐不銹鋼渣成分按重量百分含量，通常含有(CaO+MgO)40~50%、SiO₂20~30%、Al₂O₃5~10%、FeO8~22%、MnO2~3%、Cr₂O₃2~10%、P₂O₅2~5%及少量的S元素；因此，電爐不銹鋼渣是典型的多組元氧化物體系，并具有較低的熔化溫度；當(dāng)用碳作為還原劑對熔融不銹鋼渣進(jìn)行還原時，隨渣中FeO、MnO、Cr₂O₃等組元的還原，熔渣的黏度增加，還原動力學(xué)條件變差，鉻的還原反應(yīng)難以充分進(jìn)行，因此需要較高的還原溫度；當(dāng)用硅鐵作為還原劑時，隨還原反應(yīng)的進(jìn)行和渣中SiO₂含量的增加，雖然有利于降低熔渣黏度，但硅鐵的價(jià)格高，將不可避免的產(chǎn)生處理成本問題。

鋁灰是電解鋁或鑄造鋁生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)冷卻加工后的產(chǎn)物，其成分主要為15~35%的金屬鋁，其余主要是Al₂O₃和SiO₂等氧化物組分，根據(jù)來源與成分不同，每噸鋁灰價(jià)格在數(shù)百元左右；當(dāng)用鋁灰替代金硅鐵作為還原劑對熔化后電爐不銹鋼渣進(jìn)行渣浴還原時，不僅可解決處理成本問題，隨鋁灰中原有Al₂O₃和反應(yīng)產(chǎn)物Al₂O₃的溶解，可隨還原反應(yīng)的進(jìn)行動態(tài)調(diào)整熔渣的熔化溫度與黏度，保證還原的動力學(xué)條件，促進(jìn)渣中鉻的還原；同時，渣中FeO、MnO、Cr₂O₃等組元還原后獲得的Fe-Mn-Cr粗合金，具有較高的附加值。

本發(fā)明方法的特點(diǎn)在于：用鋁灰作為還原劑對電爐不銹鋼渣進(jìn)行熔融還原，是典型的以廢治廢，可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的高效利用；同時不僅克服了碳熱還原過程中因熔渣返干導(dǎo)致動力學(xué)條件差的問題，還可獲得高附加值的Fe-Mn-Cr粗合金；此外，這種不銹鋼渣處理方法可充分利用熔融不銹鋼渣自身攜帶的物理熱，處理成本低，環(huán)境污染小。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例中選用的電爐不銹鋼渣的成分按重量百分比含(CaO+MgO) 40~50%，SiO₂ 20~30%，Al₂O₃ 5~10%，F(xiàn)eO 8~22%，MnO 2~3%，Cr₂O₃ 2~10%，P₂O₅ 2~5%，余量為雜質(zhì)。

本發(fā)明實(shí)施例中選用的鋁灰為電解鋁灰，其成分按重量百分比含Al 20~30%，Al₂O₃ 30~45%，SiO₂ 4~6%，Na₂O 1~3%，MgO 2~3%，CaO<2.0%，F(xiàn)eO+MnO<1.0%。

本發(fā)明實(shí)施例中將鋁灰加入到熔融渣池中采用的設(shè)備為噴粉罐，采用的載氣為氮?dú)?，通過噴吹加入熔融渣池中。

實(shí)施例1

電爐不銹鋼渣的成分按重量百分比含CaO 31.0%，MgO 10%，SiO₂ 22.0%，F(xiàn)eO 20.0%，Cr₂O₃ 8.0%， Al₂O₃ 5.0%，P₂O₅ 2.0%，MnO 2.0%；

鋁灰的成分按重量百分比含Al 32.5%，Al₂O₃ 31.5%，SiO₂ 28.3%，Na₂O 2.5%，MgO 2.5%，CaO 1.8%，F(xiàn)eO 0.6%，MnO 0.3%；

方法為：

將電爐不銹鋼渣在鋼包爐中加熱至1400℃形成熔融渣池，然后將鋁灰加入到熔融渣池中；鋁灰的重量為電爐不銹鋼渣和鋁灰總重量的26.3%；

將熔融渣池在1400℃保溫1.0h，保溫的同時通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.3MPa，流量為200L/min；

保溫結(jié)束后分別排放出液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金凝固后獲得Fe-Mn-Cr粗合金，按重量百分比含F(xiàn)e68.1%，Cr22.3%，Mn7.1%，余量為P等雜質(zhì)；Cr的還原率96%；尾渣運(yùn)至排渣場處理；

處理每噸電爐不銹鋼渣獲得0.23噸Fe-Mn-Cr粗合金。

實(shí)施例2

電爐不銹鋼渣的成分按重量百分比含CaO 36.0%，MgO 12%，SiO₂ 28.0%，F(xiàn)eO 12.0%，Cr₂O₃ 3.0%， Al₂O₃ 5.0%，P₂O₅ 2.0%，MnO 2.0%；

鋁灰的成分按重量百分比含Al 32.5%，Al₂O₃ 31.5%，SiO₂ 28.3%，Na₂O 2.5%，MgO 2.5%，CaO 1.8%，F(xiàn)eO 0.6%，MnO 0.3%；

方法為：

將電爐不銹鋼渣在感應(yīng)爐中加熱至1450℃形成熔融渣池，然后將鋁灰加入到熔融渣池中；鋁灰的重量為電爐不銹鋼渣和鋁灰總重量的17.1%；

將熔融渣池在1450℃保溫50min，保溫的同時通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.4MPa，流量為300L/min；

保溫結(jié)束后分別排放出液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金凝固后獲得Fe-Mn-Cr粗合金，按重量百分比含F(xiàn)e70.4%，Cr15.0%，Mn11.9%，余量為P等雜質(zhì)；Cr的還原率96.2%；

處理每噸電爐不銹鋼渣獲得0.13噸Fe-Mn-Cr粗合金。

實(shí)施例3

電爐不銹鋼渣的成分按重量百分比含CaO 31.0%，MgO 10%，SiO₂ 21.0%，F(xiàn)eO 16.5%，Cr₂O₃ 7.5%， Al₂O₃ 8.0%，P₂O₅ 4.0%，MnO 2.0%；

采用的還原劑為電解鋁灰，其成分按重量百分比含Al32.5%，Al₂O₃31.5%，SiO₂27.4%，Na₂O2.5%，MgO2.0%，CaO1.8%，F(xiàn)eO0.5%，MnO0.2%；

方法為：

將電爐不銹鋼渣在鋼包爐中加熱至1500℃形成熔融渣池，然后將鋁灰加入到熔融渣池中；鋁灰的重量為電爐不銹鋼渣和鋁灰總重量的25.2%；

將熔融渣池在1500℃保溫40min，保溫的同時通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.4MPa，流量為300L/min；

保溫結(jié)束后分別排放出液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金凝固后獲得Fe-Mn-Cr粗合金，按重量百分比含F(xiàn)e63.6%，Cr25.1%，Mn7.9%，余量為P等雜質(zhì)；Cr的還原率97.6%；

處理每噸電爐不銹鋼渣獲得0.20噸Fe-Mn-Cr粗合金。

實(shí)施例4

電爐不銹鋼渣的成分按重量百分比含CaO 31.0%，MgO 10%，SiO₂ 21.0%，F(xiàn)eO 16.5%，Cr₂O₃ 7.5%， Al₂O₃ 8.0%，P₂O₅ 4.0%，MnO 2.0%；

鋁灰的成分按重量百分比含Al 32.0%，Al₂O₃ 31%，SiO₂ 28.3%，Na₂O 2.5%，MgO 3.5%，CaO 1.8%，F(xiàn)eO 0.6%，MnO 0.3%；

方法為：

將電爐不銹鋼渣在感應(yīng)爐中加熱至1450℃形成熔融渣池，然后將鋁灰加入到熔融渣池中；鋁灰的重量為電爐不銹鋼渣和鋁灰總重量的26.5%；

將熔融渣池在1450℃保溫0.5h，保溫的同時通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.35MPa，流量為250L/min；

保溫結(jié)束后分別排放出液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金凝固后獲得Fe-Mn-Cr粗合金，按重量百分比含F(xiàn)e67.8%，Cr21.6%，Mn7.4%，余量為P等雜質(zhì)；Cr的還原率97.4%；

處理每噸電爐不銹鋼渣獲得0.22噸Fe-Mn-Cr粗合金。

實(shí)施例5

電爐不銹鋼渣的成分按重量百分比含CaO 31.0%，MgO 10%，SiO₂ 21.0%，F(xiàn)eO 16.5%，Cr₂O₃ 7.5%， Al₂O₃ 8.0%，P₂O₅ 4.0%，MnO 2.0%；

鋁灰的成分按重量百分比含Al 26.0%，Al₂O₃ 36.5%，SiO₂ 29.5%，Na₂O 3.0%，MgO 2.5%，CaO 1.7%，F(xiàn)eO 0.4%，MnO 0.4%；

方法為：

將電爐不銹鋼渣在感應(yīng)爐中加熱至1500℃形成熔融渣池，然后將鋁灰加入到熔融渣池中；鋁灰的重量為電爐不銹鋼渣和鋁灰總重量的31%；

將熔融渣池在1500℃保溫40min，保溫的同時通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.3MPa，流量為250L/min；

保溫結(jié)束后分別排放出液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金凝固后獲得Fe-Mn-Cr粗合金，按重量百分比含F(xiàn)e67.6%，Cr21.6%，Mn7.7%，余量為P等雜質(zhì)；Cr的還原率97.5%；

處理每噸電爐不銹鋼渣獲得0.25噸Fe-Mn-Cr粗合金。