5.3 氧化鐵皮再生利用技術(shù)

冶金環(huán)保及資源綜合利用5.3氧化鐵皮再生利用技術(shù)氧化鐵皮的形成機理及影響因素氧化鐵皮的去除方法5.3.15.3.25.3.3氧化鐵皮的收集5.3.4氧化鐵皮的綜合利用軋鋼是把符合要求的鋼錠或連鑄坯按照規(guī)定的尺寸和形狀加工成鋼材的工序。軋制是利用塑性變形的原理將鋼錠或連鑄坯放到兩個相向旋轉(zhuǎn)的軋輥之間進行加工，除獲得所需要的形狀和斷面外，還可以改善質(zhì)量，使鋼材材質(zhì)致密、晶粒細化均勻，提高鋼的機械性能。軋鋼廠的固體廢棄物主要有氧化鐵皮，鋼在加熱爐內(nèi)加熱時，由于爐氣中含有O2、CO2、H2O，鋼的表面層要發(fā)生氧化反應(yīng)，而且從鋼錠到成品材往往加工多次，每加熱一次，有0.5%~3%的鋼由于氧化而燒損。所以整個加熱過程中燒損量高達4%~5%。①氧化生銹可以造成金屬損失，鋼坯加熱時生成的一次氧化鐵皮重量約占鋼坯總量的4～5％。一個年產(chǎn)十萬噸鋼材的軋鋼車間，每年由于燒損（氧化鐵皮造成的損失）而丟掉鋼就達4000～5000噸；②使加熱爐生產(chǎn)率降低，因為氧化鐵皮較鋼的基體組織疏松的多，它覆蓋在鋼的表面降低鋼的導(dǎo)熱系數(shù)影響加熱速度；③影響爐底材料壽命，使之容易損壞，因為氧化鐵皮成堿性，它對酸性粘土磚有侵蝕作用；④氧化鐵皮大量堆積在爐底造成爐底升高、起包、迫使加熱爐停爐清渣，這不僅影響爐子產(chǎn)量，而且使操作條件惡化。嚴(yán)重時加熱爐被迫停產(chǎn)。⑤氧化鐵皮還會影響鋼的質(zhì)量，在軋制時氧化鐵皮易打滑，增加咬入難度，增加孔型磨損。氧化鐵皮壓入鋼材表面造成斑點和麻坑缺陷，降低產(chǎn)品表面質(zhì)量。鋼在常溫下就會氧化生銹，在干燥的條件，這一氧化過程是很緩慢的，到了200～300℃，表面會生成氧化膜，但如果濕度不大，這時的氧化還是比較緩慢的，溫度繼續(xù)升高，氧化的速度也會隨之加快，到了1000℃以上氧化過程開始激烈進行，當(dāng)溫度超過1300℃以后，氧化鐵皮開始熔化，氧化進行得更劇烈。氧化鐵皮的形成過程也是氧和鐵兩種元素的擴散過程，氧由表面向鐵的內(nèi)部擴散，而鐵則向外部擴散。外層氧的濃度大，鐵的濃度小，生成鐵的高價氧化物；內(nèi)層鐵的濃度大，而氧的濃度小，生成氧的低價氧化物。所以氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)是分層的加熱溫度、時間、爐內(nèi)氣氛與原料的化學(xué)成分是影響生成氧化鐵皮的主要因素。在低溫階段加熱時生成的氧化鐵皮較少，當(dāng)加熱溫度超過850—900℃時，則氧化鐵皮增加速度很快，溫度超過1200℃后，氧化鐵皮則急劇增加，加熱溫度愈高，時間愈長，生成氧化鐵皮愈厚。爐氣中含有氧化性氣體O2、CO2

，還原氣體CO、H2和中性氣體N2，這些氣體在數(shù)量上的比例即決定著爐氣的氧化和還原能力。加熱中的氧化氣氛越強，越易生成氧化鐵皮。在一般的加熱情況下，爐內(nèi)常有過?？諝?，因而有利于氧化鐵皮的形成。原料所含化學(xué)成分如矽、鎳、鋁等會促使所形成的氧化鐵皮薄膜致密，因此有保護金屬免于繼續(xù)氧化的作用。氧化鐵皮的種類一次氧化鐵皮二次氧化鐵皮三次氧化鐵皮紅色氧化鐵皮鋼在熱軋前，往往要在1100-1300℃加熱和保溫。在此溫度下,鋼表面于高溫爐氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，生成1-3mm厚的一次鱗以及由粗軋側(cè)壓不充分、除鱗不徹底所致。該一次鱗也稱為一次氧化鐵皮。一次鱗的內(nèi)部存在有較大的空穴，一次氧化鐵皮為灰黑色鱗層，呈片狀覆蓋在鋼板表面。鱗層主要成分由磁鐵礦(Fe3O4)組成。

二次氧化鐵皮熱軋鋼坯從加熱爐出來后，經(jīng)高壓水除去一次鱗后，即表面氧化鐵皮脫落，進行粗軋。在短時間的粗軋過程中鋼坯表面與水和空氣接觸，鋼坯表面產(chǎn)生了二次鱗，也稱為一次氧化鐵皮。二次鱗受水平軋制的影響厚度較薄，鋼坯與鱗的界面應(yīng)力小，所以剝離性差。如果噴射高壓水不能完全除去二次鱗，鱗殘留在鋼板表面的情況下進行精軋，產(chǎn)品表面就會出現(xiàn)缺陷。二次氧化鐵皮為紅色鱗層，呈明顯的長條、壓入狀，沿軋制方向帶狀分布，鱗層主要成分由方鐵礦（FeO）、赤鐵礦（Fe2O3）等微粒組成。三次氧化鐵皮熱軋精軋過程中，帶鋼進入每架軋機時都將產(chǎn)生表面氧化鐵皮層。軋制后通過最終的除鱗或在每架軋機之間時還將再次產(chǎn)生氧化鐵皮。因此，軋輥作用下的帶鋼表面條件將取決于進入各架軋機前形成的氧化鐵皮的數(shù)量和特性。這時的氧化鐵皮稱為三次氧化鐵皮，因為它是在除鱗之后。進入精軋機之前形成的。三次氧化鐵皮缺陷肉眼可見：

黑褐色、小舟狀。相對密集、細小、散沙狀地分布在缺陷帶鋼表面,細摸有手感，酸洗后在帶鋼表面缺陷處留下深淺不一的針孔狀小麻坑，它們在正常熱軋帶鋼的表面上是看不見的。紅色氧化鐵皮紅色氧化鐵皮僅發(fā)生在高硅含量等特定的鋼種上，主要由于在鋼坯加熱過程中，表面氧化物與基體金屬強烈嚙合所致。無明顯深度，呈不規(guī)則片狀。紅色氧化鐵皮一種在板寬方向非均勻分布，主要分布在中間，偏向操作側(cè)，紅色與蘭色處有明顯水印，在鋼板長度方向上也不均勻，個別部位稍輕些。這種紅色氧化鐵皮較厚，矯直時可崩起，可用高壓風(fēng)吹去，殘余紅色很易擦下色，此紅色氧化鐵皮稱紅銹較貼切。

另一種紅色氧化鐵皮沿板寬分布比較均勻，一般靠邊部100mm內(nèi)稍重些，卷外部比內(nèi)部重些。這種紅色氧化鐵皮較薄，不易擦下色，鋼板越厚紅色越重。這種紅色氧化鐵皮其他一些鋼種也存在，具有一定的普遍性。對熱軋去除氧化鐵皮，國內(nèi)外有高壓水去除氧化鐵皮、機械法去除氧化鐵皮、化學(xué)法去除氧化鐵皮、軋制法去除氧化鐵皮和氣體法去除氧化鐵皮等。較普遍的辦法就是高壓水去除氧化鐵皮，特殊情況下是高壓水去除氧化鐵皮加上機械法、或化學(xué)法、或軋制法、或氣體法聯(lián)合。鋼錠或鋼坯在爐內(nèi)加熱時，表面將形成較厚的氧化鐵皮。這層氧化鐵皮脫落后，高溫軋件在空氣作用下將再次生成氧化鐵皮。通常在軋制前后，需要用各種方法去除氧化鐵皮。通常用水將這些含有大量氧化鐵皮和潤滑油的廢品，通過沿軋制線布置的氧化鐵皮溝收集.軋鋼廠的原料為連鑄坯或鋼錠，產(chǎn)品為板、管、線、棒、型鋼等鋼材。在加熱爐、軋制線的生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生氧化鐵皮，經(jīng)脫水、脫油處理后，可做燒結(jié)輔助含鐵原料、粉末冶金原料、應(yīng)用于化工行業(yè)、利用氧化鐵皮回收鐵、鎳等金屬、氧化鐵皮替代鋼屑冶煉硅鐵合金、用氧化鐵皮生產(chǎn)海綿鐵、造渣劑、由氧化鐵皮制取還原鐵粉等。燒結(jié)輔助含鐵原料燒結(jié)混合料中配加氧化鐵皮后，燒結(jié)充分，溫度高，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)也提高，固體燃料消耗下降，生產(chǎn)率提高，利用氧化鐵皮作為輔助材料，即在混勻礦中配加氧化鐵皮，一方面，氧化鐵皮相對粒度較為粗大，可改善燒結(jié)料層的透氣性；另一方面，氧化鐵皮在燒結(jié)過程中氧化放熱，可降低固體燃料消耗。粉末冶金原料

在粉末冶金工業(yè)中，氧化鐵皮是生產(chǎn)還原鐵粉的主要原料。生產(chǎn)還原鐵粉的工藝流程是：氧化鐵皮經(jīng)干燥爐干燥去油去水后，經(jīng)磁選、破碎、篩分入料倉，作為還原劑的焦粉配入10％～20％的脫硫劑（石灰石）后經(jīng)干燥處理入料倉。將氧化鐵皮按環(huán)裝法裝入碳化硅還原罐內(nèi)，中心和最外邊裝焦炭粉，將裝好料的還原罐放在窯車上送入隧道窯進行一次還原，停留90小時后冷卻出窯。此時氧化鐵皮被還原成海綿鐵，含鐵量98％以上，卸錠機將還原鐵卸出，經(jīng)清渣、破碎、篩分磁選后，進行二次精還原，生產(chǎn)出合格的還原鐵粉。進入球磨機細磨，然后進入分級篩，從而得到不同粒度的高純度鐵粉。將這種鐵粉用于制作設(shè)備的關(guān)鍵部件，只需壓模，即可一次成型，獲得強度高、耐磨、耐腐的部件。應(yīng)用化工行業(yè)

化工行業(yè)，氧化鐵皮可用作生產(chǎn)氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵黑、氧化鐵棕、三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、聚合硫酸鐵等產(chǎn)品的原料。這些化工產(chǎn)品用途廣泛?；厥砧F、鎳等金屬

用環(huán)形爐處理軋鋼氧化鐵皮、電爐除塵粉塵和酸洗沉渣等廢物，除回收鐵外，還回收廢渣中的鎳、鉻等有價的合金成分，同時根據(jù)廢物含水量大的特點，即先將廢渣干燥后利用成型機壓成橢圓形的團塊以代圓盤造球機成球，這樣在還原過程中粒度整齊、受熱均勻、還原效果更好。替代鋼屑冶煉硅鐵合金用于煉鋼以氧化鐵皮等為主要原料的煉鋼方法，以其價格低廉且來源廣泛的氧化鐵皮、渣鋼等廢料為主要原料，并用它們?nèi)〈可佟r高的廢鋼。以氧化鐵皮為主要原料的煉鋼方法的主要含鐵原料是：30％左右氧化鐵皮，70左右的生鐵屑或渣鋼。包裝檢斤→配料攪拌→入爐冶煉→出爐澆鑄→成分檢驗→破碎→篩選硅石-破碎-清洗焦炭-破碎-篩分氧化鐵皮入庫發(fā)貨生產(chǎn)海綿鐵

海綿鐵作為廢鋼短缺的一種補充，隨著電爐產(chǎn)鋼量的不斷上升，海綿鐵顯得越來越重要。用礦粉生產(chǎn)海綿鐵由于設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，目前在我國仍難以取得迅速發(fā)展。用氧化鐵皮生產(chǎn)海綿鐵可以解決以上問題。71000℃還原海綿鐵原料燒箱裝料精選氧化鐵皮煤粉制造助熔化渣劑利用軋鋼氧化鐵皮作轉(zhuǎn)爐煉鋼化渣劑，將氧化鐵皮烘干，使水份下降到0.91％以下，就可以滿足煉鋼要求。天鋼應(yīng)用本廠軋鋼、連鑄機下來的氧化鐵皮取代部分螢石作煉鋼化渣劑，結(jié)果證明其化渣快、渣量小、節(jié)約了煉鋼時間，爐內(nèi)熱損少，鐵耗降低，鋼的質(zhì)量也有所提高。生產(chǎn)粒鐵利用氧化鐵皮生產(chǎn)的粒鐵，可以替代廢鋼、海綿鐵等作為煉鋼的原料，其生產(chǎn)流程是：將65～75%氧化鐵皮、18～30%煤粉、4～8%石灰和1～2%粘結(jié)劑粉碎至顆粒度-100目。并加水混勻，制成直徑20～30mm的球體，烘干。還原，將球團放入爐內(nèi)，以100～150℃/min快速升溫至1350～1480℃，恒溫10分鐘，冷卻后出爐。分選粒鐵，將還原后的球團破碎，磁選，篩分后得到成品粒鐵。生產(chǎn)球團礦

目前生產(chǎn)球團礦的原料主要有磁鐵精礦、赤鐵精礦和膨潤土，由于磁鐵精礦的供應(yīng)越來越緊張，質(zhì)量下降，鐵的品位和亞鐵含量降低，直接影響球團生產(chǎn)工藝和產(chǎn)量的提高。氧化鐵皮是鋼鐵企業(yè)的軋鋼廢棄物，其鐵的品位和亞鐵含量較高，利用氧化鐵皮生產(chǎn)球團礦可以提高球團礦的產(chǎn)量并擴大球團礦資源。生產(chǎn)工藝流程是：細磨，將氧化鐵皮細磨到200目以下；配料，將氧化