不锈钢冶炼废渣和烟尘铬镍价值分析与应用

　　不锈钢是钢铁工业中特殊钢的重要组成部分，在很大程度上标志着一个国家的现代化工业水平和人民生活水平。山西太钢不锈钢股份有限公司（以下简称太钢）从1952年开始生产不锈钢，开创了中国生产不锈钢的里程。改革开放大发展后，中国不锈钢的生产和应用实现了跨越式的高速发展，产量跃居全球之首，中国不锈钢的人均消费水平由2001年的1.8kg提高到2011年的7.2kg，超过世界平均水平；不锈钢的进口量由2005年的313万t降低到了2011年的100万t以下；2011年之后，中国出口的不锈钢已超过100万t，达到134万t，超过进口量，成为净出口国家。近年来，我国不锈钢制造业装备水平显著提升，板材、棒材、管材装备已达到世界最高水平，不锈钢品种中板材已达87%，钢种由传统的300系列、400系列、200系列扩展到了尖端领域核电、航空、石油中的镍基合金、双相钢等钢种。不锈钢品种系列中200系列、300系列主要应用于民用领域，而含镍较高的400系列以上镍基主要应用于工业和尖端领域，且占据不锈钢的进口量中的主要部分。作为不锈钢制造业发展国家，含镍不锈钢的制造仍有很大的发展空间。

　　不锈钢的制造离不开镍资源的保障，我国是不锈钢的生产和消费大国，也是不锈钢的主要原料镍资源缺乏的国家，全世界的不锈钢制造成本和销售价格随着国际LME镍价的变化而变化，可见对不锈钢中镍含量的控制和镍资源的保障的重要性。

　　当今，中国不锈钢的工业生产工艺路线或装置水平主要有四种：一是EAF—AOD—VOD—LF—CCM；二是EAF—AOD—LT—CCM；三是BOF—EAF—AOD—LF—CCM；四是KOBM—VOD—LF—CCM。

　　这些装置水平或制造流程都是围绕各种不同的镍资源而进行的，已经从传统的以不锈钢废料、碳素废钢、电解纯镍为主原料的生产工艺转移到以少量的不锈钢废料、铁水、烧结镍、镍铁、低品位的含镍生铁为主原料的生产工艺，成为优化原料结构和降低制造成本的有效办法。

　　从2002年到2012年，我国镍消费量平均递增23%，最主要的增长动力来自于不锈钢的增产。我国不锈钢产量从2002年的94万t增加到2012年的1769万t，年均递增58%，镍表观消费量年均约在72~75万t，由此可见，对镍资源的保障是不锈钢制造业面临的主要课题。

　　近来，不锈钢制造业开始对炼钢产生的废渣中的金属颗粒以及除尘灰中镍的回收再利用进行研究。将含镍资源回收再利用并进行实施，不仅符合节能减排的要求，也是合理利用镍资源的重要途径。

　　1、不锈钢制造业镍流失的途径及机理分析

　　1.1冶炼废渣中金属流失途径分析

　　一般工业化不锈钢制造业炼钢流程都属于长流程。长流程液体钢水出钢飞溅以及转移至下一个流程时液体流洒是金属主要的流失环节；对于电炉吹氧助熔时的飞溅物也是金属流失的途径，不容忽视，某厂EAF—AOD或BOF—KOBM流程金属收得率为88%~92%，流失金属进入废渣中，渣中金属最小颗粒分布在1~15mm之间，其中w(Ni)=1.5%~2.5%。据统计，EAF冶炼产生的渣量为7~8kg/t，AOD冶炼产生的渣量为9~10kg/t。

　　1.2烟尘中镍的流失与机理分析

　　镍金属的熔点为1452℃，在炼钢炉内极易蒸发。在EAF炉内从固态到液态的冶炼时间为60~70min，液态温度达到1650℃的水平，而电弧区的温度高达6000℃；在精炼炉AOD（VOD）内从固态到液态的冶炼时间也有60~70min，液态温度由1500℃提升到1750℃，因此，含镍值越高的钢种，在EAF炉和AOD（VOD）炉的冶炼时间越长，烟尘中流失的镍量就越多。据统计，EAF炉、AOD炉冶炼产生的烟尘量都在1.1~1.4kg/t的范围，但是在EAF炉冶炼中产生的烟尘中镍含量高于AOD炉烟尘中的镍含量，这主要是由于EAF炉炉温高造成镍的蒸发损失所致。EAF炉冶炼一般有三个除尘积灰排放点：一是靠近炉体的大颗粒积灰；二是中间部位风冷降温区的积灰；三是布袋除尘积灰。AOD炉除尘系统中间有小的排灰点，主要是火花捕集器后的积灰点。就EAF炉冶炼的三个积灰点和AOD炉布袋除尘点分析结果做对比分析，见表1。

　　2、废渣和烟尘中镍金属回收的难点

　　含镍不锈钢一般都具有弱磁性，传统的镍回收方法是机械设备将大块的废钢废渣分捡，对剩余物按照废渣进行排放或作为建筑工程的回填物处理。烟尘中镍的含量相当于国内生产镍生铁所使用的红土矿中镍的含量，但镍在烟尘中的存在伴有较大比例的CaO、Cr2O3等氧化物，不能完全进行烧结生产，少量在电炉、矿热炉配入使用，一般的工厂都按废物排放。对于一个年产300万t不锈钢的工业企业，废渣产出量在4.8~5.4万t/年，烟尘灰产出量为6600~11000t/年。

　　3、当前国内最先进的废渣、烟尘灰的处理流程和方法

　　3.1废渣处理流程

　　太钢是不锈钢生产最大的工业企业，拥有国内最先进的废渣、烟尘灰的流程处理线。此处理线将钢渣分离破碎，分级进行强磁选筛分，将金属颗粒（≥1mm）全部回收并使用，剩余物分类外销，主要用作路基回填物、水泥熟料掺合料、废渣超细粉和废渣农业用肥料。

　　3.2烟尘灰使用流程

　　1）烟尘灰水泥造砖→富氧除尘灰竖炉→生产含Ni（w(Ni)=1.5%~2.5%）、Cr-Ni的铁水。

　　2）5%~10%的烟尘灰直接配入矿热炉→生产Cr-Ni生铁块。

　　3）100%的烟尘灰→小电炉直接还原→生产Cr-Ni生铁锭。

　　4）10%~20%的烟尘灰与进口红土矿混合烧结→小高炉→生产Cr-Ni生铁。

　　以上流程完全实现了对烟尘灰中镍的回收，为企业创造效益，为社会节能减排。

　　4、不锈钢废渣、烟尘灰镍回收效益分析

　　4.1不锈钢废渣镍回收效益

　　由于对不锈废渣全部进行了深加工，金属资源得到完全回收，不仅使加工成本进一步降低，还将贵重稀缺镍得到再生利用，不锈渣处理成本低于800元/t，金属回收量增加7.2~9.6万t/年，增创年效益1.1~1.8亿元。

　　4.2烟尘灰镍回收效益

　　对烟尘灰中镍的回收，都采用长流程还原的回收方法，不同的流程制造成本也有差异。经计算，烟尘灰中镍的回收量可减少采购纯镍400t/月，按市场价值计，可节约4000万元/月左右。

　　5、结论

　　1）冶炼含有Cr-Ni金属，特别是稀缺资源镍的不锈钢废渣、烟尘灰，并深加工或回收再利用是不锈钢制造业值得采取的降本增效的措施。

　　2）对于一个年产300万t不锈钢的制造企业，废渣烟尘灰回收产生的效益相当于节约纯镍400t/月，按市场价值计约合4000万元/月。

　　3）废渣深加工、烟尘灰再回收符合企业利益，也符合国家的产业政策，节约资源，减少污染物排放，推动高耗企业循环经济发展。

　　陈双兵 李强 郑新国