CN101638701B - 碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法 - Google Patents

碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法 Download PDF

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Abstract

一种碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法，它包括下述依次的步骤：混料→压团→配料→冶炼→出铁。(一)混料将除尘灰、膨润土、水泥、熔剂主要原料与水混合均匀；(二)压团把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度；(三)配料将烘干或养护好的团块，加入焦炭；(四)冶炼；将上述配好的原料从炉口加到具有铁口与风口的小型高炉或新型竖炉中冶炼；(五)出铁将冶炼成的铁水送往炼钢厂或铸造成铁锭。本碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法冶炼铁水的成本较低、且可以减少环境污染。

Description

碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法
技术领域
本发明涉及一种碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法，具体讲是炼铁、炼钢除尘灰为主要原料冶炼铁水的方法。
背景技术
随着国际钢产量的不断升高，在钢铁材料生产过程中，产生的伴生资源也随之增加，炼铁、炼钢产生的除尘灰日益增加，虽然烧结工序对低K、Na及Zn的除尘灰加以利用，但高K、Na及Zn的除尘灰在烧结利用会造成高炉碱金属及锌富集，影响高炉的顺行及炉衬受到浸蚀，而且钢铁企业产生的除尘灰消化已成问题。经过冶金工作者不懈努力，成功开发了消化除尘灰的多种工艺技术，如转底炉工艺、回转窑工艺等技术。现有碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法较多的为转底炉工艺，但转底炉具有占地大，只是完成预还原，对除尘灰利用效率低。
发明内容
为了克服现有碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法的上述不足，本发明提供一种成本低的碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法。
本碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法包括下述依次的步骤：混料、压团、配料、冶炼、竖炉冶炼出铁水，将铁水送往炼钢厂或将铁水铸造成铁锭，作为炼钢原料利用，实现资源循环利用。
本碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法包括下述依次的步骤：
(一)混料
采用下述原料的三组配比方式中的任一种，制备除尘灰混合料。
(1)组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰：68～88   膨润土：1～2   水：7～10
将除尘灰、膨润土与水混合均匀。
(2)组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰：48～83   膨润土：1～2
水：7～10        煤粉：5～20
将除尘灰、膨润土煤粉与水混合均匀。
(3)组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰：34～83   膨润土：1～2
水：7～10        钢厂伴生废料混合料：3.4～44
钢厂伴生废料主要是铁鳞、铁屑。
把除尘灰、钢厂其它伴生资源、膨润土与水料混合均匀。
上述三组配比中还可加入6～11份的水泥作为粘接剂。
上述三组原料中的所有的固体原料均需磨细到公制200目以下的比例占到60％以上，最大粒径为1mm。对除尘灰的成分无特殊要求(一般除尘灰含铁为40-70％)。
(二)压团
把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度(强度的要求≥700N/个；团块直径或每个边长在1.5～5cm之内，形状无要求。)
(三)配料
将烘干或养护好的团块，按照一批焦炭与一批冷固团块及熔剂的方式，加入具有铁口与风口的小型高炉或新型竖炉中，上述原料的质量份配比为：
团块60～80  焦炭20～30  熔剂：5～10
熔剂指白灰、石灰石、硅石与萤石中的一种或两种或三种或四种。
可加入6～20分的渣钢，渣钢为炼钢渣经破碎、磁选等工序后铁品位在85％以上、粒度在10mm～200mm的附产品。
(四)冶炼
将上述配好的原料从炉口加到新型竖炉或具有出铁口与风口(一般用单出铁口与单风口)的小型高炉中，并加入焦炭冶炼，冶炼时的热风温度不低于530℃，一般为530℃～1150℃，富氧率0～20％，利用系数2.0～10。热风可由耐火材料砌筑的简易热交换器提供。炉料不断下降的同时不断升温，原料温度达到800℃后，含碳球内部发生氧化铁与碳的直接还原反应；随着炉料下降，温度升高，达到1100℃以上，发生并加快了氧化亚铁与碳的直接还原反应；炉料的继续下降，金属液形成，并进行渣铁分离，最后进行出渣、出铁完成了以除尘灰冷固团块为原料冶炼铁水的步骤。
(五)冶炼出铁
达到冶炼周期后，打开出渣口，出渣，出完渣后堵上出渣口，再打开出铁口，将冶炼成的铁水出到铁水包内送往炼钢厂或铸造成铁锭，以预处理后作为原料供炼钢利用。
冶炼出的铁水成分的质量百分配比为：
C：4.0～5.5％   Si：0.7～3.5％   Mn：0.5～2.0％   P：0.025～0.060％
S：0.09～1.00％    其余为Fe与不可避免的杂质。
冶炼钢渣组成为：
CaO：30～40％；SiO2 30～40％；MgO：4.0～13％；Al2O3：7～23％。
上述碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法在(四)冶炼步骤中，用新型竖炉冶炼效果较好。
冶炼采用的除尘灰主要成分为：
TFe：40～70％ CaO：8～21％ SiO2：3～15％ MgO：2～9％
Al2O3：2～9％ P：≤0.030％ MnO：0.5～1.5％ S≤0.30％
本用除尘灰炼铁的方法，将除尘灰配合其它原料制成冷固结团块进行冶炼，本除尘灰冶炼铁的方法可以利用各种钢铁企业伴生的除尘灰廉价原料炼铁，并能处理部分钢厂伴生资源，冶炼出的铁水可替代部分昂贵的废钢资源，降低了炼钢成本。本发明省去现有用除尘灰生产烧结矿且污染严重的烧结利用工艺，避免了除尘灰的细小微粉的扬尘，克服了堵塞料仓的料嘴产生的下料不畅的缺点。采用本发明工艺，以除尘灰为原料可冶炼出炼钢直接用的铁水。
附图说明
图1是环保竖炉的结构图。
图2是本环保小型竖炉结构图。
图3是本碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法用环保竖炉主要设备图。
图4是本碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法采用小高炉主要设备图。
上述图中：
1-料斗       2-料钟         3-炉喉      4-炉壳     5-炉衬
6-风口       7-热风围管     8-出渣口    9-出铁口   10-基座
11-炉缸      12-吹氧口      13-炉腰     14-炉身    15-炉体
16-炉腔      17-煤气上升口  18-煤气围管            19-煤气管
20-鼓风机    21-上料设备    22-热风管              23-煤气管
24-热交换器  25-鼓风机      26-耐火砖层            27-内热风管
28-燃烧室    29-喷嘴        30-煤气管              31-除尘设备
32-新型竖炉  33-煤气上升管  34-小型高炉            35-热风围管
36-出铁口    37-吹氧口
具体实施方式
下结结合实施例及其附图详细说明本碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法的具体实施方式，但本用碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。
在描述实施例之前，先介绍本发明采用的新型竖炉的基本结构，见图1，本新型竖炉包括料斗1、料钟2、竖直的炉体15、热风围管7，在竖直炉体15下为基座10，炉体15外有钢板围成的炉壳4，炉壳4内侧设置着耐火材料砌筑的炉衬5，炉衬5的内侧为炉腔16，炉腔16的下部为炉缸11，炉缸11上为炉腰13，在炉体15设置着出铁口9、出渣口8、风口6，风口6的两端分别与热风围管7和炉腔16相通，高速吹氧口12与热风围管7相通，在竖直炉体15的上部外侧设置着煤气围管18，煤气围管18经煤气上升口17与炉腔16的上部相通。煤气围管18联接着能同时抽风与排风的鼓风机20，新型竖炉的主要特征是炉腔16的内径上下相等，不像小型高炉的炉腔的内径中部大上下小。竖直炉体15的高度一般为10～15m；容积50～200m3；一般有风口10～15个；炉型基本为直筒型；直径1～5m(内径)一个出铁口9，一个出渣口8。根据需要可设置多个出铁口9，有多个煤气上升口17。
也可用高4m，容积1m3，内径1m的小型竖炉，见图2，小型竖炉有一个出铁口9与一个风口6，一至三个煤气上升管17，没有鼓风机20。
本发明的用除尘灰冷固结团块炼铁的方法，配置耐火材料砌筑的简易的热交换器24，见图3，热交换器有耐火砖层26构成的壳体，耐火砖层26的内侧为燃烧室28，上下弯成U型的内热风管27设置在燃烧室28内，内热风管27的进风端与鼓风机25联接，内热风管27的出风口经热风管22与热风围管7联接通，在燃烧室28内设置着若干喷嘴29，喷嘴29与煤气管30联接，煤气管30经除尘设备31、鼓风机20及煤气管19与煤气围管18联接。热交换器24可提供530℃～1150℃的热风。设置上料设备21。
本发明的用除尘灰冷固结团块炼铁的方法也可采用小型高炉，配置热交换器24，见图4，小型高炉34炉体的高度一般为10～15m；容积50～200m3；风口10～15个；直径1～5m，一个出铁口36。根据需要可设置多个出铁口36，也可制成高4m；容积1m3，内径1m的小型高炉。
实施例一
本实施例采用的是图2描述的新型小型竖炉，本实施例的新型竖炉试验炉的炉容4m3、直径约1m，高4m，一个出铁口9，一个风口6、装料无密封设施，有重力除尘器，无精除尘设施，配置一套用耐火材料砌筑的热交换器24，结构见图3。人工上料，人工过秤。热风温度：530～660℃，炉体喷淋冷却。炉前设置一小型铸铁小车与八个模子，一次可铸铁300kg左右。出铁口9的孔径20mm。出渣口8无冷却套。
本实施例的步骤依次如下：
(一)混料
组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰88  膨润土2  另外混合料维持10份的水；
同时所有的原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。
其中除尘灰的主要成分的质量百分比为：
Fe2O3：64.3  FeO：0.29   SiO2：7.71   AI2O3：7.67   CaO：10.24
MgO：2.71    P：0.013    S：0.110     MnO：0.83
将上述的所有原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量分数配完料后装入混料器混和均匀。
(二)压团
将混合料置入压团机把除尘灰混合料压成压团块压球，压球的粒度为3mm×2.5mm×3mm，然后将团块烘干。压团的成分质量百分比为：
TFe：40.39    FeO：0.21    SiO2：8.3
AI2O3：6.2    CaO：11.4    MgO：2.0
P：0.019      S：0.092     MnO：0.78
其余为不可避免的杂质。
(三)配料
每批料的组成
100kg的压球  30kg的焦炭  硅石6kg  萤石2kg
通过装料设备或人工由炉顶装入竖炉。
每小时装入800kg的压球；240kg的焦炭；
焦炭的主要指标见表1(质量份配比)
表1焦炭的主要指标及组成％
  水份   灰份   挥发份   硫   固定碳   M40   M10
  9.4   12.00   1.31   0.60   87   79   8.2
(四)冶炼
将上述配好的炉料加到新型小型竖炉中冶炼，从装入料后到炉内，在风口区理论燃烧温度达到1740℃，风量40m3/min，炉料经过1小时30分钟到达风口区。110分钟炼成铁水，冶炼时从单风口6进入热风，热风温度控制在530℃～660℃，富氧率0，利用系数2.0～10。热风由耐火材料砌筑的热交换器24提供。
每炉铁450kg，渣量500kg，每天出24炉。
装料制度：一车压球、一车焦炭+硅石+萤石；
送风制度：风量40m3/min；
造渣制度：CaO/SiO2小于1.0；热制度：铁水温度大于1400℃。
(五)出铁
冶炼铁水的成分质量百分比如下所示：
C：5.12％  Si：1.18％  Mn：1.15％  P：0.069％  S：0.150％
其余为Fe与不可避免的杂质。铁回收率大于98％。冶炼铁水送往炼钢厂作为炼钢的原料进行利用。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处有三点：步骤(一)混料时所用的原料不同，在混料中加入煤粉，按下述的配比混料，组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰79    膨润土1    煤粉10
另外混合料维持10份的水；
将上述的所有原料都加工成200目以下的占60％以上的粉状。按上述质量分数配完料后装入混料器混和均匀。
另外在步骤(五)出铁水的成分与实施例一的不同，本实施例的铁水的成分质量百分比为：
C：4.5％  Si：0.75％  Mn：1.10％  P：0.071％  S：0.150％
其余为Fe与不可避免的杂质。
铁回收率98.2％。
第三不同点是本实施例由于在压团的原料中加入了煤粉，还原速度较快，铁的日产量提高15～20％。
本实施例的(二)压团、(三)配料、(四)冶炼及(五)出铁的工艺步骤与实施例一的相同。
实施例三
本实施例与实施例一的主要不同点是在(一)混料时所用的原料不同，本实施例在除尘灰混合料中还加入铁鳞，除尘灰混合料按下述的质量份配比混料：
除尘灰77   铁鳞15   膨润土1.0   配水量为7
将上述的压球需要的原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量分数配完料后装入混料器混和均匀。压球的成分的质量百分比见表2。
表2：压球的成分的质量百分比％
  Fe2O3   FeO   SiO2   AI2O3   CaO   MgO   P   S   C
  45.35   6.04   5.79   2.70   7.81   2.59   0.021   0.14   0.30
其余为不可避免的杂质
(一)压团的步骤与工艺与实施例一相同。
(二)配料
入竖炉时，每批炉料的质量分数组成：
压球：100kg    焦炭：40kg
硅石：6kg      萤石：2kg
人工将炉料由炉顶装入新型小型竖炉。
每小时装入600kg的压球；焦炭240kg。
(四)冶炼过程与实施例一的相同。
(五)出铁
本实施例铁水的成分的质量百分配比为：
C：4.82％  Si：1.08％  Mn：1.24％  P：0.066％  S：0.140％
其余为Fe与不可避免的杂质。
金属收得率大于98％。达下述要求出炉，送往炼钢厂作为炼钢原料进行利用。
其它配料与工艺步骤与实施例一的相同。
铁回收率95％以上。
实施例四
本实施例采用的是图1与图3描述的新型竖炉32，炉容85m3、直径3m，高12m，一个出铁口9，10个风口6、装料无密封设施，有重力除尘器，无精除尘设施，配置一套用耐火材料砌筑的热交换器24。用设置的上料设备21上料，人工过秤。热风温度：530～660℃，炉体喷淋冷却。炉前设置铸铁车与八个模子，一次可铸铁900kg。出铁口9的孔径30mm。出渣口8无冷却套。
本实施例的步骤依次如下：
(一)混料
组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰78.5  水泥10  膨润土1.5  另外混合料维持10份的水；
将所有原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量分数配完料后装入混料器混和均匀。
(二)压团
压团的方法及粒度与实施例一的相同。
(三)配料
每批炉料的组成
压球：3000kg    焦炭：900kg   硅石180kg
萤石60kg
用上料设备21将炉料由炉顶装入新型竖炉32。
1小时装入12000kg压球；3600kg的焦炭，720kg的硅石，240kg的萤石。
(四)冶炼
将上述配好的炉料加到新型竖炉32中冶炼，从装入料后到炉内，在风口区理论燃烧温度达到1750℃，风量1000m3/min，j炉料经过1小时40分钟到达风口区。120分钟炼成铁水，冶炼时从单风口6进入热风，热风温度控制在530℃～660℃，富氧率0，利用系数2.0～10。热风由耐火材料砌筑的热交换器21提供。
每炉铁7500kg，渣量6500kg，每天出24炉。
装料制度：一车压球、一车焦炭；送风制度：风量1000m3/min；(40的36倍)造渣制度：CaO/SiO2小于1.05；热制度：铁水温度大于1400℃。
(五)出铁
经化验，铁水的成分质量百分比如下：
C：4.89％  Si：0.95％  Mn：1.05％  P：0.060％  S：0.130％
其余为Fe与不可避免的杂质，铁回收率98％。送往炼钢厂作为炼钢原料进行利用。也可将铁水铸造成铁锭。
实施例五
本实施例与实施例四的不同是在(一)混料时所用的原料不同，本实施例是在混料所用原料中再加入煤粉，按下述的配比混料。
(一)混料
组成红土矿混合料的原料的质量份配比为：
红土矿69  水泥10  膨润土1  煤粉10  另外混合料维持10份的水；
将上述的所有原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量分数配完料后装入混料器混和均匀，造块后按实施例四进行配料及装料。
本实施例出铁的成分与实施例四的不同，本实施例的铁水成分质量百分配比为：
C：4.5％  Si：0.87％  Mn：1.20％  P：0.071％  S：0.14％
其余为Fe与不可避免的杂质。
铁回收率98％以上。
本实施例的(二)压团、(三)配料、(四)冶炼及(五)出铁的工艺步骤与实施例四的相同。本实施例由于在压团的原料中加入了煤粉，还原速度较快，铁产量提高20％。
实施例六
本实施例与实施例四的主要不同点是在(一)混料时所用的原料不同，本实施例在除尘灰混合料中还加入铁屑，除尘灰混合料按下述的质量份配比混料：
除尘灰65  铁屑13.5  水泥10  膨润土1.5  配水量为10份
将上述的所有原料都加工成200目以下占60％以上的粉状。按上述质量份数配完料后装入混料器混和均匀。
(二)压团的步骤与工艺与实施例四的相同。
(三)配料
入竖炉时，每批炉料的质量分数组成：
压球：3600kg  焦炭：960kg  硅石216kg
萤石：72kg
用上料设备21将炉料由炉顶装入新型竖炉32。
每小时装入14400kg的压球，焦炭3840kg，硅石864kg，萤石288kg。
(四)冶炼过程与实施例四的相同。
(五)出铁
本实施例铁水的成分的质量百分配比为：
C：5.12％   Si：0.98％   Mn：1.12％   P：0.076％  S：0.180％
其余为Fe与不可避免的杂质。达下述要求出炉，送往炼钢厂作为炼钢原料。
渣钢的成分的质量百分比为：大于85％。
其它配料与工艺步骤与实施例四的相同。
总体来说，金属收得率大于97％。
实施例七
本实施例与实施例四的不同之处是在(三)配料时加入渣钢，每批炉料的组成
压球：3000kg    焦炭：900kg   硅石180kg
萤石60kg        渣钢600kg
用上料设备21将炉料由炉顶装入新型竖炉32。
1小时装入12000kg压球；3600kg的焦炭，720kg的硅石，240kg的萤石及2400kg的渣钢。其它步骤与实施例四相同。在步骤(五)出铁中，铁水的成分质量百分比如下：
C：4.89％  Si：0.95％  Mn：1.05％  P：0.060％  S：0.130％
其余为Fe与不可避免的杂质。
实施例八
本实施例与实施例五的不同之处是在(三)配料时加入渣钢，每批炉料的组成
压球：3000kg    焦炭：900kg    硅石180kg
萤石60kg        渣钢600kg
用上料设备21将炉料由炉顶装入新型竖炉32。
1小时装入12000kg压球；3600kg的焦炭，720kg的硅石，240kg的萤石及2400kg的渣钢。其它步骤与实施例五相同。在步骤(五)出铁中，
铁水的成分质量百分比如下：
C：4.5％  Si：0.87％  Mn：1.20％  P：0.071％  S：0.14％
其余为Fe与不可避免的杂质。
实施例九
本实施例与实施例六的不同之处是在(三)配料时加入渣钢，每批炉料的质量分数组成：
压球：3600kg   焦炭：960kg  硅石216kg
萤石：72kg     渣钢720kg
用上料设备21将炉料由炉顶装入新型竖炉32。
每小时装入14400kg的压球，焦炭3840kg，硅石864kg，萤石288kg，渣钢2880kg。
其它步骤与实施例六相同。
(五)出铁：
本实施例铁水的成分的质量百分配比为：
C：5.12％   Si：0.98％   Mn：1.12％  P：0.076％  S：0.180％
其余为Fe与不可避免的杂质。
实施例十
本实施例与实施例四的主要不同点是采用的是图4中描述的小型高炉34冶炼，其次是混料时所用的原料不同。小型高炉34的炉容148m3，炉缸直径3m，高10m，一个出铁口36，10个风口6、装料无密封设施，有重力除尘器，无精除尘设施，配置一套用耐火材料砌筑的热交换器24。用设置的上料设备21上料，人工过秤。热风温度：530～660℃，炉体喷淋冷却。
炉前设置铸铁车与八个模子，一次可铸铁900kg。出铁口9的孔径30mm。出渣口8无冷却套。
本实施例的(一)混料、(二)压团、(三)配料、(四)冶炼及(五)出含镍铁水的工艺步骤与实施例四的相同。铁水的成分的质量百分配比为：
C：5.10％   Si：0.86％   Mn：1.17％
其余为Fe与不可避免的杂质。
铬的回收率95％；镍回收率98％。

Claims (3)

1.一种碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法，它包括下述依次的步骤：
混料、压团、配料、冶炼与出铁水，将铁水送往炼钢厂或将铁水铸造成铁锭，其特征是：
(一)混料
采用下述原料的两组配比方式中的任一种，制备除尘灰混合料
I组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰：68～88    膨润土：1～2    水：7～10
将除尘灰、膨润土与水混合均匀；
II组成除尘灰混合料的原料的质量份配比为：
除尘灰：48～83    膨润土：1～2
水：7～10         煤粉：5～20
将除尘灰、膨润土煤粉与水混合均匀；
上述两组原料中的所有的固体原料均需磨细到公制200目以下的比例占到60％以上，最大粒径为1mm；
(二)压团
把混合料置入压团机压团，然后将团块烘干或养护到规定的强度，强度的要求≥700N/个；
(三)配料
将烘干或养护好的团块，按照一批焦炭与一批冷固团块及熔剂的方式，加入具有铁口与风口的小型高炉或新型竖炉中，上述原料的质量份配比为：
团块60～80    焦炭20～30    熔剂：5～10
熔剂指白灰、石灰石、硅石与萤石中的一种或两种或三种或四种；
(四)冶炼
将上述配好的原料从炉口加到新型竖炉或具有出铁口与风口的小型高炉中，并加入焦炭冶炼，冶炼时的热风温度不低于530℃，富氧率0～20％，利用系数2.0～10；热风可由耐火材料砌筑的简易热交换器提供；
(五)出铁
达到冶炼周期后，打开出渣口，出渣，出完渣后堵上出渣口，再打开出铁口，将冶炼成的铁水出到铁水包内送往炼钢厂或铸造成铁锭。
2.根据权利要求1所述的碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法，其特征是：在步骤一混料中加入质量份为6～11份的水泥。
3.根据权利要求1所述的碳钢含铁除尘灰冶炼铁水的方法，其特征是：在步骤三配料中加入质量份为6～10份的渣钢。
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