CN102264919A - 从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，该方法通过包括以下工序，能以低成本从该炼钢炉渣中回收磷和铁，并且能将回收的磷和铁分别作为资源进行有效利用：第一工序，该工序中，用碳、Si、Al等还原剂对脱磷炉渣等含磷炼钢炉渣进行还原处理，将所述炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以含磷熔融铁的形式还原并回收；第二工序，该工序中，将除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣作为烧结工序中的CaO源使用，将制得的烧结矿再循环至高炉；第三工序，该工序中，对通过所述还原处理回收的含磷熔融铁进行脱磷处理，直至含磷熔融铁中的磷浓度达到0.1质量％以下，使磷浓缩在CaO类熔剂中；第四工序，该工序中，将该磷浓度在0.1质量％以下的含磷熔融铁作为铁源混合至高炉铁水中。
Description
技术领域
本发明涉及从通过铁水(hot metal)的预脱磷处理而生成的脱磷炉渣等、含磷的炼钢炉渣(steelmaking slag)中回收该炼钢炉渣中所含的铁和磷的方法。
背景技术
因铁矿石的成分而导致在高炉中熔炼的铁水中含有磷(P)。磷对钢材而言是有害成分，因此以往为了提高钢铁产品的材料特性，在炼钢工序中进行脱磷处理。该脱磷处理中，通常用氧气或氧化铁将铁水中或钢水中的磷氧化，然后将被氧化的磷固定在以CaO为主要成分的炉渣中，藉此将磷除去。用氧气将铁水中或钢水中的磷氧化时，铁也被氧化，因此即使在不添加氧化铁的情况下，炉渣中所含的铁也处于氧化铁的形态。以往，铁水的预脱磷处理和转炉中的脱碳精炼等中产生的含磷炼钢炉渣作为土木用材料等被排出至炼钢工艺的体系外，含磷炼钢炉渣中的磷和铁不被回收。此外，预脱磷处理是指，在用转炉对铁水进行脱碳精炼之前，预先除去铁水中的磷的处理。
近年来，从环境对策和节省资源的角度来看，正在实施削减炼钢炉渣的产生量的措施，其中包括炼钢炉渣的循环利用。例如，以经预脱磷处理的铁水的转炉脱碳精炼中产生的炉渣(将转炉脱碳精炼中产生的炉渣称为“转炉炉渣”)作为铁源和造渣剂用CaO源，经由铁矿石等的烧结工序而再循环至高炉，或者作为铁水预处理工序的CaO源进行再循环。
经预脱磷处理的铁水(也称为“脱磷铁水”)、特别是已预脱磷处理至产品的磷浓度水平的脱磷铁水的转炉脱碳精炼中产生的转炉炉渣几乎不含磷，因此无需担心因为再循环至高炉中而导致的铁水中磷浓度的增加(增量，pick up)。与之相对，对预脱磷处理时产生的脱磷炉渣、未经预脱磷处理的铁水(也称为“普通铁水”)或即使经预脱磷处理而脱磷处理后的磷浓度也未降低至产品的磷浓度水平的脱磷铁水进行转炉脱碳精炼时产生的转炉炉渣之类的含磷炉渣如果再循环至高炉中，则会发生不良情况。即会陷入下述恶性循环：以氧化物的形式再循环至高炉中的磷使在高炉内被还原的铁水的磷含量增加，结果导致从铁水中脱磷的负担增大。于是，为了防止磷的增加，针对含磷炼钢炉渣的再循环，特别是在伴随着还原精炼的工序中的再循环提出了多种提案。显然，再循环至预脱磷处理等氧化工序中的情况下，作为脱磷剂的功能也会受损，进行再循环的量有限。
例如，专利文献1中揭示了如下技术：通过铬矿石的熔融还原冶炼工序和通过该熔融还原冶炼熔炼而成的含铬铁水的转炉脱碳精炼工序的组合来熔炼不锈钢钢水时，实施在通过所述含铬铁水的脱磷处理而产生的脱磷炉渣中添加碳材料并加热的气化脱磷处理，将气化脱磷处理后的脱磷炉渣再循环至所述熔融还原冶炼工序。
此外，专利文献2中揭示了如下技术：将熔融状态的高炉炉渣和熔融状态的转炉炉渣混合，在该混合炉渣中添加碳、硅、镁中的1种以上，并同时通入氧气，从而将混合炉渣中的磷氧化物还原成磷蒸气，并且将混合炉渣中的硫(S)变成SO2，使它们挥发而制成磷和硫较少的炉渣，将该炉渣再循环至高炉或转炉。
此外，专利文献3中揭示了如下技术：通过使用以碱金属碳酸盐为主要成分的造渣剂的铁水或钢水的脱磷处理而生成脱磷炉渣，用水和二氧化碳处理该脱磷炉渣，得到含碱金属磷酸盐的提取液，在该提取液中添加钙化合物，使磷以磷酸钙的形式析出来将其分离回收。
现有技术文献
专利文献1：日本专利特开2004-143492号公报
专利文献2：日本专利特开昭55-97408号公报
专利文献3：日本专利特开昭56-22613号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述现有技术存在以下问题。
即，专利文献1中，虽然脱磷炉渣可以通过气化脱磷除去磷后进行再循环，但气化脱磷而得的磷未被回收，从确保磷资源的角度来看并不是有效的再循环方法。
专利文献2中，虽然在作为含磷炉渣的转炉炉渣中混合有与转炉炉渣大致等量的高炉炉渣，但近年来，高炉炉渣已不是废弃物，而是被视作作为土木、建筑原材料的利用价值高的资源，将这样的高炉炉渣用于转炉炉渣的稀释在经济上是不利的。
专利文献3是湿法处理。即，采用湿法处理的情况下，不仅处理所需的药剂的价格昂贵，而且需要大型的处理设备，设备费用和运转费用也很昂贵。
本发明是鉴于上述事实而完成的发明，其目的在于提供一种从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，该方法能在脱磷炉渣和转炉炉渣等含磷的炼钢炉渣的再循环过程中以低成本从该炼钢炉渣中回收磷和铁，并且能将回收的磷和铁分别作为资源进行有效利用。
解决课题的手段
为了解决上述问题，第一项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法的特征在于，包括：第一工序，该工序中，用含有碳、硅、铝中的1种以上的元素的还原剂对炼钢精炼工艺中产生的含磷的炼钢炉渣进行还原处理，将所述炼钢炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以熔融状态的含磷熔融铁的形式从炼钢炉渣中还原并回收；第二工序，该工序中，将除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣作为炼铁工序或炼钢工序中的CaO源进行再循环；第三工序，该工序中，用不含氟的CaO类熔剂(flux)对通过所述还原处理而回收的含磷熔融铁进行脱磷处理，直至含磷熔融铁中的磷浓度达到0.1质量％以下，使磷浓缩在CaO类熔剂中；第四工序，该工序中，将经所述脱磷处理的磷浓度在0.1质量％以下的含磷熔融铁作为铁源混合至从高炉中出铁的高炉铁水中。
第二项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法如第一项发明所述，其特征在于，将转炉中的铁水脱碳精炼中产生的炉渣(转炉炉渣)供至所述第一工序的还原处理。
第三项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法如第一项发明所述，其特征在于，将转炉中的铁水脱碳精炼中产生的炉渣和铁水的预脱磷处理中产生的炉渣(脱磷炉渣)的混合物供至所述第一工序的还原处理。
第四项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法如第一项～第三项发明所述，其特征在于，所述含磷熔融铁是含有3质量％以上的碳的铁水。
第五项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法如第一项～第四项发明所述，其特征在于，在高炉铁水的存在下进行所述第一工序的还原处理。
第六项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法如第一项～第五项发明所述，其特征在于，所述第二工序中的除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣的再循环目标是铁矿石的烧结工序或高炉中的铁水制造工序。
第七项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法如第一项～第五项发明所述，其特征在于，所述第二工序中的除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣的再循环目标是铁水的脱磷工序或转炉中的铁水脱碳精炼工序。
第八项发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法如第一项～第七项发明所述，其特征在于，将所述第三工序中使用的、浓缩磷的CaO类熔剂(浓缩后)用作磷资源。应予说明，一般来说，第三工序中用于磷的浓缩的CaO类熔剂以磷浓缩炉渣的形式被回收。
发明效果
根据本发明，在通过铁水的预脱磷处理而产生的脱磷炉渣以及通过使用普通铁水或脱磷不充分的脱磷铁水的转炉脱碳精炼而产生的转炉炉渣等含磷的炼钢炉渣的再循环过程中，首先将炼钢炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以含磷熔融铁的形式还原并回收，将除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣作为炼铁工序或炼钢工序中的CaO源进行再循环，将含磷熔融铁脱磷处理至磷浓度达到0.1质量％以下，然后与高炉铁水混合；另一方面，含磷熔融铁中的磷通过脱磷处理被浓缩在CaO类熔剂中，直至达到足以作为磷资源回收的程度。因此，在炼钢炉渣的炼铁工序或炼钢工序中循环利用时，不会产生铁水的磷浓度升高或作为脱磷剂的功能受损等弊端，可实现将炼钢炉渣中所含的铁和磷分别作为资源进行有效利用。
附图说明
图1是表示本发明中使用的脱磷处理设备的示意图。
图2是表示高磷铁水的脱磷处理中的磷的行为的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
本发明人为了将铁水的预脱磷处理时产生的脱磷炉渣、以及使用普通铁水或即使经预脱磷处理而脱磷处理后的磷浓度也比产品的磷浓度水平高的脱磷铁水的转炉脱碳精炼时产生的转炉炉渣等含磷的炼钢炉渣作为脱磷剂或造渣剂用CaO源在炼铁工序或炼钢工序中循环利用，首先对消除该炼钢炉渣中所含的磷对从高炉出铁的铁水造成的影响进行了研究。
预先实施了预脱磷处理至产品的磷浓度水平的铁水的脱碳精炼时产生的转炉炉渣不会导致铁水中的磷浓度的增加，经由铁矿石的烧结工序而作为造渣剂在高炉中循环利用。因此，如果从含磷的炼钢炉渣中除去磷，则可在高炉中循环利用。于是，对于从含磷的炼钢炉渣中除去磷进行了研究。
含磷炼钢炉渣中，磷以氧化物P2O5的形式被含有，且炼钢炉渣通常以CaO和SiO2为主要成分。这里，由于与钙(Ca)和硅(Si)相比，磷与氧的亲和力弱，因此可知，如果用碳、硅、铝等来还原含磷炼钢炉渣，则含磷炼钢炉渣中的P2O5很容易被还原。此时，含磷炼钢炉渣中，铁以氧化物FeO或Fe2O5的形态(以下一并记作“FexO”)被含有，这些铁氧化物与氧的亲和力和磷相当，因此如果用碳、硅、铝等来还原含磷炼钢炉渣，则炼钢炉渣中的FexO同时被还原。
此外还可知，磷在铁中的溶解度高，通过还原而生成的磷迅速地溶解在通过还原而生成的铁中。在此，本发明的目的在于从含磷炼钢炉渣中除去磷，改性成磷含量低的炼钢炉渣，可知如欲将通过还原而生成的磷迅速地与炼钢炉渣分离，较好是在高温下进行还原，使得通过还原而生成的铁处于熔融状态。即，如果通过还原而生成的铁处于熔融状态，则熔融的铁原本就容易与炉渣分离，因此可促进通过还原而生成的铁从炼钢炉渣中分离。还可知生成的磷溶解在该熔融铁中，因而磷从炼钢炉渣中的分离也加快。可知使炼钢炉渣处于熔融状态的情况下，可进一步促进其与含磷的铁的分离。
此时，生成的熔融铁的熔点越低，越能促进熔融铁与炉渣的分离，因此还可知，较好是使碳溶解于生成的熔融铁中，以熔融铁的形式生成铁水。具体而言，如果碳浓度在3质量％以上，则铁水的液相线温度在1300℃以下，因此可知，较好是将铁水的碳浓度确保在3质量％以上。如欲使碳溶解于生成的熔融铁，则可以使用碳作为还原剂，或者在将硅或铝等作为还原剂的情况下使碳与炼钢炉渣共存。通过这些处理，生成的熔融铁发生渗碳而自然成为铁水，并同时以高浓度含有磷(为了与高炉铁水区分开，将该铁水称为“高磷铁水”)。
还可知通过预先另行加入高炉铁水，在使高炉铁水与含磷炼钢炉渣共存的状态下进行还原处理，可满足上述所有条件，促进磷从炼钢炉渣中的分离。即，可知如果是能制备铁水的条件，较好是预先另行加入高炉铁水后再进行含磷炼钢炉渣的还原处理。应予说明，所得高磷铁水被中间加入的高炉铁水进行了一定程度的稀释。
因为含磷炼钢炉渣中的磷和铁的质量比(P/Fe)为0.005～0.075，所以还原后的熔融铁(高磷铁水)中含有0.5～7.5质量％左右的磷。与之相对，现在从高炉出铁的高炉铁水的磷含磷为0.1质量％左右。因此，无法将磷浓度为0.5～7.5质量％的高磷铁水脱磷至磷浓度为0.1质量％左右的高炉铁水的水平的情况下，所述高磷铁水的应用受到限制，有时甚至可能无法用作铁源。
因此，现在使用高炉铁水的预脱磷处理中所用的脱磷处理设备，用将磷浓度调整至4.0质量％(水平1)、2.0质量％(水平2)、1.1质量％(水平3)、0.5质量％(水平4)这四种水平的高炉铁水作为高磷铁水的替代品，实施脱磷试验。高炉铁水的磷浓度用铁-磷合金来调整。
图1表示所使用的脱磷处理设备的示意图。图1中，收纳有调整好磷浓度的高磷铁水2的铁水罐4被装载于台车5而搬入脱磷处理设备1。该脱磷处理设备1中设置有能在铁水罐4内部上下移动的顶吹喷枪6和喷枪7。其构成如下所述：从顶吹喷枪6对高磷铁水2喷射氧气或铁矿石等氧化铁，并且从喷枪7对高磷铁水2喷射CaO类熔剂或氧化铁。脱磷处理设备1中还设置有用于从上方向铁水罐4内部添加CaO类熔剂或氧化铁的料斗、溜槽等原料供给设备，但在图1中省略。
使用该脱磷处理设备1，在从顶吹喷枪6喷射氧气的同时从喷枪7喷射以氮气作为搬运用气体的粉体状的CaO类熔剂，从而实施高磷铁水2的脱磷处理。喷射的CaO类熔剂熔融而形成脱磷炉渣3。此时，高磷铁水中的磷被氧气氧化成P2O5，被包入渣化的CaO类熔剂中，从而进行高磷铁水2的脱磷。实验条件示于表1。此外，使用生石灰作为CaO类熔剂，且不含萤石等氟源。此外，在铁水中添加规定量的CaO时，可以并用喷枪7而从顶吹喷枪6与氧气一起喷射至铁水浴面。
[表1]
| 高磷铁水量 | 200吨 |
| 顶吹氧气量 | 10～40Nm3/t |
| CaO添加量 | 10～80kg/t |
| 氮气量 | 0.2Nm3/t |
| 脱磷处理时间 | 20分钟 |
实验中进行的脱磷处理中的高磷铁水中的磷的行为示于图2。这里，横轴是氧单位消费资源(原単位)(Nm3/吨铁水)，纵轴是铁水中的磷浓度(质量％)，水平用符号加以区分(应予说明，Nm3是指温度0℃、大气压1013hPa、相对湿度0％的标准状态下的体积)。如图2所示，可知脱磷处理开始前的铁水中磷浓度越高，脱磷反应速度越快。还可知即使是通常对高炉铁水实施的脱磷处理方法，也能对高磷铁水2实施可达到与高炉铁水相当的0.1质量％左右的磷浓度的脱磷处理。而且，可确认脱磷处理后的高磷铁水2完全不逊色于高炉铁水，与高炉铁水混合而能用作铁源。此外，从与高炉铁水的区别的角度出发，对高磷铁水实施所述脱磷处理而降低了磷浓度后的铁水也称为高磷铁水。
此外，该脱磷处理中生成的脱磷炉渣的组成示于表2。如欲将该脱磷炉渣作为磷浓缩炉渣回收并作为磷资源有效利用，较好是使其达到与磷酸矿石的组成即3CaO·P2O5(CaO和P2O5的质量比＝54∶46)同等的水平，因此，脱磷炉渣的目标是含有至少20质量％的P2O5。
[表2]
如表2所示，即使脱磷处理前的铁水中磷浓度为0.5质量％的水平4，生成的脱磷炉渣中也含有20质量％的P2O5，而且，水平1和水平2中，脱磷炉渣中的P2O5浓度高于CaO浓度，可知与3CaO·P2O5的组成相比，P2O5被进一步浓缩。即，可知生成的脱磷炉渣(磷浓缩炉渣)足以用作磷资源。作为磷资源的主要利用用途，可例举在磷肥中的应用。
已知对于高炉铁水的预脱磷处理中使用的CaO类熔剂，通过添加5质量％左右的萤石等氟源，可促进CaO的渣化，从而促进脱磷反应。但是，将上述方法中生成的脱磷炉渣(磷浓缩炉渣)用作例如磷肥的情况下，氟从磷肥(脱磷炉渣)中溶出，相对于土壤环境标准，氟溶出值成为问题，因此本发明中不使用氟源。
本发明是基于上述试验结果而完成的发明，本发明所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法的特征在于，包括：
·第一工序，该工序中，用含有碳、硅、铝中的1种以上的元素的还原剂对炼钢精炼工艺中产生的含磷炼钢炉渣进行还原处理，将所述炼钢炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以熔融状态的含磷熔融铁的形式从炼钢炉渣中还原并回收；
·第二工序，该工序中，将除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣作为炼铁工序或炼钢工序中的CaO源进行再循环；
·第三工序，该工序中，用不含氟的CaO类熔剂对通过所述还原处理而回收的含磷熔融铁进行脱磷处理，直至含磷熔融铁中的磷浓度达到0.1质量％以下，使磷浓缩在CaO类熔剂中；
·第四工序，该工序中，将经所述脱磷处理的磷浓度在0.1质量％以下的含磷熔融铁作为铁源混合至从高炉中出铁的高炉铁水中。
利用上述构成的本发明，在通过铁水的预脱磷处理而产生的脱磷炉渣以及通过使用普通铁水或脱磷不充分的脱磷铁水的转炉脱碳精炼而产生的转炉炉渣等含磷的炼钢炉渣的再循环过程中，首先可将炼钢炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以含磷熔融铁的形式还原并回收，将除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣作为炼铁工序或炼钢工序中的CaO源进行再循环。再将含磷熔融铁脱磷处理至磷浓度达到0.1质量％以下，然后与高炉铁水混合；另一方面，含磷熔融铁中的磷通过该脱磷处理被浓缩在CaO类熔剂中，直至达到足以作为磷资源回收的程度，因此不会产生铁水的磷浓度提高等弊端，可将炼钢炉渣中所含的铁和磷分别作为资源进行有效利用。
预先实施了预脱磷处理至产品的磷浓度水平的铁水的脱碳精炼时产生的转炉炉渣也含有磷，磷含量不为零。因此，对于该转炉炉渣也可应用本发明，但该炉渣的磷含量低，即使直接再循环至高炉等中，磷的影响也可以忽略，应用本发明则反而会导致成本上升。因此，作为本发明的对象的含磷炼钢炉渣是指通过属于炼钢工序的各种精炼或其预处理而产生的炼钢炉渣中所含的磷的浓度在如下的浓度以上的炼钢炉渣：如果将该炼钢炉渣再循环至高炉等，则铁水或钢水的磷浓度升高，导致常规操作的成本上升的浓度。
作为通过还原处理除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣的再循环方法，有如上所述的：
·将其用作铁矿石的烧结工序中的CaO源(造渣剂)，然后在高炉中的铁水制造工序中用作添加原料的方法。
除此之外也可例举以下方法等作为优选例：
·直接用作高炉中的铁水制造工序中的造渣剂的方法；或者
·用作高炉铁水的预脱磷处理中作为脱磷剂的CaO类熔剂的方法；或者
·用作转炉中的铁水的脱碳精炼工序中的造渣剂的方法；以及
·用作高炉铁水的脱硫处理中的CaO类脱硫剂的方法。
即使是除此之外的工序，只要是炼铁厂的炼铁工序和炼钢工序即可，如果是使用了生石灰的工序，就能用作生石灰的替代品。
进而，从实施本发明方面，优选的含磷炼钢炉渣的例子可例举：
·单独的通过使用普通铁水或脱磷不充分的脱磷铁水的转炉脱碳精炼而产生的转炉炉渣；以及
·该转炉炉渣与通过铁水的预脱硫处理而产生的脱硫炉渣的混合物。
这是因为转炉炉渣的碱度(质量％CaO/质量％SiO2)高(通常为3～5左右)，将第二工序应用于铁矿石的烧结工序时适合作为CaO源。但是，转炉炉渣的碱度高，烧结工序时的渣化性差，因此，欲提高渣化性的情况下，可以将脱磷炉渣混合在转炉炉渣中。脱磷炉渣的碱度为1.52.5左右，其渣化性随着所含的SiO2而提高。即，使用转炉炉渣和脱磷炉渣的混合物的情况下，即使在烧结工序中不使用氟源，烧结也能顺畅地进行，且含磷熔融铁的磷浓度升高，因此在第三工序中回收的脱磷处理后的CaO类熔剂(磷浓缩炉渣)的磷浓度升高，可促进作为磷资源的利用。但是，单独使用脱磷炉渣的情况下，由于碱度低，不足以作为烧结工序中的CaO源，因此不理想。
还发现使用转炉炉渣和脱磷炉渣的混合物作为供至第一工序的还原处理的炼钢炉渣的情况下，利用脱磷炉渣中所含的SiO2进行了还原处理的炼钢炉渣的渣化性提高，在还原处理时可发挥出促进还原而得的含磷熔融铁与炼钢炉渣的分离的效果。
虽然可以将所产生的转炉炉渣全部都供至本发明的第一工序的还原处理，但从节省资源的角度来看，有效的是在铁水的预脱磷处理中使用转炉炉渣，因此，也可以将所产生的转炉炉渣的一部分用作铁水的预脱磷处理工序中的CaO源，将该转炉炉渣的剩余部分供至第一工序的还原处理。
实施例
[实施例1]
将从高炉出铁的高炉铁水用鱼雷车受铁(受銑)，对收纳于鱼雷车的高炉铁水实施脱硅处理和预脱磷处理，然后将高炉铁水转移至铁水罐，对铁水罐内的高炉铁水实施机械搅拌式脱硫处理，将该脱硫处理结束后的高炉铁水加入转炉，在转炉中实施脱碳精炼，这样，在由高炉铁水熔炼钢水的炼铁-炼钢工序中应用本发明。自高炉中的出铁至转炉脱碳精炼完成为止的高炉铁水和钢水的化学成分的例子示于表3。
[表3]
如表3所示，脱硅、脱磷后的高炉铁水中含有0.05质量％的磷，高于产品的磷浓度水平(0.025质量％以下)，通过使用该高炉铁水的转炉脱碳精炼而产生的转炉炉渣中含有1.5质量％左右的磷(以P2O5计为3.4质量％左右)。如果将该炼钢炉渣作为烧结工序中的CaO源再利用，则高炉铁水的磷浓度升高。因此，实施对该转炉炉渣应用本发明的试验(本发明例1)。
在三相交流式的电弧炉中加入250吨转炉炉渣、50吨高炉铁水及作为还原剂的焦炭，产生电弧来对转炉炉渣和焦炭加热，实施转炉炉渣的还原处理。加入高炉铁水的目的在于，通过预先使熔液存在于炉内并对炼钢炉渣加热来促进炼钢炉渣的还原，并同时将通过炼钢炉渣的还原而生成的含磷铁迅速地包入，从而促进含磷铁与炼钢炉渣的分离。此外，高炉铁水的温度为1300℃。通过30分钟的还原处理，得到约100吨的高磷铁水，其中包括预先加入的高炉铁水。表4所示为还原处理的条件，表5所示为还原处理前后的炼钢炉渣的组成。
[表4]
| 炼钢炉渣加入量 | 250吨 |
| 高炉铁水加入量 | 50吨 |
| 焦炭单位消费资源 | 40kg/吨炉渣(t-slag) |
| 电能 | 1000kWh/t |
| 处理时间 | 30分钟 |
| 铁水温度 | 1300～1400℃ |
[表5]
此外，还实施了对铁水的预脱磷处理中产生的脱磷炉渣和上述转炉炉渣的混合物(混合比＝1∶1)应用本发明的试验(本发明例2)。转炉的组成与本发明例1中使用的转炉炉渣(参照表5)相同，脱磷炉渣的组成为CaO：22质量％、SiO2：18质量％、P：2.4质量％、FexO：28质量％、MgO：5.2质量％、MnO：4.1质量％。
在上述电弧炉中加入250吨转炉炉渣和脱磷炉渣的混合物、50吨高炉铁水及作为还原剂的焦炭，产生电弧来对混合炉渣和焦炭加热，实施混合炉渣的还原处理。加入高炉铁水的目的在于，通过预先使熔液存在于炉内并对混合炉渣加热来促进混合炉渣的还原，并同时将通过混合炉渣的还原而生成的含磷铁迅速地包入，从而促进含磷铁与混合炉渣的分离。
与上述本发明例1相比，炉内炉渣更快地熔融，通过25分钟的还原处理，得到约100吨的高磷铁水，其中包括预先加入的高炉铁水。还原处理的条件与上述表4相同。上述表5所示为还原处理前后的混合炉渣的组成。
本发明例1和本发明例2中，都是将所得高磷铁水从电弧炉倒出至铁水罐，然后将残留于炉内的约200吨炼钢炉渣排出至渣罐。本发明例1中，所得高磷铁水的化学成分为碳：4.3质量％、硅：0.01质量％、锰：2.2质量％、磷：3.0质量％、硫：0.05质量％，本发明例2中，所得高磷铁水的化学成分为碳：4.3质量％、硅：0.01质量％、锰：3.1质量％、磷：4.5质量％、硫：0.05质量％。本发明例2的磷浓度更高，其余均处于同等水平。
含磷炼钢炉渣的P/Fe换算成P浓度为0.5～7.5质量％，而本实施例中，用高炉铁水稀释至约1/2浓度，此时的P浓度为0.25～3.75质量％，上述磷浓度在该范围内，与以往的成果一致。用图1所示的脱磷处理设备对该高磷铁水实施脱磷处理。表6所示为本发明例1和本发明例2中对高磷铁水实施的脱磷处理条件。
[表6]
通过该脱磷处理，本发明例1和本发明例2中的高磷铁水的磷浓度均减少至0.1质量％。脱磷处理前后的高磷铁水的化学组成示于表7。
[表7]
将脱磷处理后的高磷铁水与高炉铁水混合，对混合而得的铁水实施脱硅脱磷处理，然后经过脱硫处理工序后加入转炉。在转炉中实施常规精炼，熔炼成规定成分的钢水。此外，通过该高磷铁水的脱磷处理，在本发明例1和本发明例2中均得到CaO：62质量％、SiO2：2.2质量％、P：28质量％、FexO：2.8质量％、MgO：4质量％、MnO：0.8质量％的脱磷炉渣(磷浓缩炉渣)。该磷浓缩炉渣可用作磷肥。
另一方面，还原处理后的转炉炉渣在冷却后在铁矿石的烧结工序中用作造渣剂用的CaO源，制得的烧结矿作为铁源加入高炉中，来熔炼高炉铁水。熔炼成的高炉铁水的磷浓度为0.1质量％左右，完全没有问题。
与之相对，将上述炼钢工序中产生的转炉炉渣直接作为烧结矿的CaO源进行再循环的情况下，从高炉出铁的铁水的磷浓度变高，铁水的预脱磷处理中的脱磷剂(氧源和CaO类熔剂)的单位消费资源和所产生的脱磷炉渣量达1.5倍，生产性下降了20％。
另外，本发明中，回收了转炉炉渣中所含的铁成分的约80质量％，这与将转炉炉渣直接作为烧结矿的CaO源进行再循环的情况大致相当。
工业适用性
利用本发明，能以低成本从脱磷炉渣和转炉炉渣等含磷炼钢炉渣中回收磷和铁，将回收后的炼钢炉渣作为炼铁工序或炼钢工序中的CaO源进行再循环，并且能将回收的磷和铁分别作为资源进行有效利用。因此，实现了炼钢工序中的资源的高度的有效利用。
符号的说明
1脱磷处理设备
2高磷铁水
3脱磷炉渣
4铁水罐
5台车
6顶吹喷枪
7喷枪
Claims (8)
1.一种从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，包括：
第一工序，该工序中，用含有碳、硅、铝中的1种以上的元素的还原剂对炼钢精炼工艺中产生的含磷的炼钢炉渣进行还原处理，将所述炼钢炉渣中的铁氧化物和磷氧化物以熔融状态的含磷熔融铁的形式从炼钢炉渣中还原并回收；
第二工序，该工序中，将除去了铁氧化物和磷氧化物的炼钢炉渣作为炼铁工序或炼钢工序中的CaO源进行再循环；
第三工序，该工序中，用不含氟的CaO类熔剂对通过所述还原处理而回收的含磷熔融铁进行脱磷处理，直至含磷熔融铁中的磷浓度达到0.1质量％以下，使磷浓缩在CaO类熔剂中；
第四工序，该工序中，将经所述脱磷处理的磷浓度在0.1质量％以下的含磷熔融铁作为铁源混合至从高炉中出铁的高炉铁水中。
2.权利要求1所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，将转炉中的铁水脱碳精炼中产生的炉渣供至所述第一工序的还原处理。
3.权利要求1所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，将转炉中的铁水脱碳精炼中产生的炉渣和铁水的预脱磷处理中产生的炉渣的混合物供至所述第一工序的还原处理。
4.权利要求1～3中任一项所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，所述含磷熔融铁是含有3质量％以上的碳的铁水。
5.权利要求1～4中任一项所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，在高炉铁水的存在下进行所述第一工序的还原处理。
6.权利要求1～5中任一项所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，所述第二工序中的炼钢炉渣的再循环目标是铁矿石的烧结工序或高炉中的铁水制造工序。
7.权利要求1～5中任一项所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，所述第二工序中的炼钢炉渣的再循环目标是铁水的脱磷工序或转炉中的铁水脱碳精炼工序。
8.权利要求1～7中任一项所述的从炼钢炉渣中回收铁和磷的方法，其特征在于，将所述第三工序中使用的、浓缩磷的CaO类熔剂用作磷资源。
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