CN108486315A - 一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂及其制备方法 - Google Patents

一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂及其制备方法，该脱磷脱硫剂由以下质量百分数的各原料制成：脱碳后转炉炼钢除尘灰球30～50％，生石灰颗粒30～50％，氯化钙颗粒15～25％；其中，脱碳后除尘灰球由脱碳后除转炉炼钢除尘灰与淀粉按照8～12：1的质量比例混合后制粒而成。优点为，铁水预处理过程中使用该脱磷脱硫剂后，铁水中磷含量可以稳定控制在0.030％及以下，而硫含量可以稳定控制在0.002％及以下，既实现转炉炼钢除尘灰的循环利用，减少固体废弃物的排放及污染，又降低了铁水预处理脱磷脱硫的成本。

Description

一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂及其制备 方法
技术领域
本发明属于炼钢过程中铁水预处理技术领域，具体涉及到一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着高磷铁矿的开发利用，一方面生铁中的磷含量有升高的趋势；另一方面对钢材质量的要求越来越苛刻。因此，脱磷一直是备受关注的重要研究课题。目前为止，工业上已经形成较为成熟且广泛应用的铁水预处理脱磷技术，包括鱼雷罐喷粉脱磷、铁水包喷粉脱磷以及转炉铁水预处理脱磷技术，其中转炉预处理脱磷技术的应用更加广泛。
与此同时，随着我国钢铁行业的迅猛发展，转炉炼钢除尘灰作为炼钢工艺流程中的固体废弃物，其总量也急剧增加，既容易造成环境污染，又占用了生产空间。因此，如何将废弃物进行回收综合利用成为目前研究的热点问题。目前国内外钢铁企业采用的处理炼钢除尘灰方式主要有三种：配加到烧结料中、对外销售与填埋。但因除尘灰的组成成分与物理化学性质，并不能较好地对其进行资源化利用，甚至会对生产过程产生某些不利影响。因此，有必要寻找更加合理的途径实现其资源化利用。
一般来说，炼钢除尘灰成分复杂，含铁量较高，约为30％～50％；粒度细，集中分布在0.05～1.5mm范围内。经显微矿相及XRD分析发现，除尘灰中铁矿物主要以Fe2O3、FeO的形式存在，同时伴随着少量的Fe3O4以及铁单质等。另外，除尘灰中含有CaO、MgO、Al2O3、SiO2等，有些还含较多的K2O、Na2O、C等，基本呈强碱性。这些成分能够部分替代脱磷剂中的氧化剂和固定剂，进而满足脱磷脱硫所需的高氧化性、高碱度条件。因此，如何科学合理地对炼钢除尘灰加以回收利用，以期实现炼钢生产中资源的循环使用具有重要意义。
此外，在铁水预处理脱磷领域，人们往往会在脱磷过程中添加萤石作为助熔剂，其主要成分为CaF2。它能在较短的时间内改变炉渣的流动性，还能够与炉渣中的SiO2再次生成CaO以提高碱度。但是，在长期的使用过程中人们发现，萤石的使用会加快对炉衬的侵蚀，还会引起严重的泡沫渣，进而导致喷溅。另外，萤石的价格偏高，不利于降低生产成本。因此，寻找萤石的替代物对于实现炼钢无氟化脱磷同样是一个目前亟待解决的技术难题。
中国专利申请号201210436275.0公开了一种铁水脱磷剂，其所述脱磷剂为氧化钙、氧化铁、氧化钡等组分的预熔料，虽然预熔过程会加速脱磷反应速度，一定程度上提高脱磷效果，但会不可避免的增加额外的能耗，不利于节能环保，且所用原料并没有实现废物利用。
中国专利申请号201210434619.4公开了一种以转炉废渣制备的脱磷剂，其所述钝化石灰为将活性石灰制成小于0.1mm的颗粒，然后进行雾化钝化。该工艺虽然有利于改善石灰的反应性能，但其破碎过程增加了成本，且雾化过程会让部分的生石灰吸潮而转化为熟石灰，进而延缓反应进程，且能耗增加。
中国专利申请号201010537007.9公开了一种以转炉干法除尘灰为原料的铁水脱磷剂，其原料组成中包括5～20％的萤石粉，虽然能够起到助熔剂的基本效果，但仍未解决CaF2对于炉衬侵蚀作用的缺陷，且萤石价格较高，不利于降低成本。
发明内容
本发明提供一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂及其制备方法，旨在对转炉炼钢除尘灰进行有效利用、降低脱磷脱硫剂的生产成本并提高脱磷脱硫剂的胶磷脱硫效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其由以下质量百分数的各原料制成：脱碳后转炉炼钢除尘灰球30～50％，生石灰颗粒30～50％，氯化钙颗粒15～25％；其中，脱碳后除尘灰球由脱碳后除转炉炼钢除尘灰与淀粉按照8～12：1的质量比例混合后制粒而成，在脱碳后除转炉炼钢除尘灰中，C≤1wt％；生石灰颗粒中，CaO≥85wt％；氯化钙颗粒中CaCl2≥85wt％。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的更优选择或具体选择。
优选的，所述脱碳后转炉炼钢除尘灰球由脱碳后转炉炼钢除尘灰与淀粉按照10：1的质量比加入强力混合机中，充分混匀后再经双辊压球机压制而成。
具体的，脱碳后转炉炼钢除尘灰的粒度在1.5mm以下，脱碳后转炉炼钢除尘灰球的粒度为5～15mm。
具体的，生石灰颗粒及氯化钙颗粒的粒度均为5～15mm。
具体的，脱磷脱硫剂的主要化学成分及质量分数为：铁氧化物占比20～30％，CaO占比35～45％，CaCl2占比15～25％，SiO2占比2～5％，Al2O3占比1～3％，MgO占比1～3％；另外，其组成需满足质量比：CaO/铁氧化物＝1～3，CaO/SiO2＝7～20，CaO/CaCl2＝1.5～3；脱磷脱硫剂成品的半球温度≤1350℃。
具体的，铁氧化为Fe2O3和FeO中的任一种或两者任意比例的混合。
具体的，所述脱碳转炉炼钢除尘灰球的形状为球形、椭球形或圆柱形。
此外，本发明还提供了一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，其包括如下步骤：
1)将转炉炼钢除尘灰置于烧结炉中并于空气流中焙烧脱碳处理，得脱碳转炉炼钢除尘灰；
2)将脱碳转炉炼钢除尘灰与淀粉按照相应的质量比充分搅拌混合，并压制成型，过筛，即得脱碳转炉炼钢除尘灰球；
3)按照相应的质量百分数称取脱碳转炉炼钢除尘灰球、生石灰颗粒和氯化钙颗粒并充分混合，即得所述以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂。(需要说明的是，在厂区可将预脱碳的除尘灰、生石灰及氯化钙分开置于成品仓，待到使用时再按比例取用并加以混合，分开存放能够极大避免制备好的脱磷脱硫剂在储存过程中的吸潮，尤其是氯化钙和生石灰都属于易吸潮物质)。
具体的，焙烧脱碳处理的温度为850～950℃，时间为2～2.5h，且每隔10～20min搅拌一次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)将转炉炼钢除尘灰进行与脱碳处理，避免了在铁水脱磷脱硫过程中碳的存在对脱磷脱硫剂中氧化剂的干扰，使得氧化剂充分发挥其氧化效果；同时，预脱碳处理过程中，还能将尚未完全氧化的铁单质、氧化亚铁以及四氧化三铁进一步氧化，增加有效成分的比例，减少脱磷剂的添加量。
2)本发明中由于没有添加萤石作为助熔剂，而是以氯化钙进行替代，可以较大程度上减轻过去氟化钙对于炉衬的侵蚀，减少泡沫渣的产生及喷溅，有利于反应控制，同时减少炉渣对于环境的污染。
3)实现了转炉炼钢除尘灰的生产过程循环利用，减少固废产生，降低环境污染，同时极大的节约铁水脱磷脱硫的原料成本。
附图说明
图1为转炉炼钢除尘灰脱碳处理后实物图。
图2为转炉炼钢除尘灰粒度分布图。
图3为脱碳转炉炼钢除尘灰球实验室压粒实物图。
图4为本发明提供的脱磷脱硫剂制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
为免赘述，以下实施例中用到的药品若无特别说明则均为市售产品，用到的方法若无特别说明则均为本领域的常规方法。
本发明提供一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其由以下质量百分数的各原料制成：脱碳后转炉炼钢除尘灰球30～50％，生石灰颗粒30～50％，氯化钙颗粒15～25％；其中，脱碳后除尘灰球由脱碳后除转炉炼钢除尘灰与淀粉按照8～12：1的质量比例混合后制粒而成，在脱碳后除转炉炼钢除尘灰中，C≤1wt％；生石灰颗粒中，CaO≥85wt％；氯化钙颗粒中CaCl2≥85wt％。其主要化学成分及质量分数为：铁氧化物占比20～30％，CaO占比35～45％，CaCl2占比15～25％，SiO2占比2～5％，Al2O3占比1～3％，MgO占比1～3％；另外，其组成需满足质量比：CaO/铁氧化物＝1～3，CaO/SiO2＝7～20，CaO/CaCl2＝1.5～3；脱磷脱硫剂成品的半球温度≤1350℃。
如图4所示，本发明还提供了一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，其包括如下步骤：
1)将转炉炼钢除尘灰置于烧结炉中并于空气流中焙烧脱碳处理，得脱碳转炉炼钢除尘灰；
2)将脱碳转炉炼钢除尘灰与淀粉按照所述质量比充分搅拌混合，并压制成型，过筛，即得脱碳转炉炼钢除尘灰球；
3)按照相应的质量百分数称取脱碳转炉炼钢除尘灰球、生石灰颗粒和氯化钙颗粒并充分混合，即得所述以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂。
实施例1
一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，具体步骤如下：
1)将转炉炼钢除尘灰置于烧结炉中并于空气流中900℃下焙烧2.3h，每隔12min进行一次搅拌，保证与空气充分接触，得脱碳转炉炼钢除尘灰，具体如图1所示；
2)将脱碳转炉炼钢除尘灰(粒度为1.5mm以下，粒径分布如图2所示)与淀粉按照10:1的质量比加入到强力混合机中充分搅拌混合，然后在双辊压球机中压制成型，在本实施例中，脱碳转炉炼钢除尘灰球的形状为圆柱状，具体如图3所示，过筛，筛上物即得脱碳转炉炼钢除尘灰球(粒度为5～10mm)；
3)按照脱碳后转炉炼钢除尘灰球40％、生石灰颗粒40％和氯化钙颗粒20％的质量百分数称取脱碳转炉炼钢除尘灰球、生石灰颗粒和氯化钙颗粒并充分混合，其中，生石灰颗粒粒度均为5～10mm，氯化钙颗粒的粒度为5～10mm，生石灰颗粒中CaO约为87wt％，氯化钙颗粒中CaCl2约为90wt％，充分混合后即得所述以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂。
实施例2
一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，具体步骤如下：
1)将转炉炼钢除尘灰置于烧结炉中并于空气流中850℃下焙烧2.5h，每隔10min进行一次搅拌，保证与空气充分接触，得脱碳转炉炼钢除尘灰，具体如图1所示；
2)将脱碳转炉炼钢除尘灰(粒度为1.5mm以下，粒径分布如图2所示)与淀粉按照8:1的质量比加入到强力混合机中充分搅拌混合，然后在双辊压球机中压制成型，在本实施例中，脱碳转炉炼钢除尘灰球的形状为球状，过筛，筛上物即得脱碳转炉炼钢除尘灰球(粒径为8～12mm)；
3)按照脱碳后转炉炼钢除尘灰球38％、生石灰颗粒41％和氯化钙颗粒23％的质量百分数称取脱碳转炉炼钢除尘灰球、生石灰颗粒和氯化钙颗粒并充分混合，其中，生石灰颗粒粒度均为8～12mm，氯化钙颗粒的粒度为8～12mm，生石灰颗粒中CaO约为85wt％，氯化钙颗粒中CaCl2约88wt％，充分混合后即得所述以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂。
实施例3
一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，具体步骤如下：
1)将转炉炼钢除尘灰置于烧结炉中并于空气流中950℃下焙烧2h，每隔15min进行一次搅拌，保证与空气充分接触，得脱碳转炉炼钢除尘灰，具体如图1所示；
2)将脱碳转炉炼钢除尘灰(粒度为1.5mm以下，粒径分布如图2所示)与淀粉按照12:1的质量比加入到强力混合机中充分搅拌混合，然后在双辊压球机中压制成型，在本实施例中，脱碳转炉炼钢除尘灰球的形状为圆柱状，具体如图3所示，过筛，筛上物即得脱碳转炉炼钢除尘灰球(粒度为10～15mm)；
3)按照脱碳后转炉炼钢除尘灰球43％、生石灰颗粒35％和氯化钙颗粒17％的质量百分数称取脱碳转炉炼钢除尘灰球、生石灰颗粒和氯化钙颗粒并充分混合，其中，生石灰颗粒粒度均为10～15mm，氯化钙颗粒的粒度为10～15mm，生石灰颗粒中CaO约为90wt％，氯化钙颗粒中CaCl2约为85wt％，充分混合后即得所述以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂。
对实施例1至3得到的脱磷脱硫剂进行成分检测，具体结果如下表所示:
成分(％) Fe2O3 FeO CaO CaCl2 SiO2 Al2O3 MgO
实施例1 24.91 0.52 42.56 19.08 2.42 1.48 1.51
实施例2 22.15 1.27 44.16 21.39 2.78 1.65 1.34
实施例3 25.73 0.45 40.25 18.07 2.15 1.54 1.62
以实施例1至3得到的脱磷脱硫剂分别对铁水进行预处理，并以常规硫磷脱硫剂对铁水预处理作为对照，预处理方法及脱磷脱硫剂的用量均相同，预处理方法为：首先对铁水进行预脱硅处理，使铁水硅含量降低至0.15％以下；然后将脱磷脱硫剂倒入铁水中，通过吹气搅拌并保持铁水温度处于1350℃左右，维持30min；脱磷脱硫剂的用量为每吨铁水投入45-50kg脱磷脱硫剂。处理前后铁水的成分如下表所示：
成分(％) C Si Mn P S
初始铁水 3.68 0.97 0.55 0.18 0.051
常规脱磷脱硫剂 3.24 0.005 0.52 0.029 0.044
实施例1 2.87 0.12 0.53 0.030 0.002
实施例2 2.45 0.08 0.51 0.027 0.003
实施例3 2.61 0.13 0.54 0.029 0.002
由上表数据可知，本发明提供的脱磷脱硫剂在实现固废利用的同时，具有与常规脱磷剂相接近的脱磷效果，并且有明显优于常规脱硫剂的脱硫效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其特征在于，由以下质量百分数的各原料制成：脱碳后转炉炼钢除尘灰球30～50％，生石灰颗粒30～50％，氯化钙颗粒15～25％；其中，脱碳后除尘灰球由脱碳后除转炉炼钢除尘灰与淀粉按照8～12：1的质量比例混合后制粒而成，在脱碳后除转炉炼钢除尘灰中，C≤1wt％；生石灰颗粒中，CaO≥85wt％；氯化钙颗粒中CaCl2≥85wt％。
2.根据权利要求1所述的一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其特征在于，所述脱碳后转炉炼钢除尘灰球由脱碳后转炉炼钢除尘灰与淀粉按照10：1的质量比加入强力混合机中，充分混匀后再经双辊压球机压制而成。
3.根据权利要求2所述的一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其特征在于，脱碳后转炉炼钢除尘灰的粒度在1.5mm以下，脱碳后转炉炼钢除尘灰球的粒度为5～15mm。
4.根据权利要求1所述的一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其特征在于，生石灰颗粒及氯化钙颗粒的粒度均为5～15mm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其特征在于，脱磷脱硫剂的主要化学成分及质量分数为：铁氧化物占比20～30％，CaO占比35～45％，CaCl2占比15～25％，SiO2占比2～5％，Al2O3占比1～3％，MgO占比1～3％；另外，其组成需满足质量比：CaO/铁氧化物＝1～3，CaO/SiO2＝7～20，CaO/CaCl2＝1.5～3；脱磷脱硫剂成品的半球温度≤1350℃。
6.根据权利要求5所述的一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂，其特征在于，铁氧化为Fe2O3和FeO中的任一种或两者任意比例的混合。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将转炉炼钢除尘灰置于烧结炉中并于空气流中焙烧脱碳处理，得脱碳转炉炼钢除尘灰；
2)将脱碳转炉炼钢除尘灰与淀粉按照相应的质量比充分搅拌混合，并压制成成型，过筛，即得脱碳转炉炼钢除尘灰球；
3)按照相应的质量百分数称取脱碳转炉炼钢除尘灰球、生石灰颗粒和氯化钙颗粒并充分混合，即得所述以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂。
8.根据权利要求7所述的一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，其特征在于，焙烧脱碳处理的温度为850～950℃，时间为2～2.5h，且每隔10-20min搅拌一次。
9.根据权利要求7所述的一种以转炉炼钢除尘灰为基料的铁水脱磷脱硫剂的制备方法，其特征在于，所述脱碳转炉炼钢除尘灰球的形状为球形、椭球形或圆柱形。
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