CN113462840B - 一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法 - Google Patents

一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，包括：将液态转炉渣、热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料还原冶炼，获得还原铁水和Tfe含量≤4％且碱度在1.2±0.2的还原渣；还原冶炼中以≥1000℃的初始温度，以4‑5℃/min的速率升温至1530℃±10℃的终点温度；液态转炉渣和热态脱硫渣的总质量、碳质还原剂的质量和含硅原料的质量的比为100：(7‑13)：(17‑23)；对产生的热量和煤气回收获得合格煤气；对还原渣水淬形成水渣；对还原铁水脱磷后脱磷转炉冶炼，获得脱磷钢水和脱磷渣；将脱磷渣焖渣、磁选、破碎和筛分获得脱磷尾渣和渣钢。该方法解决了转炉钢渣和脱硫渣的铁、热和渣综合利用问题。

Description

一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，特别涉及一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法。
背景技术
随着《环境保护税法》从2018年1月1日起实施，冶金炉渣开始征收环境保护税(25元/t)。冶金炉渣主要包括高炉渣和转炉渣(钢渣)：高炉水渣细磨后具有较好的胶凝性，可较大比例掺入水泥中(～40％)，基本实现资源化利用；但是转炉渣、脱硫渣因其特性较为复杂，高附加值资源化利用率一直较低。转炉渣为炼钢脱磷副产品，基本上均是通过打水降温(～1300℃的热量浪费掉)、破碎、磁选进行金属铁和渣的分离，而钢渣中的FeO(～23％)因无磁性也进入尾渣中。磁选出的渣钢因纯度不高替代废钢比例不高，尾渣因硬度高不易细磨。部分尾渣进入烧结配料，但是易造成铁水磷含量大幅增加，因此大部分尾渣只能陈化后做为路基料处理，成为当前迫切需要解决的问题。
转炉钢渣热能利用的难点，由于钢渣的导热系数较小，钢渣的主要岩相结构属于硅酸盐相，硅酸盐类炉渣有如下特点：(1)导热系数低，1400～1500℃的液相阶段约为0.1～0.3W/(m˙K)，玻璃相阶段为1～2W/(m˙K)，晶体相阶段约为7W/(m˙K)，平均的导热系数只有0.4W/(m˙K)。(2)钢渣的粘度随温度降低急剧升高，钢渣的预处理工艺和钢渣的结晶过程有着较为紧密的联系，钢渣的处理工艺过程中，各项渣处理的工艺参数波动较大。(3)熔渣热焓大，钢渣中的热含量随着渣的温度变化波动很大，加上其导热率低，换热慢，换热介质难以选择。(4)转炉液态钢渣采用水淬工艺处理，高温蒸汽内含有的f-CaO对于回收热能的设备损坏严重。
脱硫渣为炼钢脱硫副产品，因含硫含量较高，基本上均是单独焖罐打水冷却(～1200℃的热量浪费掉)、破碎、磁选进行金属铁和渣的分离。磁选出的渣铁因含硫较高，炼钢回用比例较低，尾渣含硫较高不易利用。
如何开发一种综合处理转炉钢渣和脱硫渣的方法，解决了钢厂转炉钢渣和脱硫渣的铁、热和渣综合利用问题，成为冶金工作者研究的关键问题。
发明内容
本发明目的是提供一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，解决了钢厂转炉钢渣和脱硫渣的铁、热和渣综合利用问题，炉渣金属铁的回收率高(较焖渣工艺高50％)、尾渣附加值高，生产出的水渣经深加工细磨后可掺入水泥中；充分利用转炉渣和脱硫渣的潜热。
为了实现上述目的，本发明提供了一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，所述方法包括：
将液态转炉渣、热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，获得还原铁水和Tfe含量≤4％同时碱度在1.2±0.2的还原渣；其中，所述还原冶炼中以≥1000℃的初始温度，以4-5℃/min的速率升温至1530℃±10℃的终点温度；所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：(7-13)：(17-23)；
对所述还原冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用，获得合格煤气和合格蒸汽；
对所述还原渣进行水淬，形成水渣，并利用产生的蒸汽对所述水渣进行烘干，获得干燥渣；
将所述还原铁水加入增碳剂进行增碳获得增碳铁水，后将所述增碳铁水采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮进行喷粉脱磷，获得脱磷铁水；
将所述脱磷铁水供转炉冶炼，获得脱磷渣；
将所述脱磷渣进行焖渣处理，后磁选、破碎和筛分，获得用于制备路基料的脱磷尾渣和用于供炼钢厂替代废钢的渣钢。
进一步地，所述将液态转炉渣、热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，具体包括：
将液态转炉渣和脱硫渣均倒入渣包中，再将渣包吊到电炉下并加入碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼。
进一步地，所述还原冶炼中底吹N2以进行搅拌。
进一步地，所述碳质还原剂包括焦粉和无烟煤中的至少一种；所述含硅原料包括硅石、铝矾土和含铁尾矿中的至少一种。
进一步地，所述还原冶炼的时间为100-150min。
进一步地，所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：10：20。
进一步地，所述还原渣中Tfe含量≤4％同时碱度在1.2±0.2时停止所述还原冶炼，进行出渣操作，所述出渣时进行监测，当监测出现液态铁水时利用滑板挡渣机构快速关闭出渣口，同时在出渣通道设置渣、铁分离挡坝。
进一步地，所述将所述还原铁水加入增碳剂进行增碳时，将两包还原铁水混匀后加入增碳剂进行增碳。
进一步地，所述对所述还原冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用，获得用于管网的合格煤气和合格蒸汽，包括：
先利用汽化冷却将烟气温度从1400℃±20℃降低到800℃±20℃，产生的过饱和蒸汽经蓄热器后并入蒸汽管网；
后采用水雾喷淋除尘降温，将烟气温度从800℃±20℃降低到≤200℃，经过高温除尘布袋精除尘后，再采用水喷淋除尘降温，将烟气温度从150℃±20℃降低到＜70℃，获得煤气CO≥30％的干净煤气并入煤气管网。
进一步地，所述将所述增碳铁水采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮进行喷粉脱磷，获得脱磷铁水和脱磷渣，包括：
将所述增碳铁水采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮进行第一顶喷粉脱磷，获得P含量＜0.30％的脱磷水；
采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮对P含量＜0.30％的所述脱磷水进行第二顶喷粉脱磷，获得P含量＜0.080％的脱磷铁水。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有根据下技术效果或优点：
本发明提供的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，将通过转炉冶炼获得的液态转炉渣、所述热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，当炉渣中的Tfe含量降低到4％以下时同时碱度在1.2±0.2，渣、铁分离良好时停止冶炼，进行出渣操作，获得还原铁水和Tfe含量≤4％同时碱度在1.2±0.2的还原渣；其中，所述还原冶炼中以≥1000℃的初始温度，以4-5℃/min的速率升温至1530℃±10℃的终点温度；所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：(7-13)：(17-23)；
对所述还原冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用，获得干净煤气和蒸汽并入煤气管网和蒸汽管网；
对所述还原渣进行水淬，形成水渣，并利用所述产生的蒸汽对所述水渣进行烘干，获得干燥渣，经深加工细磨后可掺入水泥中；
将所述还原铁水加入增碳剂进行增碳，后采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮进行顶喷粉脱磷，获得脱磷铁水；将所述脱磷铁水供转炉冶炼，获得脱磷渣；将所述脱磷渣倒入焖渣坑中进行焖渣处理，后磁选、破碎和筛分，获得用于制备路基料的脱磷尾渣和用于供炼钢厂替代废钢的渣钢。
由此，对铁、热和渣实现了综合利用，炉渣金属铁的回收率高(较焖渣工艺高50％)，该工艺充分将钢渣中的Fe及FeO还原为高温金属铁水，炼钢回用更加经济，且可增加炼钢废钢回用量；尾渣附加值高，生产出的水渣经深加工细磨后可掺入水泥中；充分利用转炉渣和脱硫渣的潜热；可减少钢铁主流程磷、硫富集，降低铁水磷含量，减少炼钢回吃渣铁造成的硫高；该方法占地面积小，工作环境友好，有利于提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明提供的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法的模式流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为根据本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本发明中用到的“第一”、“第二”等词，不表示顺序关系，可以理解为名词。
现有技术中对转炉钢渣热能利用的方法通常为：
利用钢渣的热能，用于钢渣的改质。即将钢厂产生的其它不能够用于热闷渣处理的冶炼渣，加入到高温液态转炉钢渣中间，利用钢渣的热能促进钢渣的改质反应。进行改质反应的主要是转炉的脱硫渣和高炉的瓦斯灰，轧钢的含酸尘泥与含油氧化铁泥。将这部分冶炼渣加入到转炉的液态氧化钢渣中间，利用反应吸热，将转炉的液态钢渣迅速降温到约1400℃，利用热能将不能够进行热闷渣处理的冶炼渣加热到热闷渣工艺能够实施的温度，利用这些冶炼渣中间的还原性物质还原转炉液态钢渣中间的氧化物，将热能向反应的化学能转移，然后将处于接近固态的钢渣用于热闷处理，在随后的工艺环节进一步回收利用。这种改质的工艺方法，是稳定回收钢渣液态高温阶段热能的有效方法之一。
这种工艺方法主要在渣罐内进行，所以反应过程中的化学热基本上是液态钢渣提供的，其中脱硫渣改质反应的主要方程:
3(Fe、Mn)O+2Al＝3Fe/Mn+Al2O3+Q (1)
Si+2FeO＝2Fe+SiO2-Q (2)
Mn+FeO＝Fe+MnO-Q (3)
C+2FeO＝2Fe+CO2-Q (4)
2P+5FeO＝5Fe+P2O5-Q (5)
式(1)中的Al来源于KR脱硫渣中间没有反应完全的高铝渣粉，式(2)～(5)的反应中间的Si、Mn、C、P等来源于脱硫渣扒渣过程中进入渣罐的铁液或者铁珠。
改质反应结束后的氧化物SiO2、MnO、Al2O3等，在温度合适的条件下，还有可能与渣中的f-CaO和f-MgO进行成渣反应，有利于钢渣处理后的稳定性改善。其中成渣反应需要的热能仍然来源于钢渣的显热，钢渣的成渣反应主要方程式:
SiO2+2f-CaO→C2S-Q
SiO2+3f-CaO→C3S-Q
Al2O3+f-CaO→CmAn-Q
f-CaO+SiO2+2f-MgO→CMS-Q
然而这种方法存在的缺点有：
(1)该方法没有将钢渣的显热回收有效利用；
(2)因脱硫渣和高炉的瓦斯灰，轧钢的含酸尘泥与含油氧化铁泥加入到转炉的液态氧化钢渣后会造成钢渣温度显著降低到1400℃以下，液态钢渣开始析出固相，严重影响以上反应的顺利进行，反应不会充分。
(3)上述反应在渣罐中进行时会产生大量的烟气和粉尘造成环境污染，严重时可能造成喷溅。
(4)改质后的钢渣仍无法高附加值利用。
综上，以上方法无法实现铁、热和渣综合利用。
本申请实施例的技术方案为解决现有技术中无法实现铁、热和渣综合利用技术问题，总体思路根据下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，如图1所示，包括：
S1、将所述液态转炉渣、所述热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，获得还原铁水和Tfe含量≤4％同时碱度在1.2±0.2的还原渣；其中，所述还原冶炼中以≥1000℃的初始温度，以4-5℃/min的速率升温至1530℃±10℃的终点温度；所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：(7-13)：(17-23)；
所述还原冶炼的原理及作用为：
①FeO+C＝Fe+CO↑；
②FeS+CaO(钢渣)+C＝CaS+Fe+CO↑；
③2Ca3(P2O4)2+6SiO2+10C+2xFe＝(1-x/4)P4↑+6CaSiO3+xFe2P+10CO↑；
上述反应①为主要反应，将钢渣中的FeO还原为液态金属铁；本发明实施例中，钢渣中的FeO还原比较充分，通过加入硅质调整，可获得类似于高炉渣一样的矿相，水淬后形成富含黄长石和硅酸二钙的水渣，具有潜在的胶凝性；
上述反应②将脱硫渣铁中FeS利用钢渣中的CaO反应为CaS进入渣中；
上述反应③将钢渣中Ca3(P2O4)2反应为两种P元素，一种为P4进入烟气中，一种为Fe2P进入铁液中。
本发明实施例中加碳质还原剂将铁还原并沉淀到包底，避免因铁珠混合在炉渣中水淬时产生严重的***事故，接着按照矿渣标准FeO<3％再对炉渣进行改质，使得炉渣改质彻底。
所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：(7-13)：(17-23)的原因：若碳质还原剂添加过多，增加还原剂成本，若碳质还原剂添加过少，容易造成钢渣中的FeO还原不彻底以及铁水中碳含量偏低的不利影响；若含硅原料添加过多，容易造成增加含硅原料成本和降低水淬渣潜在胶凝性的不利影响，若含硅原料添加过少，容易造成冶炼温度下炉渣中CaO和MgO无法充分熔化形成化合物的不利影响；优选地，所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：10：20。
所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的比例按照炼钢厂同炉次产生的脱硫渣和转炉渣做为基础比例即可；也可以适当调整，调整范围具体可以为1-3炉次产生的脱硫渣和1-3炉次产生的转炉渣以内进行混合。
当炉渣中的Tfe含量降低到4％以下时同时碱度在1.2±0.2，渣、铁分离良好时停止冶炼，进行出渣操作的原因：通过加入硅质调整，可获得类似于高炉渣一样的矿相，水淬后形成富含黄长石和硅酸二钙的水渣，具有潜在的胶凝性；
碱度R＝CaO/SiO2，若碱度小于1有增加含硅原料成本和降低水淬渣潜在胶凝性的不利影响；若碱度大于1.4有造成冶炼温度下炉渣中CaO和MgO无法充分熔化形成化合物的不利影响；
Tfe含量大于4％有钢渣中的FeO还原不彻底的不利影响；
所述还原冶炼的温度为1530℃±10℃，若反应温度低于1520℃，容易导致后期还原铁无法正常脱磷；若反应温度大于1540℃，容易增加能源介质和耐火材料消耗；
所述还原冶炼中以≥1000℃的初始温度，以4-5℃/min的速率升温至1530℃±10℃的终点温度的原因：若初始温度低于990℃，升温时间长，消耗电量多；若终点温度低于1520℃，容易导致后期还原铁无法正常脱磷；若终点温度大于1540℃，容易增加能源介质和耐火材料消耗；4-5℃/min的速率可以使得从初始温度到终点温度这个过程保持在一定时间内完成，速率过小，持续时间过长不利于提高冶炼效率和处理量，速率过大持续时间过短不利于降低设备投资成本和能源介质消耗；且以4-5℃/min的速率升温至1530℃±10℃可以使得炉渣改质更彻底。
优选地，所述步骤S1中，
所述还原冶炼的时间为100-150min。时间过短有还原渣和还原铁温度没有达到要求的不利影响；时间过长有增加能源介质消耗和处理量渣量无法与钢厂产生渣量达到平衡的不利影响；
还原冶炼中底吹N2以进行搅拌。有利于混匀以加快反应进行；
所述碳质还原剂包括焦粉和无烟煤中的至少一种。优选地，焦粉和/或无烟煤的碳的质量分数满足：C≥82％，焦粉和/或无烟煤为粒度10-25mm；
所述含硅原料包括硅石和含铁尾矿中的至少一种。优选地，硅石和/或含铁尾矿中二氧化硅的质量分数满足：SiO2≥96％。
具体地，所述步骤S1包括：
S101、通过转炉冶炼获得液态转炉渣；
所述步骤S1中，转炉冶炼终点后，将液态转炉渣倒入渣罐，然后出钢，出钢后进行溅渣护炉操作，溅渣后不再进行倒渣操作；
溅渣护炉是利用高速氮气把成分调整后的剩余炉渣喷溅在炉衬表面形成溅渣层。溅渣层固化了镁碳砖表层的脱碳层，抑制了炉衬表层的氧化，并减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵蚀。
S102、获得热态脱硫渣；
收集KR脱硫进行铁水预处理产生的热态脱硫渣；
现有技术中通常采用KR脱硫进行铁水预处理，KR脱硫技术是以为耐火材料的搅拌器浸入铁水罐内旋转搅拌铁水，使铁水产生旋涡，同时加入脱硫剂使其卷入铁水内部进行充分反映，具有良好的动力学条件，脱硫效率高，能够实现深脱硫。
S103、还原冶炼；具体包括：
将高温热态转炉渣倒入专门的渣包(采用镁碳砖砌筑)内，再将热态脱硫渣倒入渣包内，(转炉渣先倒入渣包，再将脱硫渣倒入渣包)，然后将渣包吊到包盖可旋转的电炉下(类似于LF炉的电炉)进行还原冶炼，同时配加7-13％的碳质还原剂和17-23％含硅原料，底部通入N2进行搅拌，进行转炉渣和脱硫渣升温改质还原操作，初始温度约1000℃，终点温度1530℃±10℃。
为了避免冲渣时发生***，所述出渣时进行监测，当监测出现液态铁水时利用滑板挡渣机构快速关闭出渣口，同时在出渣通道设置渣、铁分离挡坝。
S2、对所述还原冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用，获得合格煤气和蒸汽；
所述步骤S2，具体包括：
先利用汽化冷却将烟气温度从1400℃±20℃降低到800℃±20℃，产生的过饱和蒸汽经蓄热器后并入蒸汽管网；
后采用水雾喷淋除尘降温，将烟气温度从800℃±20℃降低到200℃-150℃，经过高温除尘布袋精除尘后，再采用水喷淋除尘降温，将烟气温度从150℃±20℃降低到＜70℃，获得煤气CO≥30％的干净煤气并入煤气管网。
所述步骤中分多次逐步降温的原因或优点为：
烟气温度越高，汽化冷却的烟道制造成本越低，反之亦然。
但是当烟气温度低于800℃±20℃，回收煤气会因烟尘中的火星造成煤气***，因此当烟气温度低于800℃±20℃时采用水雾喷淋迅速将烟气温度降低到200℃～150℃，但是因水蒸汽＜100℃时会凝结成水附着在布袋上造成除尘布袋板结，因此烟气进入除尘器前温度控制在200℃～150℃，过除尘器后因煤气柜相关设备耐温不得超过70℃，因此需要将烟气温度进一步洗涤降温到＜70℃。
本发明实施例1中炉渣还原冶炼产生的热量80％转化为过饱和蒸汽，产生蒸汽量为240kg/t渣，水渣烘烤热量利用80％，预计消耗蒸汽量130kg/t渣。
S3、对所述还原渣进行水淬，形成水渣，并利用所述水淬产生的蒸汽对所述水渣进行烘干，获得干燥渣；
所述步骤S3产生的干燥渣经深加工细磨后可掺入水泥中，附加值高。
S4、将所述还原铁水加入增碳剂进行增碳获得增碳铁水，后将所述增碳铁水采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮进行顶喷粉脱磷，获得脱磷铁水；
所述步骤S4具体可以采用2次顶喷粉脱磷，在其他实施方式中也可采用多次。
在本发明实施例中，所述步骤S4具体包括：
将所述增碳铁水采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮进行第一顶喷粉脱磷，获得P含量＜0.30％的脱磷水；
采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮对P含量＜0.30％的所述脱磷水进行第二顶喷粉脱磷，获得P含量＜0.080％的脱磷铁水。
所述增碳剂具体可以为小焦炭(粒度5-10mm)。
加入一定的增碳剂，是为了满足后序脱磷要求，后续脱磷要求具体为C≥1％，Si≤0.1，P≤2，S≤0.050，温度≥1400℃；具体加入增碳剂的量满足上述后续脱磷要求即可。
如果不加入增碳剂直接采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮会造成脱磷铁中碳损失严重，造成脱磷铁液相线升高液态脱磷铁会凝固；
S5、将所述脱磷铁水供转炉冶炼，获得脱磷渣；
具体地，将产生的所述脱磷铁水倒入炼钢厂的铁包中替代部分铁水(或铸造成铁块替代废钢)，进行转炉冶炼；
S6、将所述脱磷渣倒入焖渣坑中进行焖渣处理，后磁选、破碎和筛分，获得用于制备路基料的脱磷尾渣和用于供炼钢厂替代废钢的渣钢。
所述步骤S6具体包括：
铁水脱磷产生的脱磷渣从渣包倒入渣罐中，再用天车将脱磷渣倒入焖渣坑中利用洗涤煤气水净化时产生的废水进行焖渣处理，焖渣后的脱磷渣进行磁选、破碎、筛分，磁选出的渣钢供炼钢厂替代废钢，产生的脱磷尾渣做为路基料。
本发明创造性地开发一种综合处理转炉钢渣和脱硫渣的方法，解决了钢厂转炉钢渣和脱硫渣的铁、热和渣综合利用问题，炉渣金属铁的回收率高(较焖渣工艺高50％)，该工艺充分将钢渣中的Fe及FeO还原为高温金属铁水，炼钢回用更加经济，且可增加炼钢废钢回用量；尾渣附加值高，生产出的水渣经深加工细磨后可掺入水泥中；充分利用转炉渣和脱硫渣的潜热；可减少钢铁主流程磷、硫富集，降低铁水磷含量，减少炼钢回吃渣铁造成的硫高；该工艺占地面积小，工作环境友好，有利于提高生产效率。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法进行详细说明。
实施例1
1、转炉冶炼终点后，将高温热态钢渣倒入渣罐，然后出钢，出钢后进行溅渣护炉操作，溅渣后不再进行倒渣操作；
2、将高温热态转炉渣倒入专门的渣包(采用镁碳砖砌筑)内，再将热态脱硫渣倒入渣包内，(基本上三炉液态转炉渣和三炉铁水脱硫渣，转炉渣先倒入渣包，再将脱硫渣倒入渣包)，然后将渣包吊到包盖可旋转的电炉下(类似于LF炉的电炉)进行还原冶炼，同时配加10％的碳质还原剂(焦粉、无烟煤等)和20％硅石(或硅石、含铁尾矿等)，底部通入N2进行搅拌，进行转炉渣和脱硫渣升温改质还原操作，初始温度1000℃，终点温度1540℃，冶炼周期120min左右；
本实施例中热态脱硫渣的成分如表1所示，本实施例中液态钢渣的成分如表2所示，在其他实施方式中，热态脱硫渣和液态钢渣也可为其他组分。
表1
热态脱硫渣 CaO％ SiO<sub>2</sub>％ MgO％ S％ FeO％ TFe％ Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％ R 温度
组成 ≥30 ≤20 ≥0.5 ≥8 ≥8 ≥3 ≥1300
目标值 35 12 15 1 10 14 6 3.0 1300
表2
液态钢渣 CaO SiO<sub>2</sub> MgO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> FeO(折) 金属Fe TFe Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> R 温度
组成 ≥45 ≤20 8～12 ≥1 ≥15 ≥8 ≥3 ≥1300
目标值 48 15 9 1.5 23 10 28 3 3.2 1300
3、当炉渣中的Tfe含量降低到4％以下时同时碱度在1.2，渣、铁分离良好时停止冶炼，进行出渣操作，出渣时利用红外摄像头进行监测，当监测出现液态铁水时利用滑板挡渣机构快速关闭出渣口，同时在出渣通道设置渣、铁分离挡坝，避免冲渣时发生***。还原渣组分如下：
表3
矿渣 CaO SiO<sub>2</sub> MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> MnO S FeO TFe R
标准 ～50 ～40 8～12 ～5 ≤1 ≤2 ≤2 ≤5 ≤4 1.1～1.3
目标值 45 37 10 4 0.5 0.5 1 3 2.3 1.2
4、对冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用，先利用汽化冷却将烟气温度从1400℃左右降低到800℃(产生的过饱和蒸汽经蓄热器后并入蒸汽管网)，再采用水雾喷淋除尘降温，将烟气温度从800℃降低到≤200℃，经过高温除尘布袋精除尘后，再采用水喷淋除尘降温，将烟气温度从150℃左右降低到＜70℃以下，获得煤气CO≥30％的干净煤气并入煤气管网。
5、产生的还原渣进行水淬，形成水渣，水渣细磨烘干时可利用产生的蒸汽对水渣进行烘干；
6、产生的还原铁水倒包处理(二合一是指铁水倒入钢包吗)，同时加入一定的增碳剂，满足后序脱磷要求，还原铁情况如下：
表4
还原铁 C％ Si％ P％ S％ 温度
标准 ≥1 ≤0.1 ≤2 ≤0.050 ≥1400
目标值 1.2 0.05 1.6 0.02 1500
7、将还原铁吊到精炼位，采用钝化石灰粉、氧气、氧化铁皮进行顶喷粉脱磷，两步法脱磷将铁水中P含量降低到≤0.080％(第一步将铁水磷降低到0.30％左右，二步喷粉脱磷降低到0.080％以下)，将产生的脱磷铁水倒入炼钢厂的铁包中替代部分铁水(或铸造成铁块替代废钢)，脱磷铁情况如下(冶炼周期约40min)：将含锌废钢加入铁水中进行脱磷转炉冶炼，获得脱磷铁；
表5
脱磷铁 C％ Si％ P％ S％ 温度
标准 ≥0.8 ≤0.1 ≤0.15 ≤0.050 ≥1450
目标值 1 0.01 0.080 0.020 1480
8、铁水脱磷产生的脱磷渣从渣包倒入渣罐中，再用天车将脱磷渣倒入焖渣坑中利用洗涤煤气水净化时产生的废水进行焖渣处理，焖渣后的脱磷渣进行磁选、破碎、筛分，磁选出的渣钢供炼钢厂替代废钢，产生的脱磷尾渣做为路基料，脱磷渣组分如下：
表6
脱磷渣 CaO SiO<sub>2</sub> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> FeO(折) 金属Fe TFe Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> R
组成 ≥30 ≤20 ≥5 ≥15 ≥8 ≥3
目标值 40 10 10 23 10 28 3 4.0
实施例2
该实施例中，将所述液态转炉渣、所述热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，获得还原铁水和Tfe含量≤4％同时碱度在1的还原渣；其中，所述还原冶炼中以1100℃的初始温度，以4℃/min的速率升温至1520℃的终点温度；所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：13：23；其他步骤同实施例1。
实施例3
该实施例中，将所述液态转炉渣、所述热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，获得还原铁水和Tfe含量≤4％同时碱度在1.4的还原渣；其中，所述还原冶炼中以1200℃的初始温度，以5℃/min的速率升温至1540℃的终点温度；所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：7：17；其他步骤同实施例1。
对比例1
该对比例采用传统的焖渣工艺。
对比例2
该对比例中，所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：5：10；其他步骤均同实施例1。
对比例3
该对比例中，所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：10：30；其他步骤均同实施例1。
对比例4
该对比例中，所述还原冶炼中还原渣的碱度为0.8；其他步骤均同实施例1。
实验例1
一、回收率
统计实施例1-3以及对比例1-4中铁、热和渣的回收率，如表7所示。
表7
Figure BDA0003104485950000121
Figure BDA0003104485950000131
由表7的数据可知：
对比例1中，执行传统的焖渣工艺，存在铁的回收率低，热量没有利用，处理后的尾渣无法高附加值利用；
对比例2中，所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：5：10，不在本发明实施例范围内，铁的还原率不足，炉渣改质未彻底；
对比例3中，所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：10：30；不在本发明实施例范围内，炉渣改质过量，硅石加入偏多造成矿渣活性偏低；
对比例4中，所述还原冶炼中还原渣的碱度为0.8，小于本发明实施例的范围，炉渣改质过量，硅石加入量偏大造成矿渣活性偏低；
本发明的实施例1-3中，炉渣金属铁的回收率高(较焖渣工艺高50％)。可知，本发明实施例中还原冶炼的参数缺一不同，共同配合，以及后续的对所述还原冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用、所述还原渣的回收利用和还原铁水的回收利用，共同解决了钢厂转炉钢渣和脱硫渣的铁、热和渣综合利用问题。
二、经济效益和社会效益
1、经济效益
以下是1吨还原法生产成本测算：
表8
Figure BDA0003104485950000132
Figure BDA0003104485950000141
由表8可知，采用本发明实施例提供的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，处理1吨液态钢渣和热态脱硫渣可产生150元/吨渣左右的收益，较焖渣工艺处理1吨液态钢渣和热态脱硫渣的收益30元/吨渣左右的收益有较大提高，按照100万吨渣/年计算，预计可增加收益1.2亿元。
2、社会效益
该工艺基本上解决了钢铁厂产生的脱硫渣和转炉渣综合利益问题，减少了尾渣乱占土地的问题，有一定示范效应。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，其特征在于，所述方法包括：
将液态转炉渣、热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，获得P含量为1.6%～2%的还原铁水和TFe 含量≤4%同时碱度在1.2±0.2的还原渣；其中，所述热态脱硫渣的化学成分以质量分数计为：CaO：30%～35%，SiO2：12%～20%，MgO：15%，S：0.5%～1.0%，FeO：8%～10%，TFe：8%～14%，Al2O3：6%，其余为不可避免的杂质；
所述液态转炉渣的化学成分以质量分数计为：CaO：45%～48%，SiO2：15%～20%，MgO：8%～12%，P2O5：1%～1.5%，FeO：15%～23%，Fe：8%～10%，TFe:28%，Al2O3：3%，其余为不可避免的杂质；
所述还原冶炼中以≥1000℃的初始温度，以4-5℃/min的速率升温至1530℃±10℃的终点温度；所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：（7-13）：（17-23）；其中，所述碳质还原剂包括焦粉和无烟煤中的至少一种；所述含硅原料包括硅石、铝矾土和含铁尾矿中的至少一种；
对所述还原冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用，获得合格煤气和合格蒸汽；
对所述还原渣进行水淬，形成水渣，并利用产生的蒸汽对所述水渣进行烘干，获得干燥渣；
将所述P含量为1.6%～2%的还原铁水加入增碳剂进行增碳获得增碳铁水，后将所述增碳铁水采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮进行第一顶喷粉脱磷，获得P含量＜0.30%的脱磷水；采用钝化石灰粉、氧气和氧化铁皮对P含量＜0.30%的所述脱磷水进行第二顶喷粉脱磷，获得P含量＜0.080%的脱磷铁水；
将所述脱磷铁水供转炉冶炼，获得脱磷渣；
将所述脱磷渣进行焖渣处理，后磁选、破碎和筛分，获得用于制备路基料的脱磷尾渣和用于供炼钢厂替代废钢的渣钢。
2.根据权利要求1所述的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，其特征在于，所述将液态转炉渣、热态脱硫渣、碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼，具体包括：
将液态转炉渣和脱硫渣均倒入渣包中，再将渣包吊到电炉下并加入碳质还原剂和含硅原料进行还原冶炼。
3.根据权利要求1所述的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，其特征在于，所述还原冶炼中底吹N2以进行搅拌。
4.根据权利要求1所述的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，其特征在于，所述液态转炉渣和所述热态脱硫渣的总质量、所述碳质还原剂的质量和所述含硅原料的质量的比值为100：10：20。
5.根据权利要求1所述的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，其特征在于，所述还原渣中TFe 含量≤4%同时碱度在1.2±0.2时停止所述还原冶炼，进行出渣操作，所述出渣时进行监测，当监测出现液态铁水时利用滑板挡渣机构快速关闭出渣口，同时在出渣通道设置渣、铁分离挡坝。
6.根据权利要求1所述的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，其特征在于，所述将所述还原铁水加入增碳剂进行增碳时，将两包还原铁水混匀后加入增碳剂进行增碳。
7.根据权利要求1所述的一种转炉渣和脱硫渣的铁、热和渣的综合利用方法，其特征在于，所述对所述还原冶炼时产生的煤气和热量进行综合回收利用，获得合格煤气和合格蒸汽，包括：
先利用汽化冷却将烟气温度从1400℃±20℃降低到800℃±20℃，产生的过饱和蒸汽经蓄热器后并入蒸汽管网；
后采用水雾喷淋除尘降温，将烟气温度从800℃±20℃降低到≤200℃，经过高温除尘布袋精除尘后，再采用水喷淋除尘降温，将烟气温度从150℃±20℃降低到＜70℃，获得煤气CO≥30%的干净煤气并入煤气管网。
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