CN103468855A - 一种转炉冷却剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转炉冷却剂及其制备方法和使用方法，其中，该转炉冷却剂是采用包括粘土粉、氯化镁、粘接剂以及富集污泥的原料经混合造球、干燥而成，在原料中富集污泥的含量为94质量%以上；富集污泥中，MFe的含量为35～45质量%、TFe的含量为55～65质量%、水分的含量为10～15质量%、CaO的含量为5～8质量%、SiO₂的含量为7～10质量%、P的含量为0.15质量%以下、S的含量为0.10质量%以下；转炉冷却剂中的TFe含量为65～75质量%、水分含量为3%以下。通过本发明，能提高脱磷脱硫效果、来渣快、全铁收得率高、降低钢铁料消耗且对生产工艺与钢水质量无不良影响。

Description

一种转炉冷却剂及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及转炉炼钢领域，具体涉及一种转炉冷却剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

近年来，炼钢行业内将转炉污泥、轧钢氧化铁皮、高炉瓦斯灰等含铁物料进行二次利用，在实现资源循环利用的同时获得了较好的经济效益和社会效益。例如，使用污泥等含铁物料替代废钢，大幅降低了钢铁料消耗；在炼钢普通污泥中配10%左右的碳粉，制成自还原铁碳球加入到转炉内，污泥中的氧化铁在转炉高温下被碳还原，达到了从污泥中回收铁的目的；将炼钢污泥全部应用于烧结生产，因其含有10%-20%的金属铁微粒，含水量达80%以上，作为烧结原料使用，大量节约了生产用水，有利于混合造球。实现了降本增效和节能减排的双重功效。

但是，以上循环利用技术中，存在以下问题：1、涉及的二次资源含铁量低，且这些二次资源杂质含量较多，对生产工艺造成了不良影响；2、由于二次资源的加工利用方法的局限性，使得二次资源中金属铁等有价元素的收得率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决以上多个技术问题中的至少一个技术问题的转炉冷却剂及其制备方法和使用方法。

根据本发明，提供一种转炉冷却剂，所述转炉冷却剂是采用包括富集污泥的原料经混合造球、干燥而成，其中，在所述原料中富集污泥的含量为94质量%以上；在所述富集污泥中，MFe的含量为35～45质量%、TFe的含量为55～65质量%、水分的含量为10～15质量%、CaO的含量为5～8质量%、SiO₂的含量为7～10质量%、P的含量为0.15质量%以下、S的含量为0.10质量%以下；所述转炉冷却剂中的TFe含量为65～75质量%、水分含量为3%以下。

其中，所述原料还包括粘土粉、氯化镁、粘接剂。

其中，所述原料包括：95～98质量%的富集污泥、0.5～1.5质量%的粘土粉、0.5～1.5质量%的氯化镁、1.0～2.5质量%的粘接剂。

其中，所述转炉冷却剂平均粒度为30mm～50mm。

其中，在所述转炉冷却剂中，5mm以下粒级的颗粒含量为5质量%以下。

本发明还提供一种转炉冷却剂的制备方法，其包括以下步骤：（1）将转炉污泥经过磁选后得到富集污泥；在所述富集污泥中，MFe的含量为35～45质量%、TFe的含量为55～65质量%、水分的含量为10～15质量%、CaO的含量为5～8质量%、SiO₂的含量为7～10质量%、0.15质量%以下的P、0.10质量%以下的S；（2）在所述富集污泥中加入粘土粉、氯化镁以及粘接剂进行混合造球，得到其平均粒度为30mm～50mm的球团，其中，富集污泥的含量为94质量%以上；（3）将所述球团采用摊开晾晒的方式干燥至水分为3%以下，从而得到所述转炉用冷却剂。

其中，所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括将所述富集污泥干燥至水分为5.5%～7.5%的初级干燥的步骤。

其中，所述步骤（2）中，各组分的含量为：95～98质量%的富集污泥、0.5～1.5质量%的粘土粉、0.5～1.5质量%的氯化镁、1.0～2.5质量%的粘接剂。

本发明还提供一种转炉冷却剂的使用方法，其利用下式来确定本发明的转炉冷却剂的使用量W：

W=[（入炉铁水的碳含量-3.20%）/0.01%×1.2+（入炉温度-1320）×0.8-废钢加入量×10]/16。

其中，在转炉吹炼的过程中，氧枪枪位为1.4～2.0m。

W的单位是吨/炉次，入炉铁水的碳含量是质量百分含量，入炉温度的单位是℃，废钢加入量的单位是吨/炉次。

通过本发明提供的转炉冷却剂及其制备方法和使用方法，能提高脱磷脱硫效果、来渣快、全铁收得率高、降低钢铁料消耗且对生产工艺与钢水质量无不良影响。通过使用作为二次资源的富集污泥，解决了污泥堆积占地、环境污染的同时实现了效益最大化。

具体实施方式

在本发明中，将炼钢转炉生产过程产生的烟尘，经湿法除尘作为转炉污泥，再经过重选或磁选富集后而获得的含铁二次资源，作为富集污泥。本发明通过将富集污泥压球后替代废钢用于转炉冶炼中的冷却剂，并针对该冷却剂设计了更加合理的使用方案，高效利用其中金属铁。

其中，在对转炉污泥进行磁选所获得的富集污泥中，MFe的含量为35～45质量%、TFe的含量为55～65质量%、水分的含量为10～15质量%、CaO的含量为5～8质量%、SiO₂的含量为7～10质量%、P的含量为0.15质量%以下、S的含量为0.10质量%以下。在以具有以上含量的富集污泥94质量%作为原料的转炉冷却剂中，具有高达65～75质量%的高TFe含量。并且，由于富集污泥中的P的含量为0.15质量%以下、S的含量为0.10质量%以下，转炉冷却剂的其他组分的含量总计仅为6质量%以下，因此可以容易地使最终转炉冷却剂中P的含量为0.15质量%以下、S的含量为0.10质量%以下，并将转炉冷却剂中的水分严格控制为3%以下，从而降低在使用转炉冷却剂过程中由于P、S含量高而造成的不良影响。另外，转炉冷却剂中的水分优选为1%以下。

根据本发明的实施例，转炉冷却剂是采用包括富集污泥的原料经混合造球、干燥而成的。在满足原料中富集污泥含量为94质量%以上的条件下，可以按照生产需要（如造球的容易性、形成的球团的粒度等）加入合适的粘土粉、氯化镁、粘接剂。其中，优选原料中含有95～98质量%的富集污泥、0.5～1.5质量%的粘土粉、0.5～1.5质量%的氯化镁、1.0～2.5质量%的粘接剂，在该条件下作为原料进行混合特别易于形成球团，且形成的球团粒度平均。综合考虑造球的效果以及含铁量的提高，进一步优选为原料中含有97～98质量%的富集污泥。

在本发明中从冷却效果考虑，优选转炉冷却剂平均粒度为30mm～50mm，进一步优选平均粒度为40mm～50mm。其中，5mm以下粒级的颗粒含量优选为5质量%以下；转炉冷却剂粉化率优选为8%以下。

根据本发明的实施例，提供一种转炉冷却剂的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将转炉污泥经过磁选后得到富集污泥；在所述富集污泥中，MFe的含量为35～45质量%、TFe的含量为55～65质量%、水分的含量为10～15质量%、CaO的含量为5～8质量%、SiO₂的含量为7～10质量%、0.15质量%以下的P、0.10质量%以下的S；（2）在所述富集污泥中加入粘土粉、氯化镁以及粘接剂进行混合造球，得到其平均粒度为30mm～50mm的球团，其中，富集污泥的含量为94质量%以上；（3）将所述球团干燥至水分为3%以下，从而得到所述转炉用冷却剂。其中，优选为上述步骤（1）和步骤（2）之间还包括将通过步骤（1）得到的富集污泥干燥至水分为5.5%～7.5%的初级干燥的步骤。这是由于，通过在混合造球之前先将富集污泥进行初级干燥，利于富集污泥与粘土粉、氯化镁以及粘接剂充分混合粘结成球，降低混合造球的时间从而进一步降低生产成本。

根据本发明的实施例，提供了一种使用本发明的转炉冷却剂的方法。在使用过程以不影响终点控制和真空钢钢包净空的基础上开展，对非真空钢，装入量在133吨以上的炉次，不再加入废钢而采用转炉冷却剂代替，对真空钢，在装入量和入炉热源满足条件下，尽量使用转炉冷却剂来替代废钢。通过下式，来精确计算本发明的转炉冷却剂的使用量W=[（入炉铁水的碳含量-3.20%）/0.01%×1.2+（入炉温度-1320）×0.8-废钢加入量×10]/16，实际的使用量可以以该理论计算值为基础误差为±1%。通过该式可以精确计算出需要添加的转炉冷却剂的量，得到的终点钢水C含量与正常生产炉次相当，钢水P平均降低0.0018%，S含量平均升高0.0014%，出钢温度在平均1670℃以上，对转炉热量的调整比使用废钢更加灵活。其中，W的单位是吨/炉次，入炉铁水的碳含量是质量百分含量，入炉温度的单位是℃，废钢加入量的单位是吨/炉次。

另外，在转炉吹炼过程中，为了使冶炼过程平稳地进行，将氧枪枪位由正常炉次1.6～2.2m降低至1.4～2.0m。

下面结合具体实施例，对本发明进一步说明。在本发明中，如无特别说明，所采用的百分比均为质量百分比。

实施例1

依次进行以下操作：

（1）对转炉污泥池的污泥进行磁选，获得富集污泥，其成分为：MFe：37.5%，TFe：58.6%，水分：13.8%，CaO：7.6%，SiO₂：8.35%，P≤0.15，S≤0.10；另取粘土粉、氯化镁以及粘接剂待用，使各组分含量为富集污泥99%、粘土粉0.3%、氯化镁0.2%以及粘接剂0.5%。

（2）用抓斗和汽车将富集污泥运送至原料场地，堆放4天，取样分析其水分为7.1%；

（3）将干燥后的富集污泥、以及步骤（1）中准备好的粘土粉、氯化镁以及粘接剂放入圆筒式造球机中，经过混合造球，制成富集污泥球团，其粒度平均为41.6mm；

（4）将制成的富集污泥球团摊开，晾晒6天后得到转炉冷却剂，取样分析其成分为：MFe：48.3%，TFe：68.9%，水分：0.8%，CaO：6.54%，SiO₂：8.24%，P≤0.15，S≤0.10；

（5）转炉冷却剂进入转炉料仓后，加入到转炉内。以公称容量为120吨的转炉为例，转炉冶炼的其中一炉，入炉铁水[C]含量为3.58%，温度为1335℃，铁水装入量136吨，未加废钢，按公式计算转炉冷却剂加入量为：

W=[（3.58%-3.20%）/0.01%×1.2+（1345-1320）×0.8]/16=4.1吨；

（6）转炉在开始吹炼时，加入转炉冷却剂4105（修改为4105）kg；

（7）转炉吹炼过程中，氧枪枪位由正常炉次的1.6～2.2m降低至1.4～2.0m；

（8）吹炼结束后出钢，出钢量为133.5吨，反算转炉冷却剂TFe的收得率为88.69%，从转炉冷却剂中回收铁2508kg。

实施例2

依次进行以下操作：

（1）对转炉污泥池的污泥进行磁选，获得富集污泥，其成分为：MFe：35%，TFe：55%，水分：14.9%，CaO：7.8%，SiO₂：9.68%，P≤0.15，S≤0.10；另取粘土粉、氯化镁以及粘接剂待用，使各组分含量为富集污泥97%、粘土粉1.0%、氯化镁1.0%以及粘接剂1.0%；

（2）用抓斗和汽车将富集污泥运送至原料场地，堆放5天，取样分析其水分为6.7%；

（3）将干燥后的富集污泥、以及步骤（1）中准备好的粘土粉、氯化镁以及粘接剂放入圆筒式造球机中，经过混合造球，制成富集污泥球团，其粒度平均为48.9mm；

（4）将制成的富集污泥球团摊开，晾晒6天后得到转炉冷却剂，取样分析其成分为：MFe：40.2%，TFe：65.3%，水分：1.1%，CaO：8%，SiO₂：9.56%，P≤0.15，S≤0.10；

（5）转炉冷却剂进入转炉料仓后，加入到转炉内。以公称容量为120吨的转炉为例，转炉冶炼的其中一炉，入炉铁水[C]含量为3.67%，温度为1324℃，铁水装入量133吨，加废钢4.2吨，按公式计算转炉冷却剂加入量为：

W=[（3.67%-3.20%）/0.01%×1.2+（1324-1320）×0.8-4.2×10]/16=1.1吨；

（6）转炉在开始吹炼时，加入转炉冷却剂1109kg；

（7）转炉吹炼过程中，氧枪枪位由正常炉次的1.6～2.2m降低至1.5～2.1m；

（8）吹炼结束后出钢，出钢量为132.9吨，反算转炉冷却剂TFe的收得率为85.16%，从转炉冷却剂中回收铁616kg。

实施例3

（1）对转炉污泥池的污泥进行磁选，获得富集污泥，其成分为：MFe：45%，TFe：65%，水分：10.1%，CaO：6.5%，SiO₂：7.46%，P≤0.15，S≤0.10；另取粘土粉、氯化镁以及粘接剂待用，使各组分含量为富集污泥98%、粘土粉0.5%、氯化镁0.5%以及粘接剂1.0%；

（2）用抓斗和汽车将富集污泥运送至原料场地，堆放3天，取样分析其水分为6.5%；

（3）将干燥后的富集污泥、以及步骤（1）中准备好的粘土粉、氯化镁以及粘接剂放入圆筒式造球机中，经过混合造球，制成富集污泥球团，其粒度平均为32.6mm；

（4）将制成的富集污泥球团摊开，晾晒6天后制得转炉冷却剂，取样分析其成分为：MFe：40.2%，TFe：65.3%，水分：1.1%，CaO：8%，SiO₂：9.56%，P≤0.15，S≤0.10；

（5）转炉冷却剂进入转炉料仓后，加入到转炉内。以公称容量为120吨的转炉为例，转炉冶炼的其中一炉，入炉铁水[C]含量为3.81%，温度为1312℃，铁水装入量134吨，加废钢4.6吨，按公式计算转炉冷却剂加入量为：

W=[（3.81%-3.20%）/0.01%×1.2+（1312-1320）×0.8-4.6×10]/16=1.3吨；

（6）转炉在开始吹炼时，加入转炉冷却剂1300kg；

（7）转炉吹炼过程中，氧枪枪位由正常炉次的1.6～2.2m降低至1.5～2.1m；

（8）吹炼结束后出钢，出钢量为133.1吨，反算转炉冷却剂TFe的收得率为89.29%，从转炉冷却剂中回收铁758kg。

实施例4

（1）对转炉污泥池的污泥进行磁选，获得富集污泥，其成分为：MFe：42.3%，TFe：63.4%，水分：12.5%，CaO：6.2%，SiO₂：8.52%，P≤0.15，S≤0.10；另取粘土粉、氯化镁以及粘接剂待用，使各组分含量为富集污泥97%、粘土粉0.5%、氯化镁0.5%以及粘接剂2.0%；

（2）用抓斗和汽车将富集污泥运送至原料场地，堆放4天，取样分析其水分为5.8%；

（3）将干燥后的富集污泥、以及步骤（1）中准备好的粘土粉、氯化镁以及粘接剂放入圆筒式造球机中，经过混合造球，制成富集污泥球团，其粒度平均为45.5mm；

（4）将制成的富集污泥球团摊开，晾晒6天后得到转炉冷却剂，取样分析其成分为：MFe：45.8%，TFe：70.3%，水分：0.9%，CaO：6.5%，SiO₂：9.02%，P≤0.15，S≤0.10；

（5）转炉冷却剂进入转炉料仓后，加入到转炉内。以公称容量为120吨的转炉为例，转炉冶炼的其中一炉，入炉铁水[C]含量为3.72%，温度为1331℃，铁水装入量135吨，加废钢5.1吨，按公式计算转炉冷却剂加入量为：

W=[（3.72%-3.20%）/0.01%×1.2+（1331-1320）×0.8-5.1×10]/16=1.26吨；

（6）转炉在开始吹炼时，加入转炉冷却剂1265kg；

（7）转炉吹炼过程中，氧枪枪位由正常炉次的1.6～2.2m降低至1.4～2.0m；

（8）吹炼结束后出钢，出钢量为134.7吨，反算转炉冷却剂TFe的收得率为87.6%，从转炉冷却剂中回收铁779kg。

通过本发明提供的转炉冷却剂及其制备方法和使用方法，具有以下优点：

（1）对消耗的影响。加入转炉冷却剂炉次的渣料消耗较对比炉次有所下降，总渣料下降210kg/炉。这主要是由于富集污泥球中除金属铁外，还含有较高的FeO及一定量的CaO、SiO₂等造渣材料，促进了转炉熔渣的熔化，从而减少了渣料的加入量。

（2）终点控制情况。由于转炉冷却剂中铁的氧化较高，一方面能够迅速为炉渣提供脱磷所需的w(FeO)，满足脱磷的热力学条件，能够提高脱磷效果；另一方面转炉冷却剂的加入，能够助熔、加速了石灰的熔解，既能够快速提高炉渣的碱度，又能够增强炉渣的流动性，改善了脱磷的动力学条件，对钢水脱磷有利。从现场操作看，加入转炉冷却剂炉次过程来渣快、渣态好。

（3）终渣分析情况。从过程装入量与出钢量看，使用转炉冷却剂未对转炉吹损造成影响。从转炉区域钢铁料消耗计算看，在不加入废钢的情况下，每炉加入1.69吨转炉冷却剂，可降低钢铁料消耗7.88kg。

（4）转炉冷却剂全铁收得率分析。根据试验期间半钢吹损情况和加转炉冷却剂的出钢量，计算出的转炉冷却剂的全铁收得率可达：R=[132.81－134.67×(132.56/135.46)]/(1.69×0.678)×%=89.29%。

（5）经济性分析。

收益：假设使用废钢价格2420元/吨，某厂年可替代量约5.06万吨，合计12245万元。

投入：转炉冷却剂价格1344.65元/吨，某厂年使用量3.16万吨，合计4249万元；

钢产量降低，摊高固定成本：2.89×600=1734万元

钢产量降低，热轧效益损失：2.89×300=867万元

预计经济效益：12245-（4249+1734+867）=5395万元。

由于本发明的转炉冷却剂中骨料仅为富集污泥，堪称是禀赋优良的“精料”，不仅不会对工艺产生异常影响，而且使用转炉冷却剂替代废钢应用于转炉冶炼后，终点钢水C含量与正常生产炉次相当，钢水P平均降低0.0018%，S含量平均升高0.0014%，出钢温度在平均1670℃以上，对转炉热量的调整较废钢更灵活，全铁收得率可达89.29%，过程渣态好、来渣快，脱磷脱硫效果稳定。

本发明提供的转炉冷却剂制造及使用工艺简单，无需复杂的工装条件，易于推广。可在同行业的钢铁厂推广应用。另外，作为冷却剂的富集污泥球的推广应用使得二次资源得到高附加值综合利用，其产业化的重要意义在于解决了堆积占地、环境污染问题的同时，使企业实现了效益最大化。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (10)

1.一种转炉冷却剂，其特征在于，所述转炉冷却剂是采用包括富集污泥的原料经混合造球、干燥而成，其中，在所述原料中富集污泥的含量为94质量%以上；

在所述富集污泥中，MFe的含量为35～45质量%、TFe的含量为55～65质量%、水分的含量为10～15质量%、CaO的含量为5～8质量%、SiO₂的含量为7～10质量%、P的含量为0.15质量%以下、S的含量为0.10质量%以下；

所述转炉冷却剂中的TFe含量为65～75质量%、水分含量为3%以下。

2.根据权利要求1所述的转炉冷却剂，其特征在于，所述原料还包括粘土粉、氯化镁、粘接剂。

3.根据权利要求2所述的转炉冷却剂，其特征在于，所述原料包括：95～98质量%的富集污泥、0.5～1.5质量%的粘土粉、0.5～1.5质量%的氯化镁、1.0～2.5质量%的粘接剂。

4.根据权利要求1所述的转炉冷却剂，其特征在于，所述转炉冷却剂平均粒度为30mm～50mm。

5.根据权利要求4所述的转炉冷却剂，其特征在于，在所述转炉冷却剂中，5mm以下粒级的颗粒含量为5质量%以下。

6.一种转炉冷却剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将转炉污泥经过磁选后得到富集污泥；在所述富集污泥中，MFe的含量为35～45质量%、TFe的含量为55～65质量%、水分的含量为10～15质量%、CaO的含量为5～8质量%、SiO₂的含量为7～10质量%、0.15质量%以下的P、0.10质量%以下的S；

（2）在所述富集污泥中加入粘土粉、氯化镁以及粘接剂进行混合造球，得到其平均粒度为30mm～50mm的球团，其中，富集污泥的含量为94质量%以上；

（3）将所述球团采用摊开晾晒的方式干燥至水分为3%以下，从而得到所述转炉用冷却剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括将所述富集污泥干燥至水分为5.5%～7.5%的初级干燥的步骤。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，各组分的含量为：95～98质量%的富集污泥、0.5～1.5质量%的粘土粉、0.5～1.5质量%的氯化镁、1.0～2.5质量%的粘接剂。

9.一种转炉冷却剂的使用方法，其特征在于，利用下式来确定权利要求1～5中任意一项所述的转炉冷却剂的使用量W：

W=[（入炉铁水的碳含量-3.20%）/0.01%×1.2+（入炉温度-1320）×0.8-废钢加入量×10]/16

其中，W的单位是吨/炉次，入炉铁水的碳含量是质量百分含量，入炉温度的单位是℃，废钢加入量的单位是吨/炉次。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，在转炉吹炼的过程中，氧枪枪位为1.4～2.0m。