CN113416814B - 一种lf炉精炼渣零排放的实现方法 - Google Patents

一种lf炉精炼渣零排放的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及矿渣的排放处理技术领域，特别是涉及一种LF炉精炼渣零排放的实现方法。该方法包括如下步骤：S1、连铸浇铸完毕后，部分LF精炼渣排出，剩余的LF精炼渣和钢水循环利用；S2、排出的LF精炼渣冷却后粉碎至粉末状；S3、将粉末状的LF精炼渣配入烧结矿原料中；S4、烧结矿配入高炉；S5、高炉渣水淬后形成矿渣微粉的原料、高炉放火渣形成做岩棉的原料。本发明是将LF精炼渣在炼钢循环利用后排放的部分配加到烧结原料中，将制得的烧结矿作为高炉的原料，经高炉冶炼生成高炉渣后作为矿渣微粉或岩棉生产的原料，实现LF精炼渣的零排放，并改善高炉渣的流动性，预防炉墙结厚，活跃炉缸，提高高炉的顺行程度。

Description

一种LF炉精炼渣零排放的实现方法
技术领域
本发明涉及矿渣的排放处理技术领域，特别是涉及一种LF炉精炼渣零排放的实现方法。
背景技术
LF钢包精炼炉对于提高钢水纯净度，均匀钢水成分、温度，去除钢水中非金属夹杂物具有良好的精炼效果。其生产过程中产生的LF炉精炼渣，一部分进行循环再利用，但是为了防止有害元素S的循环富集，需要定量排除一部分LF炉精炼渣，因此这部分LF炉精炼渣，形成固废排除，对环境造成一定的影响。排除的这部分LF炉精炼渣中还含有大量的CaO、MgO、CaF2等有益成分，而且富集的S含量可以在烧结和高炉冶炼环节轻易排除绝大部分，并不会影响铁水的整体质量。再有LF炉精炼渣中含有的CaF2可以有效降低高炉渣的粘度，改善渣铁流动性，便于渣铁分离，同时对高炉炉墙结厚有预防作用，对活跃炉缸促进高炉高产顺行和碱金属排出都有积极作用。LF炉中富含的MgO、CaO可以减少烧结矿中溶剂的配加量，同时减少CaCO3和MgCO3分解而增加的CO2对空气中的排放，对环境保护有较大的作用。目前高炉渣经过水淬后作为矿渣微粉的原料或者放火渣后作为岩棉生产的原料，实现了高炉渣的零排放。
中国专利“CN201910256361.5”公开了一种LF精炼顶渣热态利用方法，将连铸剩余钢水和LF精炼渣倒入经KR处理过的铁水中，再一同兑入转炉进行吹炼。
中国专利“CN104278131A”公开了一种精炼渣回收利用方法，是将精炼渣加入矿石等氧化物改质后进行冷却固化再进行循环利用。
公开号为CN101956043A的发明专利公开了一种炼钢残渣的回收利用方法，在钢水浇注完毕后，先在回收包盛放2-3吨钢水，后将2吨残渣倒入回收钢包，加入覆盖剂50kg。回收钢包经运输车运输至电炉工序，将残渣和铁水一起倒入电炉，由于残渣中仍富含CaO、Al2O3等并且为液态，倒入电炉即可代替石灰脱磷、脱硫减少了石灰消耗，同时将残渣中的热量也得到了有效的回收利用，降低了电炉消耗，避免了对环境的污染。
公开号为CN101403021A的发明专利提出了一种钢渣利用方法，电炉→LF精炼（VD真空脱气）→模铸生产工艺流程产生钢渣利用方法，在LF钢包精炼炉加入造渣料并进行精炼，每吨钢水加造渣料20kg-50kg，然后浇铸，把浇铸后钢包炉炉渣及剩余钢水返回电炉进行冶炼，并在电炉中加入造渣料，每吨钢水加造渣料50kg-70kg。电炉冶炼过程中减少了造渣料石灰的加入，并降低了电炉的供电量。对于需要脱气的钢种，在LF钢包精炼炉精炼并加入造渣料，造渣结束后将钢水送至VD真空脱气炉脱气，然后浇铸，将浇铸后钢包炉炉渣及剩余钢水返回电炉进行冶炼。
以上专利中对LF钢包精炼渣的处理基本都利用在转炉、电炉、脱硫预处理或VD等炼钢工艺环节，但对有害元素富集后的LF精炼渣没有做更进一步的处理，导致还有很大一部分LF精炼渣循环利用后直接外排，污染环境，有的将LF炉精炼渣和钢渣混合后再经磁选后，将上磁的粉末配入烧结，而LF炉精炼渣含铁极少根本不上磁，参与不了烧结的配料，只能随着转炉尾渣排除。
发明内容
本发明就是针对上述存在的缺陷而提供一种LF炉精炼渣零排放的实现方法，本发明是将LF精炼渣在炼钢循环利用后排放的部分配加到烧结原料中，经烧结成烧结矿作为高炉的原料，经高炉冶炼生成高炉渣后作为矿渣微粉或岩棉生产的原料，实现LF精炼渣的零排放，并改善高炉渣的流动性，预防炉墙结厚，活跃炉缸，提高高炉的顺行程度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种LF炉精炼渣零排放的实现方法，按质量百分比算，精炼渣成分包括6%-8%的SiO2、50%-60%的CaO、7%-10%的MgO、15%-22%的Al2O3、6.0%-8.0%的CaF2、0.5%-1.5%的S；
该方法包括如下步骤，
S1、连铸钢水浇铸完毕后，钢包内的LF精炼渣排出30wt%-40wt%，剩余的LF精炼渣和钢水浇余继续进行循环利用；
S2、排出的LF精炼渣冷却后粉碎至粉末状，要求粒径大于3mm的粉末在精炼渣中的占比小于5wt%；
S3、再将粉末状的LF精炼渣中配入烧结矿原料中进行烧结；LF精炼渣在烧结矿中配加比例为0.8wt%-1.2wt%；烧结矿中CaF2增加量为0.05wt%-0.10wt%，Al2O3的增加量为0.10wt%-0.24wt%，MgO在烧结矿中的增加量为0.04wt%-0.09wt%；配加LF精炼渣的烧结矿的二元碱度控制在1.8-2.0；
S4、烧结矿配入高炉；高炉渣二元碱度控制在1.15-1.20；高炉渣中Al2O3的含量控制在小于17wt%的范围内；
高炉渣内CaF2、Al2O3和MgO的增加量计算方法如下，
△X1=△X2AC/B
式中，△X1为高炉渣中X成分的增加量，%；
△X2为烧结矿中X成分的增加量，%；
A为高炉的矿铁比；
B为高炉的渣铁比；
C为烧结矿占高炉总配料量的比例；
烧结矿占高炉总配料量的比例为70wt%-80wt%；
S5、高炉渣水淬后形成矿渣微粉的原料、高炉放火渣形成做岩棉的原料。
进一步的，S3中形成的烧结矿部分指标如下：CaF2含量为0.11-0.16wt%；MgO含量为2.55-2.60wt%；Al2O3含量为1.99-2.13wt%，转鼓指数为78-79%。
进一步的，S4中高炉渣部分指标及高炉利用系数如下：CaF2含量为0.38-0.59wt%；MgO含量为8.51-8.72wt%；Al2O3含量为15.36-15.94wt%；高炉利用系数为4.05-4.1吨/（立方米•天）。
进一步的，S4中，高炉渣中CaF2的增加量为0.17wt%-0.38wt%；MgO在高炉渣中的增加量为0.13wt%-0.34wt%；Al2O3的增加量为0.33wt%-0.91wt%。
本发明的有益效果为：
首先，占比0.8wt%-1.2wt%的LF炉精炼渣配加到烧结矿中会节省生石灰消耗；生石灰是由石灰石（CaCO3）加热分解而来的，石灰石分解以及燃料消耗过程中都会产生二氧化碳；经统计，由于添加了LF炉精炼渣，节约成本的同时，每吨烧结矿会减少二氧化碳排放约8kg；
其次，通过循环之后的LF精炼渣全部配加烧结矿，并通过高炉冶炼后形成水渣作为矿渣微粉的原料，以及特殊情况下放火渣作为生产岩棉的原料，实现了LF精炼渣固废的零排放；
再者，利用LF精炼渣中的CaF2促进烧结矿的液相生成，提高烧结矿的连晶强度，在高炉中利用CaF2低熔点的特性，改善渣铁流动性，促进渣铁分离和渗透，并预防炉墙结厚，保证高炉的顺行高产；
另外，部分LF炉精炼渣配加到烧结矿中，减少了LF炉精炼渣在循环利用过程中S等有害元素的富集，也减少了由于有害元素富集对精炼效果的影响。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
一种LF炉精炼渣零排放的实现方法，按质量百分比算，精炼渣成分包括6%-8%的SiO2、50%-60%的CaO、7%-10%的MgO、15%-22%的Al2O3、6.0%-8.0%的CaF2、0.5%-1.5%的S；该方法包括如下步骤：
S1、连铸浇铸完毕后，部分LF精炼渣排出，剩余的LF精炼渣和钢水循环利用；
S2、排出的LF精炼渣冷却后粉碎至粉末状；
S3、将粉末状的LF精炼渣配入烧结矿原料中烧结成矿；
S4、烧结矿配入高炉；
S5、高炉渣水淬后形成矿渣微粉的原料、高炉放火渣形成做岩棉的原料。
优选的，S1中，连铸钢水浇铸完毕后，钢包内的LF精炼渣排出30wt%-40wt%，剩余的LF精炼渣和钢水浇余继续进行循环利用；
优选的，S2中，排出的LF精炼渣粉碎粒度的要求为：粒径大于3mm的粉末在精炼渣中的占比小于5wt%，这是由于较小粒度的LF精炼渣易于在烧结混合料中混匀，更容易使渣中的碱性物质CaO、MgO以及CaF2充分与混合料中的酸性物质SiO2、Al2O3形成低熔点物质，从而在低燃料消耗下获得足够的液相，以改善烧结矿的强度和冶金性能。
优选的，S3中，LF精炼渣在烧结矿中配加比例为0.8wt%-1.2wt%；根据炼钢LF炉精炼过程中添加的生石灰和萤石等量，以及炼钢在出钢过程中的下渣量可以得出：LF精炼渣的生成量约为钢产量的1wt%；铁水和钢水的比例约为0.8；烧结矿和铁水的比约为1.16-1.33；再计算完全消化LF精炼渣在烧结矿中的配加比例为：0.94wt%-1.08wt%，因此考虑下渣等特殊情况，将LF炉精炼渣在烧结的配加比例确定为：0.8wt%-1.2wt%。
通过在烧结矿中配加0.8wt%-1.2wt%的LF精炼渣，烧结矿中CaF2增加量为：0.05wt%-0.10wt%，微量的CaF2不会与铁酸钙争夺CaO，不会造成铁酸钙含量的降低，影响烧结矿的机械强度，反而会促进液相的生成增加连晶强度；S3中的“增加量”是指配加了LF精炼渣的烧结矿，相对于不配加LF精炼渣时，在烧结矿中对应成分升高的含量。
为保证稳定的烧结矿碱度和冶金性能，配加LF精炼渣的烧结矿的碱度控制在1.8-2.0；
Al2O3的增加量为0.10wt%-0.24wt%，对烧结矿的强度影响有限；按烧结脱硫效率75%计算，S在烧结矿中的增加量约为：0.0010wt%-0.0045wt%，非常微量，几乎不会增加高炉的脱硫负荷；MgO在烧结矿中的增加量为：0.04wt%-0.09wt%，增量微小，不会影响影响烧结矿的强度；
优选的，S4中，配加LF精炼渣的烧结矿在高炉的配加比例为高炉含铁料的70wt%-80wt%；并利用高炉矿铁比和高炉渣铁比计算由于烧结矿成分变化引发的高炉渣的成分增加量，S4中的“增加量”是指配加了LF精炼渣的高炉渣，相对于不配加LF精炼渣时，在高炉渣中对应成分升高的含量。具体计算方法如下：
△X1=△X2AC/B （公式1）
式中，△X1为高炉渣中X成分的增加量，%；
△X2为烧结矿中X成分的增加量，%；
A为高炉的矿铁比；
B为高炉的渣铁比；
C为烧结矿占高炉总配料量的比例；
当高炉矿铁比A取值1.66，高炉的渣铁比B取值0.35时，则△Xi≈4.743△YiC；
利用公式1得出高炉渣中CaF2、Al2O3和MgO的增加量：CaF2的增加量为0.16wt%-0.36wt%，对高炉渣的流动性有积极的改善作用，便于渣铁渗透和分离，而且对高炉的顺行提产有益。Al2O3的增加量为0.35wt%-0.91wt%，Al2O3的高炉渣中含量不超过18wt%，几乎对高炉渣的熔化温度不造成影响；为了确保高炉渣铁的流动性，高炉渣中Al2O3的含量控制在小于17wt%的范围内；MgO在高炉渣中的增加量为：0.12wt%-0.34wt%，对改善渣铁流动性有益。
由于Al2O3和CaF2含量的增加，适当增加高炉渣碱度有利于高炉渣热焓的保持和脱硫效果的增加，因此高炉渣二元碱度控制在1.15-1.20对高炉的顺行和脱硫效果较好。
由于在烧结矿中配加LF精炼渣，造成高炉S负荷的增加量为0.012kg/t-0.060kg/t。S负荷为炼铁的专业术语，它一般指生产1t铁水所需的原燃料带入高炉的总的S含量，一般高炉的S负荷在4kg/吨铁左右，因此增加量对S负荷的影响可以忽略不计。
S5中，经高炉冶炼后渣铁从高炉出铁口排出，经撇渣器将渣铁分离，高炉渣经渣沟流入高压水冲渣沟，经高压水淬化成小颗粒，形成矿渣微粉的原料，从而实现高炉渣的零排放，同时实现了LF精炼渣的零排放。
高炉冲渣沟检修或堵渣不能正常冲渣时，可将高温液态高炉渣直接排到事故渣坑，也称为放火渣，待冷却后可以作为岩棉的生产原料，实现高炉渣的零排放，也就实现了LF精炼渣的零排放。
实施例1
连铸01-1987炉浇铸完毕后，钢水包外排LF精炼渣约30wt%，冷却后破碎成粉末，其中粒径大于3mm的粉末占4wt%；按质量比计算，其检测成分为：SiO2：6%；CaO：60%；MgO：7%；Al2O3:15%；CaF2:8.0%；S:0.5%；
在烧结矿中配入上述粉碎好的LF精炼渣，LF精炼渣占烧结矿总配料量的比例为0.8wt%；经检测，该实施例烧结矿部分指标见表1：
表1 实施例1烧结矿部分指标
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 转鼓指数
结果 1.80 0.11wt% 2.55wt% 1.99wt% 78%
增量 0.05wt% 0.04wt% 0.10wt% 0.5%
将上述烧结矿配入高炉，烧结矿占高炉总配料量的比例为70wt%；当高炉矿铁比A取值1.66，高炉的渣铁比B取值0.35时，该实施例高炉中的部分数据见表2：
表2 实施例1中高炉渣部分指标及高炉利用系数
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 高炉利用系数
结果 1.15 0.38wt% 8.51wt% 15.36wt% 4.1吨/（立方米•天）
增量 0.17wt% 0.13wt% 0.33wt% 0.1吨/（立方米•天）
经高炉冶炼高炉渣与铁水经撇渣器分离后分别进入冲渣沟和铁水包，高炉水渣作为矿渣微粉的原料外销，铁水进入炼钢进行吹炼。
实施例2
02-2057炉浇铸完毕后，钢水包外排LF精炼渣约35wt%，冷却后破碎成粉末，其中粒径大于3mm的粉末占3.5wt%；按质量比计算，其检测成分为：SiO2：8%；CaO：55%；MgO：8.5%；Al2O3:18.5%；CaF2:6%；S:1.0%；
在烧结矿中配入上述粉碎好的LF精炼渣，LF精炼渣占烧结矿总配料量的比例为1.0wt%，经检测，该实施例烧结矿部分指标见表3：
表3 实施例2烧结矿部分指标
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 转鼓指数
结果 1.91 0.13wt% 2.58wt% 2.07wt% 79%
增量 0.07wt% 0.07wt% 0.18wt% 1.5%
将上述烧结矿配入高炉，烧结矿占高炉总配料量的比例为75wt%；当高炉矿铁比A取值1.66，高炉的渣铁比B取值0.35时，该实施例高炉中的部分数据见表4：
表4 实施例2高炉渣部分指标及高炉利用系数
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 高炉利用系数
结果 1.18 0.46wt% 8.63wt% 15.67wt% 4.05吨/（立方米•天）
增量 0.25wt% 0.25wt% 0.64wt% 0.05吨/（立方米•天）
经高炉冶炼高炉渣与铁水经撇渣器分离后分别进入放火渣的干渣坑和铁水包，高炉火渣冷却后作为岩棉的生产原料外销，铁水进入炼钢进行吹炼。
实施例3
02-2155炉浇铸完毕后，钢水包排出LF精炼渣约40wt%，排出后的LF精炼渣冷却后破碎成粉末，其中粒径大于3mm的粉末占3.0wt%；按质量比计算，其检测成分为：SiO2：7%；CaO：50%；MgO：10%；Al2O3:22%；CaF2:7.0%；S:1.5%；
在烧结矿中配入上述粉碎好的LF精炼渣，LF精炼渣占烧结矿总配料量的比例为1.2wt%，经检测，该实施例烧结矿的部分指标见表5：
表5 实施例3烧结矿部分指标
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 转鼓指数
结果 2.00 0.16wt% 2.60wt% 2.13wt% 78%
增量 0.10wt% 0.09wt% 0.24wt% 0.5%
将上述烧结矿配入高炉，烧结矿占高炉总配料量的比例为80wt%；当高炉矿铁比A取值1.66，高炉的渣铁比B取值0.35时，高炉中的部分数据见表6：
表6 实施例3高炉渣部分指标及高炉利用系数
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 高炉利用系数
结果 1.20 0.59wt% 8.72wt% 15.94wt% 4.1吨/（立方米•天）
增量 0.38wt% 0.34wt% 0.91wt% 0.1吨/（立方米•天）
经高炉冶炼高炉渣与铁水经撇渣器分离后分别进入冲渣沟和铁水包，高炉水渣作为矿渣微粉的原料外销，铁水进入炼钢进行吹炼。
对比例：02-1923炉浇铸完毕后，钢水包外排LF精炼渣约40wt%，冷却后破碎成粉末，其中粒径大于3mm的粉末占3.0wt%；其检测成分为：SiO2：6.5%；CaO：56%；MgO：9%；Al2O3:18%；CaF2:6.5%；S:0.8%；
经检测，烧结矿未配入LF精炼渣烧结矿部分指标见表7：
表7 对比例烧结矿部分指标
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 转鼓指数
结果 1.95 0.06wt% 2.51wt% 1.89wt% 77.5%
将上述烧结矿配入高炉，烧结矿占高炉总配料量的比例为73wt%：炉渣部分指标见表8：
表8 对比例高炉渣部分指标及高炉利用系数
指标 二元碱度 氟化钙含量 氧化镁含量 三氧化二铝含量 高炉利用系数
结果 1.16 0.21wt% 8.38wt% 15.03wt% 4.0吨/（立方米•天）
经高炉冶炼高炉渣与铁水经撇渣器分离后分别进入冲渣沟和铁水包，高炉水渣作为矿渣微粉的原料外销，铁水进入炼钢进行吹炼。
通过以上的实施例和对比例可以看出，烧结矿配加LF精炼渣后烧结矿的强度略有提升，配加LF精炼渣的烧结矿配入高炉冶炼时，高炉的利用系数也略有提升，说明LF精炼渣在烧结和炼铁过程的配加，对烧结矿强度和高炉顺行程度是有利的。最重要的意义在于：在保证烧结矿强度的前提下，经过水渣和火渣均可以实现高炉渣的再利用，实现零排放，LF精炼渣也实现了零排放。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LF炉精炼渣零排放的实现方法，其特征在于：按质量百分比算，精炼渣成分包括6%-8%的SiO2、50%-60%的CaO、7%-10%的MgO、15%-22%的Al2O3、6.0%-8.0%的CaF2、0.5%-1.5%的S；
该方法包括如下步骤：
S1、连铸钢水浇铸完毕后，钢包内的LF精炼渣排出30wt%-40wt%，剩余的LF精炼渣和钢水浇余继续进行循环利用；
S2、排出的LF精炼渣冷却后粉碎至粉末状，要求粒径大于3mm的粉末在精炼渣中的占比小于5wt%；
S3、再向粉末状的LF精炼渣中配入烧结矿原料；LF精炼渣在烧结矿中配加比例为0.8wt%-1.2wt%；烧结矿中CaF2增加量为0.05wt%-0.10wt%，Al2O3的增加量为0.10wt%-0.24wt%，MgO在烧结矿中的增加量为0.04wt%-0.09wt%；配加LF精炼渣的烧结矿的二元碱度控制在1.8-2.0；
S4、烧结矿配入高炉；高炉渣二元碱度控制在1.15-1.20；高炉渣中Al2O3的含量控制在小于17wt%的范围内；
高炉渣内CaF2、Al2O3和MgO的增加量计算方法如下，
△X1=△X2AC/B
式中，△X1为高炉渣中X成分的增加量，%；
△X2为烧结矿中X成分的增加量，%；
A为高炉的矿铁比；
B为高炉的渣铁比；
C为烧结矿占高炉总配料量的比例；
烧结矿占高炉总配料量的比例为70wt%-80wt%；
S5、高炉渣水淬后形成矿渣微粉的原料、高炉放火渣形成做岩棉的原料。
2.如权利要求1所述的LF炉精炼渣零排放的实现方法，其特征在于，S3中烧结矿部分指标如下：CaF2含量为0.11-0.16wt%；MgO含量为2.55-2.60wt%；Al2O3含量为1.99-2.13wt%，转鼓指数为78-79%。
3.如权利要求1所述的LF炉精炼渣零排放的实现方法，其特征在于：S4中，高炉渣内CaF2含量为0.38-0.59wt%；MgO含量为8.51-8.72wt%；Al2O3含量为15.36-15.94wt%；高炉利用系数为4.05-4.1吨/（立方米•天）。
4.如权利要求1所述的LF炉精炼渣零排放的实现方法，其特征在于：S4中，高炉渣中CaF2的增加量为0.17wt%-0.38wt%；MgO在高炉渣中的增加量为0.13wt%-0.34wt%；Al2O3的增加量为0.33wt%-0.91wt%。
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