CN111996312A - 一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，具体包括：在出渣前先向渣罐内加入氧化铁皮，使氧化铁皮均匀铺在罐底；出钢后先向渣罐内倒1/3炉渣使其与氧化铁皮充分混合，然后再往渣罐人工投入焦粉；待反应完全后，再倒入1/3炉渣，再次同样方法加入焦粉；最后再倒入剩余炉渣并再次补加焦粉；出渣后用吹气枪插入渣罐液面，并吹氮气搅拌，在吹气搅拌的同时分批加入河沙对转炉渣进行改质；静置、冷却；翻罐出铁。本发明通过加入焦粉作为还原剂，并利用转炉渣的热量来直接还原氧化铁皮，一方面将转炉渣的热量充分利用，另一方面可以将氧化铁皮与转炉渣中的氧化亚铁直接还原，得到含量在90％以上的金属铁。

Description

一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法。
背景技术
转炉渣是炼钢产生的副产品，虽然含有充足的热量和多种氧化物，但由于各种原因，利用率非常低，目前其利用率只有20％-30％，其余大部分都是采用堆放，占用、污染土地。而连铸生产过程中会产生大量的氧化铁皮，其TFe含量在70％以上，为了对其充分利用，需要进行重新处理烧结，然后经炼铁工序还原提铁，不仅处理周期长，而且成本也较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，本发明通过加入焦粉作为还原剂，并利用转炉渣的热量来直接还原氧化铁皮，一方面将转炉渣的热量充分利用，另一方面可以将氧化铁皮与转炉渣中的氧化亚铁直接还原，得到含量在90％以上的金属铁。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，具体包括：
1)配料：按照转炉渣热容1.247KJ·Kg-1·K-1，氧化铁皮热容0.725KJ·Kg-1·K-1，熔化热147.8KJ·Kg-1计算，氧化铁皮加入量按转炉渣量的8wt％-10wt％进行配比；还原剂焦粉加入量按转炉渣量的4wt％-8wt％进行配比；河沙的配加量按转炉渣量的6wt％-10wt％进行配比；
2)转炉出渣前加入氧化铁皮：转炉出钢温度在1640℃以上，出钢结束转炉渣温度在1600℃左右，考虑到后续还原反应的充分进行，反应温度控制在1100℃以上，为了充分利用转炉渣热量，加速氧化铁皮融化，在出渣前先向渣罐内按照比例加入氧化铁皮，使氧化铁皮均匀铺在罐底，方便出渣时充分与炉渣混合；
3)转炉出渣时分批加入焦粉：出钢后先向渣罐内倒1/3炉渣使其与氧化铁皮充分混合，然后再往渣罐人工投入焦粉；待反应完全后，再倒入1/3炉渣，再次同样方法加入焦粉；最后再倒入剩余炉渣并再次补加焦粉；每次倒渣都必须小流缓慢倒渣，用渣流的冲击力将焦粉和炉渣混合均匀，当反应激烈渣面上浮严重时立即停止倒渣，用压渣材料压渣，将渣面破开，使渣罐内反应生成的CO气体排出，防止喷溅发生。
本发明涉及化学反应式如下：
1/3Fe203+C＝2/3Fe+CO(g) △Gθ＝164000-176TJ/mol (1)
Fe304+C＝3FeO+CO(g) △Gθ＝207510-217.62TJ/mol (2)
FeO+C＝Fe+CO(g) △Gθ＝149600-150.36TJ/mol (3)
(MnO)+[C]＝[Mn]+CO(g) △Gθ＝249717-191.27TJ/mol (4)
Ca3(PO4)2+5C+3/2SiO2＝1/2P4+5CO+3/2Ca2SiO4 △Gθ＝1473.31-918.36TJ/mol (5)
温度1500℃时，上述5个反应式的△Gθ分别为-157.23KJ/mol(1)、-212.32KJ/mol(2)、-142KJ/mol(3)、-89.4KJ/mol(4)、-1626.78KJ/mol(5)，从标准吉布斯自由能看以上反应均能正向进行。由于铁水和炉渣的密度不同，随着反应的进行，还原出的铁水逐步向下滴落。而未参与还原反应的一部焦粉则溶解到铁水中，降低了铁的熔点，有利于铁水的向下滴落。
4)氮气搅拌并加入河沙：出渣过程中渣流的冲击并不能使碳和炉渣充分反应，所以为进一步给反应提供动力学条件，出渣结束后用内径Φ25mm-Φ30mm的吹气枪插入渣罐液面以下700mm-900mm，并吹氮气搅拌8-10分钟，在吹气搅拌的同时分批加入河沙对转炉渣进行改质；加入河沙的目的是降低炉渣的熔点，使炉渣处于熔融状态，搅拌均匀。
5)静置、冷却：氮气搅拌处理后将渣罐吊置罐座上空冷6个小时以上，目的使渣中的铁珠继续向下滴落，从而沉积到渣罐底部。然后向渣罐外壁打水冷却或者水浴冷却并再次冷却24小时以上。
6)翻罐出铁：将冷却后的渣罐翻转倒扣到地面，炉渣和铁自然分层，且改质后的转炉渣疏松，扣转时自然粉碎，渣铁实现分离。
所述转炉渣中FeO含量为16wt％-25wt％、SiO2含量为12wt％-24wt％；所述氧化铁皮中FeO含量为90wt％-95wt％。
所述焦粉中C≥97wt％，S≤0.35wt％，H2O≤1.0wt％。
所述吹气枪的工作压力采用0.4-0.6MPa，氮气流量控制在40m3/min-60m3/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)充分利用转炉渣热量来熔化连铸废弃的氧化铁皮，优化能源利用；
2)能够实现将加入氧化铁皮的转炉渣中80％以上的含铁氧化物还原成金属铁，实现含铁渣的资源再利用；
3)改质后的转炉渣TFe稳定控制在2％以下，可批量使用在矿渣水泥生产中代替水泥熟料；
4)还原铁的氧化物过程中，部分磷酸盐被还原成五氧化二磷，实现气化脱磷，避免了部分磷进入生铁中，防止磷的富集。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。
以200t转炉为例，正常情况下转炉渣量按照10t/炉计算。转炉出钢温度在1640℃以上，出钢结束转炉渣温度在1600℃左右。
1)氧化铁皮加入：在出渣前先向渣罐内加入氧化铁皮850Kg，使其均匀铺在罐底，方便出渣时充分与炉渣混合。
2)转炉出渣时分批加入焦粉：出钢后先向渣罐内倒1/3炉渣使其与氧化铁皮充分混合，然后再往渣罐人工投入200Kg焦粉；待反应完全后，再倒入1/3炉渣，再次同样方法加入200Kg焦粉；最后再倒入剩余炉渣并补加200Kg焦粉，三次总共加入600Kg焦粉。每次倒渣都必须小流缓慢倒渣，用渣流的冲击力将焦粉和炉渣混合均匀。当反应激烈渣面上浮严重时立即停止倒渣，用压渣材料压渣，将渣面破开，使渣罐内反应生成的CO气体排出，防止喷溅发生。
3)氮气搅拌并加入河沙：出渣过程中渣流的冲击并不能使碳和炉渣充分反应，所以为进一步给反应提供动力学条件，出渣结束后用内径Φ28的吹气枪插入渣罐液面700mm以下，并吹氮气搅拌8-10分钟，吹气枪工作压力采用0.4MPa，流量控制在50m3/min。在吹气搅拌的同时分批加入700Kg的河沙对转炉渣进行改质。加入河沙的目的是降低炉渣的熔点，使炉渣处于熔融状态，搅拌均匀。
5)静置、冷却：氮气搅拌处理后将渣罐吊置罐座上空冷6个小时，目的使渣中的铁珠继续向下滴落，从而沉积到渣罐底部。空冷、静置6个小时后向渣罐打水并再次冷却24小时。
6)翻罐出铁：将冷却后的渣罐翻转倒扣到地面，炉渣和铁自然分层，且改质后的转炉渣疏松，扣转时自然粉碎，渣铁实现分离。
7)还原铁再利用：还原铁经过化学分析其TFe含量在90％以上，还原后可以直接当做转炉废钢使用。
上述实施例还原得到铁的成分见表1：
表1：实施例还原铁成分
试样号 C(wt％) Si(wt％) Mn(wt％) P(wt％) S(wt％)
1 0.113 0.023 1.24 0.401 0.007
2 0.129 0.020 1.05 0.311 0.002
3 0.169 0.035 0.985 0.325 0.005
4 0.205 0.019 0.898 0.366 0.004
5 0.151 0.021 1.10 0.286 0.005
从铁样的化学分析上可以看出铁还原较为充分，TFe含量在90％以上，还原后可以直接用做转炉废钢使用。

Claims (4)

1.一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，其特征在于，具体包括：
1)配料：氧化铁皮加入量按转炉渣量的8wt％-10wt％进行配比；还原剂焦粉加入量按转炉渣量的4wt％-8wt％进行配比；河沙的配加量按转炉渣量的6wt％-10wt％进行配比；
2)转炉出渣前加入氧化铁皮：反应温度控制在1100℃以上，在出渣前先向渣罐内加入氧化铁皮，使氧化铁皮均匀铺在罐底；
3)转炉出渣时分批加入焦粉：出钢后先向渣罐内倒1/3炉渣使其与氧化铁皮充分混合，然后再往渣罐人工投入焦粉；待反应完全后，再倒入1/3炉渣，再次同样方法加入焦粉；最后再倒入剩余炉渣并再次补加焦粉；
4)氮气搅拌并加入河沙：出渣结束后用吹气枪插入渣罐液面以下700mm-900mm，并吹氮气搅拌8-10分钟，在吹气搅拌的同时分批加入河沙对转炉渣进行改质；
5)静置、冷却：氮气搅拌处理后将渣罐吊置罐座上空冷6个小时以上，然后向渣罐外壁打水冷却或者水浴冷却并再次冷却24小时以上；
6)翻罐出铁：将冷却后的渣罐翻转倒扣到地面，炉渣和铁自然分层，且改质后的转炉渣疏松，扣转时自然粉碎，渣铁实现分离。
2.根据权利要求1所述的一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，其特征在于，所述转炉渣中FeO含量为16wt％-25wt％、SiO2含量为12wt％-24wt％；所述氧化铁皮中FeO含量为90wt％-95wt％。
3.根据权利要求1所述的一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，其特征在于，所述焦粉中C≥97wt％，S≤0.35wt％，H2O≤1.0wt％。
4.根据权利要求1所述的一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，其特征在于，所述吹气枪的工作压力采用0.4-0.6MPa，氮气流量控制在40m3/min-60m3/min。
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