CN101532068B - 一种循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺 - Google Patents
一种循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及冶金工艺，公开了一种循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，包括下列步骤：分类分选低品位含铁钢渣及冶金、化工含铁渣泥，低品位含铁钢渣分选出粒径≥6mm的低品位含铁钢渣以及粒径＜6mm的低品位含铁钢渣；将粒径＜6mm的低品位含铁钢渣和冶金、化工含铁渣泥复配烧结制得钢渣烧结矿；以粒径≥6mm的低品位含铁钢渣和步骤2获得的钢渣烧结矿作为高炉炼铁原料，将硅石作为冶炼添加剂，以焦炭为燃料进行高炉炼铁。本发明在充分循环利用铁素资源的同时，达到废渣资源改性，实现了废渣资源化综合利用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及冶金工艺，具体涉及一种节能减排与资源综合利用的高炉炼铁生产工艺。
背景技术
钢渣是炼钢转炉或电炉排放的大宗类工业废渣，占钢产量的15％左右。一般还含有10％左右的废钢和15％以上的氧化铁成分，又富含丰富的Ca、Mg质成分的碱性氧化物化合矿物熟料，而且大部分呈渣包铁、铁包渣的固容化合物状态，既难破又难磨，要达到破碎分选和提纯后再利用，既废工又废力。因此，大部分低品位含铁钢渣没有有效回收利用，可回收利用铁素资源浪费严重。同时，随着我国重化工业快速发展，硫酸渣、瓦斯泥、除尘灰等冶金、化工尘泥等含铁废渣的排放量呈快速增长之势，冶金、化工业废渣有效处置与利用的资源与环境双重问题将越发突出，而低品位含铁废渣再生制铁及其废渣资源处置再生技术是冶金、化工等重化工业可持续发展中亟待突破的资源化技术。
高炉冶炼制铁用的原料主要由铁矿石、燃料(焦炭)和熔剂(石灰石)三部分组成。通常，冶炼1吨生铁需要消耗1.5-2.0吨铁矿石，0.4-0.6吨焦炭，0.2-0.4吨熔剂，总计需要2-3吨原料。在高温生产时，进行还原反应，反应原理见下1、2、3；从出铁口和出渣口分别排出产生副产品称谓高炉矿渣。主要反应原理如下：
1.C+O2＝＝点燃＝＝2CO(氧气不足时)，一氧化碳还原铁矿中的Fe2O3或Fe3O4；
2.Fe2O3+CO＝＝＝＝2Fe+2CO2或Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2.
3.氧化钙、氧化硅等其他成分，在高温条件下融合成硅酸盐类矿物-高炉矿渣。
目前常规钢渣冶炼制铁利用的做法是，将钢渣提纯到高品位粒铁、精矿粉等要求后，作为铁矿石的替代原料利用；有的则将少量的＜10mm以下的钢渣作为烧结添加料(一般掺量＜5％)加以利用，因此利用率极低，未能从根本上解决含铁钢渣资源化再利用问题。而硫酸渣、高炉瓦斯泥、除尘灰等冶金、化工含铁废渣，由于品位不高，无法达到较高品位而替代精矿粉作为制铁冶炼的主要原料要求，影响了制铁生产中利用率的提高。因此，低品位含铁钢渣和大部分冶金、化工含铁渣泥，大部分被制铁行业废弃，未能有效二次循环利用。
同时，目前低品位含铁钢渣作为大宗工业固废物主要用于水泥建材行业再利用，但由于稳定性极差，一般要经过长周期的堆存风化彻底消解，方可利用，既占用了大量的土地资源又突现利用流程长、成本处理高、价值利用低等实际问题，影响了废渣的综合利用工作的开展。
近年来，中国钢铁业迅速发展，每年产生的大量钢渣，有效利用率不足20％，造成了极大的资源浪费和环境污染。中国是资源紧缺型国家，特别是铁矿石及废钢资源十分匮乏，有效开发利用钢渣资源作为冶炼制铁的生产原料工艺技术，有助于促进钢铁业的循环经济技术的发展。
为此，转变含铁废渣资源的循环利用方式，探索新的高效回收再生冶炼工艺技术，特别是创新低品位含铁钢渣冶炼生铁利用技术，将极大提高资源再生、再利用水平。
发明内容
本发明的目的是为了解决低品位含铁废渣的资源循环利用问题，提供一种利用低品位含铁钢渣与冶金、化工含铁渣泥作为高炉炼铁用的烧结及其配矿主要原料来冶炼制铁的生产工艺。本发明以高炉制铁冶炼技术为基础，创新含铁工业废渣制铁生产工艺技术，在充分循环利用铁素资源的同时，达到废渣资源改性，实现废渣资源化综合利用目的。
本发明的高炉炼铁生产工艺的基本思路为：
1、选择低品位含铁钢渣和冶金、化工业产生各类含铁渣泥，经分类分级、磁选分选等回收加工后分别作为高炉制铁用的烧结及其配矿主要原料，并冶炼制铁，用配矿方法控制原料组成中S、P有害成分含量。
2.生产工艺上，将≥6mm的低品位含铁钢渣和＜6mm的钢渣及冶金、化工含铁渣泥烧成的钢渣烧结矿作为高炉炼铁原料，将硅石作为冶炼添加剂，以焦炭为燃料，适当调整高炉风温等冶炼操作工艺的制铁方法。
3、技术上，按一定配比进行钢渣烧结矿及其含铁钢渣高炉制铁冶炼。根据各废料质量，采用搭配使用方法，保持冶炼物料的平衡。力求在低品位含铁矿原料条件下，贯彻高炉“高、熟、净、小、均、稳、少、好”冶炼制铁方针，提高利用系数、降低能耗。
为了达成前述发明目的，本发明公开了一种循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，包括下列步骤：
1)分类分选低品位含铁钢渣及冶金、化工含铁渣泥，低品位含铁钢渣分选出粒径≥6mm的低品位含铁钢渣以及粒径＜6mm的低品位含铁钢渣；
2)将粒径＜6mm的低品位含铁钢渣和冶金、化工含铁渣泥复配烧结制得钢渣烧结矿；
3)以粒径≥6mm的低品位含铁钢渣和步骤2获得的钢渣烧结矿作为高炉炼铁原料，将硅石作为冶炼添加剂，以焦炭为燃料进行高炉炼铁。
上述粒径＜6mm低品位含铁钢渣是指含铁品位43.5％＞TFe≥35％。以烧结矿复配原料的总重量为基础计，粒径＜6mm低品位含铁钢渣掺入的重量百分比为：30-55％。
上述冶金、化工含铁渣泥包括硫酸渣泥、高炉瓦斯泥和含铁除尘污泥。
其中硫酸渣泥是化工行业硫酸生产制备过程中产生的工业废渣，一般生产一吨硫酸，需排放一吨左右的硫酸渣泥，俗称硫酸渣。我国是硫酸生产、使用、消耗大国。目前，除少量应用于炼铁烧结添加料和水泥厂添加剂外，大部分作为废弃物堆放，不仅造成环境污染，影响工农业生产，还危害人类健康。因此，副产品硫酸渣泥利用来源广泛。其含铁品位50％＞TFe≥45％。以烧结矿复配原料的总重量为基础计，掺入量：5-15％。
高炉瓦斯泥是专指高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒经湿式或干式除尘而得到的工业固废物。一般含铁品位50％＞TFe≥45％；含炭量C≥25％。以烧结矿复配原料的总重量为基础计，掺入量：10-30％。
含铁除尘污泥是指钢铁行业高炉(包括COREX炉)、转(电)炉生产冶炼过程中排放收集的各类除尘灰，经调湿处理后的污泥，俗称除尘污泥，是钢铁业重要的工业固废物。大部分含铁品位50％＞TFe≥45％。以烧结矿复配原料的总重量为基础计，掺入量：15-25％。
钢渣烧结矿可采用下述烧结工艺制备，即：将钢渣烧结矿原料以上述工艺配矿要求，按传统进行布料、点火、抽风烧结，冷却、整粒后得成品烧结矿的制备工艺进行烧结，供高炉炼铁使用。所述钢渣烧结矿满足含铁品位46.5％＞TFe≥41.5％；碱度R2：1.45-1.75；硫S含量＜0.08％；磷P含量＜0.3％的要求。
步骤3中，粒径≥6mm的低品位含铁钢渣的含铁品位48.5％＞TFe≥43.5％。以粒径≥6mm的低品位含铁钢渣与钢渣烧结矿的总重量为基础计，粒径≥6mm的低品位含铁钢渣的掺入量为40-70％；钢渣烧结矿的掺入量为30-60％。
硅石优选SiO2＞90％，以粒径6mm的低品位含铁钢渣与钢渣烧结矿用于高炉炼铁配矿的总重量为基础计，硅石的掺入量为4-8％。
较佳的，上述步骤3中，用钢渣高炉炼铁的操作工艺为：按比例将炉料(即，钢渣、钢渣烧结矿全部替代铁矿石)，和适量的焦炭燃料，及冶炼添加剂-硅石，同样从炉顶装入高炉，并通过位于炉缸部位风口鼓入热风，焦炭在风口前燃烧产生高温煤气，在上升过程中与下降的炉料相遇，发生一系列物理的化学的作用。炉料与煤气之间的热交换，水分蒸发，铁氧化物的还原，生铁的渗碳和熔化、造渣和脱硫等，最终定时从铁口排放出铁水。但整个过程应适当降低冶炼高炉风温。
本发明的炼铁工艺主要副产品是高炉矿渣，一般采用水淬粒化处理即可。高炉矿渣经过磨细以后，既可以作为水泥混合材配制普硅水泥或矿渣水泥，也可以作为混凝土掺合料用于建筑商品混凝土。因此，高炉矿渣是水泥、混凝土行业资源化利用的重要原材料，循环利用领域广泛和而且价值较高，已完全实现100％高附加值循环利用。
本发明的关键在于：以低品位含铁钢渣和冶金、化工含铁渣泥复配烧结作为炼铁的烧结矿；以低品位含铁钢渣与本烧结矿复配替代冶炼用铁矿石，利用低品位含铁钢渣中丰富的Ca、Mg质碱性氧化物化合矿物熟料的特点，辅以少量的硅石为冶炼添加剂、焦炭为燃料，达到降低钢渣等含铁废渣冶炼制铁成本的目的；以高炉制铁工艺回收循环利用低品位含铁钢渣及冶金、化工渣泥中的铁素资源，降低冶炼制铁成本，并通过高炉制铁工艺对冶金、化工废渣改性，将全部废渣转换成高炉水渣再加以资源化利用。
与现有技术相比，本发明的高炉炼铁工艺的优点在于：
1、由于低品位含铁钢渣与冶金、化工含铁渣泥中具有丰富的铁素资源，本身大部分是熟料，熔点较低，利于降低炼铁综合能值、缩短冶炼周期；其次，钢渣的高碱度和活性，可以平衡硫酸渣的酸性；而且瓦斯泥等含铁渣泥还中含有一定的可利用炭，易于烧结融合和冶炼还原，适量搭配利于优势互补。既保证了烧成率、品位、碱度，也满足高炉冶炼对透气性、还原性等冶金性能的要求；
将≥6mm的低品位含铁钢渣作为高炉铁矿石主原料铁矿石、石灰石溶剂的双重作用来替代，充分发挥了钢渣在高温条件下，具有催化化学还原Fe的能力；实现了含铁钢渣与冶金含铁渣泥中的铁素资源充分回收循环利用，又将冶金废渣转换成有用的高炉水渣，便于后期的资源利用。
由于钢铁业是典型的循坏经济产业，即：铁矿资源--制铁--制钢-钢铁消费产品-产生废钢、废渣--铁矿、水泥建材等再生的资源循环过程。因此，循环利用含铁钢渣回收冶金含铁尘泥可以通过高炉冶炼制铁循环利用金属资源，同时将冶金废渣转换成更高价值的高炉水渣资源，有利于各类资源的循环利用。
2、具有显著经济性：
一方面将钢渣等冶金、化工废渣改性为高炉矿渣资源，拓展废渣利用途径，开拓了金属铁矿冶炼利用二次资源，提高资源附加值，节约天然矿石，节约能源，资源永续利用，保护生态环境。
另一方面，也有助于降低冶炼综合成本，又节约资源能源。可以起到“以废利废、变废为宝”的作用，有利于促进节能减排与循环经济的发展。
具体实施方式
1、首先按以下烧结配矿工艺指标完成钢渣烧结矿烧成：
钢渣烧结矿原材料成分表及配比表-1
2、高炉冶炼配矿如下：
将≥6mm的低品位含铁钢渣和＜6mm的低品位含铁钢渣及冶金、化工含铁渣泥烧成的钢渣烧结矿作为高炉炼铁原料，将硅石作为冶炼添加剂，以焦炭为燃料，适当调整高炉风温等冶炼操作工艺。其中，冶炼综合碱度为：1.13；冶炼综合含铁品位为：43.5-43.8％；吨铁焦比：750kg；
高炉钢渣炼铁配矿主原料成分及其配比表-2
3、具体操作方法为：
(1)分类回收加工冶金、化工行业产生的低品位含铁钢渣及各类含铁渣泥，按烧结和高炉制铁的配矿要求进行原材料分类利用管理；将≥6mm的低品位含铁钢渣和上述钢渣烧结矿作为高炉炼铁原料。
(2)将＜6mm低品位含铁钢渣和硫酸渣、高炉瓦斯泥、除尘污泥等含铁渣泥按烧结配矿要求进行钢渣烧结矿烧结。钢渣烧结矿采用下述烧结工艺制备，即：将钢渣烧结矿原料以上述工艺配矿要求，按传统进行布料、点火、抽风烧结，冷却、整粒后得成品烧结矿的制备工艺进行烧结，供高炉炼铁使用。
(3)将≥6mm的含铁钢渣和钢渣烧结矿作为高炉铁矿原料，将硅石作为冶炼添加剂，以焦炭为燃料，按上述比例将原料、燃料、添加剂，从炉顶装入高炉，并通过位于炉缸部位风口鼓入热风，焦炭在风口前燃烧产生高温煤气，在上升过程中与下降的炉料相遇，发生一系列物理的化学的作用。炉料与煤气之间的热交换，水分蒸发，铁氧化物的还原，生铁的渗碳和熔化、造渣和脱硫等，最终定时从铁口排放出铁水。但整个过程应适当降低冶炼高炉风温。主要冶炼工艺技术参数：热风温度/摄氏度：930-1000℃；综合碱度：1.05-1.20；综合含铁品位/％：42.5-47.5％；吨铁焦比/kg：680-780kg；
(4)主要副产品是高炉矿渣，一般采用水淬粒化即可。
4、经生产和检验获得如下产品和技术指标，达到循环利用要求。
4.1钢渣高炉炼铁产品检验合格：
4.2钢渣高炉炼铁的副产品--高炉矿渣成分检验：
检验结果无游离氧化钙f.Cao及其他不安定因素，可作为高炉矿渣资源化利用。
4.3主要生产工艺技术指标对比表：
不同工艺高炉制铁主要技术指标对比表-3
以300-450m3小型高炉为例，钢渣高炉制铁可节约成本300元/吨。
Claims (9)
1.一种循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，包括下列步骤：
a、分类分选低品位含铁钢渣及冶金、化工含铁渣泥，低品位含铁钢渣分选出粒径≥6mm的低品位含铁钢渣以及粒径＜6mm的低品位含铁钢渣；
b、将粒径＜6mm的低品位含铁钢渣和冶金、化工含铁渣泥复配烧结制得钢渣烧结矿；
c、以粒径≥6mm的低品位含铁钢渣和步骤b获得的钢渣烧结矿作为高炉炼铁原料，将硅石作为冶炼添加剂，以焦炭为燃料进行高炉炼铁。
2.如权利要求1所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，所述粒径＜6mm低品位含铁钢渣其含铁品位43.5％＞TFe≥35％。
3.如权利要求1所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，以烧结矿复配原料的总重量为基础计，粒径＜6mm低品位含铁钢渣掺入的重量百分比为：30-55％。
4.如权利要求1所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，所述冶金、化工含铁渣泥包括硫酸渣泥、高炉瓦斯泥和含铁除尘污泥。
5.如权利要求4所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，所述硫酸渣泥含铁品位50％＞TFe≥45％，以烧结矿复配原料的总重量为基础计，掺入量：5-15％；所述高炉瓦斯泥含铁品位50％＞TFe≥45％；含碳量C≥25％，以烧结矿复配原料的总重量为基础计，掺入量：10-30％；所述含铁除尘污泥含铁品位50％＞TFe≥45％，以烧结矿复配原料的总重量为基础计，掺入量：15-25％。
6.如权利要求1所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，所述钢渣烧结矿满足含铁品位46.5％＞TFe≥41.5％；碱度R2：1.45-1.75；硫S含量＜0.08％；磷P含量＜0.3％的要求。
7.如权利要求1所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，步骤c中，粒径≥6mm的低品位含铁钢渣的含铁品位48.5％＞TFe≥43.5％。
8.如权利要求1所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，步骤c中，以粒径≥6mm的低品位含铁钢渣与钢渣烧结矿的总重量为基础计，粒径≥6mm的低品位含铁钢渣的掺入量为40-70％；钢渣烧结矿的掺入量为30-60％。
9.如权利要求1所述循环利用钢渣及冶金、化工含铁废渣的高炉炼铁生产工艺，其特征在于，步骤c中，硅石优选SiO2＞90wt％，以粒径≥6mm的低品位含铁钢渣与钢渣烧结矿用于高炉炼铁配矿的总重量为基础计，硅石的掺入量为4-8％。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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