CN102719577A - 一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法 - Google Patents

一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种综合利用高温液态转炉渣和高炉渣处理的方法。一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法，其特征在于它包括如下步骤：1）将高温液态高炉渣倒入带有热交换系统的罐体内；2）按高温液态高炉渣与高温液态转炉渣的质量比为1:（1～1.5)，步骤1）进行的同时向罐体内添加高温液态转炉渣，混合均匀；3）将混合好的炉渣焖罐，焖罐时间不小于0.5h，回收炉渣余热，得到颗粒状的炉渣；4）颗粒状的炉渣经过磁选回收铁后，用作水泥原料。利用高温液态转炉渣处理高温液态高炉渣，使炉渣冷却后自然粉化，便于炉渣显热和残铁回收，得到粒状炉渣可用做水泥生产原料，实现高炉渣和转炉渣的综合利用。

Description

一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法
技术领域
本发明涉及一种综合利用高温液态转炉渣和高炉渣处理的方法，回收显热的同时，易于回收渣中残铁。
背景技术
高炉渣是钢铁冶炼过程中的主要副产品，每冶炼1t生铁大约产生300～350kg的高炉渣，按照我国年生铁年产量56316万t计算，产渣量达19710万t。高炉渣出渣温度约1450℃，每吨渣含有相当于60kg标准煤的热量。转炉渣是炼钢工业的主要固体废料，每冶炼1t钢约产生100～130kg转炉渣，以我国现有炼钢产能计算，每年将产生转炉渣近7000万t。转炉渣中含有36～55%的Ca0和15～33%的Fe0，同时渣中还含有Si、Mg、Al等有价元素，如果不加以利用，这些资源将白白浪费。转炉渣温度在1500～1650℃之间，与高炉渣一样具有丰富的热能，而现有的炉渣处理技术基本未能利用这些显热，热量全部散失。堆积如山的炉渣不仅占用大量的土地，而且污染空气，破坏水源，影响植被生长。因此，做好高炉渣和转炉渣的综合处理并有效回收炉渣余热，是钢铁行业节能降耗，实现钢铁工业可持续发展的的重要途径。
目前我国常见的处理高炉渣的方法有干渣坑冷却法和水冲渣法。水冲渣法的技术的核心还是对高炉熔渣进行喷水水淬，冷却、粒化成水渣，然后进行水渣分离，冲渣的水经过沉淀过滤后再循环使用。水冲渣法无法从根本上改变粒化渣耗水的工艺特点，炉渣物理热基本全部散失，冲渣过程中S02、H2S等污染物的排放不但影响作业环境而且对空气造成污染。
而常见的转炉渣处理的方法有浅盘法、滚筒粒化法、热泼法、热焖法、风淬法和水淬法。这些方法中除热焖法外，其余钢渣处理方法均需要钢渣具有较好的流动性能，而在钢厂实际生产过程中，由于诸多原因，钢渣流动性很难保证，此时需增设炉渣吹炼升温设备，增加了投资成本和能耗。而热焖法处理周期长，尾渣粒度不均匀。在设备复杂程度、投资和运营成本上，浅盘法工艺环节多，滚筒法设备复杂，维修难度高，均需较高的运行费用。水淬法操作不当容易引起爆炸，耗水量大，尾渣难处理。另外上述钢渣处理工艺均未对钢渣热能进行回收，钢渣显热全部散失。对于浅盘法和风淬法还存在水蒸气产生量大，腐蚀厂房及重工设备等问题。在处理后钢渣的活性和稳定性上，只有热焖法和风淬法处理得到的钢渣稳定性较好。
因此开发出一种利用高温液态转炉渣处理高温液态高炉渣的方法，结合两种炉渣的特点，使两种炉渣在高温下熔融结合，高炉渣中的SiO2与转炉渣中的CaO在高温下结合形成2CaO·SiO2，与现有的渣处理方法相比大大降低了渣处理成本，且更为节能环保。
发明内容
本发明所要解决的问题是：针对现有技术，提出一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法，利用高温液态转炉渣处理高温液态高炉渣，使炉渣冷却后自然粉化，便于炉渣显热和残铁回收。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1）将高温液态高炉渣倒入带有热交换系统的罐体内；
2）按高温液态高炉渣与高温液态转炉渣的质量比为1:（1～1.5)，步骤1）进行的同时向罐体内添加高温液态转炉渣，混合均匀（充分反应）；
3）将混合好的炉渣焖罐，焖罐时间不小于0.5h，回收炉渣余热的同时实现炉渣自然粉化，得到颗粒状的炉渣（或称冷态颗粒状炉渣）；
4）颗粒状的炉渣经过磁选回收铁后（磁选粒铁，粒铁回收），用作水泥原料（水泥生产）。
所述的高温液态高炉渣的温度为1400℃～1500℃。高温液态转炉渣的温度为1500℃～1650℃。
向高温液态高炉渣中按比例加入高温液态转炉渣，使两种炉渣在高温下融融结合，转炉渣中CaO与高炉渣渣中SiO2在高温下通过固相反应生成2CaO·SiO2，利用2CaO·SiO2在炉渣冷却过程中发生晶型转变，体积膨胀，实现炉渣自然粉化，得到颗粒炉渣，经过磁选回收铁后，可用作水泥生产原料。
本发明的原理是：高炉渣出渣温度一般在1450℃～1500℃，主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、MgO，其中SiO2含量为28-39%，碱度为1.0-1.1。转炉渣温度一般在1500℃～1650℃，转炉渣的主要成分为CaO、SiO2、FeO、Al2O3、MgO和P2O5，其中CaO含量为36-55%，碱度为2.8～3.4。在高温高炉渣中加入高温转炉渣，调整渣中MgO含量在10wt%以下，形成碱度范围在1.8-2.8的碱性渣，混合后的渣相组成落在CaO-SiO2-Al2O3-MgO相图的正硅酸钙相区内，渣中的CaO与SiO2在高温下通过固相反应生成2CaO·SiO2。2CaO·SiO2熔点2130℃，炉渣从高温向低温冷却过程中，2CaO·SiO2的晶体结构发生转变，从α-2CaO·SiO2向α-2CaO·SiO2和β-2CaO·SiO2转变，当温度低于670℃时转变成γ-2CaO·SiO2，同时体积膨胀10%。2CaO·SiO2从β型转变成γ型的过程中呈“开花状”膨胀，发生自然粉化，这一过程实现了炉渣的自然粉化。故此，冷却后的高炉渣呈颗粒状。
本发明的有益效果是：本方法以高温液态高炉渣和高温液态转炉渣为原料，利两种炉渣固有特性使两种渣在高温下生成2CaO·SiO2，炉渣冷却过程中2CaO·SiO2晶体类型的转变和体积膨胀，实现炉渣的自然粉化，便于炉渣显热和残铁回收，得到粒状炉渣可用做水泥生产原料，实现高炉渣和转炉渣的综合利用。与传统的高炉渣和转炉渣处理方法相比，本方法具有如下优势：首先高炉渣不再经过水淬处理，不仅节约了大量的冲渣水资源，也避免了废水的二次污染，节约了污水处理的资金投入；其次解决了转炉渣由于大量f-CaO的存在而出现安定性不良的问题，变害为利，将转炉渣中f-CaO作为与高炉渣中SiO2反应的主要物质之一；再次本方法流程简单，对作业环境和空气质量影响小，更为环保，符合发展理念；最后随技术的发展，本方法有望解决高炉渣物理热的回收问题。与其他的干渣处理方式相比，本方法无需投入大型的高炉渣粒化设备，能耗低，工艺简单且不影响高炉渣的性能和附加值。本方法节能、环保，有利于提高钢铁厂资源综合利用水平，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
本实施例选用A钢厂高炉渣和转炉渣作原料，高炉渣成分如表1所示，转炉渣成分如表2所示。如图1所示，具体实施步骤如下：
表1高炉渣化学成分（wt%）
  成分   SiO2   CaO   Al2O3   MgO   S   FeO
  含量   35   40   15   9   0.6   0.4
表2转炉渣化学成分（wt%）
  成分   f-CaO   SiO2   CaO   FeO   Al2O3   MnO   MgO   P2O5   S
  含量   7.3   13.07   46.01   21.741   2.14   1.51   6.89   1.29   0.049
1)高炉出渣温度1450℃，渣（高温液态高炉渣）中CaO、SiO2、Al2O3、MgO构成渣相主体，忽略渣中微量的FeO、MnO、S等，将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四大元换算成100%，得到高炉渣的理论组成为w(SiO2)=35.35wt%，w(CaO)=40.4wt%，w(AL2O3)=15.15wt%，w(MgO)=9.10wt%，得到的高炉渣理论碱度为1.14。
将高温液态高炉渣（或称液态的高温炉渣，或称液态高炉渣，或称高炉渣）倒入带有热交换系统的罐体内；
2）调整渣相碱度和MgO含量（碱度为1.8-2.8，调整渣中MgO含量在10wt%以下），按比例配入转炉渣：在高炉渣内按1:1.5质量比例配入转炉渣（即高炉渣：转炉渣的质量比为1:1.5），配入转炉渣后炉渣碱度为2.2，炉渣理论成分为w(SiO2)=25.66wt%，w(CaO)=56.69wt%，w(Al2O3)=7.95wt%，w(MgO)=9.70wt%，MgO含量小于10wt%，渣相组成落在CaO-SiO2-Al2O3-MgO相图的正硅酸钙相区。转炉渣（或称高温液态转炉渣，或称液态转炉渣）的温度为1500℃。
3）按高温液态高炉渣：高温液态转炉渣的质量比为1:1.5比例同时将液态高炉渣和液态转炉渣倒入带有热交换系统的罐体内，混合均匀。
4）将混合好的炉渣焖罐，焖罐时间不小于0.5h(0.5h－240h)，回收炉渣余热的同时实现炉渣自然粉化，得到颗粒状的炉渣（或称冷态颗粒状炉渣）；
5）颗粒状的炉渣经过磁选回收铁后（磁选粒铁，粒铁回收），用作水泥原料（水泥生产）。
实施例2
本实施例选用B钢厂高炉渣和转炉渣作原料，高炉渣成分如表3所示，转炉渣成分如表4所示。具体实施步骤如下：
表3高炉渣化学成分（wt%）
  成分   SiO2   CaO   Al2O3   MgO   S   FeO
  含量   37   39.7   13   9.2   0.6   0.5
表4转炉渣化学成分（wt%）
  成分  f-CaO   SiO2   CaO   FeO   Al2O3   MnO   MgO   P2O5   S
  含量  7.04   11.77   40.21   27.48   1.93   3.21   7.0   1.32   0.04
1)高炉出渣温度1430℃，渣中CaO、SiO2、Al2O3、MgO构成渣相主体，忽略渣中微量的FeO、MnO、S等，将CaO、SiO2、Al2O3、MgO四大元换算成100wt%（质量），得到高炉渣的理论组成为w(SiO2)=36.73wt%，w(CaO)=39.79wt%，w(AL2O3)=13.28wt%，w(MgO)=10.2wt%，得到的高炉渣理论碱度为1.08。
2）调整渣相碱度和MgO含量，按比例配入转炉渣。在高炉渣内按1:1比例配入转炉渣，配入转炉渣后炉渣碱度为2.02，炉渣理论成分为w(SiO2)=27.18wt%，w(CaO)=54.83wt%，w(Al2O3)=8.11wt%，w(MgO)=9.88wt%，MgO含量小于10wt%，渣相组成落在CaO-SiO2-Al2O3-MgO相图的正硅酸钙相区。高温液态转炉渣的温度为1650℃。
3）按质量比为1:1比例同时将液态高炉渣和液态转炉渣倒入带有热交换系统的罐体内，混合均匀。
4）将混合好的炉渣焖罐，焖罐时间不小0.5h(0.5h－240h)，回收炉渣余热的同时实现炉渣自然粉化，得到颗粒状的炉渣（或称冷态颗粒状炉渣）；
5）颗粒状的炉渣经过磁选回收铁后（磁选粒铁，粒铁回收），用作水泥原料（水泥生产）。
实施例3
与实施例2基本相同，不同之处在于：高炉出渣温度1400℃（高温液态高炉渣的温度为1400℃）。
实施例4
与实施例2基本相同，不同之处在于：高炉出渣温度1500℃（高温液态高炉渣的温度为1500℃）。

Claims (3)

1.一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1）将高温液态高炉渣倒入带有热交换系统的罐体内；
2）按高温液态高炉渣与高温液态转炉渣的质量比为1:（1～1.5)，步骤1）进行的同时向罐体内添加高温液态转炉渣，混合均匀；
3）将混合好的炉渣焖罐，焖罐时间不小于0.5h，回收炉渣余热，得到颗粒状的炉渣；
4）颗粒状的炉渣经过磁选回收铁后，用作水泥原料。
2.根据权利要求1所述的一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法，其特征在于，所述的高温液态高炉渣的温度为1400℃～1500℃。
3.根据权利要求1所述的一种耦合处理炼铁、炼钢炉渣的方法，其特征在于，高温液态转炉渣的温度为1500℃～1650℃。
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