摘要：铝作为仅次于钢铁的第二大工业用金属，已得到广泛应用，随着铝合金行业不断发展，铝合金添加剂(铁剂)的需求量在不断增加，还原铁粉在铝合金添加剂(铁剂)中的使用量也在不断增加。以某钢厂现有转炉污泥为原料，通过创新球磨和还原工艺，制得了应用于铝合金添加剂用铁粉产品，该铁粉产品高度切合了铝合金添加剂(铁剂)的要求，为高效开发利用钢铁二次资源提供了一条良好途径。
关键词：转炉污泥;还原铁粉;铝合金添加剂用铁粉
宝武环科武汉金属资源有限责任公司粉末冶金磁材分公司(以下简称粉磁分公司)是专业的负责回收和利用钢铁二次资源的单位。目前每年产生的转炉污泥资源量有约13万t，粉磁分公司将部分转炉污泥用来深加工生产一种化工还原用铁粉，剩余部分全部用来供应炼铁厂高炉配料使用。将转炉污泥用于高炉配料没有充分利用，其利用价值还有很大提升空间。
铝是仅次于钢铁的第二大工业用金属，随着铝合金行业不断发展，作为铝合金制造中不可或缺的铝合金添加剂在逐年增加，而铝合金添加剂(铁剂)中需要部分铁粉，并且要求铁粉的流动性好、松装密度高。同时铝合金添加剂要求铁元素的回收率高，铁含量需达到98%以上，这就要求铁粉氢损值低于0.5%。目前国内向生产铝合金添加剂厂家供应铁粉的企业比较分散，对应的铁粉也没有形成相应的标准。目前国内生产铝合金添加剂用铁粉普遍采用铁精矿粉制备还原铁粉和氧化铁皮制备还原铁粉，成本较高而且使用效果不好。
利用武钢转炉污泥为原料，研究开发出适用于铝合金添加剂用铁粉，这既是国内首创，也大大提升了转炉污泥的利用价值，还大大降低了铝合金添加剂用铁粉的成本，实现了变废为宝，提高了整体经济效益[1-4]。
1试验过程
用武钢转炉污泥为原料，结合相关创新技术和专利技术，将转炉污泥去除杂物，在格子湿式球磨机中进行球磨[5]。设定3种不同的球磨制度，对所产的中间产品分别进行分析，选出质量更好的中间产品。将球磨后得到的中间产品采用2种不同的还原工艺进行还原，将还原后的海绵铁经过解碎、筛分、磁选、合批后获得铝合金添加剂用铁粉，进行化检验分析和分析总结。铝合金添加剂用铁粉生产工艺流程如图1所示[6]。
1.1转炉污泥的选取
经调查，目前国内外钢铁企业中，大多数采用氧气顶吹转炉法炼钢，顶吹转炉每吨钢平均产转炉污泥17～22kg。由于炼铁采用的铁矿石不同，其后炼钢产生的转炉污泥的化学成分与物理性质也有所差异。武钢转炉污泥的粒度较小(粒径小于0.05mm的占60%以上)，含铁质量分数为45%～62%，杂质较多，武钢各炼钢厂的转炉污泥化学成分及松装密度如表1所示。
为了生产出铁含量高、碳含量低、松装密度高的铝合金添加剂用铁粉，对比表1所列项目，选用钢厂3和钢厂4的转炉污泥作为试验原料，这两种转炉污泥按照1:1(质量比)的比例混合使用。
1.2球磨
转炉污泥在球磨前进行必要的处理，将转炉污泥中的杂物除去，再进行球磨。球磨全部使用格子湿式球磨机(ϕ1500mm×7500mm)，但对球磨机进行了一定的改造，将球磨机的隔仓板做成镂空仓支座，将多组合金钢棒固定在隔仓支座上，球磨机用ϕ12mm钢球，球磨机水量漫过球面，转炉污泥进第一台球磨机后，连续通过后面的球磨机进行球磨。设定3种不同的球磨制度如表2所示。
转炉污泥由球磨机进料端空心轴装入筒体内，当球磨机筒体转动时候，粉状物通过卸料箅板排出，经后续的分选、脱水、干燥、筛分、磁选处理得到中间产品。分别对中间产品取样进行化检验分析，结果如表3所示。
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由表3可知，转炉污泥经1-3球磨制度，得到的中间产品质量最好，选用1-3球磨制度生产出的中间产品进行后续工序生产。
1.3还原
中间产品的还原采用3000t连续钢带式精还原炉(以下简称还原炉，带宽800mm、还原段长16m、空冷段长3m、冷却段长9m),其目的是使中间产品充分脱氧、脱碳、脱硫、提高铁含量，同时消除球磨过程中产生的加工硬化，提高塑性，改善铁粉压缩性能。在现有工艺基础上结合中间产品的特性，对中间产品执行2种不同的还原工艺制度,如表4所示。粉末出炉后呈银灰色海绵铁结块，均无氧化现象。
1.4成品处理控制
海绵铁结块按照现有工艺进行解碎、筛分、磁选、合批混料等工序得到铝合金添加剂用铁粉成品粉。解碎采用锤式破碎机将海绵铁结块解碎成单个粉末颗粒。筛分采用旋振筛，用不同目数的筛网控制筛上物和粒度分布,成品粉粒径大于250μm全部控制在3%以内。磁选采用双辊磁选机，去除粉末中的游离C、MnO、SiO2等非磁性杂质。合批采用双锥合批机，合批时间控制在10～20min，将粉末充分混合均匀，控制产品的均匀性和一致性，同一批次的产品化学成分基本无变化、粒度分布基本无变化、松装密度的波动控制在±0.1g/cm3。经过以上的处理和控制，所得铝合金添加剂用铁粉成品粉物理性能、化学成分、酸不溶物及氢损检测结果如表5所示[7]。
2试验结果分析
2.1球磨对中间产品质量的影响
球磨机是由水平的筒体、进出料空心轴及磨头等部分组成，筒体为长形圆筒，筒内装有钢球，筒体为钢板制造，有钢制衬板与筒体固定。当球磨机筒体转动时候，钢球由于惯性和离心力作用、摩擦力的作用，使它附着筒体衬板上被筒体带走，当被带到一定的高度时候，由于其本身的重力作用而被抛落，下落的钢球像抛射体一样对物料产生重击和研磨作用。球磨机在运转过程中，钢棒对物料起到了研磨作用，并改变了钢球与物料的运动轨迹，对物料起到相对搅拌作用，也增加了钢球对物料的研磨作用[8-11]。研磨使转炉污泥颗粒表面的杂质和氧化层与金属铁为主的核心颗粒分离，再通过重力分选，将密度较大的核心颗粒与杂质、氧化层和水分离，核心颗粒进入下一级球磨。由表3结果可知，随着球磨级数的增加，使转炉污泥颗粒表面的杂质和氧化层与金属铁为主的核心颗粒分离更彻底，得到的中间产品较转炉污泥Fe质量分数提高了38%、C质量分数降低了约0.10%、松装密度提高了0.15g·cm-3。
2.2还原工艺对成品粉质量的影响
还原是在较高的温度下通过还原气氛氢气还原处理含C、S、O高的中间产品，达到降碳、降硫、脱氧的目的。
2.3粉末的形貌分析
转炉污泥是转炉在炼钢过程中，氧枪的高压氧与钢中杂质元素间的急剧氧化反应所造成的扰动导致钢液飞溅，形成的微粒进入除尘系统，成为转炉污泥。转炉污泥产生的机理使其颗粒形状呈椭球状，经多级球磨机研磨和后续的各种工艺处理使得生产出的粉末球形度高达91.6，这有利于提高成品粉的流动性和松装密度。图2~图4分别为转炉污泥制备铁粉、铁精矿粉制备还原铁粉和氧化铁皮制备还原铁粉100倍的SEM图片。
图2~图4显示转炉污泥制备铁粉末绝大部分为球形，而铁精矿粉制备还原粉和氧化铁皮制备还原粉则几乎没有球形粉末。
3结论
(1)使用Fe质量分数大于55%的钢厂3和钢厂4转炉污泥为原料，这两种转炉污泥按照1:1(质量比)的比例混合使用。
(2)采用改造后的格子湿式球磨机，使用5台球磨机连续球磨，得到Fe质量分数大于96%、松装密度大于3.8g/cm3的中间产品。
(3)还原采用在中温区和高温区(2区与3区)交界位置加水蒸汽降碳以及用氢气作为还原介质的还原工艺，成品处理经过锤式破碎机解碎、筛分控制成品粉粒径大于250μm在3%以内、合批时间控制在10～20min。——论文作者：石生荷，朱盼星，杨剑，杨玉，段慧特
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