CN104046710A - 一种精炼废渣热态制备炼钢熔剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精炼废渣在热态下制备炼钢熔剂的方法。其步骤是：a、精炼废渣脱硫：在熔融炉中通入氧气，控制熔融炉温度在1300~1500℃，通入氧分压在1~2atm，反应时间30min~60min，将精炼废渣中的硫以气态方式脱除；b、制备炼钢熔剂：包括高Al低Si型精炼废渣制备预熔型精炼渣剂；或者高Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣助熔剂；或者高碱度低Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣剂。本发明充分利用了熔融态精炼渣自身的显热，缩短精炼废渣的处理工序，节约了能源，渣中的硫以SO2气态方式脱除，脱硫效率达97%，本发明所获得炼钢熔剂不易粉化，无需压块成型，破碎后可直接使用。

Description

一种精炼废渣热态制备炼钢熔剂的方法
技术领域
本发明属于精炼废渣资源综合利用技术领域，具体涉及一种把炼钢精炼过程中产生的精炼废渣，在热态下制备炼钢熔剂的方法。
背景技术
随着冶炼工艺和技术的进步，LF炉精炼工艺被广泛应用于冶金生产中，目前国内每精炼1吨钢，产生大约10公斤左右的精炼渣。目前大多数钢铁企业将LF炉精炼废渣冷却处理后与转炉钢渣混于一起，翻到于矿渣山上，带来的堆放占地和环境污染问题十分突出。
LF炉精炼废渣中含有大量的氧化钙、氧化铝、氟化钙等组分，这些组分与冶金工业中使用的部分原料组分相似，如熔剂和造渣材料等，精炼废渣具有很大的利用价值，其循环利用方式主要有熔融态（热态）和固态两个方面。
精炼后的废渣仍具有一定的硫容量，精炼废渣本身为高温熔化炉渣，返回利用过程中可以快速成渣，加速脱硫和合金化的过程，而且热态下循环利用节能潜力巨大，热态精炼渣的回收利用既减少了造渣材料的消耗，又利用了渣的残余热量，提高了热效率。熔融态废渣的循环利用由于是在原冶炼容器内进行，因此解决了固态渣利用上存在的冶炼流程外额外的土地和设备投入以及严重的环境问题，从处理周期和环境因素等方面来看熔融态精炼渣循环利用具有固态渣循环利用无法比拟的优点。
目前，熔融态精炼渣循环利用方式主要是回用到精炼环节，热态精炼废渣直接返回利用减少了造渣原料的消耗，利用了钢渣的残余热量，提高了热效率，但是随着循环次数的增加，渣中Al2O3和S质量分数增加，使循环渣的硫容量迅速减小，脱硫速率明显降低，熔融态废渣被直接返回利用时，循环利用次数不超过3次，热态渣经过3次循环利用后，只能采取冷态处理的方法堆放起来，造成了资源的大量浪费。
将热态或冷态LF炉精炼废渣通过脱硫再生处理可以增加精炼渣热态循环利用的次数。德国一些钢铁企业是在尚未出钢的情况下将火焰喷枪插入精炼炉内，将渣中的硫氧化为气态物质脱除。该种方式的缺点是生产节奏紧张，需要较高的生产效率，易氧化钢中的碳和硅等元素，同时要求渣层有相当的厚度，但渣层过厚容易造成炉内净空太小、渣层搅拌不均、处理效果不理想等问题。冷态精炼废渣的脱硫工艺主要采用氧化焙烧的方法，崔玉元、王德永、刘承军、姜永发提出了冶金废渣“两段式”焙烧脱硫工艺研究（钢铁钒钛，2012年12月第33卷第6期31~34页）。该研究认为精炼废渣中的硫是以CaS单独存在的，硫化钙氧化焙烧过程较为复杂，在不同温度和氧分压条件下，反应产物具有较大的差异，在Ca-S-O系中，存在着CaO、CaS和CaSO4三个稳定相区，随着焙烧温度的不同及气氛体系氧分压的不同，CaO、CaS和CaSO4三相的含量会发生显著的变化。该研究认为氧化焙烧应有较高得温度和较低的氧分压。其提出的两段式焙烧工艺为第一次阶段900℃时，CaS在空气气氛下焙烧180min；第二阶段1100℃惰性气氛下焙烧40min。经两段式焙烧处理后，工业含硫量由0.8%降至0.23%，脱硫率约为71.25%，基本可以达到循环利用水平，其缺陷是氧化焙烧的时间较长。
精炼渣中的主要成分是CaO和Al2O3，另外含一定量CaF2，在脱去渣中的S后，可以回用于精炼。在转炉造渣过程中Al2O3和CaF2能起到助熔作用，而CaO又是转炉造渣材料中的必须成分，因此精炼废渣可用于转炉造渣助熔剂，从而节约造渣材料，减少石灰及萤石用量。鞍钢的专利技术（专利号：CN101463406A）提供了一种以LF精炼炉渣为原料的转炉助熔剂及生产方法，该方法用磁选后的粉状精炼渣与铁矿粉混合压块成型，用于转炉炼钢助熔剂。但该方法使用的精炼渣未经脱硫处理，因而用量小，且工艺流程较长，未能充分利用热态精炼渣的显热。一些高碱度精炼渣CaO含量高，还含一定量CaF2，用于合成转炉造渣可代替一部分石灰和萤石，且精炼渣用量大。但精炼渣与转炉渣相比，Fe2O3含量明显不足而Al2O3含量过大，因此精炼渣用于转炉造渣剂还需配入Fe2O3等其它材料，满足转炉终渣碱度为2.5~3.5，Fe2O3含量17~23%的一般要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有LF炉精炼废渣综合利用技术中存在的不足，提供一种精炼废渣热态脱硫再生及制备炼钢熔剂的方法，既利用热态精炼渣的余热，进行脱硫反应，缩短反应时间，提高脱硫效率，又避免向渣中通入气体时对钢水的影响，同时提出了根据精炼废渣的有效成分热态制备特种炼钢熔剂的方法，所制备的炼钢熔剂具有预熔渣化渣块，能缩短冶炼周期的特点。
本发明的技术解决方案是：一种精炼废渣制备炼钢熔剂的方法，其步骤是：
a、精炼废渣脱硫：将LF炉钢包出钢浇注后的注余热态精炼废渣通过吊运转入熔融炉中，在熔融炉中通入氧气，控制熔融炉温度在1300~1500℃，通入氧分压在1~2atm，反应时间30min~60min，将精炼废渣中的硫以气态方式脱除；
b、制备炼钢熔剂：脱硫过程结束后的热态精炼废渣根据精炼渣的成分制备如下几种炼钢熔剂：高Al低Si型精炼废渣制备预熔型精炼渣剂；或者高Al型精炼废渣制备预熔型 转炉造渣助熔剂；或者高碱度低Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣剂。
高Al低Si型精炼废渣制备预熔型精炼渣剂：熔融炉控制温度在1200~1500℃，在渣中配入一定量的CaO、Al2O3和CaF2，反应时间30min以上，充分均匀后出渣，冷却后破碎成所需要的块度。成分配比是：1000 kg的精炼渣剂使用750-900kg精炼废渣，0~200kgCaO，0~200kgAl2O3和0~50kgCaF2。
高Al型精炼废渣制备预熔型   转炉造渣助熔剂：熔融炉控制温度在1200~1500℃，在渣中配入一定量的Fe2O3，反应时间30min以上，充分均匀后出渣，冷却后破碎成所需要的块度。成分配比是：1000 kg的转炉造渣助熔剂使用900~970kg精炼废渣，30~100kgFe2O3。
高碱度低Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣剂：熔融炉控制温度在1200~1500℃，在渣中配入一定量的Fe2O3，MgO和CaF2，反应时间30min以上，充分均匀后出渣，冷却后破碎成所需要的块度。成分配比是：1000 kg的转炉造渣剂使用600~700kg精炼废渣，200~300kgFe2O3，30~50kgCaF2，100~150kgMgO。
所述的一种精炼废渣制备炼钢熔剂的方法，在温度1300~1500℃时，精炼废渣中的硫以SO2气态方式脱除，CaS热态氧化焙烧脱硫的化学反应如下：
CaS+2O2（g）=CaSO4；
CaS+3/2O2（g）=CaO+SO2；
CaSO4=CaO+1/2SO2（g）+O2；
CaS+3CaSO4=4CaO+4SO2（g）。
本发明的有益效果是：（1）将熔融态精炼废渣转入熔融炉中，使精炼废渣脱硫和制备转炉造渣剂在同一个炉子中进行，既充分利用了熔融态精炼渣自身的显热，缩短精炼废渣的处理工序，减低了电耗，节约了能源，也不对原有的生产工艺产生影响；（2）在温度1300~1500℃时可以将渣中的硫以SO2气态方式脱除，脱硫效率达97%以上，同时提高了脱硫反应速度，缩短了脱硫反应时间，减少氧气的通入时间，降低了处理成本；（3）本发明所获得炼钢熔剂不易粉化，无需压块成型，破碎后可直接使用；（4）本发明利用精炼废渣制备炼钢熔剂降低了炼钢熔剂成本，能大量消耗精炼废渣，同时，由于是在热态条件下合成，本发明所获得的炼钢熔剂，具有预熔型造渣剂的特点，能快速化渣，缩短冶炼周期。
具体实施方式
下面根据不同品种的精炼废渣制备炼钢渣剂的方法做进一步的说明。
实施例一：将一种高Al低Si型热态精炼废渣通过吊运从LF炉钢包转入熔融炉中进行热态脱硫反应，废渣的成分如表1所示。
 表1  实施例一精炼废渣各成分含量    单位：%
 Fe2O3 CaO SiO2 MgO Al2O3 SO3 BaO SrO ZrO2
2.94 37.37 6.58 3.37 46.09 1.16 0.025 0.035 0.014
在1400℃条件下，通入氧气，氧分压为2atm，反应时间40mim。脱硫反应完成后，渣中SO3含量从1.16减小到0.04。然后继续在1400℃条件下，向渣中配入CaO和CaF2，配入量以制备1000 kg预熔型精炼渣剂计，精炼废渣渣：760 kg，CaO：210kg，CaF2：30 kg，反应60min后，将渣冷却，并破碎至3~8mm即得预熔型精炼渣剂。
实施例二：将一种高Al低Si型热态精炼废渣通过吊运从LF炉钢包转入熔融炉中进行热态脱硫反应，废渣的成分如表2所示。
表2  实施例二精炼废渣各成分含量    单位：%
 Fe2O3 CaO SiO2 MgO Al2O3 SO3 BaO SrO ZrO2
3.53 52.86 5.71 4.88 23.36 2.18 0.09 0.05 0.02
在1300℃条件下，通入氧气，氧分压为2atm，反应时间60mim。脱硫反应完成后，渣中SO3含量从2.18减小到0.02。然后继续在1300℃条件下，向渣中配入CaO和CaF2，配入量以制备1000 kg预熔型精炼渣剂计，精炼废渣：800 kg，CaO：50 kg，Al2O3：130 kg，CaF2：2 0 kg，反应60min后，将渣冷却，并破碎至3~8mm即得预熔型精炼渣剂。
实施例一和实施例二获得的预熔型精炼渣剂在50tLF精炼炉中进行工业性实验，结果表明两种熔精炼渣剂熔点低、熔速快，平均冶炼周期分别缩短12分钟和14分钟，脱氧、脱硫、去除夹杂效果良好，易于渣金分离，取得显著的冶炼效果。
 实施例三：将一种高Al精炼渣废通过吊运从LF炉钢包转入熔融炉中进行热态脱硫反应，废渣的成分如表3所示。
 表3  实施例三精炼废渣各成分含量    单位：%
 Fe2O3 CaO SiO2 MgO Al2O3 SO3 BaO SrO ZrO2
1.74 52.86 12.10 4.48 23.54 2.11 0.025 0.035 0.014
在1400℃条件下，通入氧气，氧分压为2atm，反应时间50mim。脱硫反应完成后，渣中SO3含量从2.11减小到0.05。然后继续在1400℃条件下，向渣中配入Fe2O3。配入量以制备1000 kg转炉造渣助熔剂计，精炼废渣：950 kg，Fe2O3 ：50 kg，反应40min后，将渣冷却，并破碎至3-8mm即得预熔型转炉造渣助熔剂。
 实施例四：将一种高Al精炼废渣通过吊运从LF炉钢包转入熔融炉中进行热态脱硫反应，废渣的成分如表4所示。
表4 实施例四精炼废渣各成分含量    单位：%
 Fe2O3 CaO SiO2 MgO Al2O3 SO3 BaO SrO
1.96 54.62 12.10 7.45 21.98 1.88 0.05 0.04
在1300℃条件下，通入氧气，氧分压为2atm，反应时间60mim。脱硫反应完成后，渣中SO3含量从1.88减小到0.05。然后继续在1300℃条件下，向渣中配入Fe2O3。配入量以制备1000 kg转炉造渣助熔剂计，精炼废渣960kg，Fe2O3 ：40 kg，反应40min后，将渣冷却，并破碎至3-8mm即得预熔型转炉造渣助熔剂。
实施例三和实施例四获得的预熔型转炉造渣助熔剂在50t转炉中进行工业性实验，结果表明两种助熔剂可替代铁钒土作助熔剂，明显改善转炉前期的化渣情况。加入本发明提供的助熔剂的炉次，脱硫、脱磷情况与掺入原助熔剂的炉次相比情况相当，化渣速度更快。
实施例五：将一种高碱度低Al精炼渣通过吊运从LF炉钢包转入熔融炉中进行热态脱硫反应，废渣的成分如表5所示。
表5  实施例五精炼废渣各成分含量    单位：%
Fe2O3 CaO SiO2 MgO Al2O3 SO3 BaO SrO F
8.59 61.25 11.24 2.08 2.35 7.27 0.04 0.03 1.69
在1500℃条件下，通入氧气，氧分压为2atm，反应时间60mim。脱硫反应完成后，渣中SO3含量从7.27减小到0.05。然后继续在1500℃条件下，向渣中配入Fe2O3、MgO和CaF2。配入量以制备1000 kg转炉造渣剂计，精炼废渣：660 kg，Fe2O3：220kg，MgO：80 kg，CaF2：40 kg，反应60min后，将渣冷却，并破碎至3-8mm即得预熔型转炉造渣剂。
实施例五所获得的转炉造渣剂，在50t转炉内进行实际使用，与原有造渣剂相比，使用本发明提供的转炉渣化渣速度快，缩短了冶炼时间，化渣情况良好，冶炼终点时，钢水中的S、P含量都能达到冶炼指标要求。
本发明用热态精炼废渣制备的炼钢熔剂，既适合用于本企业内部炼钢使用，也可根据不同企业的具体要求改变原料配比，成型后作为产品供给特定钢厂，因此原料的配比不局限于以上实施例。

Claims (7)

1.一种精炼废渣热态制备炼钢溶剂的方法，其特征步骤是：
a、精炼废渣脱硫：将LF炉钢包出钢浇注后的注余热态精炼废渣通过吊运转入熔融炉中，在熔融炉中通入氧气，控制熔融炉温度在1300~1500℃，通入氧分压在1~2atm，反应时间30min~60min，将精炼废渣中的硫以气态方式脱除；
b、制备炼钢熔剂：脱硫过程结束后的热态精炼废渣根据精炼渣的有效成分制备炼钢熔剂，可制备的炼钢溶剂种类包括：高Al低Si型精炼废渣制备预熔型精炼渣剂；或者高Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣助熔剂；或者高碱度低Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣剂。
2.根据权利要求1中所述的一种精炼废渣热态制备炼钢溶剂的方法，其特征是高Al低Si型精炼废渣制备预熔型精炼渣的步骤是：熔融炉控制温度在1200~1500℃，在渣中配入一定量的CaO、Al2O3和CaF2，反应时间30min以上，充分均匀后出渣，冷却后破碎成所需要的块度。
3.根据权利要求1中所述的一种精炼废渣热态制备炼钢溶剂的方法，其特征是高Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣助熔剂的步骤是：熔融炉控制温度在1200~1500℃，在渣中配入一定量的Fe2O3，反应时间30min以上，充分均匀后出渣，冷却后破碎成所需要的块度。
4.根据权利要求1中所述的一种精炼废渣热态制备炼钢溶剂的方法，其特征是高碱度低Al型精炼废渣制备预熔型转炉造渣剂的步骤是：熔融炉控制温度在1200~1500℃，在渣中配入一定量的Fe2O3，MgO和CaF2，反应时间30min以上，充分均匀后出渣，冷却后破碎成所需要的块度。
5.根据权利要求2中所述的一种精炼废渣热态制备炼钢溶剂的方法，其特征是预熔型精炼渣的配比是：1000kg的预熔型精炼渣使用750-900kg精炼废渣，0~200kgCaO，0~200kgAl2O3和0~50kgCaF2。
6.根据权利要求3中所述的一种精炼废渣热态制备炼钢溶剂的方法，其特征是预熔型转炉造渣助熔剂的配比是：1000kg的转炉造渣助熔剂使用900~970kg精炼废渣，30~100kgFe2O3。
7.根据权利要求4中所述的一种精炼废渣热态制备炼钢溶剂的方法，其特征是预熔型转炉造渣剂的配比是：1000kg的转炉造渣剂使用600~700kg精炼废渣，200~300kgFe2O3，30~50kgCaF2，100~150kgMgO。
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