CN1043244C - 由渣生产生铁或钢以及水泥熟料的方法 - Google Patents
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Abstract
为用渣生产生铁或钢及水泥熟料，建议使含氧化铁的液态渣，如炼钢渣与氧化铁载体，如矿石，轧钢碎屑等和石灰反应，形成含铁酸盐的渣，并使形成的铁酸盐渣在还原反应器，如铁水熔池反应器中还原，随后将烧结体相作为熟料卸出。
Description
本发明涉及由渣生产生铁或钢及水泥熟料的方法。
已知的是，将经预还原的并至少部分预热过的炉料和煤一起吹入流化层中，其中在炉料还原的条件下煤在流化层中被气化，而生铁和渣以液态形式放出。在所希望的生铁产量方面，这些已知的熔融气化反应通常都是已优化的。为了在生产生铁的同时还能生产水泥熟料，根据早期的建议，将石灰和矿石一起加入熔融气化器内，其中借助于石灰料可调整所需的水泥熟料组成。通过相应调整渣的碱度，可由一系列渣合成具有水硬性的适宜原料，该原料可直接用作所谓的矿渣水泥，或用作水泥调整或水泥生产中的添加剂。但强碱性渣，比如LD渣，由于其氧化铁含量高，通常不适于直接进一步用于生产水泥。鉴于这类炼钢渣，特别是LD渣中日益增加的重金属含量，这类渣的处置日益成为严重的难题。尤其是量相当大的炼钢渣目前不再能以经济的方式利用，同时鉴于增长的重金属含量，令人担心是渣的废置也将被日益增加的困难所困扰。
在水硬性胶结剂的生产中，影响硬化时间、疲劳强度及其它对胶结剂而言十分关键的参数的胶结剂添加剂已变得越来越重要。这类添加剂可与常规的水硬性胶结剂，如矿渣水泥或波特兰水泥结合起来使用，以调整所需的性能。
本发明旨在提供一种开始所述类型的方法，用此方法，大量的渣，特别是有问题的渣，可以用特别简单的方式，在生产生铁或钢的同时转化成有价值的水硬性胶结剂和胶结剂添加剂。为达到此目的，本发明的方法基本上在于：将含氧化铁的液态渣，如炼钢渣，与氧化铁载体，如铁矿石、碱性贫矿、轧钢碎屑或冶金粉尘及石灰混合，然后在使碳燃烧的同时，在形成铁水熔池和烧结体相的条件下使形成的铁酸盐渣在还原反应器中还原；随后将烧结体相作为熟料卸出。首先，在液态炼钢渣中，如在LD法中所碰到的一样，除过高的氧化铁值外，还有相当低的CaO值，正因为此而不易获得具有所需结晶学性质，如特别是高的A盐(Alit)/C3S值的均匀的熟料结构。通过将这类含氧化铁的液态渣，如炼钢渣，与氧化铁载体，如铁矿石和石灰混合，就基本上改善了形成合成胶结剂添加剂或合成水硬性胶结剂的适宜结晶学边界条件。水泥的早期强度在很大程度上取决于相应水泥熟料中的A盐含量。通过按照本发明向含氧化铁的液体渣中加铁矿石、碱性贫矿等及石灰，即可生产具有高的早期强度值的水泥熟料。含氧化铁的液体渣与上述的氧化铁载体的混合使铁酸盐相得以形成，故而由含氧化铁的液体渣和开始时所述类型的氧化铁载体所构成的混合渣在后文中简单称为铁酸盐渣。这样添加氧化铁和/或氧化铁载体在基本恒定的温度下导致强液化作用或降低粘度，借此可使存在于含氧化铁的液态渣，如LD渣中，并以分散态存在的钢容易地沉积，并被单独放出。总之，以这种方式，可形成基本上没有钢的液态铁酸盐渣，这种渣仅在CaO方面不饱和。正是这种不饱和现象，通过加入石灰而得以消除，其中由于粘度降低，所加的CaO可以铁酸钙和硅酸钙的形式均匀地溶于渣中。如果需要，还可加一系列常规的调整剂，如铝土矿，以适于在这种情况下的所需熟料组成，这样就可进一步降低熔体的粘度。
由于在下文中，在碳燃烧的同时，在形成铁水熔池和烧结体相的条件下渣被还原，所以可将铁酸盐还原成生铁并得到相组织特别优越的水泥熟料烧结体。
如果按照本发明方法的优选实施方案，将还原进行到Fe2O3含量范围达到3-12％(重量)为止，则可确保Fe2O3在烧结体中在固态熟料的矿物A盐和B盐(Belit)间引起形成低粘度熔融相或槽道(Kanle)，从而能使还原的铁滴沉入铁水熔池中。为使熟料相在后续的冷却过程中稳定，在此情况下，熟料中Fe2O3的这一最低比例是极为必要的。在这种情况下，除在铁水熔池中发生气化反应外，铁水熔池还用作形成固态熟料组织的载体和传输介质。直接用固态碳，而不用铁水熔池进行的铁酸盐还原反应，通常都在熟料反应器中导致实际上不可控的结块和排放的难题。熟料相本身的熔点高于2000℃，从技术和经济的观点来看，这都是不能控制的。
本发明的方法可有利地这样进一步进行：将熟料在氧化气氛中二次烧结(nachgesintert)。这样的后处理用来排除铁滴，借此氧化分散的铁并有利地以Fe3+形式将其氧化粘接至熟料相。
在铁水熔池上形成的均匀的和低粘度的铁酸盐渣的优点是，在铁水熔池中形成的CO可以简单的方式通过并被排出。这是按本发明以这样一种特别有利的方式进行的，即将铁矿石，特别是赤铁矿，以15-30％(重量)的量加至转炉渣或LD渣中。这样加入赤铁矿使得可直接控制在所要求的Fe2O3含量情况下的还原，并同时供氧以直接还原溶于铁水熔池中的碳。此外，这样加入赤铁矿将保证在还原反应器中形成适宜的铁水熔池。
有利的是，对于开始时的渣量以7～15％(重量)的量加入石灰。石灰以煅烧CaCO3，即CaO形式消除无钢的铁酸盐渣的不饱和性，从而形成铁酸钙和硅酸钙。在加石灰料之前可有利地使液态的炉渣和矿石的混合物进行沉积，以用这种方式确实得到最大程度无钢的铁酸盐渣。
为保证加石灰后最大程度的均匀性，有利的是，将铁酸盐渣加入铁水熔池反应器之前，将炉渣、氧化铁载体及石灰的混合物在1450℃，优选1500℃以上的温度下保持至少10分钟，以达到均匀化。
所需的热能原则上通过直接或间接还原提供。有利的是采用组合工艺，其中特别有益的能量平衡或自热式运行方式在同时优化的金属和熟料生严条件的下可通过这样得以保证：在还原反应器中的碳燃烧既通过与铁酸盐渣中的Fe2O3反应而直接还原，也通过在形成CO的条件下将氧气或空气吹入铁水熔池而间接还原实现，其中优选的是这样计算吹入的空气或氧气量：使间接还原部分为10-20％，尤其是约15％，而直接还原部分为80-90％，尤其是约85％。
所产生的能量的进一步利用可这样实现：用熟料冷却器排出的热气使形成于还原反应器中的加热燃气(Heizgas)二次燃烧，其中这种二次燃烧可用于比如煅烧CaCO3和预热添加料。
在下文中，将以实施例和流程图更详细地说明本发明。
实施例
从具有以下组成的液态LD渣出发：
| 组分 | 含量％ |
| SiO2Al2O3CaOMgOMnOFe2O3金属(Fe) | 17154248118 |
将22％的赤铁矿(Fe2O3)混入此渣中，熔池温度为1600℃。停留10分钟后，8％的钢以液态沉积。
此后，以开始时的渣量为基准，将10％的生石灰(CaO)加入此低粘度渣中，在1500℃停留20分钟进行均化。然后将此铁酸盐渣熔体在铁水熔池-熔融气化器上于1500℃还原15分钟，从而产生具有以下组成的烧结体：
| 组份 | 含量％ |
| SiO2Al2O3CaOMgOMnOFe2O3 | 18258468 |
用空气以常规方式将此熟料冷却。
对所得熟料作强度改善的测试，所得结果示于图1中。
此外，所得的熟料还呈现出显著良好的抗硫酸盐性。
从上述实施例得出下文的物料和能量流情况。
如已指出的那样，将68％的液态LD渣、10％的CaO和22％的Fe2O3熔在一起。出钢后，产生含33％Fe2O3的液态中间产物。由于形成的熟料的有8％的Fe2O3含量，所以每吨铁酸盐渣(“中间产物”)必须还原250Kg Fe2O3。
在整个系统中，估计辐射热损失、气体热损失等为50％。这相当于0.9GJ/t铁酸盐渣(F.S.)的热量亏损。加上原料预热(CaCO3、Fe2O3)以及煅烧( )的热需求，这意味着0.7GJ/t铁酸盐渣的更多的热需求。为将250Kg Fe2O3/t铁酸盐渣还原成175Kg Fe，则在直接还原( )中必需获得0.225GJ/t铁酸盐渣，从而整个热需求构成如下：
| 热需求 | GJ/t铁酸盐渣 |
| HSR5.3-系统损失预热+煅烧直接还原 | 0.90.70.225 |
| 总热需求 | 1.825(～435千卡/Kg) |
有三种基本可选择还原方案可供选择，即：
1、完全的间接还原
2、完全的直接还原
3、直接还原和间接还原加二次燃烧(自热法)
1．完全间接还原(气化)
如果铁酸盐渣中的(Fe2O3)借助气-液相还原法而还原成金属铁： ，则基于1吨铁酸盐渣，必须将130KgC以及173KgO2(或825Kg空气)供入铁水熔池中(=气化介质)。这在铁水熔池中引起1.44GJ/t铁酸盐渣的热发生。由此形成304Kg含15％CO2和85％CO的废气(还原后!)
从而，这种情况下本身的热平衡如下：
2、完全直接还原
| 热需求 | GJ/t铁酸盐渣 |
| 系统损失预热气化 | 0.90.7-1.44 |
| 热量亏损 | 0.16 |
如果借溶于铁水熔池中的碳将铁酸盐渣中的(Fe2O3)直接还原，则仅需20KgC。由此形成47KgCO(37.6Nm3 CO)，需要0.225GJ/t铁酸盐渣的“还原热”。
从而，这种情况下的热平衡如下：
3、自热法(二次燃烧)间接还原
| 热需求 | GJ/t铁酸盐渣 |
| 系统损失预热还原 | 0.90.7-0.225 |
| 热量亏损 | -1.825 |
由上述可知，形成了热值非常高的(85％CO、304Kg(=Nm3)/t铁酸盐渣)的废气！！
若该气体燃烧，则产生2.6GJ/t，所以远大于此方法中所用的热。
实际上，为使此法“自热地”运行，仅需燃烧16Nm3的废气。直接还原
由上述可知，形成了热值非常高的(100％CO、37.6Nm3)的废气。若燃烧此气体，则形成0.376GJ/t铁酸盐渣，这仍意味着有1.825-0.376=1.5GJ/t铁酸盐渣的热量亏损。
用热回收措施(熟料冷却器)，可回收1GJ/t铁酸盐渣，从而将热量亏损减至约0.5GJ/t铁酸盐渣。这种热量亏损比如可通过燃烧，如，废燃料而消除。组合的方法
通过将直接还原和间接还原与二次燃烧组合，则可进行真正的自热操作运行。
在完全间接还原加二次燃烧中产生
在完全直接还原加二次燃烧中产生
| 1.44 | GJ/t | 气化热 |
| 2.6 | GJ/t | 废气燃烧热 |
| 1 | GJ/t | 冷却器废热 |
| 5 | GJ/t | 可得的总热量 |
| -0.225 | GJ/t | 还原热 |
| +0.376 | GJ/t | 废气燃烧热 |
| +1 | GJ/t | 冷却器废热 |
| 1 | GJ/t | 可得的总热量 |
这些可得的总热量必须与热需求相抵：
| 系统损失 | 0.9GJ/t |
| 预热/煅烧 | 0.9GJ/t |
| 热需求 | 1.6GJ/t |
所以，该完全自热运行的方法有利地以占15％的间接还原和占85％的直接还原法加完全二次燃烧运行、消耗分别为：
36.5Kg 碳
26Kg 氧
见流程图，“二次燃烧”比如可借助于来自熟料冷却器的热的废气运行。
在图2中，本方法的构思借助于适于此法设备的示意图更详细地进行说明。在图2中，1指旋风分离器-预热设备，带出的石灰石与热的废气用它分离。热废气经废气管2和抽风机3抽出。
热粉或生石灰在适当预热后自容器4加入铁酸盐反应器5中。此外，液态LD-渣经输送管6，而热氧化铁经输送管7加入铁酸盐反应器5中。热的氧化铁从预热储存容器8取出，其中也设置旋风分离器-预热器1，用于将细颗粒，如，轧钢碎屑与热废气的气流分离开。
在铁酸盐反应器5中作适当的停留后，液态铁酸盐渣混合物到达铁水熔池反应器9。在倒出渣后，可通过使铁酸盐反应器绕轴旋转而将沉积于铁酸盐反应器中的粗钢单独放出。铁水熔池反应器中的铁酸盐渣10进入熔融气化空间，烧结体相12在其中于铁水熔池11之上形成。可经管13将热空气输入烧结相上方的空间中，以使形成的CO二次燃烧。热废气和细固体一起经废气管14进入开始时提到的旋风分离器-预热设备中，以便在完成提纯后经废气管2陆续排放。
以15示出的枪进入铁水熔池，经该枪可将碳和氧吹入，以保证适当的还原。在形成所需的烧结体相后，可将其排至冷却器16上，其中冷空气在进行冷却后，可经管道13以热空气形式送往铁水熔池反应器或熔融气化器的二次燃烧空间。得到含A盐的熟料，它具有极好的早期强度值。
Claims (16)
1．用渣生产生铁或钢及水泥熟料的方法，其特征在于，将含氧化铁的液态渣与氧化铁载体和石灰混合，而后在使碳燃烧的同时在形成铁水熔池(11)和烧结体相(12)的条件下，使形成的铁酸盐渣(10)于还原反应器(9)中还原，随后将烧结体相(12)作为熟料卸出。
2．权利要求1的方法，其特征在于所述含氧化铁的液态渣是炼钢渣。
3．权利要求1的方法，其特征在于所述氧化铁载体是铁矿石、碱性贫矿、轧钢碎屑或冶金粉尘。
4．权利要求1的方法，其特征在于还原进行到Fe2O3含量范围达到3-12％(重量)为止。
5．权利要求1或4的方法，其特征在于，熟料在氧化性气氛中被二次烧结。
6．权利要求1或4的方法，其特征在于，以15-30％(重量)的量将铁矿石加入转炉渣或LD-渣中。
7．权利要求6的方法，其特征在于，所述铁矿石是赤铁矿。
8．权利要求1或4的方法，其特征在于，以开始时的渣量为基准，以7-15％(重量)的量使用石灰。
9．权利要求1或4的方法，其特征在于，在加石灰之前，使液体炉渣和矿石的混合物进行沉积。
10．权利要求1或4的方法，其特征在于，在将铁酸盐渣(10)送入铁水熔池反应器(9)之前，将炉渣、氧化铁载体和石灰的混合物在1450℃以上的温度下保持至少10分钟。
11．权利要求10的方法，其特征在于，将炉渣、氧化铁载体和石灰的混合物在1500℃以上的温度下保持至少10分钟。
12．权利要求1或4的方法，其特征在于，在还原反应器(9)中碳的燃烧既通过与铁酸盐渣(10)中的Fe2O3反应而进行直接还原，也通过在形成CO的条件下将氧或空气吹入铁水熔池而进行间接还原而实现。
13．权利要求12的方法，其特征在于，吹入的空气或氧量这样确定：使间接还原部分占10-20％，而直接还原部分占80-90％。
14．权利要求13的方法，其特征在于，吹入的空气或氧量这样确定：使间接还原部分占15％。
15．权利要求13的方法，其特征在于，吹入的空气或氧量这样确定：使直接还原部分占85％。
16．权利要求1或4的方法，其特征在于，在还原反应器(9)形成的加热燃气(Heizgas)借助熟料冷却器的热的排出空气而二次燃烧。
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