CN103789469A - 一种熔融钢渣回收金属铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种熔融钢渣回收金属铁的方法，是将熔融钢渣倾倒入熔炼炉中，利用钢渣显热促进钢渣与添加剂的反应，将熔融钢渣中的铁氧化物还原得到铁水，铁水沉积到炉底，将上部钢渣通过扒渣设备移除，即可得到高品质铁水。本发明优点是利用热态钢渣的显热使转炉钢渣与添加剂反应，减少能耗，降低成本。

Description

一种熔融钢渣回收金属铁的方法
技术领域
本技术属于资源环境技术领域，特别是一种利用热态熔融转炉钢渣还原回收金属铁的方法。
背景技术
每炼一吨钢产生0.12～0.14吨钢渣。2012年我国钢产量为7.17亿吨，钢渣产生量约为9300万吨，钢渣利用率为22%。大量钢渣没有资源化利用，占用土地，污染环境。
钢渣中约有10%的金属铁和约30%的氧化态铁，全铁含量约30%，大于冶炼铁矿29.1％的平均品位，其本身就是资源。目前热态下的钢渣热闷及冷态下的钢渣破碎、棒磨、磁选工艺处理流程长，金属铁回收率只有8%，而氧化态的铁元素不能回收，造成巨大浪费。稳定性合格的尾渣粉磨成钢渣粉或者与矿渣粉双掺制成钢铁渣粉用作水泥和混凝土的掺合料。但钢渣中高氧化态铁导致水硬性胶凝矿物C3S和C2S总量少约40%～50%，降低了钢渣水硬胶凝性，因此，还原回收钢渣中氧化态铁不仅提高了金属回收率，也为尾渣后续利用提供更优质的原料。
发明内容
在本发明中，转炉钢渣被视作富铁资源原料，全铁含量约占钢渣总量的25%-35%，对钢铁企业是很宝贵的资源。因此可对转炉钢渣进行还原处理，将铁氧化物还原成金属铁，利用铁与渣比重的不同实现金属与渣的分离，回收利用钢渣中的金属铁。
本发明是将热态转炉钢渣倾倒入熔渣电炉中，利用钢渣显热促进钢渣与添加剂的反应，将熔融态钢渣中的铁氧化物还原得到铁水，铁水沉积到炉底，将上部钢渣通过倾倒加扒渣设备移除，即可得到高品质铁水。
本发明涉及一种熔融钢渣回收金属铁的工艺方法，包括如下步骤：
（1）将熔融钢渣倾倒入熔炼炉中并加入添加剂进行反应，反应过程中配合搅拌；
（2）经过一段时间的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；
（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中得到的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；
（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；
（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；
（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。
其中，添加剂分别为钙质添加剂、硅质添加剂和/或铝质添加剂，其中钙质添加剂包括C：10-40（重量%），CaO：50-80（重量%），Al2O3：4-8（重量%），MgO：1-3（重量%）；硅质添加剂包括C：10-40（重量%），SiO2：50-80（重量%），Al2O3：4-8（重量%），MgO：1-3（重量%）；铝质添加剂包括C：10-35（重量%），Al2O3：50-80（重量%），SiO2：3-10（重量%），CaO：3-8（重量%），MgO：1-3（重量%）。
其中，所述一段时间为0.5-1.0小时。
其中，熔融钢渣与添加剂的添加量的质量比值为1:0.05-0.2。
其中，在进行反应的同时进行搅拌，搅拌装置的转速为10-60转/分钟。
其中，加入熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1400-1650℃。
其中，在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1400-1650℃。
其中，尾渣处理线进行处理后的尾渣用于建材和墙体的保温材料。
其中，熔炼炉为熔渣电炉的形式，其包括感应器、炉衬、搅拌装置和添加剂添加装置。
本发明优点是利用热态钢渣的显热使转炉钢渣与添加剂反应，减少能耗，降低成本。而且转炉炼钢后得到的钢渣直接进入熔渣电炉中进行反应，减少了钢渣降温、剥离破碎提纯的工序，既减少了占地和人员定员，又提高了生产效率，实现了转炉钢渣的资源化利用，使钢铁行业效益最大化。
附图说明
图1为熔炼炉示意图
图2为熔融钢渣还原回收金属铁方法工艺流程图
具体实施方式
一种熔融钢渣回收金属铁的方法所需熔渣电炉如附图1所示，主要包括：1、感应器；2、炉衬；3、搅拌装置；4、特制添加剂添加装置。对于熔融钢渣还原回收金属铁方法，液态熔融渣在进入熔渣电炉后与添加剂反应的过程中，通过控制钢渣的进量与添加特制添加剂的投入速率来控制金属铁的还原速率。
如图2所示，熔融钢渣回收金属铁的工艺流程为出渣→运渣→倾倒入熔渣电炉加入添加剂进行反应→铁水富集在炉底→倒渣扒渣→铁水返回预处理，尾渣处理后进行利用。具体包括如下步骤：（1）将熔融钢渣倾倒入熔炼炉中并加入添加剂进行反应，反应过程中配合搅拌；（2）经过一段时间的反应后，还原铁氧化物得到铁水和尾渣，铁水沉积到炉底；（3）倾动熔炼炉，向渣包中倾倒钢渣直至刚刚有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉渣铁界面附近的钢渣扒入渣包；（5）将渣包运至尾渣处理线进行尾渣后处理并综合利用（建材或墙体保温材料等）；（6）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（7）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理，生产合格的铁水。按照本方法对各钢厂的转炉钢渣进行资源化处理，充分回收钢渣中金属铁元素，尾渣可以作为高档建材和墙体保温材料的原料，使钢铁企业的利益最大化，实现了大宗工业固体废物转炉钢渣的高附加值资源化利用和经济可持续发展。
实施例1，（1）将温度为1400℃的熔融钢渣1000kg倾倒入熔炼炉中并加入硅质添加剂50kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为10转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1400℃；其中硅质添加剂包括C：10（重量%），SiO2：80（重量%），Al2O3：8（重量%），MgO：2（重量%）；（2）经过0.5小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例2，（1）将温度为1650℃的熔融钢渣1000kg倾倒入熔炼炉中并加入铝质添加剂200kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为60转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1650℃；铝质添加剂包括C：35（重量%），Al2O3：55（重量%），SiO2：6（重量%），CaO：3（重量%），MgO：1（重量%）。（2）经过1小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例3，（1）将温度为1550℃的熔融钢渣1000kg倾倒入熔炼炉中并加入钙质添加剂100kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为40转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1550℃；其中钙质添加剂包括C：40（重量%），CaO：50（重量%），Al2O3：8（重量%），MgO：2（重量%）。（2）经过0.6小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例4，（1）将温度为1500℃的熔融钢渣500kg倾倒入熔炼炉中并加入钙质添加剂100kg进行反应,其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为50转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1500℃；其中钙质添加剂包括C：10（重量%），CaO：80（重量%），Al2O3：7（重量%），MgO：3（重量%）；（2）经过0.6小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例5，（1）将温度为1500℃的熔融钢渣2000kg倾倒入熔炼炉中并加入硅质添加剂300kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为50转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1500℃；其中硅质添加剂包括C：40（重量%），CaO：50（重量%），Al2O3：7（重量%），MgO：3（重量%）。（2）经过0.6小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例6，（1）将温度为1470℃的熔融钢渣1000kg倾倒入熔炼炉中并加入钙质添加剂200kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为55转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1470℃；其中钙质添加剂包括C：30（重量%），CaO：60（重量%），Al2O3：7（重量%），MgO：3（重量%）。（2）经过1小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例7，（1）将温度为1470℃的熔融钢渣1000kg倾倒入熔炼炉中并加入铝质添加剂200kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为55转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1470℃；其中铝质添加剂包括C：10（重量%），Al2O3：80（重量%），SiO2：3（重量%），CaO：6（重量%），MgO：1（重量%）。（2）经过1小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例8，（1）将温度为1580℃的熔融钢渣1000kg倾倒入熔炼炉中并加入硅质添加剂180kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为60转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1580℃；其中硅质添加剂包括C：30（重量%），CaO：60（重量%），Al2O3：8（重量%），MgO：2（重量%）。（2）经过1小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
实施例9，（1）将温度为1580℃的熔融钢渣1000kg倾倒入熔炼炉中并加入铝质添加剂180kg进行反应，其中反应过程中配合搅拌，搅拌装置的转速为60转/分钟；在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1580℃；其中铝质添加剂包括C：20（重量%），Al2O3：60（重量%），SiO2：10（重量%），CaO：7重量%），MgO：3（重量%）。（2）经过1小时的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。进行沉积铁的化学分析及尾渣胶凝活性指数的测试，化学分析结果见表1，胶砂强度测试结果见表2，分析测试参照GB/T223.73-2008《钢铁及合金铁含量的测定三氯化钛-重铬酸钾滴定法》、GB/T223.60-1997《钢铁及合金化学分析方法高氯酸脱水重量法测定硅含量》、GB/T20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、NACIS/CH008:2005《钢铁及合金化学分析方法-ICP-AES法》、GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》。符合相关的使用要求。
表1熔融钢渣还原回收金属铁化学分析结果（%）
Figure BDA0000467474330000071
表2熔融钢渣改性尾渣水硬胶凝活性指数测试结果（%）

Claims (9)

1.一种熔融钢渣回收金属铁的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将熔融钢渣倾倒入熔炼炉中并加入添加剂进行反应，反应过程中配合搅拌；
（2）经过一段时间的反应后，还原铁氧化物得到铁水和钢渣，铁水沉积到炉底；
（3）出渣步骤：倾动熔炼炉，向渣包中倾倒步骤（2）中得到的钢渣；直至有铁花飞溅，熔炼炉停止倾动；
（4）用扒渣器将熔炼炉中钢渣和铁水界面附近的钢渣扒入渣包；将渣包运至尾渣处理线进行处理；
（5）继续倾动熔炼炉，将铁水倒入钢包；
（6）将装有铁水的钢包运至铁水预处理站进行铁水预处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：添加剂分别为钙质添加剂、硅质添加剂或铝质添加剂，其中钙质添加剂包括C：10-40（重量%），CaO：50-80（重量%），Al2O3：4-8（重量%），MgO：1-3（重量%）；硅质添加剂包括C：10-40（重量%），SiO2：50-80（重量%），Al2O3：4-8（重量%），MgO：1-3（重量%）；铝质添加剂包括C：10-35（重量%），Al2O3：50-80（重量%），SiO2：3-10（重量%），CaO：3-8（重量%），MgO：1-3（重量%）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一段时间为0.5-1.0小时。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，熔融钢渣与添加剂的添加量的质量比值为1:0.05-0.2。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在进行反应的同时进行搅拌，搅拌装置的转速为10-60转/分钟。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，加入熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1400-1650℃。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在反应的过程中保持熔炼炉中的熔融钢渣的温度为1400-1650℃。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，尾渣处理线进行处理后的尾渣用于建材和墙体的保温材料。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，熔炼炉为熔渣电炉的形式，其包括感应器、炉衬、搅拌装置和添加剂添加装置。
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