金化的工业试验

张国东 王志利 司瑞强

摘 要：承德某钢铁公司所使用矿粉中的氧化铬（Cr2O3）含量最高达1.24%，目前在铁水提钒及特钢冶炼技术应用中取得了较好的效果，但在废弃物和冶炼废渣的综合利用和处理方面还需要进行深入的研究和开发，含铬废渣是五氧化二钒提取过程产生的有毒有害的废渣，其有害成分主要是铬酸钙（致癌物）和水溶性六价铬（剧毒物），对人体的消化道、呼吸道、皮肤和鼻粘膜都有危害，甚至可以引发皮肤癌、咽喉癌、肺癌等疾病，是公认的危险固体废物之一，《国家废物名录》中的危险废物，为实现铬渣的无害化处理，从2013年开始进行系统铬资源平衡调查[1]，2014、2015年分别进行多种途径、方式的实验性循环利用研究，在直接合金化方面取了较好的效果，为提高资源利用率、消除铬的危害提供了充分依据。

关键词：金化；工业试验

1 生产系统及流程

1.1 工艺装备

炼钢厂现有提钒转炉1座，炼钢转炉2座，LF精炼炉3座，VD炉2座，方、圆坯连铸机各1台。

1.2 生产流程

2 铬渣利用方案

（1）反应原理

熔渣组成对铬氧化物还原的影响

有碳还原铬氧化物的平衡反应式得到：

由此可知，在其他条件不变时，钢种铬含量与渣中铬氧化物活度系数呈正比。根据相关实验结果可知，熔渣碱度在1-2之间，熔渣在CrO活度系数最大。因此在使用Cr氧化物进行合金冶炼时，碱度控制在1～2可以获得最佳的铬收得率[2]。

（2）严格控制铬渣水分，将铬渣利用回转窑进行烘干，控制水分≤1%，每袋装入烘干铬渣20kg备用；

（3）在冶炼40Cr时进行铬渣还原增铬试验，金属料装入量80t，转炉控制出钢碳≥0.08%，P≤0.020%，温度1640～1660，到精炼铬元素按0.79%控制；

（4）转炉出钢后将钢车开到炉后吹氩工位，由天车吊装烘干铬渣400kg投入钢包内，钢水大氩气量实行强吹60s进行化渣后，运至LF精炼进行冶炼；

（5）烘干铬渣化学成分。

3 试验数据

（1）两炉铬渣中铬的收得率分别为99.41%和97.46%，从两炉数据来看收得率和前期试验收得率吻合，收得率稳定在98%左右；

（2）从现场跟踪情况来看，利用铬渣代替部分铬铁合金对节奏控制及精炼过程操作无不良影响。

（3）精炼顶渣成分

对试验炉次精炼顶渣进行检验分析，Cr2O3在LF精炼过程中近似于全部被还原，FeO、MnO含量未升高，精炼过程中的还原性气氛较好，试验炉次未对顶渣化学成分构成较大影响。

4 检验结果

（1）试验炉次所轧制棒材进行夹杂物检测，试验炉次出现了超常夹杂物，可见配加铬渣进行合金化对精炼渣系造成一部分影响。

（2）氧、氮含量分析

试验炉次与非试验炉次的平均O含量为23ppm，N含量为58ppm，于全部使用铬铁进行合金化的炉次无明显差异。

（3）氢含量分析

铬渣烘干前含水约为50%，如存在烘干不彻底的情况势必会造成钢水H含量上升，影响钢材性能，针对试验炉次在LF精炼后对钢水H含量进行测定，结果为4.7ppm，与平时非试验炉次5ppm左右没有明显差异，铬渣烘干水分≤1.0%时对钢液H含量不易造成影响。

5 效益计算

铬渣为钒制品工序的废弃物料按50元/t计算，烘干成本200元/t，除水后干基成本为1000元/t，铬元素含量45.33%，成本为22.5元/t度；

铬铁合金中含Cr为55%，不含税单价为5040元/t，折成本为91.56元/t度；

以每年消耗烘干铬渣3000t计算，可为企业节约铬铁合金采购成本进千万元。

6 结论

（1）烘干铬渣代替部分铬铁合金，在LF冶炼时保持良好的脱氧气氛，铬渣中的Cr回收率在97%以上；

（2）利用烘干铬渣代替铬铁进行合金化，易导致非金属夹杂物超标，后续应对精炼脱氧及渣系进行优化；

（3）烘干铬渣进行合金化在取得经济效益的同时，并能降低铬铁冶炼行业的能效消耗和污染物排放，提高铬资源利用率；

（4）铬渣进行合金化利用为含铬危废品处置提供了新思路，为人民身体健康和环境安全提供了保障。

参考文献

[1]王社教，尹修钢，陈宏豫，承德建龙铁水提钒和转炉特钢生产系统铬渣利用的平衡研究[J].河北企业，2014，（8）：111.

[2]苗治民，赵玉华，黄务涤.铬矿直接合金化的实验研究[J].北京科技大学学报，1992，14（1）：8-11.

（作者单位：1.承德建龙特殊钢有限公司；2.河北省鍛造用钢工程技术研究中心）