从转炉烟尘中提取铁粉的研究.doc

从转炉烟尘中提取铁粉的研究1前言目前国内外钢铁企业中,大多数采用氧气顶吹转炉法炼钢。据报道1,顶吹转炉每吨钢平均产烟尘1722。由于炼铁采用的铁矿石不同,其后炼钢产生的烟尘的化学成分与物理性质也有所差异。就总体而言2,这些烟尘的粒度较小(0 05的占60%以上),含铁量高(50%), 杂质多(如、2、23、等),作为二次资源的开发利用,已越来越为人们所关注。先后提出了造球烧结法、竖炉法、回转窑法、熔渣处理法、以及氯化法等10余种火法处理方案3。80年代初,长沙矿冶研究院曾进行过湿法处理炼钢烟尘的探索研究2。但是,上述研究或者工艺复杂,或者成本较高,在应用上仍存在不少问题,如烧结性差、造球工艺难以控制、酸碱湿法处理复杂价高等,故至今未见烟尘产品在工业中成功应用的报导4,5。鉴此,粉末冶金科技工作者试图发挥行业优势68,拟用较简单经济的方法将烟尘分选、还原来制备还原铁粉和粉末冶金制品9。显然,这是一个变废为宝、造福人类,既有社会效益又有经济效益的十分有意义的工作。2试验方法试验原材料为某炼钢厂转炉烟尘。富集后的化学组成如表1所示。其松装密度为1.34/3,流动性为120/50,平均粒度为3。转炉烟尘的成分和粒度与资料11报道相近。试验的工艺流程如图1所示。即将现场富集来炉烟尘先进行强力球磨,以将其中的铁和氧化铁与包裹的杂质分开;再用水进行重力沉降分选,将铁及其氧化物杂质分离,以获得含铁量为90%左右的铁粉末(以下简称90铁粉)。然后,对90铁粉末进行脱硫、改性、还原等处理,以获得高质量的还原铁粉。转炉烟尘富集搅拌球磨沉降90铁粉脱硫改性还原还原铁粉检测图1试验工艺流程3试验结果及讨论3.1烟尘粉的沉降试验转炉烟尘经球磨后,选用浓度、沉降时间、留液高度和搅拌时间进行沉降正交试验。结果发现,在实验室条件下,当浓度为40/、沉降时间为30、留液高度为12、搅拌时间为100时,可以获得最佳效果,如表2所示。我们对90铁粉末进行了化学分析和荧光能谱分析发现,90铁粉的化学成分波动较大,即通过沉降得到的铁粉末的纯度很低,杂质含量较高且不稳定,如其硫、磷等杂质的含量批次间相差约1倍。这可能是球磨无法使各种粉末完全分离,粉末的粒度和形状等也不可能完全一样等原因造成的。这时,沉降粉末的松装密度为1.48/3,流动性为102/50,平均粒度为11。因此,90铁粉不能作为粉末冶金的原料粉末直接用于制备粉末冶金制品。但是,由于其工艺简单且可以用于要求不高的地方,如作为生产钛白粉中的还原剂等,故其经济效益和社会效益也是十分可观的。表290铁粉的化学成分(质量分数)%沉降分选的基本原理是利用转炉烟尘液中各组分的密度不同、其沉降速度不同来进行的。假定经球磨后所有的粉末均分散、呈球形且粒度相同为。那么,其沉降受力可表示为10:=163(-0)-3式中:=1182-0;粉末质量;粉末沉降速度;粉末沉降时间;粉末粒径;,0粉末和介质的密度;介质的粘度;重力加速度。显然,粉末的密度不同,其沉降速度也不同。密度越大的粉末,其沉降的速度也越大。所以,经过一定的沉降时间后,铁粉末就从烟尘液中分离出来了。表3是=0.08,=110-3时的计算结果。由表3可知,若沉降高度选=40,沉降时间选=30时,就可以将和与、等的氧化物分离出来。表3烟尘粉中主要物质沉降速度和高度计算值3.290铁粉的木炭还原试验90铁粉经改性和脱硫处理后,进一步进行还原处理。在实验室,用木炭在900110039下进行还原正交试验,试验结果如表4所示。由表4中可以看出,随着还原温度的提高和还原时间的延长,粉末的含铁量也提高。经在11009工艺条件的重复试验的全分析结果(表5)表明,该还原工艺条件是正确的。这时粉末的松装密度为1 98/3,流动性为36/50,平均粒度为236。对该铁粉进行了射线衍射分析,从其衍射谱线中可以发现,还原后的铁粉的主要物相结构为 ,未见有明显的还原前的34和等杂质出现。这与其化学分析的高纯度铁吻合较好。表4还原工艺对粉末含铁量的影响%温度/时间/3.3铁粉的性能将铁粉进一步改性,并用分解氨进行还原。还原工艺为8508804080。然后,对还原后的铁粉进行了化学成分粒度、粒度组成、工艺性能测试,测试的结果列入表5和表6中。从表6和表7中可以发现,铁粉的化学成分和工艺性能基本上能满足粉末冶金使用的要求。还原铁粉的形貌见图2.可见铁粉的形状为球滴状;仅在高倍形貌下,粉末表面才显现出水纹。这可能是影响该粉末成形和烧结等工艺性能的主要因素之一。为了广泛地应用转炉铁粉,采用传统的粉末冶金工艺进行了制备粉末冶金含油轴承等的试验。试验采用正交设计,选定石墨量、铜含量、密度、硬脂酸锌量和粉末粒度等五个因素及五个水平。试样选用实际生产的422122含油轴承,钢模压制,11802.5烧结。从试验结果可以看出,铁粉压坯在烧结过程中,径向发生收缩,而轴向则发生膨胀,从而导致烧结后材料的密度增加不大。这说明该铁粉的硬度较高,所需成形压力较大。在本试验条件下, 最佳原料组成为:5%0.25%石墨0.6%硬脂酸锌,设计密度为6.5/3,粉末粒度为98%、粒度为236、松装密度1.98/3、流动性为36/50的铁粉。(3)在本试验条件下,沉降工艺参数为:配比浓度40/、沉降时间30、留液高度12、搅拌时间100时,可有