我國作為鋼材生產(chǎn)和消費大國,煉鋼工序作為鋼鐵生產(chǎn)不可缺少的環(huán)節(jié),鋼渣的產(chǎn)生不可避免。近年來,我國鋼渣和鐵渣的堆置達3億多噸,鋼渣占鋼鐵工業(yè)固體廢物的12.09%。在冶金工業(yè)生產(chǎn)中,排放的主要固體廢棄物是高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣。其中高爐渣是利用技術(shù)最成熟的工業(yè)廢渣,而轉(zhuǎn)爐渣的回收利用相對差很多,對鋼渣利用比較好的國家主要有美國、德國和日本,利用率均達到95%以上。而我國在2002年調(diào)查中鋼渣利用率僅為36%,與國外先進國家相比,在鋼鐵渣綜合利用方面還有較大差距。

而用于建筑、道路、水泥是鋼渣綜合利用的主要途徑,但高含量的鐵氧化物亦是無益組分且造成鐵資源浪費。燒結(jié)、轉(zhuǎn)爐配加鋼渣都存在磷富集問題,鋼鐵廠循環(huán)利用鋼渣量受到限制。從環(huán)境保護與資源充分利用角度出發(fā),需要開發(fā)將鋼渣中磷去除并富集,回收渣中鐵錳等金屬的利用技術(shù)。

微波是一種電磁波,波長范圍沒有明確的界限,一般是指分米波、厘米波和毫米波三個波段,也就是波長從1mm到1m左右,頻率范圍從300MHz到300GHz,由于微波的頻率很高,所以亦稱為超高頻電磁波。與常規(guī)的依靠傳導(dǎo)、對流的加熱方法不同,微波加熱是依靠介質(zhì)材料在微波場中的極化損耗產(chǎn)生的整體加熱,熱量產(chǎn)生于材料內(nèi)部而非來自外部加熱源。這種“內(nèi)加熱作用[1]”使加熱更快速、更均勻,無溫度梯度,無滯后效應(yīng)。

微波技術(shù)在加熱高電介質(zhì)耗損原料方面[2]是一種簡單而有效的方法,在冶金還原領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。相較于傳統(tǒng)加熱還原工藝需要較高的溫度和損耗,具有體積性加熱、選擇性加熱、非接觸性加熱、即時性等加熱特性的微波場在較低溫度下能夠提供更多的熱量。因為通過渣料表面點位與微波能的強烈作用,物料表面點位選擇性被很快加熱至很高溫度。鐵氧化物是一種高微波響應(yīng)材料,而且如果Fe3+/(Fe2++Fe3+)的比率在一個合適的范圍內(nèi),鋼渣能得到有效加熱,碳質(zhì)微粒物質(zhì)具有良好的微波吸收特性,有利于迅速加熱原料。

(1)實驗結(jié)果表明,轉(zhuǎn)爐鋼渣為微波的良吸收體可在20min被迅速加熱至1000℃以上。微波加熱能促進鋼渣的還原反應(yīng),實現(xiàn)鋼渣在1400℃以下的低溫還原脫磷。平均脫磷率達85%以上,最優(yōu)可達91.5%。

(2)微波碳熱還原鋼渣反應(yīng)生成的Fe-C合金球,最大直徑可達18mm,易從渣中提取。其余呈均一彌散分布于殘渣中,直徑大多在3mm以下,需篩分與渣相分離。

(3)在1100℃～1400℃低溫范圍內(nèi),鋼渣脫磷率隨溫度升高而增大,1100℃時脫磷率達到80%,1400℃時脫磷率增高至8715%。適當(dāng)增加保溫時間,更利于還原反應(yīng)的進行。

(4)鋼渣的還原效果很大程度受還原劑影響。金屬收得率和脫磷率隨著碳當(dāng)量Ceq的增加而增加,1Ceq時脫磷率67%,3Ceq鋼渣脫磷率上升至86.9%。

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