1、会计学1中南大学不锈钢镍铬废物处理重点基金中南大学不锈钢镍铬废物处理重点基金答辩答辩第1页/共42页第2页/共42页我国不锈钢产量我国不锈钢产量20062006年将跃居世界第一年将跃居世界第一。20042004年前小于年前小于8080万吨万吨,20052005年突破年突破300300万吨万吨,2006,2006年将达到年将达到920920万吨，其中宝钢万吨，其中宝钢200200万吨、太钢万吨、太钢300300万吨万吨每冶炼每冶炼1吨不锈钢产生吨不锈钢产生1020公斤粉尘公斤粉尘，共共1020万吨万吨/年，其年，其中含中含Ni:39%,Cr:813%,Fe:22 38%等有价金属。等有价金属。造
2、成有价金属造成有价金属资源极大浪费资源极大浪费，20052005年镍、铬损失超过年镍、铬损失超过2.22.2万吨；万吨；重金属严重污染环境重金属严重污染环境第3页/共42页2.2.不锈钢粉尘处理技术发展的需要不锈钢粉尘处理技术发展的需要我国大规模不锈钢冶炼刚刚起步，国内目前无成熟的冶炼粉尘我国大规模不锈钢冶炼刚刚起步，国内目前无成熟的冶炼粉尘处理技术；有可能从国外引进的技术存在各自不足。处理技术；有可能从国外引进的技术存在各自不足。STAR STAR熔融还原熔融还原生产设施过于庞杂、投资和维护费用昂贵生产设施过于庞杂、投资和维护费用昂贵 Daido Steel Daido Steel 用铝换铁
3、不经济用铝换铁不经济 J&L Specialty SteelsJ&L Specialty Steels与与DerecoDereco以硅换铁不经济，铬回收率低于以硅换铁不经济，铬回收率低于70%70%Inmetco Process Inmetco Process仅获得中间合金海绵铁，能源利用率低，仅获得中间合金海绵铁，能源利用率低，产产 品中脉石成分和硫含量较高品中脉石成分和硫含量较高 Fasmet/FastmeltFasmet/Fastmelt获得直接还原铁，唯一的国际商业化技术获得直接还原铁，唯一的国际商业化技术。但铬回收率仅。但铬回收率仅70%70%，操作条件和对还原剂质量要求高。，操作条
4、件和对还原剂质量要求高。开发适合我国国情的自主知识产权新技术十分必要。开发适合我国国情的自主知识产权新技术十分必要。第4页/共42页宝钢不锈钢生产工艺流程图宝钢不锈钢生产工艺流程图精炼粉尘精炼粉尘粉尘与炉渣粉尘与炉渣改造后的电炉除尘系统改造后的电炉除尘系统烟气烟气炉渣粉尘炉渣粉尘固化固化做建材做建材镍铬粉尘镍铬粉尘制粒制粒球团球团铅锌粉尘铅锌粉尘选择性还原选择性还原回收锌回收锌第5页/共42页第6页/共42页第7页/共42页第8页/共42页 钢液钢液 炉渣炉渣 球团球团 球团球团 Ar2入口炉管端盖抽真空和Ar2入口热电偶MoS2加热元件刚玉管炉体及隔热材料刚玉坩埚熔渣与钢液X射线源耐火材料支
5、座CCD摄像机图像增强器计算机第9页/共42页液液氮氮坩坩埚埚电电炉炉N N2 2入口入口N N2 2出口出口炉渣炉渣钢液钢液球球团团采用采用XRFXRF、ICPICP、XRDXRD分分析炉渣、钢析炉渣、钢液和球团。液和球团。球球团团坩坩埚埚电电炉炉N N2 2入口入口热电偶热电偶N N2 2出口出口第10页/共42页p建立球团还原过程渣壳形成与迁移的物理模建立球团还原过程渣壳形成与迁移的物理模型，正确认识球团还原过程。型，正确认识球团还原过程。p确立球团内金属氧化物、碳化物、还原金属确立球团内金属氧化物、碳化物、还原金属以及钢液和炉渣成分的变化规律。以及钢液和炉渣成分的变化规律。p确定热传导
6、过程的边界条件，采用有限元法确定热传导过程的边界条件，采用有限元法建立球团的热传导模型，掌握球团内温度的建立球团的热传导模型，掌握球团内温度的分布与变化规律。分布与变化规律。第11页/共42页微电子称微电子称反应管反应管加热炉加热炉热电偶热电偶入气孔入气孔气体采样管气体采样管保护气体引出保护气体引出 试样试样 保护气体引入保护气体引入恒温区恒温区热电偶热电偶FTIR气体取样气体取样反应室反应室第12页/共42页 反射镜反射镜远红外线通道远红外线通道采样室采样室MCT探头探头分析气体传输管分析气体传输管第13页/共42页p检测还原过程中球团质量随时间与温度的变化检测还原过程中球团质量随时间与温度
7、的变化，建立动力学方程。，建立动力学方程。p研究还原气相成分研究还原气相成分COCO和和COCO2 2等的变化规律，确等的变化规律，确定还原步骤及还原速率。定还原步骤及还原速率。p结合球团中渣壳的迁移、物相变化、温度分布结合球团中渣壳的迁移、物相变化、温度分布与还原速率，明确渣壳内金属的还原机制。与还原速率，明确渣壳内金属的还原机制。第14页/共42页 熔池熔池 1550oC 纯铁纯铁 加入球团加入球团还原剂及还原剂及调整剂调整剂形态调整剂形态调整剂控制系统控制系统第15页/共42页X-X-射线射线CCDCCD摄像机摄像机第16页/共42页第17页/共42页1 1高温电炉高温电炉 2 2热电偶
8、热电偶 3 3样品坩埚样品坩埚 4 4石墨坩埚石墨坩埚 5 5轻质砖盖轻质砖盖 6 6石英管石英管 7 7钼棒钼棒 8 8刻度尺刻度尺 9 9导电钼丝导电钼丝 1010指示灯指示灯 1111支架支架 1212测温仪表测温仪表 1313氩气瓶氩气瓶 1414流量计流量计 1515吹气软管吹气软管 1616压力表压力表第18页/共42页p采用采用XRFXRF、ICPICP、XRDXRD分析炉渣和钢液成分及物相分析炉渣和钢液成分及物相，确定还原剂和调整剂的添加效果，防止还原，确定还原剂和调整剂的添加效果，防止还原金属在炉渣扩散迁移中被再次氧化。金属在炉渣扩散迁移中被再次氧化。p结合炉渣的流变行为研究
9、、高温拉曼光谱与核结合炉渣的流变行为研究、高温拉曼光谱与核磁共振分析，确定炉渣的网络结构及镍铬等在磁共振分析，确定炉渣的网络结构及镍铬等在网络中的存在形式，使镍铬最大限度进入钢液网络中的存在形式，使镍铬最大限度进入钢液。p考查发泡剂对炉渣发泡性能的影响，实现炉渣考查发泡剂对炉渣发泡性能的影响，实现炉渣最大泡沫化，提高节能效果。最大泡沫化，提高节能效果。第19页/共42页水水石石蜡蜡油油高速高速摄影机摄影机氩气氩气塑料小球塑料小球NaClNaCl、固体悬浮物等、固体悬浮物等有机玻有机玻璃容器璃容器第20页/共42页记录气泡通过钢记录气泡通过钢渣界面的情况渣界面的情况第21页/共42页p通过水力模
10、型研究，确定气泡的长大与表面张通过水力模型研究，确定气泡的长大与表面张力、粘度、静压强的关系，分析气泡大小、温力、粘度、静压强的关系，分析气泡大小、温度、设备几何尺寸等对气泡在界面停留时间的度、设备几何尺寸等对气泡在界面停留时间的影响，建立气泡运动方程模拟高温熔体气泡行影响，建立气泡运动方程模拟高温熔体气泡行为。为。p采用采用X X透射高温实验数据对气泡运动方程进行修透射高温实验数据对气泡运动方程进行修正，确定高温下气泡通过钢渣界面的运动学模正，确定高温下气泡通过钢渣界面的运动学模型，增强气泡携带固体夹杂物迅速通过钢渣界型，增强气泡携带固体夹杂物迅速通过钢渣界面进入炉渣的能力。面进入炉渣的能力
11、。第22页/共42页 气泡气泡 膜滴膜滴喷射液喷射液滴滴第23页/共42页记录气泡在熔渣记录气泡在熔渣表面破裂过程，表面破裂过程，分析膜滴和喷射分析膜滴和喷射液滴的产生机制液滴的产生机制取样不同操作取样不同操作条件下收集的条件下收集的粉 尘，采 用粉 尘，采 用SEMSEM和和XRDXRD分析分析形貌与物相形貌与物相 第24页/共42页p明确膜滴与喷射液滴尺寸及数量与气泡压力明确膜滴与喷射液滴尺寸及数量与气泡压力、表面张力、界面张力、炉渣的物理化学性、表面张力、界面张力、炉渣的物理化学性质之间的关系。质之间的关系。p控制气泡在熔渣表面的分裂，降低粉尘量和控制气泡在熔渣表面的分裂，降低粉尘量和提
12、高炉渣泡沫化程度。提高炉渣泡沫化程度。p掌握膜滴和喷射液滴的特征，为分离炉渣粉掌握膜滴和喷射液滴的特征，为分离炉渣粉尘和镍铬粉尘提供理论依据。尘和镍铬粉尘提供理论依据。第25页/共42页金属氧化物金属氧化物碳碳炉渣成分炉渣成分粉尘的非均相粉尘的非均相成核与长大成核与长大粉尘的均相粉尘的均相成核与长大成核与长大第26页/共42页球团球团坩埚坩埚电炉电炉N N2 2入口入口沉降式沉降式除尘装置除尘装置旋风式旋风式除尘装置除尘装置过滤式过滤式除尘装置除尘装置风机风机排放排放改变温度、流量、压力、改变温度、流量、压力、氮气通入速度，分别从三氮气通入速度，分别从三种除尘装置取样分析粉尘种除尘装置取样分析
13、粉尘的成分、物相和形貌，结的成分、物相和形貌，结合膜滴和喷射液滴的产生合膜滴和喷射液滴的产生规律，考查不同成分粉尘规律，考查不同成分粉尘的分离过程。的分离过程。第27页/共42页p掌握粉尘的均相形核与非均相形核规律，确掌握粉尘的均相形核与非均相形核规律，确定临界形核半径与临界形核功，明确非均相定临界形核半径与临界形核功，明确非均相形核过程中接触角的定量作用关系。形核过程中接触角的定量作用关系。p掌握粉尘长大过程机制，确定其长大与烟气掌握粉尘长大过程机制，确定其长大与烟气压力、流速、温度之间的关系，为铅锌粉尘压力、流速、温度之间的关系，为铅锌粉尘的分离提供理论依据。的分离提供理论依据。第28页/
14、共42页1.1.丰富高温冶金基础理论丰富高温冶金基础理论p建立球团渣壳作用模型，揭示球团还原过程机理建立球团渣壳作用模型，揭示球团还原过程机理，控制镍铬的物相成分及在球团、钢液和炉渣之，控制镍铬的物相成分及在球团、钢液和炉渣之间的分布。间的分布。p明确气泡在熔体中的迁移与作用机制，建立气泡明确气泡在熔体中的迁移与作用机制，建立气泡的运动学模型，促进钢液中气泡和夹杂物的脱除的运动学模型，促进钢液中气泡和夹杂物的脱除，控制膜滴和喷射液滴形态实现不同成分粉尘的，控制膜滴和喷射液滴形态实现不同成分粉尘的分离。分离。p发表发表SCISCI论文论文1616篇以上。篇以上。第29页/共42页第30页/共42
15、页第31页/共42页第32页/共42页第33页/共42页第34页/共42页第35页/共42页pB.Peng,J.Lobel,J.A.Kozhinski,M.Bourassa.Non-isothermal reduction kinetics of EAF dust-based pellets.CIM Bulletin,2001,94(1049):64-70pJ.Lobel,B.Peng,M.Bourassa,J.A.Kozinski.Pilot-scale direct recycling of flue dust generated in electric stainless steelma
16、king().Iron and Steelmaker,2000,27(1):41-45pJ.Lobel,B.Peng,M.Bourassa,J.A.Kozinski.Pilot-scale direct recycling of flue dust generated in electric stainless steelmaking().57th Electric Furnace Conference Proceedings,Nov.14-16,1999,Pittsburgh,USA,Iron and Steel Society:501-508 pPeng Bing,Peng Ji,Yu D
17、i.Modeling of thermal conductivity of stainless-steelmaking dust pellets.Trans.Nonferrous Met.China.,2004,14(1):184-189 pChai Liyuan and Zhong Haiyun,Preparing fine TaC powder from waste Tantalum,Metal Powder Report,2000,55(4):30-33 pZhang Chuanfu,Peng Bing,Peng Ji,J.Lobel,J.A.Kozinski.Electric Arc
18、Furnace Dust Non-isothermal Reduction Kinetics.Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2000,10(4):524-530第36页/共42页Non-isothermal reduction kinetics of EAF dust-based pelletsPilot-scale direct recycling of flue dust generated in electric stainless steelmaking第37页/共42页2022-11-21p有色金属冶金国家重点学
19、科有色金属冶金国家重点学科p粉末冶金国家重点实验室粉末冶金国家重点实验室p粉末冶金国家工程研究中心粉末冶金国家工程研究中心p国家环境保护有色金属工业污染控制工程技国家环境保护有色金属工业污染控制工程技术中心术中心p冶金分离科学与工程有色工业重点实验室冶金分离科学与工程有色工业重点实验室项目单位完全具备研究条件项目单位完全具备研究条件五、研究基础与条件五、研究基础与条件 创新研究平台创新研究平台第38页/共42页p项目负责人项目负责人 彭兵教授彭兵教授，留学加拿大，留学加拿大McGill University,McGill University,一直从事不锈钢一直从事不锈钢粉尘的直接回收技术及相
20、关研究。粉尘的直接回收技术及相关研究。p项目组主要成员项目组主要成员 柴立元教授柴立元教授，留学日本名古屋大学，从事铬渣等固体废物的，留学日本名古屋大学，从事铬渣等固体废物的处理与资源化研究。教育部新世纪优秀人才支持计划人选。处理与资源化研究。教育部新世纪优秀人才支持计划人选。张传福教授张传福教授，日本东京大学博士，多年从事锌火法冶金新方，日本东京大学博士，多年从事锌火法冶金新方法和镍冶炼新技术研究。法和镍冶炼新技术研究。周雍茂教授周雍茂教授，德国亚琛大学博士，一直从事高温冶金熔体基，德国亚琛大学博士，一直从事高温冶金熔体基础理论与实验技术研究。础理论与实验技术研究。五、研究基础与条件五、研究基础与条件 研究队伍研究队伍第39页/共42页五、研究基础与条件五、研究基础与条件 国际合作优势国际合作优势第40页/共42页祝各位专家领导身体健康、生活愉快！祝各位专家领导身体健康、生活愉快！第41页/共42页
