CN101466850B - 冷却在铁水预处理过程中产生的炉渣的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却在铁水的预处理期间产生的炉渣的方法，一般执行铁水预处理来去除铁水中含有的硫等。该方法包括在铁水的预处理中冷却炉渣，在铁水的预处理中冷却炉渣的步骤包括在对铁水预处理炉渣进行水冷之前，在堆积的铁水预处理炉渣上覆盖熔融相的炉渣，其中，熔融相的炉渣含有10wt％或更少的游离CaO和必需的活性氧。由于该冷却方法，所以与传统的方法相比，能够以加快了50％或更高的冷却速率将铁水预处理炉渣冷却到环境温度。因此，该方法是经济的。

Description

冷却在铁水预处理过程中产生的炉渣的方法 
技术领域
本发明涉及一种冷却炉渣的方法，更具体地讲，涉及一种以低成本快速冷却在铁水的预处理过程中产生的炉渣(在下文中，简称为“铁水预处理炉渣”)的方法。铁水预处理炉渣的冷却速率通常非常低。 
根据本发明的术语“预处理”是指生铁水的脱硫处理等。 
背景技术
在钢铁工业中，根据处理和设备的种类，以及根据熔炼生成的钢的种类，生产出各种类型的具有不同的组分和特性的炉渣作为副产品。 
例如，在生产生铁的过程中使用的高炉生产出高炉炉渣作为副产品。此外，铁水预处理设备、转炉和电炉分别生产出铁水预处理炉渣、转炉炉渣和电炉炉渣作为副产品。 
通常，炉渣的温度为1000℃或更高。因此，通常在运送炉渣以将炉渣中含有的金属(基体金属)进行还原和再循环之前，在炉子附近的地点冷却炉渣。为了减少处理面积和冷却时限，通常利用水冷来进行这种冷却。 
另外，在高炉附近的指定地点将铁水预处理炉渣与铁水分离并堆积铁水预处理炉渣，然后水冷铁水预处理炉渣。 
发明内容
技术问题 
然而，传统的水冷方法的问题在于：由于与其它种类的炉渣相比，将铁水预处理炉渣一直冷却到其中心所必需的时限相当长，所以在水冷过程期间必须消耗过多量的水。 
虽然可以将炉渣分散到大的面积中而不堆积炉渣来提高冷却速率，但是该过程需要相当大的面积。 
因此，本发明谨记现有技术中出现的以上问题，因而本发明的一个目的在于提供一种以与用其它炼钢炉渣实现的冷却速率相等或更高的冷却速率， 将铁水预处理炉渣彻底冷却到其中心的方法。 
本发明的另一目的在于提供一种以经济的方式来在铁水的预处理中冷却炉渣的方法。 
技术方案 
为了实现以上目的，本发明提供了一种在铁水的预处理中冷却炉渣的方法，该方法包括在对铁水预处理炉渣进行水冷之前，在堆积的铁水预处理炉渣上覆盖熔融相的炉渣，其中，熔融相的炉渣含有基于总重量的10wt％或更少的游离CaO及活性氧。 
在该方法中，活性氧必须以铁水中含有的气态氧和/或铁的氧化物(例如FeO或Fe2O3)的形式存在，覆盖在铁水预处理炉渣上的熔融炉渣优选地为转炉炉渣。覆盖的熔融炉渣的厚度优选地在50mm-300mm的范围内，而与堆积的铁水预处理炉渣的高度无关。 
有益效果 
根据按上述方式设计的在铁水的预处理中冷却炉渣的方法，与传统的方法相比，能够以加快了50％或更高的冷却速率将铁水预处理炉渣冷却到环境温度。 
此外，由于根据本发明的该方法可以利用在冶炼钢水的过程期间伴随产生的转炉炉渣，所以该方法是经济的。 
具体实施方式
冷却铁水预处理炉渣的方法源自下面的公认事实。 
第一个事实是，铁水预处理炉渣中含有的碳组分阻碍铁水预处理炉渣的冷却。更具体地讲，在冷却的过程中，铁水预处理炉渣中含有的碳组分沉淀在铁水预处理炉渣的表面上。由于沉淀的碳与水的润湿性差，所以沉淀的碳阻碍了水渗入到铁水预处理炉渣中。 
第二个事实是，在铁水的预处理中使用的生石灰中含有的大量的未与诸如硫的组分发生反应并由此而残留在炉渣中的生石灰(大约15％或更多)，阻碍了铁水预处理炉渣的冷却。更具体地讲，残留的生石灰(CaO)与大气的水分反应(CaO+H2O→Ca(OH)2)而膨胀(大约两倍)，因而导致炉渣断裂/成粉末。炉渣粉末不仅在它们之间具有小的间隙，而且当水喷洒在炉渣粉末上时凝聚(形成浆)，因而防止水渗入到铁水预处理炉渣中。同时，生石灰的 水合作用按放热反应进行，在放热过程中产生的反应热使喷洒在炉渣上的一些冷却水蒸发。冷却水的蒸发增大了所需的冷却水量。 
出于这个原因，冷却水没有渗入到堆积的铁水预处理炉渣中，而是沿着炉渣的表面向下流，从而使铁水预处理炉渣的冷却速率减慢。此外，额外地增大了所需的冷却水量。 
因此，为了从铁水预处理炉渣的表面去除阻碍冷却水的渗入的由碳和游离CaO的水合作用生成的精细粉末，根据本发明的方法在铁水预处理炉渣上覆盖熔融炉渣(具体地讲，转炉炉渣)(在下文中，覆盖在铁水预处理炉渣上的炉渣被简称为“覆层炉渣”)和必需的活性氧，基于熔融炉渣的总重量，熔融炉渣包含10wt％或更少的游离CaO。 
在该方法中，如果覆层炉渣含有量大于10wt％的游离CaO，或者覆层炉渣处于固相而不是熔融相，则促进铁水预处理炉渣的冷却的效果可以忽略不计。即，如果覆层炉渣不是处于熔融相，则认为没有从铁水预处理炉渣的表面有效地去除因生石灰的水合作用而成粉末的炉渣，而且，如果覆层炉渣含有量大于10wt％的游离CaO，则认为覆层炉渣的阻碍铁水预处理炉渣成粉末的功能下降或损失了该功能。 
此外，覆盖在铁水预处理炉渣上的炉渣形成将在下面描述的多孔结构，因而使得冷却水能够容易地渗入到铁水预处理炉渣中。 
即，覆层炉渣中含有的活性氧(大部分活性氧可能以铁的氧化物的形式存在)与沉淀在铁水预处理炉渣的表面上的碳反应，因而去除了碳(碳是以CO的形式去除的)。然后，通过活性氧与碳的反应生成的气体(例如CO)穿过覆层炉渣层向上逸出，因而将覆层炉渣层形成为多孔结构。在这一点上，多孔结构不必具有在覆层炉渣层内部形成的单独的空隙，而是必须具有连接在覆层炉渣层的内部和表面之间的通道(在下文中称作“可渗透通道”)。因此，喷洒在覆层炉渣层上的冷却水可以经过可渗透通道容易地从覆层炉渣层渗入到铁水预处理炉渣中。 
问题在于：为了实现多孔结构，必须在覆层炉渣中含有多少氧。然而，由于在覆层炉渣中含有的氧的量可能根据具体操作而不同，所以不容易将所需的氧量量化。在多数情况下，当覆层炉渣含有量为1wt％或更多的氧时，则认为将充分地获得本发明预期的效果。 
根据本发明，最适于满足覆层炉渣的条件的炉渣是在转炉的操作过程中伴随生成的转炉炉渣。基于炉渣的重量，转炉炉渣含有量为1wt％或更多的氧，游离CaO以5wt％或更少的量存在。 
覆盖在铁水预处理炉渣上的覆层炉渣的厚度必须在50mm-300mm的范围内。如果覆层炉渣的厚度小于以上范围，则除去氧的影响可以忽略，因此不可能实现多孔的表面。同时，如果覆层炉渣的厚度大于以上范围，则气泡不能到逸出到外部，而是陷在覆层炉渣层中，因此不可能实现多孔的覆层炉渣层。 
这里，覆盖有炉渣的铁水预处理炉渣所堆积的高度没有起着重要的作用。不管铁水预处理炉渣堆积的高度是否高，根据本发明用覆层炉渣在铁水预处理炉渣的表面上对铁水预处理炉渣进行处理，冷却水可以快速地渗入到铁水预处理炉渣中。冷却水不能渗入到铁水预处理炉渣的原因是：通过碳与游离CaO在铁水预处理炉渣表面上的反应产生的精细粉末阻碍水渗入到铁水预处理炉渣中。因此，当除去诸如表面上的精细粉末的阻挡层时，冷却水经过可渗透通道可以容易地渗入铁水预处理炉渣。 
为了确定用于覆层炉渣的条件，对在高炉操作中得到的铁水进行脱硫，从铁水去除炉渣，然后堆积炉渣。随后，用覆层炉渣均匀地覆盖堆积的铁水预处理炉渣，对铁水预处理炉渣重复地进行喷洒工序和冷却工序。 
在该确定过程中检查到的主要点(principal point)用来观察1)覆层炉渣中含有的游离CaO的量、2)活性氧的存在和3)覆层炉渣的相向铁水预处理炉渣施加的影响。 
下面的表1示出了在用具有上面三个不同条件的覆层炉渣将铁水预处理炉渣覆盖为250mm的厚度之后，将铁水预处理炉渣冷却到100℃的温度所需要的时限的代表性结果。这里，在对比例中使用的覆层炉渣是脱磷后的炉渣和浇铸炉渣，而在示例中使用的覆层炉渣是转炉炉渣。对比示例1示出了在不使用覆层炉渣的情况下通过直接喷水来冷却铁水预处理炉渣而获得的结果。 
表1 
Figure DEST_PATH_GA20180967200780022014101D00011
从表1明白的是，当不使用覆层炉渣时，冷却铁水预处理炉渣所需的时限是30hr或更长。 
当将熔融相的覆层炉渣覆盖在铁水预处理炉渣上时，冷却铁水预处理炉渣所需的时间在相当大的程度上被缩短了。在对比示例5和对比示例6中看出，为了通过对铁水预处理炉渣的表面层的改性来缩短铁水预处理炉渣的冷却时间，在覆层炉渣中必须存在活性氧，而且覆层炉渣必须为液相。 
当覆层炉渣中存在量为10wt％或更少的游离CaO时，有效地冷却了铁水预处理炉渣(冷却时间缩短了大约50％)；当覆层炉渣中存在量为5wt％或更少的游离CaO时，甚至更有效地冷却了铁水预处理炉渣。当存在量大于10wt％的游离CaO时，虽然稍微缩短了冷却时间，但是仍然需要20小时或更长的相当长的冷却时间。 
此外，为了观察覆盖在铁水预处理炉渣上的覆层炉渣的厚度和堆积的铁水预处理炉渣的高度对水冷却铁水预处理炉渣施加的影响，进行了如下的实验。 
具体地讲，将具有表1中的示例2的条件的炉渣覆盖在铁水预处理炉渣上，即，将含有5-10wt％的游离CaO和1wt％或更多的氧的转炉炉渣覆盖在铁水预处理炉渣上，然后用水喷洒炉渣。此时，测量将铁水预处理炉渣冷却到100℃所需的时限。之后，在改变转炉炉渣的覆层厚度和铁水预处理炉渣的堆积高度的同时，测量冷却时间。下面的表2给出了示例性结果。 
表2 
Figure DEST_PATH_GA20180967200780022014101D00022
从表2明白的是，与覆层炉渣覆盖的厚度对冷却速率的影响相比，铁水预处理炉渣的高度对冷却速率的影响是可以忽略不计的。将示例1和示例3进行对比可以看出这个结果。具体地讲，即使当铁水预处理炉渣的堆积高度从300mm升高到1000mm时，如果覆层炉渣的覆层厚度保持在100-300mm的范围内，则在铁水预处理炉渣的冷却时间方面也只有大约1小时之差。确信的是，这1小时之差自然是因为要冷却的铁水预处理炉渣的量与铁水预处理炉渣的堆积高度的增大成比例地增大。根据上面的结果，要指出的是，由于根据本发明的铁水预处理炉渣的表面改性，使得冷却水以相当快的速率渗入铁水预处理炉渣。 
同时，当覆层炉渣的覆盖厚度过度地减小(小于50mm)或过度地增大(大于300mm)时，冷却效率大大降低，而与堆积的铁水预处理炉渣的高度无关。这个结果表明，当覆层炉渣的覆层厚度为50mm-300mm时，优选地，当覆层炉渣的覆层厚度为100mm-300mm时，有效地生成了可渗透通道。 
产业上的可利用性 
本发明可以应用于炼钢厂。具体地讲，由于本发明可以以比传统方法的冷却速率高的冷却速率来冷却在铁水的预处理期间产生的炉渣，所以本发明有助于降低炼钢过程的成本。 

Claims (3)

1.一种冷却在铁水的预处理期间产生的炉渣的方法，所述方法包括如下步骤：
堆积铁水预处理炉渣；
用炼钢过程中伴随产生的炉渣覆盖堆积的铁水预处理炉渣；
用水来冷却铁水预处理炉渣；
其中，覆层炉渣为含有10wt％或更少的游离CaO的熔融相，覆层炉渣含有1wt％或更多的活性氧，活性氧利用与铁水预处理炉渣表面上存在的碳的反应而生成的气泡至少在覆层炉渣中形成多孔结构，从而使水渗入到铁水预处理炉渣中，
其中，将覆层炉渣以50mm-300mm的厚度覆盖在铁水预处理炉渣上，
其中，活性氧以熔融炉渣中含有的气态氧和/或铁的氧化物形式存在，覆盖在铁水预处理炉渣上的炉渣称为覆层炉渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，覆层炉渣为在转炉操作中伴随产生的转炉炉渣。
3.一种冷却在铁水预处理期间产生的炉渣的方法，所述方法包括如下步骤：
堆积铁水预处理炉渣；
用在转炉操作中伴随产生的熔融相的炉渣以50mm-300mm的厚度覆盖堆积的铁水预处理炉渣；
在覆盖有转炉炉渣的铁水预处理炉渣上喷洒冷却水，
其中，基于转炉炉渣的总重量，转炉炉渣含有10wt％或更少的游离CaO和1wt％或更多的活性氧，
其中，活性氧以熔融炉渣中含有的气态氧和/或铁的氧化物形式存在。
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