專利名稱：從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從通過鐵水(hot metal)的預(yù)脫磷處理而生成的脫磷爐渣等、含磷的煉鋼爐渣(steelmaking slag)中回收該煉鋼爐渣中所含的鐵和磷的方法。
背景技術(shù)：
因鐵礦石的成分而導(dǎo)致在高爐中熔煉的鐵水中含有磷(P)。磷對(duì)鋼材而言是有害成分，因此以往為了提高鋼鐵產(chǎn)品的材料特性，在煉鋼工序中進(jìn)行脫磷處理。該脫磷處理中，通常用氧氣或氧化鐵將鐵水中或鋼水中的磷氧化，然后將被氧化的磷固定在以CaO為主要成分的爐渣中，藉此將磷除去。用氧氣將鐵水中或鋼水中的磷氧化時(shí)，鐵也被氧化，因此即使在不添加氧化鐵的情況下，爐渣中所含的鐵也處于氧化鐵的形態(tài)。以往，鐵水的預(yù)脫磷處理和轉(zhuǎn)爐中的脫碳精煉等中產(chǎn)生的含磷煉鋼爐渣作為土木用材料等被排出至煉鋼工藝的體系外，含磷煉鋼爐渣中的磷和鐵不被回收。此外，預(yù)脫磷處理是指，在用轉(zhuǎn)爐對(duì)鐵水進(jìn)行脫碳精煉之前，預(yù)先除去鐵水中的磷的處理。近年來，從環(huán)境對(duì)策和節(jié)省資源的角度來看，正在實(shí)施削減煉鋼爐渣的產(chǎn)生量的措施，其中包括煉鋼爐渣的循環(huán)利用。例如，以經(jīng)預(yù)脫磷處理的鐵水的轉(zhuǎn)爐脫碳精煉中產(chǎn)生的爐渣(將轉(zhuǎn)爐脫碳精煉中產(chǎn)生的爐渣稱為“轉(zhuǎn)爐爐渣”)作為鐵源和造渣劑用CaO源，經(jīng)由鐵礦石等的燒結(jié)工序而再循環(huán)至高爐，或者作為鐵水預(yù)處理工序的CaO源進(jìn)行再循環(huán)。經(jīng)預(yù)脫磷處理的鐵水(也稱為“脫磷鐵水”)、特別是已預(yù)脫磷處理至產(chǎn)品的磷濃度水平的脫磷鐵水的轉(zhuǎn)爐脫碳精煉中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐爐渣幾乎不含磷，因此無需擔(dān)心因?yàn)樵傺h(huán)至高爐中而導(dǎo)致的鐵水中磷濃度的增加(增量，pick up)。與之相對(duì)，對(duì)預(yù)脫磷處理時(shí)產(chǎn)生的脫磷爐渣、未經(jīng)預(yù)脫磷處理的鐵水(也稱為“普通鐵水”)或即使經(jīng)預(yù)脫磷處理而脫磷處理后的磷濃度也未降低至產(chǎn)品的磷濃度水平的脫磷鐵水進(jìn)行轉(zhuǎn)爐脫碳精煉時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐爐渣之類的含磷爐渣如果再循環(huán)至高爐中，則會(huì)發(fā)生不良情況。即會(huì)陷入下述惡性循環(huán) 以氧化物的形式再循環(huán)至高爐中的磷使在高爐內(nèi)被還原的鐵水的磷含量增加，結(jié)果導(dǎo)致從鐵水中脫磷的負(fù)擔(dān)增大。于是，為了防止磷的增加，針對(duì)含磷煉鋼爐渣的再循環(huán)，特別是在伴隨著還原精煉的工序中的再循環(huán)提出了多種提案。顯然，再循環(huán)至預(yù)脫磷處理等氧化工序中的情況下，作為脫磷劑的功能也會(huì)受損，進(jìn)行再循環(huán)的量有限。例如，專利文獻(xiàn)1中揭示了如下技術(shù)通過鉻礦石的熔融還原冶煉工序和通過該熔融還原冶煉熔煉而成的含鉻鐵水的轉(zhuǎn)爐脫碳精煉工序的組合來熔煉不銹鋼鋼水時(shí)，實(shí)施在通過所述含鉻鐵水的脫磷處理而產(chǎn)生的脫磷爐渣中添加碳材料并加熱的氣化脫磷處理， 將氣化脫磷處理后的脫磷爐渣再循環(huán)至所述熔融還原冶煉工序。此外，專利文獻(xiàn)2中揭示了如下技術(shù)將熔融狀態(tài)的高爐爐渣和熔融狀態(tài)的轉(zhuǎn)爐爐渣混合，在該混合爐渣中添加碳、硅、鎂中的1種以上，并同時(shí)通入氧氣，從而將混合爐渣中的磷氧化物還原成磷蒸氣，并且將混合爐渣中的硫(S)變成SO2，使它們揮發(fā)而制成磷和硫較少的爐渣，將該爐渣再循環(huán)至高爐或轉(zhuǎn)爐。此外，專利文獻(xiàn)3中揭示了如下技術(shù)通過使用以堿金屬碳酸鹽為主要成分的造渣劑的鐵水或鋼水的脫磷處理而生成脫磷爐渣，用水和二氧化碳處理該脫磷爐渣，得到含堿金屬磷酸鹽的提取液，在該提取液中添加鈣化合物，使磷以磷酸鈣的形式析出來將其分離回收?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2004-143492號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開昭55-97408號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本專利特開昭56_2沈13號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，上述現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題。S卩，專利文獻(xiàn)1中，雖然脫磷爐渣可以通過氣化脫磷除去磷后進(jìn)行再循環(huán)，但氣化脫磷而得的磷未被回收，從確保磷資源的角度來看并不是有效的再循環(huán)方法。專利文獻(xiàn)2中，雖然在作為含磷爐渣的轉(zhuǎn)爐爐渣中混合有與轉(zhuǎn)爐爐渣大致等量的高爐爐渣，但近年來，高爐爐渣已不是廢棄物，而是被視作作為土木、建筑原材料的利用價(jià)值高的資源，將這樣的高爐爐渣用于轉(zhuǎn)爐爐渣的稀釋在經(jīng)濟(jì)上是不利的。專利文獻(xiàn)3是濕法處理。即，采用濕法處理的情況下，不僅處理所需的藥劑的價(jià)格昂貴，而且需要大型的處理設(shè)備，設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也很昂貴。本發(fā)明是鑒于上述事實(shí)而完成的發(fā)明，其目的在于提供一種從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，該方法能在脫磷爐渣和轉(zhuǎn)爐爐渣等含磷的煉鋼爐渣的再循環(huán)過程中以低成本從該煉鋼爐渣中回收磷和鐵，并且能將回收的磷和鐵分別作為資源進(jìn)行有效利用。解決課題的手段為了解決上述問題，第一項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法的特征在于，包括第一工序，該工序中，用含有碳、硅、鋁中的1種以上的元素的還原劑對(duì)煉鋼精煉工藝中產(chǎn)生的含磷的煉鋼爐渣進(jìn)行還原處理，將所述煉鋼爐渣中的鐵氧化物和磷氧化物以熔融狀態(tài)的含磷熔融鐵的形式從煉鋼爐渣中還原并回收；第二工序，該工序中，將除去了鐵氧化物和磷氧化物的煉鋼爐渣作為煉鐵工序或煉鋼工序中的CaO源進(jìn)行再循環(huán)；第三工序，該工序中，用不含氟的CaO類熔劑(flux)對(duì)通過所述還原處理而回收的含磷熔融鐵進(jìn)行脫磷處理，直至含磷熔融鐵中的磷濃度達(dá)到0. 1質(zhì)量％以下，使磷濃縮在CaO類熔劑中； 第四工序，該工序中，將經(jīng)所述脫磷處理的磷濃度在0. 1質(zhì)量％以下的含磷熔融鐵作為鐵源混合至從高爐中出鐵的高爐鐵水中。第二項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法如第一項(xiàng)發(fā)明所述，其特征在于，將轉(zhuǎn)爐中的鐵水脫碳精煉中產(chǎn)生的爐渣(轉(zhuǎn)爐爐渣)供至所述第一工序的還原處理。第三項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法如第一項(xiàng)發(fā)明所述，其特征在于，將轉(zhuǎn)爐中的鐵水脫碳精煉中產(chǎn)生的爐渣和鐵水的預(yù)脫磷處理中產(chǎn)生的爐渣(脫磷爐渣)的混合物供至所述第一工序的還原處理。第四項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法如第一項(xiàng) 第三項(xiàng)發(fā)明所述， 其特征在于，所述含磷熔融鐵是含有3質(zhì)量％以上的碳的鐵水。第五項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法如第一項(xiàng) 第四項(xiàng)發(fā)明所述，其特征在于，在高爐鐵水的存在下進(jìn)行所述第一工序的還原處理。第六項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法如第一項(xiàng) 第五項(xiàng)發(fā)明所述， 其特征在于，所述第二工序中的除去了鐵氧化物和磷氧化物的煉鋼爐渣的再循環(huán)目標(biāo)是鐵礦石的燒結(jié)工序或高爐中的鐵水制造工序。第七項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法如第一項(xiàng) 第五項(xiàng)發(fā)明所述， 其特征在于，所述第二工序中的除去了鐵氧化物和磷氧化物的煉鋼爐渣的再循環(huán)目標(biāo)是鐵水的脫磷工序或轉(zhuǎn)爐中的鐵水脫碳精煉工序。第八項(xiàng)發(fā)明所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法如第一項(xiàng) 第七項(xiàng)發(fā)明所述， 其特征在于，將所述第三工序中使用的、濃縮磷的CaO類熔劑(濃縮后)用作磷資源。應(yīng)予說明，一般來說，第三工序中用于磷的濃縮的CaO類熔劑以磷濃縮爐渣的形式被回收。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在通過鐵水的預(yù)脫磷處理而產(chǎn)生的脫磷爐渣以及通過使用普通鐵水或脫磷不充分的脫磷鐵水的轉(zhuǎn)爐脫碳精煉而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐爐渣等含磷的煉鋼爐渣的再循環(huán)過程中，首先將煉鋼爐渣中的鐵氧化物和磷氧化物以含磷熔融鐵的形式還原并回收，將除去了鐵氧化物和磷氧化物的煉鋼爐渣作為煉鐵工序或煉鋼工序中的CaO源進(jìn)行再循環(huán)，將含磷熔融鐵脫磷處理至磷濃度達(dá)到0. 1質(zhì)量％以下，然后與高爐鐵水混合；另一方面，含磷熔融鐵中的磷通過脫磷處理被濃縮在CaO類熔劑中，直至達(dá)到足以作為磷資源回收的程度。因此，在煉鋼爐渣的煉鐵工序或煉鋼工序中循環(huán)利用時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生鐵水的磷濃度升高或作為脫磷劑的功能受損等弊端，可實(shí)現(xiàn)將煉鋼爐渣中所含的鐵和磷分別作為資源進(jìn)行有效利用。


圖1是表示本發(fā)明中使用的脫磷處理設(shè)備的示意圖。圖2是表示高磷鐵水的脫磷處理中的磷的行為的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明人為了將鐵水的預(yù)脫磷處理時(shí)產(chǎn)生的脫磷爐渣、以及使用普通鐵水或即使經(jīng)預(yù)脫磷處理而脫磷處理后的磷濃度也比產(chǎn)品的磷濃度水平高的脫磷鐵水的轉(zhuǎn)爐脫碳精煉時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐爐渣等含磷的煉鋼爐渣作為脫磷劑或造渣劑用CaO源在煉鐵工序或煉鋼工序中循環(huán)利用，首先對(duì)消除該煉鋼爐渣中所含的磷對(duì)從高爐出鐵的鐵水造成的影響進(jìn)行了研究。預(yù)先實(shí)施了預(yù)脫磷處理至產(chǎn)品的磷濃度水平的鐵水的脫碳精煉時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐爐渣不會(huì)導(dǎo)致鐵水中的磷濃度的增加，經(jīng)由鐵礦石的燒結(jié)工序而作為造渣劑在高爐中循環(huán)利用。因此，如果從含磷的煉鋼爐渣中除去磷，則可在高爐中循環(huán)利用。于是，對(duì)于從含磷的煉鋼爐渣中除去磷進(jìn)行了研究。含磷煉鋼爐渣中，磷以氧化物P2O5的形式被含有，且煉鋼爐渣通常以CaO和SW2為主要成分。這里，由于與鈣(Ca)和硅(Si)相比，磷與氧的親和力弱，因此可知，如果用碳、 硅、鋁等來還原含磷煉鋼爐渣，則含磷煉鋼爐渣中的P2O5很容易被還原。此時(shí)，含磷煉鋼爐渣中，鐵以氧化物FeO或!^e2O5的形態(tài)(以下一并記作“!^x0”)被含有，這些鐵氧化物與氧的親和力和磷相當(dāng)，因此如果用碳、硅、鋁等來還原含磷煉鋼爐渣，則煉鋼爐渣中的!^exO同時(shí)被還原。此外還可知，磷在鐵中的溶解度高，通過還原而生成的磷迅速地溶解在通過還原而生成的鐵中。在此，本發(fā)明的目的在于從含磷煉鋼爐渣中除去磷，改性成磷含量低的煉鋼爐渣，可知如欲將通過還原而生成的磷迅速地與煉鋼爐渣分離，較好是在高溫下進(jìn)行還原， 使得通過還原而生成的鐵處于熔融狀態(tài)。即，如果通過還原而生成的鐵處于熔融狀態(tài)，則熔融的鐵原本就容易與爐渣分離，因此可促進(jìn)通過還原而生成的鐵從煉鋼爐渣中分離。還可知生成的磷溶解在該熔融鐵中，因而磷從煉鋼爐渣中的分離也加快?？芍篃掍摖t渣處于熔融狀態(tài)的情況下，可進(jìn)一步促進(jìn)其與含磷的鐵的分離。此時(shí)，生成的熔融鐵的熔點(diǎn)越低，越能促進(jìn)熔融鐵與爐渣的分離，因此還可知，較好是使碳溶解于生成的熔融鐵中，以熔融鐵的形式生成鐵水。具體而言，如果碳濃度在3質(zhì)量％以上，則鐵水的液相線溫度在1300°C以下，因此可知，較好是將鐵水的碳濃度確保在3 質(zhì)量％以上。如欲使碳溶解于生成的熔融鐵，則可以使用碳作為還原劑，或者在將硅或鋁等作為還原劑的情況下使碳與煉鋼爐渣共存。通過這些處理，生成的熔融鐵發(fā)生滲碳而自然成為鐵水，并同時(shí)以高濃度含有磷(為了與高爐鐵水區(qū)分開，將該鐵水稱為“高磷鐵水”)。還可知通過預(yù)先另行加入高爐鐵水，在使高爐鐵水與含磷煉鋼爐渣共存的狀態(tài)下進(jìn)行還原處理，可滿足上述所有條件，促進(jìn)磷從煉鋼爐渣中的分離。即，可知如果是能制備鐵水的條件，較好是預(yù)先另行加入高爐鐵水后再進(jìn)行含磷煉鋼爐渣的還原處理。應(yīng)予說明， 所得高磷鐵水被中間加入的高爐鐵水進(jìn)行了一定程度的稀釋。因?yàn)楹谉掍摖t渣中的磷和鐵的質(zhì)量比(P/Fe)為0. 005 0. 075，所以還原后的熔融鐵(高磷鐵水)中含有0. 5 7. 5質(zhì)量％左右的磷。與之相對(duì)，現(xiàn)在從高爐出鐵的高爐鐵水的磷含磷為0. 1質(zhì)量％左右。因此，無法將磷濃度為0. 5 7. 5質(zhì)量％的高磷鐵水脫磷至磷濃度為0. 1質(zhì)量％左右的高爐鐵水的水平的情況下，所述高磷鐵水的應(yīng)用受到限制，有時(shí)甚至可能無法用作鐵源。因此，現(xiàn)在使用高爐鐵水的預(yù)脫磷處理中所用的脫磷處理設(shè)備，用將磷濃度調(diào)整至4.0質(zhì)量％ (水平1)、2.0質(zhì)量％ (水平2)、1. 1質(zhì)量％ (水平3)、0. 5質(zhì)量％ (水平4)這四種水平的高爐鐵水作為高磷鐵水的替代品，實(shí)施脫磷試驗(yàn)。高爐鐵水的磷濃度用鐵-磷合金來調(diào)整。圖1表示所使用的脫磷處理設(shè)備的示意圖。圖1中，收納有調(diào)整好磷濃度的高磷鐵水2的鐵水罐4被裝載于臺(tái)車5而搬入脫磷處理設(shè)備1。該脫磷處理設(shè)備1中設(shè)置有能在鐵水罐4內(nèi)部上下移動(dòng)的頂吹噴槍6和噴槍7。其構(gòu)成如下所述從頂吹噴槍6對(duì)高磷鐵水2噴射氧氣或鐵礦石等氧化鐵，并且從噴槍7對(duì)高磷鐵水2噴射CaO類熔劑或氧化鐵。 脫磷處理設(shè)備1中還設(shè)置有用于從上方向鐵水罐4內(nèi)部添加CaO類熔劑或氧化鐵的料斗、 溜槽等原料供給設(shè)備，但在圖1中省略。使用該脫磷處理設(shè)備1，在從頂吹噴槍6噴射氧氣的同時(shí)從噴槍7噴射以氮?dú)庾鳛榘徇\(yùn)用氣體的粉體狀的CaO類熔劑，從而實(shí)施高磷鐵水2的脫磷處理。噴射的CaO類熔劑熔融而形成脫磷爐渣3。此時(shí)，高磷鐵水中的磷被氧氣氧化成P2O5，被包入渣化的CaO類熔劑中，從而進(jìn)行高磷鐵水2的脫磷。實(shí)驗(yàn)條件示于表1。此外，使用生石灰作為CaO類熔劑，且不含螢石等氟源。此外，在鐵水中添加規(guī)定量的CaO時(shí)，可以并用噴槍7而從頂吹噴槍6與氧氣一起噴射至鐵水浴面。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，包括第一工序，該工序中，用含有碳、硅、鋁中的1種以上的元素的還原劑對(duì)煉鋼精煉工藝中產(chǎn)生的含磷的煉鋼爐渣進(jìn)行還原處理，將所述煉鋼爐渣中的鐵氧化物和磷氧化物以熔融狀態(tài)的含磷熔融鐵的形式從煉鋼爐渣中還原并回收；第二工序，該工序中，將除去了鐵氧化物和磷氧化物的煉鋼爐渣作為煉鐵工序或煉鋼工序中的CaO源進(jìn)行再循環(huán)；第三工序，該工序中，用不含氟的CaO類熔劑對(duì)通過所述還原處理而回收的含磷熔融鐵進(jìn)行脫磷處理，直至含磷熔融鐵中的磷濃度達(dá)到0. 1質(zhì)量％以下，使磷濃縮在CaO類熔劑中；第四工序，該工序中，將經(jīng)所述脫磷處理的磷濃度在0. 1質(zhì)量％以下的含磷熔融鐵作為鐵源混合至從高爐中出鐵的高爐鐵水中。
2.權(quán)利要求1所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，將轉(zhuǎn)爐中的鐵水脫碳精煉中產(chǎn)生的爐渣供至所述第一工序的還原處理。
3.權(quán)利要求1所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，將轉(zhuǎn)爐中的鐵水脫碳精煉中產(chǎn)生的爐渣和鐵水的預(yù)脫磷處理中產(chǎn)生的爐渣的混合物供至所述第一工序的還原處理。
4.權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，所述含磷熔融鐵是含有3質(zhì)量％以上的碳的鐵水。
5.權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，在高爐鐵水的存在下進(jìn)行所述第一工序的還原處理。
6.權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，所述第二工序中的煉鋼爐渣的再循環(huán)目標(biāo)是鐵礦石的燒結(jié)工序或高爐中的鐵水制造工序。
7.權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，所述第二工序中的煉鋼爐渣的再循環(huán)目標(biāo)是鐵水的脫磷工序或轉(zhuǎn)爐中的鐵水脫碳精煉工序。
8.權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，其特征在于，將所述第三工序中使用的、濃縮磷的CaO類熔劑用作磷資源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種從煉鋼爐渣中回收鐵和磷的方法，該方法通過包括以下工序，能以低成本從該煉鋼爐渣中回收磷和鐵，并且能將回收的磷和鐵分別作為資源進(jìn)行有效利用第一工序，該工序中，用碳、Si、Al等還原劑對(duì)脫磷爐渣等含磷煉鋼爐渣進(jìn)行還原處理，將所述爐渣中的鐵氧化物和磷氧化物以含磷熔融鐵的形式還原并回收；第二工序，該工序中，將除去了鐵氧化物和磷氧化物的煉鋼爐渣作為燒結(jié)工序中的CaO源使用，將制得的燒結(jié)礦再循環(huán)至高爐；第三工序，該工序中，對(duì)通過所述還原處理回收的含磷熔融鐵進(jìn)行脫磷處理，直至含磷熔融鐵中的磷濃度達(dá)到0.1質(zhì)量％以下，使磷濃縮在CaO類熔劑中；第四工序，該工序中，將該磷濃度在0.1質(zhì)量％以下的含磷熔融鐵作為鐵源混合至高爐鐵水中。
文檔編號(hào)C21C5/28GK102264919SQ20098015314
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者岸本康夫, 當(dāng)房博幸, 松井章敏, 菊池直樹, 高橋克則 申請人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社