CN101275170A - 一种高含硅量钢渣处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高含硅量钢渣处理工艺，其是以高含硅量的铁水脱硅钢渣为对象，首先将热态钢渣转移到处理装置内，通过再加热方式，使临近凝固钢渣升温并保持在熔融态；添加适量改性剂，经过充分混合使钢渣与改性剂充分反应；在钢渣熔融态下恒温静置30至60分钟，将钢渣与铁水充分分离；在钢渣熔融处理过程中，挥发物由集尘装置收集，收集后可将有效成分直接返回钢渣处理装置内再利用，或返回炼钢生产；将钢渣冷却、破碎、磁选、筛分处理，并就不同粒度钢渣分别集中包装，磁选得到的铁返回炼钢生产。本发明耗能少，对钢铁生产过程无不利影响，且改性后获得的钢渣产品经济价值较高。

Description

一种高含硅量钢渣处理工艺
技术领域
本发明涉及冶金渣处理技术，尤其涉及高含硅量钢渣处理工艺。
背景技术
在钢铁冶炼过程中，要产生大量的冶金渣。为了有效地利用这些废弃的冶金渣，减少弃埋渣用地和环境污染，目前已经进行了诸多研究，并且取得了一定的研究成果。但尚存在着一些问题，主要集中在以下两个方面：1.开发产品的附加值较低，目前除了一部分作为冶金溶剂使用外，冶金渣基本上还是代替部分砂石而使用的，主要用于水泥生产或作为建筑材料。2.冶金渣的潜热没有得到充分的利用，冶金渣从炉内或罐内排放时的温度一般在1300℃～1600℃，而在目前的所有利用方法当中，冶金渣在高温时的这部分潜在热能均没有得到合理的利用。
从已有的钢铁冶金渣的处理技术来看，目前仍然普遍采用冷却后再加工处理的工艺，不仅损失了液态钢渣本身的热能，更需要付出相当人力、水、电消耗，而且由此获得的钢渣产品应用范围较窄。
现有利用钢渣制取肥料的技术，有日本专利“JP 2005060846A”、“JP11106274”和“JP 200226284A”，这些专利介绍了在铁水容器内直接加入碳酸钾的方法，这样的处理可以将钢渣转化为一种长效肥料。这三个专利中，工艺基本一致，钢渣和碳酸钾的反应都是在铁水包内完成的，最终的产物都是被称为的缓释性肥料。但这种工艺在实践中被证明存在若干缺陷，碳酸钾的高腐蚀性、高温下的高挥发性等等，在铁水包的现有技术状况下，该工艺对钢铁的主线生产将造成很大负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高含硅量钢渣处理工艺，该钢渣处理工艺通过将被处理的钢渣转移到处理装置内，添加改性剂进行混合反应后经过保温静置，可实现钢渣与铁水分离，该工艺耗能少，对钢铁生产过程无不利影响，且改性后获得的钢渣产品经济价值较高。
本发明是这样实现的：一种高含硅量钢渣处理工艺，其特征是：
以高含硅量的铁水脱硅钢渣为对象，首先将热态钢渣转移到处理装置内，通过再加热方式，使临近凝固的钢渣升温并保持在熔融态；
在钢渣熔融状态下恒温静置30至60分钟，将钢渣与铁水充分分离，在铁水积累到一定量后，集中回收利用；
在钢渣熔融处理过程中，挥发物由集尘装置收集，收集后可将有效成分直接返回钢渣处理装置内再利用，或返回炼钢生产；
将钢渣冷却、破碎、磁选、筛分处理，并就不同粒度钢渣分别集中包装，磁选得到的铁返回炼钢生产。
所述在钢渣熔融状态下添加适量的改性剂，经过充分混合使钢渣与改性剂充分反应。
所述改性剂为含钾化合物、氧化硅、磷化合物中的一种。
本发明的高含硅量钢渣处理工艺由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、脱离生产主线操作，将被处理的钢渣转移到处理装置内，避免了对钢铁生产的影响；比如改性剂对铁水包可能造成腐蚀，钢渣与改性剂反应将造成铁水温度下降，改性剂与钢渣反应过程中会产生大量烟雾，而生产现场的现有装备无法对大量含尘废气做出有效处理。
2、可以有效实现渣中所含金属铁的分层，采用改性剂进行混合反应后通过保温静置，并对渣进行机械分离后，可以直接得到可直接返回炼钢生产的铁水。
3、由于将热态钢渣直接转移到处理装置内，仅需提供很少的热量，即可保障钢渣改性反应的完成，避免了一般化肥生产的高能耗。
4、采用集尘装置对挥发出来的改性剂采取返回处理装置内的工序，可以大大提高改性剂的有效利用率，一般可提高到90％以上，从而大大降低生产成本。
5、改性后获得的钢渣产品经济价值较高。
附图说明
图1为本发明高含硅量钢渣处理工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，一种高含硅量钢渣处理工艺，是以高含硅量的铁水脱硅钢渣为对象。
(1)钢渣转移。
铁水在完成脱硅后，会在表面形成一层较厚的渣层，可采用机械手将钢渣从铁水表面分离并收集到处理装置(钢渣处理炉)内。该处理装置需要具有良好的保温性能，辅助设施主要是再加热装置，集尘装置、挥发物收集装置等。通过再加热方式，使临近凝固的钢渣升温并保持在熔融态，温度在1300至1500℃。
(2)钢渣改性
根据配比，在液态钢渣内加入适量改性剂如含钾化合物，改性剂也可以是氧化硅、或是磷化合物，具体使用可参照产品种类，本发明主要对含钾化合物进行详细说明。改性剂预先储备在料斗内，根据配比，控制料斗的阀门开度和加料时间即可完成加料。采用气流或机械手搅拌的方式，使钢渣与改性剂充分混合反应。然后在熔融态下恒温静置30～60分钟。静置的作用是使反应后的钢渣与铁水充分分离，减少钢渣内的铁水搀杂量；在铁水积累到一定量后，集中回收利用。在钢渣改性反应的同时，处理装置上的集尘装置将挥发物收集处理，集尘装置的作用有两个，一是冷凝收集挥发出来的含钾化合物，收集后可以重新注入处理装置内，继续钢渣改性反应；二是收集以氧化铁为主的烟尘，可结合已有炼钢过程的成熟工艺进行返回处理，不必外排。
(3)改性后的钢渣分离及后处理
采用机械手或倾倒方式，将完成反应的钢渣转移到冷却罐内，喷人适量的水，加速钢渣破碎和冷却。然后给冷却罐加盖闷24至48小时，钢渣温度可降至300℃左右。
将改性后的钢渣转至冷却(风冷)场，在温度降至50℃以下后，进行破碎、磁选、筛分处理，并就不同粒度改性钢渣分别集中包装，磁选得到的铁返回炼钢生产，这样就完成了钢渣的最终产品化。
根据实际生产情况，钢渣处理装置可建在脱硫、脱磷、脱硅的三脱站附近，这样可以降低不必要的热量损失，使得钢渣改性的生产成本大大降低。钢渣后续的加工处理可以重新选择场地实施。
如果不对钢渣改性，仅需在钢渣处理装置内保持钢渣熔融状态，恒温静置30分钟即可，可使钢渣与铁水充分分离，减少钢渣内的铁水搀杂量。后续的处理工艺与上述的改性钢渣肥料的冷却、破碎、筛分、磁选处理相似，视钢渣产品用途作调整。由于钢渣本身含硅量较高，将钢渣冷却破碎到一定粒度(比如60目)后，钢渣可以成为很好的土壤改良剂，而且可以为土壤提供丰富的有效硅。
本发明主要使用铁水预处理时所产生的脱硅渣作为原料，也可以高炉渣为原料，以含硅量达到30％以上为限。由于脱硅渣的主要化学组成为SiO2和CaO，因此，向其中添加改性剂(有效成分主要是K2O)时，可利用液态钢渣本身的热量形成CaO-SiO2-K2O三元渣系。
通过对CaO-SiO2-K2O三元系相图的研究分析得知，CaO-SiO2-K2O三元渣系中的含钾化合物的种类较多，主要有：K2O·CaO·SiO2，K2O·2CaO·9SiO2，2K2O·CaO·3SiO2，K2O·3CaO·6SiO2，K2O·CaO·6SiO2，K2O·2CaO·2SiO2以及4K2O·CaO·10SiO2等。与其对应的炉渣碱度波动在CaO/SiO2＝0.093～0.93之间，K2O饱和含量波动在7％～32％之间。一般认为，根据含钾化合物的种类以及K2O含量的不同，其溶解特性，会有明显的差异。因此，通过控制CaO-SiO2-K2O三元渣系的化学组成和产品粒度，可以获得具有特殊性质的农用肥料或土壤改良剂，该肥料或改良剂一般具有长效、经济的特性。
本发明对液态钢渣改性可以较低能耗完成钢渣的产品化，通过控制改性剂的种类和加入量，可以获得理想的钢渣成品。这样，不仅可以有效地解决废弃冶金渣的处理问题，更对周遍的自然和社会环境有着重要意义。
实施例
利用铁水脱硅钢渣制取长效硅钾肥为例，实施过程如下：
采用现场脱硅渣和工业用碳酸钾为原料，通过外加热模仿生产实际工况的方式，进行钢渣肥料合成实验。
1、装料及加热：
选用0.1吨的中频加热炉作为钢渣处理装置，装入50公斤生铁和40公斤脱硅渣，脱硅渣的主要化学组成见表1，加热到1450℃保持恒温。
表1脱硅渣的主要化学组成(％)
  CaO   SiO2   MnO   MgO   Al2O3   TFe   烧损
  25～35   30～39   ～3   ～1.5   3～5   ～20   余量
2.改性剂的加入及搅拌：
向加热炉内加入工业用碳酸钾，碳酸钾的加入量以最终改性得到的产物中中K2O的理论含量达到18％以上为宜。即通过测定产物中K的含量，然后通过分子式计算出K2O的含量。由于碳酸钾在高温下容易分解挥发，为保证产品内的K2O含量达到设计值，应当将实际用量设定为理论含量的1.5倍左右。本例中，碳酸钾的加入量为8.5公斤。采用钢棒搅拌2分钟，然后恒温30分钟。
3、移渣及后处理：
将完成反应的钢渣全部转移到另一钢制容器内，在其表面浇5升水，速度要慢，以不在容器底部积水为限。然后加盖自然冷却24小时。将渣倒出容器，加速风冷至50℃以下，然后进行破碎和取样分析，改性后钢渣成分见表2：
表2改性后钢渣成分(％)
  CaO   SiO2   K2O   MnO   MgO   Al2O3   TFe   烧损
  22～28   25～30   ～20   ～2   ～1.0   ～3   ＜4   余量
经过上述过程，即可完成钢渣的有效处理。
通过实验分析钢渣肥料和一般钾肥一段时间后溶液中钾离子含量(分别采用柠檬酸和水做溶剂)，证明制得的钢渣肥料比一般钾肥的效力延长三倍以上，经过三个月的马铃薯栽培实验，证明脱硅渣改性后得到的产物具有比普通钾肥更好的效果。
完成处理的钢渣内含铁量不到4％，而且以氧化铁为主。绝大部分金属铁，已经完成与钢渣的分离。
本发明通过将被处理的钢渣转移到处理装置内，添加改性剂进行混合反应后经过保温静置，可实现钢渣与铁水分离，该工艺耗能少，对钢铁生产过程无不利影响，且改性后获得的钢渣产品经济价值较高。

Claims (3)

1. 一种高含硅量钢渣处理工艺，其特征是：
以高含硅量的铁水脱硅钢渣为对象，首先将热态钢渣转移到处理装置内，通过再加热方式，使临近凝固的钢渣升温并保持在熔融态；
在钢渣熔融状态下恒温静置30至60分钟，将钢渣与铁水充分分离，在铁水积累到一定量后，集中回收利用；
在钢渣熔融处理过程中，挥发物由集尘装置收集，收集后可将有效成分直接返回钢渣处理装置内再利用，或返回炼钢生产；
将钢渣冷却、破碎、磁选、筛分处理，并就不同粒度钢渣分别集中包装，磁选得到的铁返回炼钢生产。
2. 根据权利要求1所述的高含硅量钢渣处理工艺，其特征是：在钢渣熔融状态下添加适量的改性剂，经过充分混合使钢渣与改性剂充分反应。
3. 根据权利要求2所述的高含硅量钢渣处理工艺，其特征是：改性剂为含钾化合物、氧化硅、磷化合物中的一种。
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