CN111748671A - 一种资源化循环利用冷态精炼渣***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种资源化循环利用冷态精炼渣***，包括转炉和喷吹罐，转炉内设有多个用于向转炉内喷射原料喷枪；所述喷吹罐的侧壁连接有用于流态化精炼渣的流化气管，喷吹罐的底部连接有喷射器，所述喷射器通过相关管道与喷枪相连接。本发明本***及方法适用于50～350吨转炉，有效利用精炼渣中游离的CaO及其他物质,可节约转炉造渣材料，减少石灰和化渣剂用量，减轻转炉冶炼过程对炉衬耐火材料的侵蚀，提高转炉成渣速度，有利于转炉冶炼初期脱磷，实现精炼渣中含铁物质的回收利用，进一步提高金属收得率，降低炼钢成本。
Description
技术领域
本发明属于冶金工艺技术领域，涉及一种资源化循环利用冷态精炼渣***及方法。
背景技术
近代钢铁工业发展至现阶段，基本形成了两类流程：一是以铁矿石、煤炭为源头的高炉-转炉-精炼-连铸-热轧流程，即长流程，二是以废钢、电力为源头的电炉-精炼-连铸-热轧流程，即短流程。
钢渣产生的环节包括铁水脱硫工序、转炉和电炉冶炼，因此根据炼钢工序中的钢渣可以分为铁水预处理脱硫渣、转炉渣、电炉渣和精炼渣。
据统计，每生产一吨钢就会产生130～180kg钢渣，其中20～50kg精炼渣，且利用率仅占55%左右，每年仍有大量的精炼渣堆存，不仅占用了大量的土地，而且使得大量的废碱液渗透到土壤，造成土壤碱化，并污染地表地下水源等环境问题愈加严峻，必须对精炼渣再处理以便利用，建设环境友好型钢铁企业。
精炼渣的综合利用包括热态精炼的综合利用和冷态精炼渣的综合利用。
冷态精炼渣的综合利用中，有作为建筑材料利用，回收有价金属、钢铁行业回用以及污染治理等方式。冷态渣不同于热态渣，需要冷却、破碎及筛分，期间增加了机械成本，但随时能控制渣的变量有助于保证合适的出钢质量。阎丽珍等首先对邢台钢铁厂冷态渣组成成分进行分析得符合精炼要求，为保证出钢质量则需补加渣料，结果表明冷态渣可替代3.3kg/t，约1.27kg/t铝脱氧球。安龙钢铁公司证明了采用冷态渣作为造渣剂，循环使用2次，脱硫效率良好没有硫超标现象，减少石灰消耗25 kg/t，氧化铝消耗2 kg/t，钢包寿命从原先79炉次提高到84炉次。Cavallotti PL也使用精炼渣进行冷却、破碎并由喷吹***喷入，考虑到了粘度及及发泡性的影响并在工厂投入使用，处理了大量的精炼废渣。
钢渣及精炼渣的综合利用是一个十分重要和急需解决的大问题。几十年来，国内外学者进行了大量的研究工作，并取得了一定的应用效果，尤其在精炼渣回用于钢铁生产及精炼渣配料作筑路材料等技术领域取得了较为成功的应用，精炼渣的消耗量也比较大，但大多数研究成果受限于经济成本因素而未能实现工业应用。我国大量的精炼渣因钙含量较高而限制了在建筑材料中的配比，目前仍堆存在堆场上。钢铁行业回用虽作为目前精炼渣再利用的最大消耗体，但在有限次回用后仍有大量废渣排放到环境中。由上述分析的渣性能说明以精炼渣作为原料或添加剂除了在工业再利用方面应用，还能用于制备废气以及用作废水处理使得吸附或吸收材料，其具有精炼渣利用量大、成本低、工艺简单、以废治废等优点，具有广阔的发展前景，将成为精炼渣利用领域的一个重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种资源化循环利用冷态精炼渣***及方法。
为此，本发明采取如下技术方案：
一种资源化循环利用冷态精炼渣***，包括转炉和喷吹罐，所述转炉的侧壁设有旋转接头，转炉内设有多个用于向转炉内喷射原料喷枪，所述喷枪位于转炉底部；所述喷吹罐的顶部连接有用于增加喷吹罐压力的加压气管以及向喷吹罐内部输入原料的第一输料管，喷吹罐的侧壁连接有用于流态化精炼渣的流化气管，喷吹罐的底部连接有喷射器，所述喷射器连接有第二输料管，所述第二输料管与旋转接头相连接，所述旋转接头连接有第三输料管，所述第三输料管连接有分配器，所述分配器连接有多个输料支管，所述输料支管与喷枪相连接。
进一步地，所述喷吹罐上设有放散阀。
进一步地，所述旋转接头上连接有环缝气管。
进一步地，喷射器连接有为喷射器提供高压气体的气体增压泵。
本发明还提供了一种资源化循环利用冷态精炼渣方法，采用上述资源化循环利用冷态精炼渣***，包括如下步骤：
（1）冷却：将热态精炼渣倒入渣罐内自然冷却至常温；
（2）破碎：将冷却后的精炼渣加入破碎机进行破碎，破碎至粒度为5-20mm精炼渣颗粒；
（3）研磨及钝化：将钝化后的精炼渣颗粒加入球磨机进行研磨，在研磨过程中向精炼渣颗粒中加入二甲基硅油作为钝化剂使其钝化；
（4）筛选：对研磨处理后的精炼渣颗粒进行筛选，筛选后的精炼渣200目以下粒度比例大于88%，自然对角小于25°；
（5）流态化处理及熔炼：将精炼渣进行流态化处理，然后从转炉的底部将精炼渣喷入转炉内进行熔炼。
进一步地，所述步骤（5）中将精炼渣通过第一输料管以氮气为载气输送至喷粉罐内，粉罐车内的压力为0.02～0.5Mpa，上料速率为20～300kg/min。
进一步地，所述上料结束后用氮气吹扫第一输料管，防止管道堵塞。
进一步地，所述步骤（6）中加压气管向喷粉罐内输入压力为0.3～0.8Mpa的氮气进行加压；流化气管向喷粉罐内输入压力为0.1～0.3Mpa的氮气使精炼渣流态化，喷射器喷吹精炼渣的载气为氮气或氩气，气源压力1.3～1.6Mpa，喷吹载气流量为800～3000Nm3/h，喷粉流量为50～180kg/min。
进一步地，所述步骤（1）中热态精炼渣是经LF炉精炼处理后的精炼渣，包括CaO-CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2和CaO-Al2O3-SiO2为基的精炼渣系。
进一步地，所述步骤（1）所述精炼渣主要化学成分为Al2O3、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和MnO，其中Al2O3、：4.0%～45.0%，CaO：25.0%～68.0%，MgO：2.0%～20.0%，SiO：1.0%～40.0%，Fe2O3：0.1%～4.0%，MnO：0.01%～10.0%。
本发明的有益效果在于：本***及方法适用于50～350吨转炉，有效利用精炼渣中游离的CaO及其他物质，可节约转炉造渣材料，减少石灰和化渣剂用量，减轻转炉冶炼过程对炉衬耐火材料的侵蚀，提高转炉成渣速度，有利于转炉冶炼初期脱磷，实现精炼渣中含铁物质的回收利用，进一步提高金属收得率，降低炼钢成本。
附图说明
图1为资源化循环利用冷态精炼渣***的结构示意图；
图中,1-转炉，2-喷吹罐，3-旋转接头，4-喷枪，5-加压气管，6-第一输料管，7-流化气管，8-喷射器，9-第二输料管，10-第三输料管，11-分配器，12-输料支管，13-放散阀，14-环缝气管，15-气体增压泵。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明资源化循环利用冷态精炼渣***及方法做进一步说明。
实施例1
一种资源化循环利用冷态精炼渣***，包括转炉1和喷吹罐2，喷吹罐2采用本领域常用的煤粉喷吹罐，转炉1的侧壁设有旋转接头3，转炉1内设有多个用于向转炉1内喷射原料喷枪4，喷枪4位于转炉1的底部，具体地，为了防止转炉1内的温度过高对喷枪4造成损坏，喷枪4采用双层套管式喷枪。
喷吹罐2的顶部连接有用于增加喷吹罐2内压力的加压气管5以及向喷吹罐内部输入原料的第一输料管6，加压气管5可向喷吹罐2内输送氮气；喷吹罐2的侧壁连接有用于流态化精炼渣的流化气管7，设置于侧壁的流化气管7可向喷吹罐2内的精炼渣内部输送氮气，使得精炼渣流态化以便于其后续处理；
喷吹罐2的底部连接有喷射器8，喷射器8的作用是将流态化后的精炼渣与氮气的混合物输送至转炉1，喷射器8通连接有第二输料管9，第二输料管9旋转接头3相连接，旋转接头3连接有第三输料管10，第三输料管10的另一端连接有分配器11，分配器11连接有多个输料支管12，其中输料支管12的数量与喷枪4相对应，输料支管12与喷枪4相连接。
为了防止喷吹罐2内的压力过大，喷吹罐2上设有放散阀13，其用于当喷吹罐2内的压力过大时将其内部的气体放出泄压。
旋转接头3上还连接有环缝气管14，环缝气管14可向旋转接头3内通入气体，其用于防止精炼渣和气体混合物从旋转接头3的缝隙处流失。
喷射器8连接有为喷射器8提供高压气体的气体增压泵15。
实施例2
50t转炉资源化循环利用冷态精炼渣方法，采用实施例1所述***，按照如下步骤进行：
（1）将热态精炼渣倒入渣罐内，采用自然冷却的方式将热态精炼渣冷却至常温，然后翻出冷却好的精炼渣；具体地，所述热态精炼渣是经LF炉精炼处理后的精炼渣，包括CaO-CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2和CaO-Al2O3-SiO2为基的精炼渣系，本实施例中，精炼渣内的成分为：
Al2O3：15.87%，CaO：35.67%，MgO：8.59%，SiO2：26.38%，Fe2O3：1.74%，MnO：5.55%；
（2）冷却至常温的精炼渣加入破碎机进行破碎，使得破碎后的精炼渣粒度为5-20mm，此粒度可便于提高研磨时的效率；
（3）将破碎后的精炼渣加入球磨机继续研磨，在研磨过程中向精炼渣颗粒中加入二甲基硅油作为钝化剂使其钝化，以使精炼渣在后续的喷吹过程中具有良好的流动性；
（4）将磨处理后的精炼渣进行筛分，使得筛分后的精炼渣中200目以下粒度比例大于88%，自然对角小于25°；
（5）将经过上述步骤处理后的精炼渣装入粉罐车内，然后以氮气为载气，将粉罐车内的精炼渣通过第一输料管输6送至喷吹罐2内输料过程中粉罐车内的压力为0.1Mpa，料速率为50kg/min，输料结束后用氮气吹扫第一输料管输6，防止第一输料管输6堵塞，对以后使用造成影响，然后对喷吹罐2内的精炼渣进行流化处理，具体地，加压气管5连接氮气增压泵对喷吹罐2内输入压力为0.3Mpa的氮气，然后流化气管7对喷吹罐2输入压力为0.1Mpa的的氮气使得精炼渣流态化；流态化后的精炼渣进入喷射器8内，气体增压泵15对喷射器8输入压力为1.3Mpa的氮气，使得流态化精炼渣通过第二输料管9进入旋转接头3内，然后通过第三输料管10进入分配器11内，经过分配器11分配至输料支管12，最后通过喷枪4将流态化精炼渣从转炉1底部向上喷入转炉1内进行回收再利用，帮助炼钢，完成整个操作，在这一过程中，精炼渣中游离的CaO由转炉炉底喷入后，穿过钢液内部上升至钢渣界面，在此过程中游离的CaO直接与钢液接触，参与转炉内的脱磷、脱硫反应，产生硅酸盐，提高转炉的脱磷、脱硫效率；喷枪4在喷吹的过程中喷吹载气流量为1200Nm3/h，喷粉流量为60kg/min。
此外环缝气管14向旋转接头3内输入气源压力为1.3Mpa流量为60Nm3/h的环缝保护气，防止旋转接头3发生泄漏。
在50t转炉采用本方法后，转炉成渣速度加快，转炉冶炼初期脱磷效率提高，炼钢过程中，使用本方法喷吹精炼渣7kg/t，转炉石灰消耗量可降低至38.3kg/t，未采用本方法炼钢时转炉石灰消耗量为42.3kg/t降低4kg/t，核算成炼钢成本降低了1.44元/t。
实施例3
120t转炉资源化循环利用冷态精炼渣方法，采用实施例1所述***，按照如下步骤进行：
（1）将热态精炼渣倒入渣罐内，采用自然冷却的方式将热态精炼渣冷却至常温，然后翻出冷却好的精炼渣；具体地，所述热态精炼渣是经LF炉精炼处理后的精炼渣，包括CaO-CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2和CaO-Al2O3-SiO2为基的精炼渣系，本实施例中，精炼渣内的成分为：
Al2O3：7.33%，CaO：66.01%，MgO：3.68%，SiO2：18.05%，Fe2O3：0.53%，MnO：0.19%；
（2）同实施例2中的步骤（2）；
（3）同实施例2中的步骤（3）；
（4）同实施例2中的步骤（4）；
（5）将经过上述步骤处理后的精炼渣装入粉罐车内，然后以氮气为载气，将粉罐车内的精炼渣通过第一输料管输6送至喷吹罐2内输料过程中粉罐车内的压力为0.15Mpa，料速率为80kg/min，输料结束后用氮气吹扫第一输料管输6，防止第一输料管输6堵塞，对以后使用造成影响，然后对喷吹罐2内的精炼渣进行流化处理，具体地，加压气管5连接氮气增压泵对喷吹罐2内输入压力为0.4Mpa的氮气，然后流化气管7对喷吹罐2输入压力为0.3Mpa的的氮气使得精炼渣流态化；流态化后的精炼渣进入喷射器8内，气体增压泵15对喷射器8输入压力为1.6Mpa的氮气，使得流态化精炼渣通过第二输料管9进入旋转接头3内，然后通过第三输料管10进入分配器11内，经过分配器11分配至输料支管12，最后通过喷枪4将流态化精炼渣从转炉1底部向上喷入转炉1内进行熔炼回收再利用，完成整个操作，在这一过程中，精炼渣中游离的CaO由转炉炉底喷入后，穿过钢液内部上升至钢渣界面，在此过程中游离的CaO直接与钢液接触，参与转炉内的脱磷、脱硫反应，产生硅酸盐，提高转炉的脱磷、脱硫效率；喷枪4在喷吹的过程中喷吹载气流量为1800Nm3/h，喷粉流量为120kg/min。
此外环缝气管14向旋转接头3内输入气源压力为1.6Mpa流量为150Nm3/h的环缝保护气，防止旋转接头3发生泄漏。
在120t转炉采用本发明后，转炉成渣速度加快，转炉冶炼初期脱磷效率提高，使用本方法喷吹精炼渣8.5kg/t，炼钢操作中，转炉石灰消耗为37.3kg/t，而未采用本方法喷吹前转炉石灰消耗量为42.3kg/t，降低了5kg/t，核算成炼钢成本降低了1.88元/t。
实施例4
300t转炉资源化循环利用冷态精炼渣方法，采用实施例1所述***，按照如下步骤进行：
（1）将热态精炼渣倒入渣罐内，采用自然冷却的方式将热态精炼渣冷却至常温，然后翻出冷却好的精炼渣；具体地，所述热态精炼渣是经LF炉精炼处理后的精炼渣，包括CaO-CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2和CaO-Al2O3-SiO2为基的精炼渣系，本实施例中，精炼渣内的成分为：
Al2O3：19.39%，CaO：63.29%，MgO：3.93%，SiO2：8.19%，Fe2O3：1.07%，MnO：0.189%。
（2）同实施例2中的步骤（2）；
（3）同实施例2中的步骤（3）；
（4）同实施例2中的步骤（4）；
（5）将经过上述步骤处理后的精炼渣装入粉罐车内，然后以氮气为载气，将粉罐车内的精炼渣通过第一输料管输6送至喷吹罐2内输料过程中粉罐车内的压力为0.2Mpa，料速率为80kg/min，输料结束后用氮气吹扫第一输料管输6，防止第一输料管输6堵塞，对以后使用造成影响，然后对喷吹罐2内的精炼渣进行流化处理，具体地，加压气管5连接氮气增压泵对喷吹罐2内输入压力为0.4Mpa的氮气，然后流化气管7对喷吹罐2输入压力为0.4Mpa的的氮气使得精炼渣流态化；流态化后的精炼渣进入喷射器8内，气体增压泵15对喷射器8输入压力为1.6Mpa的氮气，使得流态化精炼渣通过第二输料管9进入旋转接头3内，然后通过第三输料管10进入分配器11内，经过分配器11分配至输料支管12，最后通过喷枪4将流态化精炼渣从转炉1底部向上喷入转炉1内进行熔炼回收再利用，完成整个操作在这一过程中，精炼渣中游离的CaO由转炉炉底喷入后，穿过钢液内部上升至钢渣界面，在此过程中游离的CaO直接与钢液接触，参与转炉内的脱磷、脱硫反应，产生硅酸盐，提高转炉的脱磷、脱硫效率；喷枪4在喷吹的过程中喷吹载气流量为2400Nm3/h，喷粉流量为160kg/min。
此外环缝气管14向旋转接头3内输入气源压力为1.6Mpa流量为240Nm3/h的环缝保护气，防止旋转接头3发生泄漏。
在300t转炉采用本发明后，转炉成渣速度加快，转炉冶炼初期脱磷效率提高，采用本方法炼钢，喷吹精炼渣12.5kg/t，转炉石灰消耗量为36.3kg/t，而未采用本方法炼钢时，转炉石灰消耗量42.3kg/t降低6kg/t，核算成炼钢成本降低了2.16元/t。
Claims (10)
1.一种资源化循环利用冷态精炼渣***，其特征在于，包括转炉（1）和喷吹罐（2），所述转炉（1）的侧壁设有旋转接头（3），转炉（1）内设有多个用于向转炉（1）内喷射原料喷枪（4），所述喷枪（4）位于转炉（1）底部；所述喷吹罐（2）的顶部连接有用于增加喷吹罐（2）压力的加压气管（5）以及向喷吹罐（2）内部输入原料的第一输料管（6），喷吹罐（2）的侧壁连接有用于流态化精炼渣的流化气管（7），喷吹罐（2）的底部连接有喷射器（8），所述喷射器（8）连接有第二输料管（9），所述第二输料管（9）与旋转接头（3）相连接，所述旋转接头（3）连接有第三输料管（10），所述第三输料管（10）连接有分配器（11），所述分配器（11）连接有多个输料支管（12），所述输料支管（12）与喷枪（4）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣***，其特征在于，所述喷吹罐（2）上设有放散阀（13）。
3.根据权利要求1所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣***，其特征在于，所述旋转接头（3）上连接有环缝气管（14）。
4.根据权利要求1所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣***，其特征在于，所述喷射器（8）连接有为喷射器提供高压气体的气体增压泵（15）。
5.一种资源化循环利用冷态精炼渣方法，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述的资源化循环利用冷态精炼渣***，包括如下步骤：
（1）冷却：将热态精炼渣倒入渣罐内自然冷却至常温；
（2）破碎：将冷却后的精炼渣加入破碎机进行破碎，破碎至粒度为5-20mm精炼渣颗粒；
（3）研磨及钝化：将钝化后的精炼渣颗粒加入球磨机进行研磨，在研磨过程中向精炼渣颗粒中加入二甲基硅油作为钝化剂使其钝化；
（4）筛选：对研磨处理后的精炼渣颗粒进行筛选，筛选后的精炼渣200目以下粒度比例大于88%，自然对角小于25°；
（5）流态化处理：将精炼渣进行流态化处理，然后从转炉的底部将精炼渣喷入转炉内进行钢熔炼。
6.根据权利要求5所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣方法，其特征在于，所述步骤（5）中将精炼渣通过第一输料管以氮气为载气输送至喷粉罐内，粉罐车内的压力为0.02～0.5Mpa，上料速率为20～300kg/min。
7.根据权利要求6所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣方法，其特征在于，所述上料结束后用氮气吹扫第一输料管，防止管道堵塞。
8.根据权利要求5所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣方法，其特征在于，所述步骤（6）中加压气管向喷粉罐内输入压力为0.3～0.8Mpa的氮气进行加压；流化气管向喷粉罐内输入压力为0.1～0.3Mpa的氮气使精炼渣流态化，喷射器喷吹精炼渣的载气为氮气或氩气，气源压力1.3～1.6Mpa，喷吹载气流量为800～3000Nm3/h，喷粉流量为50～180kg/min。
9.根据权利要求5所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣方法，其特征在于，所述步骤（1）中所采用的热态精炼渣是经LF炉精炼处理后的精炼渣，包括CaO-CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2和CaO-Al2O3-SiO2为基的精炼渣系。
10.根据权利要求5所述的一种资源化循环利用冷态精炼渣方法，其特征在于，所述步骤（1）中所采用的精炼渣主要化学成分为Al2O3、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和MnO，其中Al2O3、：4.0%～45.0%，CaO：25.0%～68.0%，MgO：2.0%～20.0%，SiO：1.0%～40.0%，Fe2O3：0.1%～4.0%，MnO：0.01%～10.0%。
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2020
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