CN115572787B - 一种通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法，属于一种钢铁生产技术，根据终点氧确定碳质还原剂加入总量；在出钢过程向渣面加入不超过碳质还原剂总量的1/3，出钢结束后炉子摇正，从高位料仓进行加入余量碳质还原剂；碳质还原剂加入后前后摇炉；然后进行调渣、稠渣、溅渣、倒渣。与现有技术相比较，可以缩短溅渣护炉周期、减少氮气消耗、回收转炉渣中氧化铁。

Description

一种通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁生产技术，特别是一种通过溅渣护炉还原热态炉渣来缩短溅渣护炉周期、减少氮气消耗、回收转炉渣中氧化铁的方法。

背景技术

转炉渣中一般含有20％-30％的FeO和3％-6％金属铁，转炉吨钢渣量平均在100-120kg左右。因渣中含有单质金属铁，为回收这部分金属铁炉渣需要进行闷渣处理，经过破碎后进行磁选筛分。炉渣经过处理后金属铁可被回收再次利用，但因FeO不带磁性，无法被磁选，只能返回烧结或炼铁重新利用或者成为固废，不仅导致生成成本升高，还污染环境。

此外，转炉渣中因TFe含量高，渣子熔点低，加之转炉终点温度高(一般终点温度≥1600℃)，导致渣子稀，因此，常规溅渣护炉操作时需要加入一部分石灰、白云石来稀释渣中FeO含量，同时对高温炉渣进行冷却降温，增加炉渣的粘度，确保炉渣溅至炉衬内壁后粘的住；其次利用氮气的吹扫，将一部分炉渣飞溅至炉壁，最后将多余炉渣倒掉，溅渣周期长，氮气消耗大。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法，改善溅渣护炉效果，降低溅渣护炉周期，减少氮气消耗，同时低成本高效率还原渣中FeO，提高钢渣磁选粉含铁量，降低转炉生产成本。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法，其特征在于：根据终点氧确定碳质还原剂加入总量；在出钢过程向渣面加入不超过碳质还原剂总量的1/3，出钢结束后炉子摇正，从高位料仓进行加入余量碳质还原剂；碳质还原剂加入后前后摇炉；然后进行调渣、稠渣、溅渣、倒渣。

进一步的，上述出钢温度≥1640℃。

进一步的，上述碳质还原剂为焦末、冶金焦、兰炭、石油焦、半焦、木炭和无烟煤的一种或几种。

进一步的，上述碳质还原剂为焦末；若，终点氧：X≤400ppm，吨钢焦末加入1.5-2.0kg/t；若，终点氧：400＜X≤600ppm，吨钢焦末加入2.0-3.0kg/t；若，终点氧：X＞600ppm，吨钢焦末加入3.0-4.0kg/t。

进一步的，上述碳质还原剂加入后前后摇炉80～130°。

进一步的，上述溅渣工艺中，前1.5min为调渣，1.5-2.5min为稠渣，2.5-3.5min为溅渣。

进一步的，上述调渣时，氮气流量控制在20000-25000Nm³/小时，枪位控制在1.6-1.7m。

进一步的，上述稠渣时，氮气流量控制在250000-30000Nm³/小时，枪位由1.6-1.7m逐步下降至1.0-1.1m。

进一步的，上述溅渣时，氮气流量控制在35000-40000Nm³/小时，枪位由1.0-1.1m逐步提高至1.6-1.7m。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、通过本发明工艺低成本高效率还原渣中FeO，使渣中FeO含量平均降低8.4％，减少固废产生量，减少对环境的污染；

2、通过改变渣系，改善了炉渣的冶金性能，使炉渣由低熔点转为高熔点，由低粘度变为高粘度，使炉渣溅至炉壁后溅粘的住，并且耐冲刷；

3、渣系的改良，配合溅渣枪位及流量设计，缩短了溅渣护炉周期≥20％，节约了氮气消耗≥15％，并且减少石灰、白云石等调渣料的加入，节约了成本；

4、渣中MFe平均提高6.3％，单质铁MFe可被磁选分离，按吨钢渣量100kg/t，可提高单质铁回收6.3kg/t，吨钢成本可节约成本15.6元，降低炼钢成本；

5、通过本发明工艺降低了炉衬侵蚀，出钢口三角区炉壁外侧温度显著降低≥50℃，降低了转炉喷补料的使用，提高了转炉寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。

出于以下详细描述的目的，应该理解的是，除非明确相反地指出，否则本发明可以采取各种替代变型和步骤次序。此外，除了在任何操作实例中或在另外指示的地方以外，所有表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的数字在所有情况下均应理解为由术语“约”修饰。至少，并且不企图限制对权利要求书的范围的相等物的原理的应用，每个数字参数应至少按照报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来理解。

尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地含有某些由其相应测试测量值中所发现的标准差必然造成的误差。

还应理解的是，本文陈述的任何数值范围旨在包含所有其中纳入的子范围。例如，“1到10”的范围旨在包含所有介于(及包含)所陈述的最小值1及所陈述的最大值10之间的子范围，也就是说，具有等于或大于1的最小值及等于或小于10的最大值。

在本申请中，除非另外特别说明，否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。另外，在本申请中，除非另有明确说明，否则“或”的使用意指“和/或”，即使在某些情况下可以明确地使用“和/或”。进一步地，在本申请中，除非另外特别说明，否则“一个”或“一种”的使用意指“至少一个/种”。例如，“一种”第一材料、“一种”涂料组合物等是指这些项目中的任何项目中的一个或多个项目。

本发明通过溅渣护炉前加入焦末，利用炉渣高温提供热力学条件，利用氮气吹扫提供动力学条件，促进C+FeO→Fe+CO反应快速正向进行，并且通过渣系的改变将炉渣物理性质改变(将炉渣由低熔点转为高熔点，由低粘度变为高粘度)，进一步的改变溅渣护炉工艺流程，同时缩短溅渣护炉周期、减少氮气、石灰、白云石等物料消耗，并且将炉渣中的FeO还原成单质金属Fe，通过磁选进行筛分。

本发明方法具体如下：

S1、终点控制：

提高出钢温度，出钢温度≥1640℃。

因本发明是通过氮气的吹扫来提供动力学条件，且碳还原氧化铁反应(C+FeO→Fe+CO)为吸热反应，整个过程温降快、幅度大，为延长焦末反应时间，提高焦末的收得率，需提高炉渣的温度。

本发明通过温度控制了反应窗口，进行了选择性氧化还原反应(温度≥1470℃的转炉渣，渣中FeO的氧化性大于渣中SiO₂的氧化性)，即只还原渣中FeO，不还原渣中SiO₂,因还原产物纯度高可直接作为钢铁料加入钢水，不影响钢水成分，并且不影响炉渣的二次回收利用。

S2、焦末备料

根据终点氧确定焦末加入总量：

若，终点氧：X≤400ppm，吨钢焦末加入1.5-2.0kg/t；

若，终点氧：400＜X≤600ppm，吨钢焦末加入2.0-3.0kg/t；

若，终点氧：X＞600ppm，吨钢焦末加入3.0-4.0kg/t。

因渣中氧化铁含量随终点氧升高而升高w(FeO)％＝w[O]％*10^{(6320÷(t+273)-2.734)}，故终点氧高，所需焦末量也高。

本步骤的焦末也可以为其他碳质还原剂，如冶金焦、兰炭、石油焦、半焦、木炭和无烟煤的一种或几种。具体量可以以焦末C元素折算。

如果不按终点氧含量来加焦末，则不能精准控制渣中FeO含量。如焦末过量导致渣中FeO＜10％，则渣系熔点会急剧升高(≥1600℃)，氮气吹扫后炉渣呈固态，无法进行溅渣；如焦末不足导致渣中FeO＞15％，渣系仍处于低熔点区域(≤1350℃)，溅渣后部分炉渣会顺着炉壁流淌至炉底，达不到溅渣效果，且低熔点渣不耐钢水的高温冲刷，要精准控制渣中FeO含量在10％-15％，才能最大程度提高溅渣护炉的效果。

S3、焦末加料操作：

出钢过程人工向渣面加入焦末总量的不超过1/3，出钢结束后炉子摇正，从高位料仓进行加入余量焦末。

首先出钢过程加入一部分，利用出钢的过程使焦末与渣中FeO反应，因该反应进行缓慢，加入过量则大量被空气氧化；其次在出钢结束炉子摇正后加入，在溅渣过程炉内气氛为氮气，且炉内压力大于炉外压力，使得焦末无法被空气氧化，只能与渣中FeO反应，分批加入可延长FeO+C的反应时间，提高焦末的有效利用。

S4、摇炉预混匀：

焦末加入后前后摇炉80～130°，将炉渣与焦末预混匀处理。

转炉渣中因TFe含量高，渣子熔点低，加之转炉终点温度高(一般终点温度≥1600℃)，导致渣子稀，因此，常规溅渣护炉操作时需要加入白云石200-300kg，石灰100-200kg增加渣量，来稀释渣中FeO含量。而本发明在转炉溅渣护炉的同时进行炉内反应：通过FeO+C→Fe+CO的反应降低炉渣中的FeO含量，因此不用加入上述物料，降低了生产成本。

S5、溅渣工艺：

(1)调渣：前1.5min氮气流量控制在20000-25000Nm³/小时，枪位控制在1.6-1.7m，利用高枪位及相对低流量的搅拌促进焦末与渣中FeO反应；

(2)稠渣：1.5-2.5min氮气流量控制在250000-30000Nm³/小时，枪位由1.6-1.7m逐步下降至1.0-1.1m(每间隔10s枪位下调0.1m)，经过前1.5min的还原反应和氮气搅拌后，部分焦末已经与炉渣反应，且炉渣温度降低，粘度增加，渣子的流动性变差，此时快速需要变枪位来提供动力学条件，促进剩余的焦末与渣中FeO进一步反应；

(3)溅渣：2.5-3.5min氮气流量控制在35000-40000Nm³/小时，枪位由1.0-1.1m逐步提高至1.6-1.7m(每间隔10s枪位上调0.1m)，经过前2.5min的还原反应和氮气搅拌后，渣子已经变的很粘，几乎无流动性，此时需要快速变枪及采用相对高流量的氮气将炉渣溅在炉壁上；因炉渣的氧化性降低，炉渣贴附炉壁后耐侵蚀性能和耐冲刷性能提高。

现有技术中，需要保证物料(轻烧白云石、石灰)等熔化，因此调渣、稠渣时间长，溅渣周期长，氮气消耗大。

而本发明在转炉溅渣护炉的同时进行炉内反应：通过FeO+C→Fe+CO的反应降低炉渣温度及炉渣中的FeO含量。经过反应后的炉渣成分中FeO降低，炉渣的粘度增加，炉渣溅至炉衬内壁后粘的住。并且随着成分中FeO降低，导致炉渣整体熔点升高200℃，耐冲刷性能增加，利于溅渣护炉。而粘度增加以及不用加入其他物料，可缩短溅渣周期，减少溅渣的氮气消耗。

S6、倒渣：

溅渣结束后将炉渣倒入渣盆，运输至闷渣池闷渣处理，经过破碎、筛分后磁选出渣中铁，进行回收利用。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。以120t转炉为例，吹炼低碳低磷钢种渣量平均为100kg/t，即总渣量为12t/炉。

实施例1：

1)终点控制：钢种SPHC，终点温度1650℃。

2)根据终点氧确定焦末加入总量：终点[C]:0.05％，终点氧560ppm，计算焦末加入总量为300kg；

3)加料操作：出钢过程取渣样，取样结束后人工向渣面加焦末100kg，出钢结束后炉子摇正，从高位料仓加入焦末200kg；

4)摇炉预混匀：前后摇炉各一次，摇炉角度90°；

5)溅渣工艺：

①前1.5min氮气流量控制在25000Nm³/小时，枪位控制在1.6m；

②1.5-2.5min氮气流量控制在28000Nm³/小时，枪位由1.6m逐步下降至1.0m(每间隔10s枪位下调0.1m)；

③2.5-3.5min氮气流量控制在Nm³/小时，枪位由1.0m逐步提高至1.6m(每间隔10s枪位上调0.1m)；

6)倒渣：溅渣结束后将炉渣倒入渣盆并取样检测，经过破碎、筛分后磁选出渣中铁，进行回收利用。

实施例2：

1)终点控制：钢种Q235B，终点温度1660℃。

2)根据终点氧确定焦末加入总量：终点[C]:0.08％，终点氧380ppm，计算焦末加入总量为200kg；

3)加料操作：出钢过程取渣样，取样结束后人工向渣面加焦末80kg，出钢结束后炉子摇正，从高位料仓加入焦末120kg；

4)摇炉预混匀：前后摇炉各一次，摇炉角度80°；

5)溅渣工艺：

①前1.5min氮气流量控制在22000Nm³/小时，枪位控制在1.65m；；

②1.5-2.5min氮气流量控制在26000Nm³/小时，枪位由1.65m逐步下降至1.05m(每间隔10s枪位下调0.1m)；

③2.5-3.5min氮气流量控制在35000Nm³/小时，枪位由1.05m逐步提高至1.65m(每间隔10s枪位上调0.1m)；

6)倒渣：溅渣结束后将炉渣倒入渣盆并取样检测，经过破碎、筛分后磁选出渣中铁，进行回收利用。

实施例3：

1)终点控制：钢种510L，终点温度1655℃。

2)根据终点氧确定焦末加入总量：终点[C]:0.04％，终点氧700ppm，计算焦末加入总量为480kg；

3)加料操作：出钢过程取渣样，取样结束后人工向渣面加焦末160kg，出钢结束后炉子摇正，从高位料仓加入焦末320kg；

4)摇炉预混匀：前后摇炉各一次，摇炉角度120°；

5)溅渣工艺：

①前1.5min氮气流量控制在25000Nm³/小时，枪位控制在1.7m；

②1.5-2.5min氮气流量控制在30000Nm³/小时，枪位由1.7m逐步下降至1.1m(每间隔10s枪位下调0.1m)；

③2.5-3.5min氮气流量控制在38000Nm³/小时，枪位由1.1m逐步提高至1.7m(每间隔10s枪位上调0.1m)；

6)倒渣：溅渣结束后将炉渣倒入渣盆并取样检测，经过破碎、筛分后磁选出渣中铁，进行回收利用。

为了更好地比较本申请配方和现有技术，进行了对比试验。

实施例1-3采用的是本发明工艺“碳质还原剂计算后分批次加入+改良溅渣工艺”。

对比例1为现有技术，溅渣工艺如下：

(1)加料：加入白云石200-300kg，石灰100-200kg，增加渣量稀释渣中FeO含量；

(2)调渣：枪位下降至1.0m氮气流量控制在30000Nm³/小时吹2min，保证物料熔化；

(3)稠渣：2min-3.5min枪位提至1.7m，流量控制在20000-25000Nm³/小时，对炉渣进行冷却；

(4)溅渣：3.5min-4.5min枪位由1.7m逐步下降至1.1m(每间隔10s枪位下调0.1m)，氮气流量控制在250000-30000Nm³/小时。

对比例2为在出钢过程一次性加入300kg焦末，且不摇炉，溅渣工艺与实施例1相同。

实施例1-3和对比例的加料情况如下表：

实施例1-3和对比例的溅渣工艺参数如下(流量单位：Nm³/小时；枪位单位：m)表：

实施例1-3和对比例的渣中FeO、单质铁(MFe)、溅渣周期、氮气消耗及同炉役期出钢口三角区炉壁外侧温度：结果见下表：

由上表可见：

(1)各组渣中FeO及单质铁(MFe)比较

对比例1(石灰、白云石+常规溅渣)未加入焦末，故渣中FeO及MFe无明显变化；

对比例2(一次性加焦末+改良溅渣)虽然在出钢过程加入300kg焦末，而出钢过程转炉为倒炉状态，炉内压力小于炉外压力，大量空气进入炉内，导致焦末与空气接触氧化，出钢过程可肉眼观测焦末燃烧现象，虽采用了新型溅渣，但是焦末已经在出钢过程被空气大量氧化，所以焦末的有效利用率低只有20-30％；

实施例1-3(分批次加焦末+改良溅渣)在出钢过程加少量焦末，在溅渣护炉过程加入剩余焦末，溅渣护炉时炉内气氛主要为N2，且炉内气压大于炉外气压，空气无法进入转炉，焦末无法被空气氧化，只能被FeO氧化，故实施例1-3渣中FeO明显下降，渣中单质铁明显升高。

(2)各组溅渣周期和氮气消耗比较

对比例1常规溅渣首先需要调渣，加入石灰、白云石，要将石灰和白云石融化，所以调渣也是需要氮气和时间的，调完后需要将炉渣进行冷却，也是要通过氮气吹扫降温，所以所需要的时间和氮气都多。

实施例1-3是通过FeO+C→Fe+CO来改变渣系，因此不需要白云石及石灰等物料，可节约辅料消耗；同时因渣系改变后的熔点升高，粘度增加，同时产生的CO气体和带走部分热量，所以不需要过分对炉渣吹扫氮气冷却即可完成溅渣操作，可节约氮气消耗≥15％，同时溅渣周期降低≥20％。

(3)溅渣护炉效果比较

因各实施例渣系改变为熔点高、耐侵蚀的渣系，对出钢口三角区炉壁外侧进行测温(此位置是转炉炉衬侵蚀最严重的地方，炉壁外侧温度高则说明炉衬侵蚀严重，溅渣护炉的效果差)，实施例1-3出钢口三角区炉壁外侧温度较对比例1低50-60℃，说明溅渣护炉效果很好，有利于转炉的长寿命。

对比例2没有加入石灰、白云石，因此采用了改良溅渣方式，但是因为在出钢过程加入全部焦末，而出钢过程炉内会进入大量空气，因此焦末的有效利用率差，导致渣中FeO＞15％，渣系仍处于低熔点区域(≤1350℃)，溅渣后部分炉渣会顺着炉壁流淌至炉底，达不到溅渣效果，且低熔点渣不耐钢水的高温冲刷，虽然是降低了溅渣周期、节约氮气消耗，但是出钢口三角区温度最高，出钢口渗钢风险急剧增加，溅渣护炉效果最差。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法，其特征在于：出钢温度≥1640℃；根据终点氧确定碳质还原剂加入总量；在出钢过程向渣面加入不超过碳质还原剂总量的1/3，出钢结束后炉子摇正，从高位料仓加入余量碳质还原剂；碳质还原剂加入后前后摇炉；然后进行溅渣工艺，所述溅渣工艺中，包括调渣，稠渣和溅渣，其中前1.5min为调渣，1.5-2.5min为稠渣，2.5-3.5min为溅渣，调渣时为高枪位及相对低流量：氮气流量控制在20000-25000Nm³/小时，枪位控制在1.6-1.7m，稠渣时氮气流量控制在250000-30000Nm³/小时，枪位由1.6-1.7m逐步下降至1.0-1.1m，溅渣时氮气流量控制在35000-40000Nm³/小时，枪位由1.0-1.1m逐步提高至1.6-1.7m；溅渣后进入倒渣工艺。

2.根据权利要求1所述的通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法，其特征在于：所述碳质还原剂为焦末、冶金焦、兰炭、石油焦、半焦、木炭和无烟煤的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法，其特征在于：所述碳质还原剂为焦末；若，终点氧：X≤400ppm，吨钢焦末加入1.5-2.0kg/t；若，终点氧：400＜X≤600ppm，吨钢焦末加入2.0-3.0kg/t；若，终点氧：X＞600ppm，吨钢焦末加入3.0-4.0kg/t。

4.根据权利要求1所述的通过溅渣护炉还原热态炉渣的工艺方法，其特征在于：所述碳质还原剂加入后前后摇炉80～130°。