CN106086256A - 一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法 - Google Patents

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Abstract

一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法，按以下步骤进行：（1）将转炉钢渣加热至1350~1450℃形成熔融渣池，加入铝灰；（2）在1350~1450℃保温0.5~1.0h，同时吹入氩气搅拌熔融渣池；（3）排放液态合金和尾渣，液态合金为工业纯铁水。本发明的方法可充分利用熔渣的物理热，可实现固体废弃物的高效利用，还可获得不含碳的工业纯铁，处理成本低，环境污染小。

Description

一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法
技术领域
本发明属于冶金废渣处理技术领域，特别涉及一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法。
背景技术
近三十年以来,中国钢铁工业得到了巨大的发展,特别是2000年以来中国的钢铁行业高速发展,钢产量持续大幅增长，冶金炉渣排放量随着粗钢产量的增加而迅速增加；目前开发了多种冶金渣利用技术，但普遍存在钢渣利用附加值低，投资和运行成本相对较高等问题，而且未能充分考虑其中高温显热资源的高效回收，因而导致了冶金渣中有价元素和余热资源的巨大浪费。
随着全球工业的发展，资源、能源与环境问题日益突出，并已成为制约全球经济可持续发展的重要问题；其中，资源问题是关键，能源与环境问题是基础。鉴于转炉钢渣中含有较高TFe、Mn等有价组元，人们一直探索转炉钢渣中有价组元经济高效回收问题，如果利用熔融还原原理，在1350℃左右低温熔融状态下直接通过碳热还原处理转炉钢渣以回收渣中的铁资源，随着还原反应的进行和渣中FeO含量逐渐减小，熔渣黏度上升，出现所谓的“返干”现象，还原反应的动力学条件逐渐变差，使得还原反应难以充分进行；同时，由于熔渣的黏度增加以及反应产生的CO等气体导致熔渣的泡沫化等原因，使渣金难以分离；如果在1750~1800℃的高温条件下通过碳热深度还原制备Fe-Si-Mn主合金，可以最大限度地回收渣中的有价组元，但这种处理方法处理温度高，生产难度大。总之，目前尚没有经济可行的高效回收转炉钢渣中铁资源的处理方法；因此，开发经济合理的转炉钢渣处理方法，对促进转炉钢渣高附加值利用具有十分重要的意义。
发明内容
针对转炉钢渣处理技术现状与存在的上述问题，本发明提供一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法，通过在熔融状态下加入铝灰进行还原，在降低成本减少污染的同时，获得工业纯铁水。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将转炉钢渣在钢包炉或感应炉中加热至1350~1450℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入熔融渣池中；铝灰的重量占转炉钢渣和铝灰总重量的16~25%；
2、将熔融渣池在1350~1450℃保温0.5~1.0h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3~0.4MPa，流量为200~300L/min；
3、保温结束后分别排放液态合金和尾渣，液态合金为工业纯铁水。
上述的转炉钢渣中FeO的重量百分比为15~25%。
上述的铝灰中Al的重量百分比为25~35%。
上述的工业纯铁水中Fe的重量百分含量≥97%。
上述方法中转炉钢渣中Fe的回收率为90~95%。
上述方法中每吨转炉钢渣可获得0.12~0.21吨工业纯铁水。
上述的加热和保温过程中主要发生如下化学反应：
3(FeO) + 2[Al] = 3Fe(l) + (Al2O3) （1）
3(MnO) + 2[Al] = 3[Mn] + (Al2O3) （2）
通过上述反应的发生，促使渣中FeO得以还原，并形成不含碳的以Fe为主要成分，以少量Mn和P为杂质成分的工业纯铁水。
CaO-SiO2-Al2O3三元体系作为典型的冶金渣系，且随渣中Al2O3含量增加，该三元体系的熔化温度和熔渣黏度将显著降低；如果借鉴渣浴熔融还原原理，在1350℃左右较低的温度下，用金属铝作为还原剂进行铝热法渣浴还原时，该放热反应提供的热量不仅有利于钢渣升温，随还原产物Al2O3溶解和渣中Al2O3含量的增加，熔渣的熔化温度和黏度降低，有利于保证钢渣熔态还原的动力学条件；同时，由于用铝热还原时，不形成气体产物，可避免泡沫渣的形成，可为渣金分离创造良好的条件；其次，用铝还原钢渣获得的金属铁中不含碳，经过精炼去除铁液中的P、Mn等杂质元素后，可获得工业纯铁，较生铁具有更高的附加值；此外，当渣中的Fe、Mn等组元被还原进入金属熔池后，剩余的CaO-SiO2-Al2O3三元体系尾渣可保持原有的二元碱度，即可在冶金企业内部作为烧结剂、造渣材料循环利用，也可用于生产陶瓷材料，可从根本上解决钢渣中有价组元的回收与尾渣的循环利用问题；但用金属铝进行钢渣还原时，由于金属铝价格昂贵，将不可避免的产生处理成本问题。
众所周知，铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，其成分主要为15%～35%的金属铝，其余主要是Al2O3和SiO2等氧化物，根据来源与成分不同，每吨铝灰价格在数百元左右；用铝灰替代金属铝作为还原剂对熔融钢渣进行渣浴还原时，不仅可解决还原剂的成本问题，随铝灰中原有Al2O3和反应产物Al2O3的溶解，可随还原反应的进行，动态调整熔渣的熔化温度与黏度，避免发生“返干”现象，保证还原的动力学条件，并有利于促进金属液滴的聚合长大与渣金分离，改善钢渣处理效果。
本发明方法的特点在于：用铝灰作为还原剂对熔融钢渣进行还原，可充分利用熔渣的物理热，是典型的以废治废，可实现固体废弃物的高效利用；同时，本发明方法不仅克服了碳热还原过程中因熔渣返干导致的动力学条件差的问题，还可获得不含碳的工业纯铁，较普通生铁具有更高的附加值。此外，这种方法的处理成本低，环境污染小。
具体实施方式
本发明实施例中选用的转炉钢渣为炼钢车间产生的熔融转炉钢渣，按重量百分比含CaO 36~50%，SiO2 16~29%，FeO 15~25%，MgO 6~9%，Al2O3 2~5%，P2O5 1~2%，MnO1~2%。
本发明实施例中采用的铝灰为电解铝灰，成分按重量百分比含Al20~30%，Al2O330~45%，SiO24~6%，Na2O1~3%，MgO2~3%，CaO<2.0%，FeO+ MnO<1.0%。
本发明实施例中将铝灰加入到熔融渣池中采用的设备为喷粉罐，采用的载气为氮气，通过喷吹加入熔融渣池中。
实施例1
转炉钢渣成分按重量百分比含CaO 47.92%，SiO2 18.64%，FeO 17.83%，MgO 8.58%，Al2O3 4.03%，P2O5 1.00%，MnO 1.50%，TiO2 0.50%；
铝灰的成分按重量百分比含Al 32.5%，Al2O3 31.5%，SiO2 28.3%，Na2O 2.5%，MgO 2.5%，CaO 1.8%，FeO 0.6%，MnO 0.3%；
方法为：
将转炉钢渣在钢包炉中加热至1350℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入熔融渣池中；铝灰的重量占转炉钢渣和铝灰总重量的18.4%；
将熔融渣池在1350℃保温0.5h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3MPa，流量为200L/min；
保温结束后分别排放液态合金和尾渣，尾渣运至排渣场处理，液态合金为工业纯铁水，Fe的重量百分含量97.6%； Fe的回收率为93%，每吨转炉钢渣可获得0.14吨工业纯铁水。
实施例2
转炉钢渣成分按重量百分比含CaO 36.80%，SiO2 28.50%，FeO 24.60%，MgO 7.12%，Al2O3 2.18%，P2O5 1.00% ，MnO 1.50%；
铝灰的成分按重量百分比含Al 34.60%，Al2O3 29.50%，SiO2 28.3%，Na2O 2.46%，MgO2.50%，CaO 1.50%，FeO 0.56%，MnO 0.38%；
方法为：
将转炉钢渣在钢包炉中加热至1400℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入熔融渣池中；铝灰的重量占转炉钢渣和铝灰总重量的24%；
将熔融渣池在1400℃保温1h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.4MPa，流量为250L/min；
保温结束后分别排放液态合金和尾渣，尾渣运至排渣场处理，液态合金为工业纯铁水，Fe的重量百分含量98.5%； Fe的回收率为90%，每吨转炉钢渣可获得0.19吨工业纯铁水。
实施例3
转炉钢渣成分按重量百分比含CaO 41.76%，SiO2 16.53%，FeO 24.60%，MgO 6.84%，Al2O3 2.67%，P2O5 1.04% ，MnO 1.16%；
铝灰的成分按重量百分比含Al 32.80%，Al2O3 29.80%，SiO2 29.22%，Na2O 2.63%，MgO2.71%，CaO 1.82%，FeO0.68%，MnO 0.36%；
方法为：
将转炉钢渣在钢包炉中加热至1400℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入熔融渣池中；铝灰的重量占转炉钢渣和铝灰总重量的24%；
将熔融渣池在1400℃保温1h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3MPa，流量为300L/min；
保温结束后分别排放液态合金和尾渣，尾渣运至排渣场处理，液态合金为工业纯铁水，Fe的重量百分含量98.4%； Fe的回收率为95%，每吨转炉钢渣可获得0.2吨工业纯铁水。
实施例4
转炉钢渣成分按重量百分比含CaO 41.76%，SiO2 16.53%，FeO 24.60%，MgO 6.84%，Al2O3 2.67%，P2O5 1.04% ，MnO 1.16%；
铝灰的成分按重量百分比含Al 32.80%，Al2O3 29.80%，SiO2 29.22%，Na2O 2.63%，MgO2.71%，CaO 1.82%，FeO 0.68%，MnO 0.36%；
方法为：
将转炉钢渣在感应炉中加热至1450℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入熔融渣池中；铝灰的重量占转炉钢渣和铝灰总重量的25%；
将熔融渣池在1450℃保温50min，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.4MPa，流量为250L/min；
保温结束后分别排放液态合金和尾渣，尾渣运至排渣场处理，液态合金为工业纯铁水，Fe的重量百分含量98.2%； Fe的回收率为91%，每吨转炉钢渣可获得0.21吨工业纯铁水。
实施例5
转炉钢渣成分按重量百分比含CaO 48.86%，SiO2 20.97%，FeO 15.60%，MgO 8.28%，Al2O3 3.56%，P2O5 1.04% ，MnO 1.87%；
铝灰的成分按重量百分比含Al 32.80%，Al2O3 29.80%，SiO2 29.22%，Na2O 2.63%，MgO2.71%，CaO 1.82%，FeO 0.68%，MnO 0.36%；
方法为：
将转炉钢渣在感应炉中加热至1400℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入熔融渣池中；铝灰的重量占转炉钢渣和铝灰总重量的17%；
将熔融渣池在1400℃保温30min，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.4MPa，流量为200L/min；
保温结束后分别排放液态合金和尾渣，尾渣运至排渣场处理，液态合金为工业纯铁水，Fe的重量百分含量98%； Fe的回收率为94%，每吨转炉钢渣可获得0.12吨工业纯铁水。

Claims (5)

1.一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将转炉钢渣在钢包炉或感应炉中加热至1350~1450℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入熔融渣池中；铝灰的重量占转炉钢渣和铝灰总重量的16~25%；
（2）将熔融渣池在1350~1450℃保温0.5~1.0h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3~0.4MPa，流量为200~300L/min；
（3）保温结束后分别排放液态合金和尾渣，液态合金为工业纯铁水。
2.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法，其特征在于所述的转炉钢渣中FeO的重量百分比为15~25%。
3.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法，其特征在于所述的铝灰中Al的重量百分比为25~35%。
4.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法，其特征在于所述的工业纯铁水中Fe的重量百分含量≥97%。
5.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理转炉钢渣的方法，其特征在于Fe的回收率为90~95%。
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