一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法
【專利摘要】一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法，按以下步驟進(jìn)行：（1）將轉(zhuǎn)爐鋼渣加熱至1350~1450℃形成熔融渣池，加入鋁灰；（2）在1350~1450℃保溫0.5~1.0h，同時(shí)吹入氬氣攪拌熔融渣池；（3）排放液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水。本發(fā)明的方法可充分利用熔渣的物理熱，可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的高效利用，還可獲得不含碳的工業(yè)純鐵，處理成本低，環(huán)境污染小。
【專利說明】
一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于冶金廢渣處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近三十年以來，中國(guó)鋼鐵工業(yè)得到了巨大的發(fā)展，特別是2000年以來中國(guó)的鋼鐵行業(yè)高速發(fā)展，鋼產(chǎn)量持續(xù)大幅增長(zhǎng)，冶金爐渣排放量隨著粗鋼產(chǎn)量的增加而迅速增加；目前開發(fā)了多種冶金渣利用技術(shù)，但普遍存在鋼渣利用附加值低，投資和運(yùn)行成本相對(duì)較高等問題，而且未能充分考慮其中高溫顯熱資源的高效回收，因而導(dǎo)致了冶金渣中有價(jià)元素和余熱資源的巨大浪費(fèi)。
[0003]隨著全球工業(yè)的發(fā)展，資源、能源與環(huán)境問題日益突出，并已成為制約全球經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要問題;其中，資源問題是關(guān)鍵，能源與環(huán)境問題是基礎(chǔ)。鑒于轉(zhuǎn)爐鋼渣中含有較高TFe、Mn等有價(jià)組元，人們一直探索轉(zhuǎn)爐鋼渣中有價(jià)組元經(jīng)濟(jì)高效回收問題，如果利用熔融還原原理，在1350°C左右低溫熔融狀態(tài)下直接通過碳熱還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣以回收渣中的鐵資源，隨著還原反應(yīng)的進(jìn)行和渣中FeO含量逐漸減小，熔渣黏度上升，出現(xiàn)所謂的“返干”現(xiàn)象，還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件逐漸變差，使得還原反應(yīng)難以充分進(jìn)行；同時(shí)，由于熔渣的黏度增加以及反應(yīng)產(chǎn)生的CO等氣體導(dǎo)致熔渣的泡沫化等原因，使渣金難以分離；如果在1750?1800°C的高溫條件下通過碳熱深度還原制備Fe-S1-Mn主合金，可以最大限度地回收渣中的有價(jià)組元，但這種處理方法處理溫度高，生產(chǎn)難度大。總之，目前尚沒有經(jīng)濟(jì)可行的高效回收轉(zhuǎn)爐鋼渣中鐵資源的處理方法；因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)合理的轉(zhuǎn)爐鋼渣處理方法，對(duì)促進(jìn)轉(zhuǎn)爐鋼渣高附加值利用具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼渣處理技術(shù)現(xiàn)狀與存在的上述問題，本發(fā)明提供一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法，通過在熔融狀態(tài)下加入鋁灰進(jìn)行還原，在降低成本減少污染的同時(shí)，獲得工業(yè)純鐵水。
[0005]本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行:
1、將轉(zhuǎn)爐鋼渣在鋼包爐或感應(yīng)爐中加熱至1350~1450°c形成熔融渣池，然后將鋁灰加入熔融渣池中；鋁灰的重量占轉(zhuǎn)爐鋼渣和鋁灰總重量的16?25%;
2、將熔融渣池在1350?1450°C保溫0.5-1.0h，保溫的同時(shí)通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.3-0.4MPa，流量為200?300L/min ；
3、保溫結(jié)束后分別排放液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水。
[0006]上述的轉(zhuǎn)爐鋼渣中FeO的重量百分比為15?25%。
[0007]上述的鋁灰中Al的重量百分比為25?35%。
[0008]上述的工業(yè)純鐵水中Fe的重量百分含量多97% ο
[0009]上述方法中轉(zhuǎn)爐鋼渣中Fe的回收率為90?95%。
[0010]上述方法中每噸轉(zhuǎn)爐鋼渣可獲得0.12?0.21噸工業(yè)純鐵水。
[0011]上述的加熱和保溫過程中主要發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
3(Fe0) + 2[A1] = 3Fe(l) + (Al2O3)(I)
3(MnO) + 2[A1] = 3[Mn] + (Al2O3)(2)
通過上述反應(yīng)的發(fā)生，促使渣中FeO得以還原，并形成不含碳的以Fe為主要成分，以少量Mn和P為雜質(zhì)成分的工業(yè)純鐵水。
[0012]CaO-S12-Al2O3三元體系作為典型的冶金渣系，且隨渣中Al2O3含量增加，該三元體系的熔化溫度和熔渣黏度將顯著降低；如果借鑒渣浴熔融還原原理，在1350°C左右較低的溫度下，用金屬鋁作為還原劑進(jìn)行鋁熱法渣浴還原時(shí)，該放熱反應(yīng)提供的熱量不僅有利于鋼渣升溫，隨還原產(chǎn)物Al2O3溶解和渣中Al2O3含量的增加，熔渣的熔化溫度和黏度降低，有利于保證鋼渣熔態(tài)還原的動(dòng)力學(xué)條件；同時(shí)，由于用鋁熱還原時(shí)，不形成氣體產(chǎn)物，可避免泡沫渣的形成，可為渣金分離創(chuàng)造良好的條件；其次，用鋁還原鋼渣獲得的金屬鐵中不含碳，經(jīng)過精煉去除鐵液中的P、Mn等雜質(zhì)元素后，可獲得工業(yè)純鐵，較生鐵具有更高的附加值;此外，當(dāng)渣中的Fe、Mn等組元被還原進(jìn)入金屬恪池后，剩余的Ca0_Si02_Al203三元體系尾渣可保持原有的二元堿度，即可在冶金企業(yè)內(nèi)部作為燒結(jié)劑、造渣材料循環(huán)利用，也可用于生產(chǎn)陶瓷材料，可從根本上解決鋼渣中有價(jià)組元的回收與尾渣的循環(huán)利用問題;但用金屬鋁進(jìn)行鋼渣還原時(shí)，由于金屬鋁價(jià)格昂貴，將不可避免的產(chǎn)生處理成本問題。
[0013]眾所周知，鋁灰是電解鋁或鑄造鋁生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熔渣經(jīng)冷卻加工后的產(chǎn)物，其成分主要為15%?35%的金屬鋁，其余主要是Al2O3和S12等氧化物，根據(jù)來源與成分不同，每噸鋁灰價(jià)格在數(shù)百元左右；用鋁灰替代金屬鋁作為還原劑對(duì)熔融鋼渣進(jìn)行渣浴還原時(shí)，不僅可解決還原劑的成本問題，隨鋁灰中原有Al2O3和反應(yīng)產(chǎn)物Al2O3的溶解，可隨還原反應(yīng)的進(jìn)行，動(dòng)態(tài)調(diào)整熔渣的熔化溫度與黏度，避免發(fā)生“返干”現(xiàn)象，保證還原的動(dòng)力學(xué)條件，并有利于促進(jìn)金屬液滴的聚合長(zhǎng)大與渣金分離，改善鋼渣處理效果。
[0014]本發(fā)明方法的特點(diǎn)在于:用鋁灰作為還原劑對(duì)熔融鋼渣進(jìn)行還原，可充分利用熔渣的物理熱，是典型的以廢治廢，可實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的高效利用；同時(shí)，本發(fā)明方法不僅克服了碳熱還原過程中因熔渣返干導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)條件差的問題，還可獲得不含碳的工業(yè)純鐵，較普通生鐵具有更高的附加值。此外，這種方法的處理成本低，環(huán)境污染小。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明實(shí)施例中選用的轉(zhuǎn)爐鋼渣為煉鋼車間產(chǎn)生的熔融轉(zhuǎn)爐鋼渣，按重量百分比含CaO 36?50%，S12 16-29%,FeO 15-25%,MgO 6-9%,Al2O3 2-5%,P2O5 I?2%，Mn01?2%。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例中采用的鋁灰為電解鋁灰，成分按重量百分比含A120~30%，A120330?45%，Si024?6%，Na201?3%，Mg02?3%，Ca0〈2.0%，F(xiàn)e0+ Μη0〈1.0%。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例中將鋁灰加入到熔融渣池中采用的設(shè)備為噴粉罐，采用的載氣為氮?dú)?，通過噴吹加入熔融渣池中。
[0018]實(shí)施例1
轉(zhuǎn)爐鋼渣成分按重量百分比含 CaO 47.92%, S12 18.64%, FeO 17.83%,MgO 8.58%,Al2O3 4.03%,P2O5 1.00%,MnO 1.50%,T120.50%；
鋁灰的成分按重量百分比含Al 32.5%,Al2O3 31.5%,S12 28.3%,Na2O 2.5%,MgO 2.5%,CaO 1.8%，F(xiàn)eO 0.6%，MnO 0.3%；
方法為:
將轉(zhuǎn)爐鋼渣在鋼包爐中加熱至1350°C形成熔融渣池，然后將鋁灰加入熔融渣池中；鋁灰的重量占轉(zhuǎn)爐鋼渣和鋁灰總重量的18.4%;
將熔融渣池在1350°C保溫0.5h，保溫的同時(shí)通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.3MPa，流量為200L/min ；
保溫結(jié)束后分別排放液態(tài)合金和尾渣，尾渣運(yùn)至排渣場(chǎng)處理，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水，F(xiàn)e的重量百分含量97.6%; Fe的回收率為93%，每噸轉(zhuǎn)爐鋼渣可獲得0.14噸工業(yè)純鐵水。
[0019]實(shí)施例2
轉(zhuǎn)爐鋼渣成分按重量百分比含 CaO 36.80%, S12 28.50%, FeO 24.60%, MgO 7.12%,Al2O3 2.18%,P2O5 I.00% ,MnO I.50%；
鋁灰的成分按重量百分比含 Al 34.60%, Al2O3 29.50%, S12 28.3%, Na2O 2.46%, MgO2.50%,CaO 1.50%，F(xiàn)eO 0.56%,MnO 0.38%；
方法為:
將轉(zhuǎn)爐鋼渣在鋼包爐中加熱至1400°C形成熔融渣池，然后將鋁灰加入熔融渣池中；鋁灰的重量占轉(zhuǎn)爐鋼渣和鋁灰總重量的24%;
將熔融渣池在1400°C保溫lh，保溫的同時(shí)通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.4MPa，流量為250L/min ；
保溫結(jié)束后分別排放液態(tài)合金和尾渣，尾渣運(yùn)至排渣場(chǎng)處理，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水，F(xiàn)e的重量百分含量98.5%; Fe的回收率為90%，每噸轉(zhuǎn)爐鋼渣可獲得0.19噸工業(yè)純鐵水。
[0020]實(shí)施例3
轉(zhuǎn)爐鋼渣成分按重量百分比含 CaO 41.76%, S12 16.53%,FeO 24.60%, MgO 6.84%,Al2O3 2.67%,P2O5 1.04% ,MnO 1.16%；
鋁灰的成分按重量百分比含Al 32.80%,Al2O3 29.80%,S12 29.22%,Na2O 2.63%,MgO2.71%,CaO 1.82%，F(xiàn)eO0.68%，MnO 0.36%；
方法為:
將轉(zhuǎn)爐鋼渣在鋼包爐中加熱至1400°C形成熔融渣池，然后將鋁灰加入熔融渣池中；鋁灰的重量占轉(zhuǎn)爐鋼渣和鋁灰總重量的24%;
將熔融渣池在1400°C保溫lh，保溫的同時(shí)通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.3MPa，流量為300L/min ；
保溫結(jié)束后分別排放液態(tài)合金和尾渣，尾渣運(yùn)至排渣場(chǎng)處理，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水，F(xiàn)e的重量百分含量98.4%; Fe的回收率為95%，每噸轉(zhuǎn)爐鋼渣可獲得0.2噸工業(yè)純鐵水。
[0021 ] 實(shí)施例4
轉(zhuǎn)爐鋼渣成分按重量百分比含 CaO 41.76%, S12 16.53%,FeO 24.60%, MgO 6.84%,Al2O3 2.67%,P2O5 1.04% ,MnO 1.16%；
鋁灰的成分按重量百分比含Al 32.80%,Al2O3 29.80%,S12 29.22%,Na2O 2.63%,MgO2.71%,CaO 1.82%,FeO 0.68%,MnO 0.36%；
方法為:
將轉(zhuǎn)爐鋼渣在感應(yīng)爐中加熱至1450°C形成熔融渣池，然后將鋁灰加入熔融渣池中；鋁灰的重量占轉(zhuǎn)爐鋼渣和鋁灰總重量的25%;
將熔融渣池在1450 °C保溫50min，保溫的同時(shí)通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.4MPa，流量為250L/min ；
保溫結(jié)束后分別排放液態(tài)合金和尾渣，尾渣運(yùn)至排渣場(chǎng)處理，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水，F(xiàn)e的重量百分含量98.2%; Fe的回收率為91%，每噸轉(zhuǎn)爐鋼渣可獲得0.21噸工業(yè)純鐵水。
[0022]實(shí)施例5
轉(zhuǎn)爐鋼渣成分按重量百分比含 CaO 48.86%, S12 20.97%, FeO 15.60%, MgO 8.28%,Al2O3 3.56%,P2O5 1.04% ,MnO 1.87%；
鋁灰的成分按重量百分比含Al 32.80%,Al2O3 29.80%,S12 29.22%,Na2O 2.63%,MgO2.71%,CaO 1.82%,FeO 0.68%,MnO 0.36%；
方法為:
將轉(zhuǎn)爐鋼渣在感應(yīng)爐中加熱至1400°C形成熔融渣池，然后將鋁灰加入熔融渣池中；鋁灰的重量占轉(zhuǎn)爐鋼渣和鋁灰總重量的17%;
將熔融渣池在1400°C保溫30min，保溫的同時(shí)通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.4MPa，流量為200L/min ；
保溫結(jié)束后分別排放液態(tài)合金和尾渣，尾渣運(yùn)至排渣場(chǎng)處理，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水，F(xiàn)e的重量百分含量98%; Fe的回收率為94%，每噸轉(zhuǎn)爐鋼渣可獲得0.12噸工業(yè)純鐵水。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行: (1)將轉(zhuǎn)爐鋼渣在鋼包爐或感應(yīng)爐中加熱至1350?1450°C形成熔融渣池，然后將鋁灰加入熔融渣池中；鋁灰的重量占轉(zhuǎn)爐鋼渣和鋁灰總重量的16?25%; (2)將熔融渣池在1350?1450°C保溫0.5?1.0h，保溫的同時(shí)通過鋼包爐或感應(yīng)爐底部吹入氬氣攪拌熔融渣池，氬氣的壓力為0.3-0.4MPa，流量為200?300L/min ； (3 )保溫結(jié)束后分別排放液態(tài)合金和尾渣，液態(tài)合金為工業(yè)純鐵水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn)爐鋼渣中FeO的重量百分比為15-25%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法，其特征在于所述的鋁灰中Al的重量百分比為25?35%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法，其特征在于所述的工業(yè)純鐵水中Fe的重量百分含量多97%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種渣浴還原處理轉(zhuǎn)爐鋼渣的方法，其特征在于Fe的回收率為90?95%。
【文檔編號(hào)】C21B3/04GK106086256SQ201610689595
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月19日 公開號(hào)201610689595.5, CN 106086256 A, CN 106086256A, CN 201610689595, CN-A-106086256, CN106086256 A, CN106086256A, CN201610689595, CN201610689595.5
【發(fā)明人】陳敏, 沈祥, 賀美樂, 王楠, 葉振川
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)