收稿日期: 2010- 04- 12 田? 颖 (1984- ?), 硕士生; 063009 河北省唐山市。热轧氧化铁皮综合利用的发展田 ? 颖 ? 李运刚(河北理工大学 冶金与能源学院 )摘? 要? 阐述了热轧过程中氧化铁皮的形成原因, 氧化铁皮的种类。介绍了氧化铁皮在烧结、化工等方面的应用及其发展趋势。关键词? 热轧? 氧化铁皮? 综合利用Developm ent of comprehensive utilization of hot- rolled scaleT ian Ying? L iYungang (HebeiPolytechnicUniversity)Abstract ? The for mation and types of hot- rolled scale were describes . The application and develop?ment of scale at the sintered iron ox ide ,chemica, land other aspectswere introduced.K eywords? hot rolling?scale?co mprehensive utilization? 随着钢铁生产的日益发展, 氧化铁皮等钢铁废料的产量逐年增加。将钢铁企业生产过程中产生的氧化铁皮综合利用、变废为宝,不但回收了 资源,降低了生产成本,而且减少了污染, 保持了生态平衡, 产生巨大的经济效益和社会效益。热轧氧化铁皮的组成主要为 FeO、 Fe3O4和Fe2O3 1- 3。氧化铁皮可分为一次氧化铁皮、二次氧化铁皮、三次氧化铁皮和红色氧化铁皮。一次氧 化铁 皮为 灰黑 色鳞 层,鳞层 由 磁铁 矿( Fe3O4) 组成;二次氧化铁皮为红色鳞层,鳞 层由方铁矿 ( FeO)、赤铁矿 ( Fe2O3) 等微粒组成。1? 热轧氧化铁皮的成因( 1) 一次氧化铁皮钢在热轧前,往往要在 1100 1300? 加热和保温, 在此温度下, 钢表面与高温炉气接触发生氧化反应。该反应以及粗轧侧压不充分、除鳞 不彻底会产生 1 3mm厚的一次鳞 4, 该一次鳞也称为一次氧化铁皮。一次鳞的内部存在有较大的空穴, 一次氧化铁皮为灰黑色鳞层, 呈片状覆盖在 钢 板 表 面。 鳞 层 主 要 成 分 由 磁 铁 矿( Fe3O4) 组成。( 2) 二次氧化铁皮热轧钢坯从加热炉出来后, 经高压水除去一次鳞 5- 6后(即表面氧化铁皮脱落 ),进行粗轧。在短时间的粗轧过程中钢坯表面与水和空气接触,钢坯表面产生了二次鳞, 也称为二次氧化铁皮。二次鳞受水平轧制的影响厚度较薄, 钢坯与鳞的界面应力小,所以剥离性差。如果喷射高压水不能完全除去二次鳞, 鳞残留在钢板表面的情况下进行精轧,产品表面就会出现缺陷 7- 8。二次氧化铁皮为红色鳞层, 呈明显的长条、压入状, 沿轧制方向带状分布, 鳞层主要成分由方铁矿( FeO)、赤铁矿 ( Fe2O3) 等微粒组成。( 3) 三次氧化铁皮热轧精轧过程中, 带钢进入每架轧机时都将产生表面氧化铁皮层。轧制后通过最终的除鳞或在每架轧机之间时还将再次产生氧化铁皮 9。因此,轧辊作用下的带钢表面条件将取决于进入54冶? 金? 能? 源 ENERGY FORMETALLURGI CAL INDUSTRY? ? ?Vol?29? No?5 Sept?2010各架轧机前形成的氧化铁皮的数量和特性。这时的氧化铁皮称为三次氧化铁皮, 因为它是在除鳞之后,进入精轧机之前形成的。三次氧化铁皮缺陷肉眼可见:黑褐色、小舟状,相对密集、细 小、散沙状地分布在缺陷带钢表面,细摸有手感, 酸洗后在带钢表面缺陷处留下深浅不一的针孔状小麻坑。它们在正常热轧带钢的表面上是看不见的, 在低倍金相显微镜下, 缺陷带钢和正常 带钢 10- 11是可以分辨的。( 4) 红色氧化铁皮红色氧化铁皮仅发生在高硅含量等特定的钢 种上,无明显深度,呈不规则片状 12。主要由于在钢坯加热过程中, 表面氧化物与基体金属强烈啮合所致。红色氧化铁皮分两种: 一种在板宽方向非均 匀分布, 主要分布在中间, 偏向操作侧,红色与兰色处有明显水印,在钢板长度方向上也不均匀, 个别部位稍轻些。这种红色氧化铁皮较厚, 矫直时可崩起,可用高压风吹去, 残余红色很易擦下色,此红色氧化铁皮称红锈较贴切 13- 15。另一种红色氧化铁皮沿板宽分布比较均匀, 一般靠边部 100mm 内稍重些,卷外部比内部重些。 这种红色氧化铁皮较薄,不易擦下色, 钢板越厚红色越重。这种红色氧化铁皮其他一些钢种也存在, 具有一定的普遍性。2? 综合利用方法及其优缺点2?1? 氧化铁皮返厂应用根据氧化铁皮在钢铁厂返回工序的不同,氧 化铁皮的应用可分为烧结法、炼铁法和炼钢法。( 1) 烧结法烧结法是将氧化铁皮经简单加工之后, 与其他原料一起进入混合机造球,然后进入烧结机烧 结的方法 16- 18。烧结法的优点是可提高烧结矿的品位, 降低能耗,可利用现有烧结机, 操作简单、投入少、 见效快, 对瓦斯泥等铁含量较低的尘泥也适用。其缺点是作业条件差, 贮运困难, 粗放利用;为防止风机叶片沾油和大气污染, 氧化铁皮油含量须降到 1?0 % 以下;配料难以混匀和精确计量; 有害元素恶性循环,危及高炉运行和炉衬寿命 19- 20。( 2) 炼铁法炼铁法分为金属化球团法和冷固结球团法 18。金属化球团法是将氧化铁皮与其他含铁粉尘 混合后通过圆盘造球机造球,干燥之后装入环形炉, 加 入 一 定量 焦 末,经 煤 气 点 火燃 烧 至1350? ,还原成为金属化球团。成品金属化球团直接入高炉。 金属化球团法的优点是氧化铁皮及其他含铁尘泥能被全面利用,还原过程中能够使大部分ZnO还原成为锌,锌气化随烟气一起排出, 从而 使 ZnO去除率大于 90 %,减少了锌在高炉内的循环富集和结瘤情况的发生。其缺点是工艺条件要求较高、造块设备复杂、所需投入较大, 且要求入炉球团有一定的机械强度和较高的金属化 率。冷固结球团法是将氧化铁皮与其他含铁粉尘混合,加入有机或无机添加剂及水, 通过压球机 压球,生球经自然养护或低温焙烧形成成品球。成品球直接入高炉。冷固结球团法的优点是不需添加燃料就能生产较高强度的冷固结球团, 可降低燃耗, 起到节能减排的作用。其缺点是设备投 资大、生产周期较长、产量不高,无法去除含铁废料中的锌,使锌在高炉内循环富集,导致结瘤, 影响高炉使用寿命。 ( 3) 炼钢法炼钢法是一种低温蒸馏法处理含油氧化铁皮的新技术 21,该技术生产过程中几乎不产生二次污染, 属清洁生产工艺, 其所得产物为废油、 水和洁净氧化铁皮,洁净氧化铁皮的全铁含量高达 72 % 以上, 优于精矿粉资源 。利用轧钢氧化铁皮作转炉炼钢化渣剂,只需建一条氧化铁皮烘干生产线,将氧化铁皮烘干,使其水分含量下降 到 0?91 % 以下,即可满足炼钢要求。氧化铁皮还可经简单加工, 作为炼钢中脱除磷、碳、硅和锰的氧化剂 22。炼钢法的优点是清洁氧化铁皮的全铁含量高, 氧化铁皮中的废油也能去除,可合理利用CaO和 FeO等有用成分, 且对尘泥块的强度要求相对较低。其缺点是设备投资较大, 要求氧化 铁皮的全铁含量较高, 并存在部分铁含量低的尘泥无法利用等问题,无法去除含铁废料中的锌等55Vol?29? No?5 Sept?2010? ? ?冶? 金? 能? 源 ENERGY FORMETALLURGICAL I NDUSTRY熔点低、易挥发的金属 18。2?2? 轧钢加热炉的节能涂料轧钢加热炉内 23,燃料燃烧产生的热量主要以辐射和对流两种方式传递给被加热钢锭,其中辐射传热占整个传热量的 90 % 95 % ,由炉 壁辐射传递的热量又占整个辐射传热的 60 %。因此,增加炉壁的辐射能力是强化加热炉热交换、提高热能利用率的一条重要途径。在轧钢加热炉内采用高温辐射涂料能增强炉 壁的辐射能力。氧化铁皮节能涂料成本低, 耐热温度高, 最适宜在轧钢加热炉内应用。用氧化铁皮、石英砂和刚玉粉等材料配制成的涂料涂敷在轧钢加热炉内表面,烘干预热后形成 1 2mm 厚的辐射层可节省燃料 6%以上。该试验涂料配方 如表 l所示。实际应用时, 将料粉与耐火粘土按10 1的比例混合,并用水稀释到适当的稠度,粉刷或喷涂到炉衬表面 24。表 1? 节能涂料的配方%氧化铁皮石英砂刚玉粉石灰萤石254325342?3? 制造硅铁合金冶炼硅铁合金的主要原料是钢屑, 全国每年冶炼硅铁合金消耗的钢屑在 200万 t左右,用氧化铁皮替代钢屑冶炼硅铁合金的工艺已经成熟并 得以应用 25。以硅石、冶金焦炭粒、氧化铁皮为原料, 在还原气氛下生成硅铁。工艺:硅石 - 破碎 - 清洗, 焦炭 -破碎 - 筛选, 氧化铁皮!检斤 - 配料搅拌 -入炉。 由于氧化铁皮的粒度较为均匀,与焦炭粒紧密地结合在一起, 使料位降低, 三相电极的插入深度大致相同,电流平衡, 功率分布均匀, 炉内温度场较为均衡, 熔化速度提高, 炉况变化波动减小,稳定了硅铁冶炼质量。 由于原材料的均匀性提高了, 三相电极的熔化区域扩大, 增加了反应面积, 提高了硅石的还原速度和数量。加之熔池降低,炉口的温度降低, 热辐射相对降低, 保证了低料位加料, 确保 炉料的及时补充, 对炉前操作有利。由于用氧化铁皮替代了钢屑冶炼硅铁工艺,改变了加料方式, 同时也改变了混料制度, 改善了炉料在冶炼时的变化状态,减少了冶炼过程中硅酸铁的形成数量,保持了硅铁熔池具有的理想温度状态。由于新工艺有利于电极的深插, 使热量集中于反应区域内,使得熔池内的熔化效率得到提高 和改善, 容易形成反应区域内高温, 增加反应面积, 提高反应速度,对加快冶炼速度和节约电能是有利的。2?4? 化工行业 氧化铁皮可用于化工厂来生产氧化铁红、氧化铁黄、三氯化铁、硫酸亚铁等。其中,采用氧化铁皮为主要原料的液相沉淀法,可以生产从黄相红到紫相红各个色相的铁红 26。目前在国内, 氧化铁皮做为烧结原料, 已形 成大规模工业生产。用氧化铁皮生产硅铁合金,工艺简单也有规模化生产的趋势。氧化铁皮在化工行业的应用有待于进一步的研究发展。3? 结语此外,氧化铁皮还可以用来制造海绵铁。生产的海绵铁的 w( Fe) 高,含杂质量低且成分稳定,较矿石生产的海绵铁,不含脉石杂质,可作优质的废钢原料。同时还可以采用粗还原法或 者精还原法制造还原铁粉。氧化铁皮的应用已取得了长足的进展。相信随着人们对氧化铁皮认识的逐步加深, 氧化铁皮在金属材料中的应用也将不断拓展。参考文献 1 张清东, 黄纶伟等 ?热轧带钢表面氧化层实测分析 J. 上海金属,2000,22 ( 5):32- 34? 2 吴祝民. 热轧带钢氧化铁皮的成因及对策 J. 轧钢,2007 ,24 (3):56- 58? 3 华? 维, 张洪涛, 刘? 佳等 ?热轧中宽带钢氧化铁皮产生原因及解决措施 J.河北 冶金,2008,( 2):31- 33? 4 武采虹, 韩静涛, 刘? 靖等 ?热轧带钢边部翘皮#缺陷分析 J. 塑性工程学报, 2005, 12( 6): 23- 25? 5 M anfredM. W olf关于轧机高压除鳞的第二次国际会议 J.SteelTi mes,1998.1? 6 陆善忠. 热轧高压水除鳞系统的设计 J. 上海金属, 2001,18 ( 3):19- 22? 7 贾? 静. 钢锭坯杂轧制过程中出现翘皮及断裂等常56冶? 金? 能? 源 ENERGY FORMETALLURGI CAL INDUSTRY? ? ?Vol?29? No?5 Sept?2010见缺陷的原因分析和防止途径 J.甘肃冶金,2001 ,23 (3):9- 13? 8 夏先平, 孙业中 ?精轧区热轧带钢表面氧化铁皮缺陷成因与预防 J. 轧钢,2002,19