CN1085257C - 钢渣和铁载体再加工得到生铁和对环境安全的渣的方法 - Google Patents
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Abstract
在将例如像电炉渣、转炉渣、细矿石、炼钢粉尘、轧屑之类的钢渣和铁载体加工以得到生铁和对环境安全的渣的方法中,熔化的渣与铁液的体积比选定为大于0.5-1,优选地0.8∶1-1.5∶1,用例如铸砂、冶金砂和/或细矿石之类的SiO2载体补充渣,使得在Al2O3含量为10-25%(渣重量)时,把渣碱度(CaO/SiO2)调整为1.0-1.8,优选地1.2-1.8。在该方法中,从顶部吹入热风,并且煤还可以连同惰性气体特别是氮,此外还可有氧或热空气一起吹过铁液。
Description
本发明涉及将例如像电炉渣、转炉渣、细矿石、炼钢粉尘、轧屑之类的钢渣和铁载体再加工得到生铁和对环境安全的渣的方法。
由PCT/AT 96/00019知道一种由渣生产铸铁或钢和水泥熟料的方法,其中将例如像钢厂渣之类的含铁氧化物的熔融渣与铁氧化物载体和石灰混合,随后生成铁渣。此后,让铁渣在还原反应器中还原形成铁液和烧结相,同时烧掉碳,随后烧结相作为溶渣排出。
渣具有相对低的热导率和比铁高约1.5-2倍的热容。对于这类方法,经济方面的基本问题是可达到的传热或所谓复燃度如何。复燃度定义如下:
复燃度=(CO2+H2O)/(CO+CO2+H2+H2O)气相
按照已知的操作方式,迄今只能保证达到不充分的复燃度。已知的操作方式情况下:
传热=1-(Hg-Hb)/Hpc
Hg……气体的焓(在气体温度下)
Hb……气体的焓(在熔化温度下)
Hpc……燃烧焓(在熔化温度下)
对经济操作方式是不够的。
通常的高炉技术与例如像沸腾床方法的热效率都远未达到70%以上。因此,已经知道将预还原的并至少部分地预热的物料连同煤一起吹进流化床,其中煤在流化床中在物料还原作用下被气化,而海绵铁熔化流出。这种熔化气体反应通常可使所要求的生铁产出最佳化,但不能生成对环境安全的渣。
本发明的目的是提供一种开始定义的那类方法,采用这种方法,其热收率,即热效率与已知方法相比显著提高。为了解决这个问题,本发明的方法主要在于选择熔融渣与铁液之体积比,以使其比大于0.5-1,优选地0.8∶1至1.5∶1,还在于使用例如像铸造用砂、冶金砂和/或细矿石之类的SiO2载体补充其渣,以便将渣的碱度(CaO/SiO2)调节到当Al2O3含量为10-25%(以渣重量计)时为1.0-1.8,优选地是1.2-1.8,其中顶部吹入热风,而煤,连同惰性气体,具体是氮气,任选地还有氧气或热空气,通过铁液吹入。通过使用极高的特定渣量,其量与已知的方法相比高很多,这种渣起到从气体空间到渣铁混合物的传热介质的作用。渣的热容量比铁高1.5-2倍,该渣的热容量便于高传热,借此避免将风吹过煤,因此避免了由于相应地高铁液部分而在还原载体铁液与氧化物载体渣之间太小的交换表面。通过本发明的把SiO2载体加入渣中以调节定义的渣碱度为1-1.8,优选地1.3-1.6,有可能直接产生对环境安全的渣,其中甚至进一步将Al2O3含量调整到10-25%(以渣重量计)还可以提高这种对环境安全的渣的直接可使用性。
通过顶吹热风还附加地增加传热作用,顶吹热风与将煤和N2以及单独的氧一起吹入铁液能够将渣与铁液强烈充分地混合,因此提高由充分混合而形成的渣和铁液的悬浮液中的传热。
为了确实防止吹透危险,以熔池高度相应于浸没风口直径至少20倍,优选地30-60倍是有利的。这同时还有利于适当的流化作用以及形成渣和铁液的悬浮液,因此提高了液体相中传热。
通过热吹风气流的冲击脉冲还可以改善传热作用,这样一种冲击脉冲进一步改善了渣与铁液强烈充分的混合。由此将热风的速度选择在0.4-0.8马赫是有利的。
在本发明方法的范围内,通过渣制粒生成玻璃含量在90%以上,优选地在93%以上,可以生产出特别好的可使用的对环境安全的渣产物。
除了选择最佳热风速度之外,通过增加特定的铁液表面积还可以提高传热作用。例如采用高压浸没风口让液滴飞进转炉气体空间来增加这种特定的铁液表面积,借此与静止渣熔融物相比增加铁液表面积20倍。同样可通过相对于浸没风口直径选定熔池高度来达到。
与一般的其目的是尽可能小的渣量的高炉方法和通常的钢或生铁生产方法不同,而本发明方法以特别有利的方式能够使大量至今很难使用的铁载体以一种积极而很经济的方法转化成生铁。在很大程度上,这种方法应用于细矿石,细矿石迄今难以以经济的方法进行综合加工。在本发明方法的范围内,还能轻易地利用炼钢粉尘,炼钢粉尘除了含有高含量的铁之外,还含有相对高含量的重金属。自然地,这种方法还可应用于轧屑,由于粘着油的原因,通常应用时会部分出现大的问题,而在本发明方法范围内,不构成任何困难。(通过热风枪的中心管加入)。
首先,本发明方法特别有利于电炉钢工厂,后者不使用生铁技术,特别是不使用高炉技术。通常,如果要生产更高质量的产品,电炉钢厂通常必须购买价格相对高的铸铁。具体地,如果要通过稀释使通过废钢带到电炉中的铜和锡的含量减少,这种方法是有效的。在以一种特别有利的方法实施的本发明方法的范围内,除了有利地利用和处理冶金残余物,如电炉渣和粉尘、轧屑以及还有铸砂以外,还可使用含有铝(氧化物)的研磨粉尘,以及通过Bayer方法在回收铝土矿过程中产生的干燥的红泥,和其他难以处理的残留物源。
有利的是本发明方法以这种方式进行,即其量为60-350千克/吨渣的煤连同6-9标准立方米/吨渣的作为载体气体的氮气,以及25-100标准立方米/吨渣氧气,还可与保护风口的烃一起通过熔池,从而在经济上特别有吸引力。
为了使渣与铁液尽可能地充分混合,例如以渣和铁液悬浮液的形式,以一种方式有利地实施本发明方法,即在5-10×105帕压力下送进气体,N2在比O2和如天然气之类的烃更高的压力下使用,具体地7-10×105帕。如果热风在0.8-1.2×105帕压力下、以400-1200标准立方米/吨渣的量通过风枪从顶部吹入,那么使用热风就可能实现特别高的能量效率。
本发明方法以转炉废气温度控制在1600-1800℃,优选地1650-1750℃的方式实施是有利的。
本发明方法能够生产与环境相容的渣,特别是在玻璃含量大于93%时CaO与SiO2比率为1.3-1.6和Al2O3含量10-20%(重量)的渣,这些渣可以混合水泥或不含熟料的硫酸盐渣水泥的形式使用。采用本发明方法生产的生铁与通常的硅含量略低的高炉生铁相当。有利地,加入其量为200-1500千克/吨钢渣的细矿石,借此在适当有限的废气体积下达到合适的Cu和Sn稀释度,并能使细矿石得到经济利用。
当实施本发明方法时,渣的可加工性和处理方面的一些参数具有重大意义。因此,具体地,在钢渣情况下,如果向装有金属液的转炉中加入通常具有碱度约3的渣,要通过加入酸性SiO2载体将碱度目标值调整到1-1.8,优选地约1.5。这种渣碱度的变化自然地必须通过转炉内衬,又不会大大减少其使用寿命来控制,同时考虑通过降低渣碱度显著地改变渣粘度。由于降低了碱度,渣将在更低的温度熔化,这反过来影响了渣的处理,以致分步地或在渣加入转炉之前已把渣的碱度降低到要求的范围特别有利。当还通过底部风枪从而将大部分细矿石吹入并通过金属液时,考虑到以上原因,把以前已熔化的酸性组分,例如细矿石、冶金砂或铸砂,与钢渣在独立的铸桶中混合,这是更有利的。根据本发明方法的另一优选方法,因此在装有金属液的转炉之前的铸桶中降低钢渣碱度。
为了使酸性添加剂,特别是SiO2载体与钢渣能够以一种特别有效的方式混合,在相当大程度上预热甚至熔化这些产物是有利的。由于中和反应而在混合过程中得到进一步加热,可以利用这样的加热,特别是为了在前置的铸桶中不进行额外的加热,尤其是电加热。因此,如此实施本发明方法是有利的,即在熔化旋流器中通过转炉废气加热需要降低碱度的SiO2载体,例如铸砂、冶金砂和/或细矿石,同时净化转炉废气。使用熔化旋流器不仅具有能够有效使用转炉废气显热的优点,同时还提供了另一优点,即转炉废气能够得到有效净化,离开熔化旋流器的净化废气,能直接通过换热器或蓄热式换热器。正如根据另一优选的实施方案,可在这样的熔化旋流器中进一步烧掉转炉废气中含有的CO和还可有的H2,从而还完全使用化学热。
为了保证加入的SiO2载体,特别是铸砂或冶金砂在熔化旋流器中达到的温度下熔化,可有利地加入铁氧化物载体,例如细矿石。基本上,具有适当化学组成的细矿石还可作为唯一的SiO2载体加入。有利地,本发明方法以这样一种方法实施,即用细矿石或FeXOY载体加到装有SiO2载体的熔化旋流器,以形成铁橄榄石渣,形成的熔化物与渣熔化物在装入转炉之前混合。与熔化温度约2000℃的石英砂不同,铁橄榄石渣仅具有1200-1250℃熔化温度,借此保证得到具有转炉废气温度的熔化物。这样的同时在转炉废气的粉尘中有效结合的熔化物,随后可以迅速地在铸桶中与钢渣熔化物混合,以致在铸桶中的停留时间可保持较短,即装在铸桶的时间可保持较短。
有利地,还可以将如铝土矿和/或冶金砂之类的Al3O2载体装入这一类型的熔化旋流器中。但是原则上,只要Al3O2载体呈能够以气动运送的适当形式,那么这些载体可以直接吹进后续排列的转炉中,甚至对内衬没有明显的受力。
通常,如果在装入钢渣的范围内,装入不锈钢渣,必须考虑相应的高含量的铬。为了得到能够直接装料的钢渣,必须保证这样的铬含量保持在金属液的范围内,并因此优选地在还原条件下,必须进行金属液脱磷。为了这个目的,以这样一种方法特别有利地进行脱磷,即排走转炉的金属液,借助CaO、CaC2、金属镁、金属钙和/或CaF2,在还原条件下分开地脱磷。
在实施本发明方法中,遵守以下技术参数是有利的。
技术参数
浸没风口(对照范围):
煤 60-350千克/吨渣
氧 25-100标准立方米/吨渣
氮(煤的载体气) 6-9标准立方米/吨渣
天然气(氧原料的风口保护气) 7-10标准立方米/吨渣
氧和天然气 5-8×105帕
氮 7-10×105帕
热风枪(对照范围):
预压热风枪 0.8-1.2×105帕
热风 400-1200标准立方米/吨渣
转炉废气:
温度 1650-1750
组分 50-55%N2
7-20%CO
18-25%CO2
0.5-5%H2
7-12%H2O
量 400-1200标准立方米/吨渣
以下物质用作实施例范围内本发明方法的加料物质,在下面表中LOI代表灼烧损失(loss on igniton):
加料物质:
煤(例如Zentralkokerei Saar,DIN 23003) |
LOI灰分 | 19 (%)8 (%) |
煤-灰分分析(%) | |
SiO2Al2O3TiO2Fe2O3CaO | 52251108 |
OBM渣(NMH)(%) | |
P2O5CaOMnOAl2O3Fe(FeO)Fe,金属Cr2O3MgOSiO2TiO2 | 1.5483415(22)81315.41 |
铁矿石(%) | |
LOISiO2Al2O3P2O5CaOFe2O3MgOSO3 | 3.22.51.50.10.1920.030.03 |
铝土矿(%) | |
Al2O3 | 95 |
砂(%) | |
SiO2 | 98 |
通常,在底吹转炉中生产的钢渣比例如LD或电炉渣具有较低组分的FeO和金属铁。通过浸没风口加入SiO2和Al2O3添加剂,如铸砂、来自汽车工业或发动机生产等过程的研磨粉尘,通过加入铁载体,如细矿石、转炉粉尘、轧屑以及还可通过使用上载有二噁英(dioxin)的活性焦炭,可提高本发明方法的经济性。转炉装入580公斤钢厂渣、280公斤铁矿石、60公斤铝矾土和80公斤砂,用185公斤煤、48标准立方米氧和670标准立方米热风操作转炉。能够得到产出313公斤生铁和615公斤对环境安全的渣。
生产的渣和铸铁的出铁温度选在1500℃。渣的初始温度是1400℃。
利用氧浸没风口吹入细矿石,从而导致吹入的铁矿石直接与还原铁液接触,因此金属化。与用风枪从顶部把细矿石装入相比,通过底部风口送入铁矿石这一方法具有优点,即大量减少了粉尘的形成,从而减少了从转炉的相应运送或排出。
通过以本发明提供的方法把细矿石吹入铁液,细矿石能够立即金属化,而不会像以前溶解在渣中。以那样的方式,耐火内衬的使用寿命被大大提高。
通过分开的浸没风口系统向铁液中吹入氧和碳或其他添加剂,已证明是没有问题的的,至多是铁矿石中的二价铁没有被氧化。铝土矿、砂和细矿石可与氧一起吹入或从顶部吹入。借助于惰性气体例如氮,可把煤,特别是由相等部分的燃煤和无烟煤的混合物吹过铁液。
在本发明方法的范围内,每标准立方米氧能够传送至多15至30公斤铁矿石,这些铁矿石具有小于5毫米的粒度。基本上,在本发明方法的范围内,借助于氧,通过浸没风口可加入需要量的矿石和需要量的铝土矿和砂以及添加剂。如果要另外加入难以气动输送的物质,例如添加剂或矿石,可通过热气枪的中心管或通过斜槽把它们直接送到转炉口中。
在图1中描述了实施本发明方法的一种特别优选的装置。图2说明了装入SiO2载体的一种改进装置。
在图1中,1代表可倾斜的转炉。热气枪2穿过定位圈4,定位圈可按双箭头3进行垂直方向的调整,以取得适当的热气枪位置。可经由分格式轮闸5使相对不昂贵的热煤通过穿过热气枪加入,热空气与气枪的连结件6相连。
可通过使用适合的换热和蓄热程序提高本发明方法的经济效益。从而,例如通过输送管7排出废气,使所述废气的再燃烧是可能的,从支路流出的热风与废气一起通过输送管8送到燃烧室9。以那种方法回收的能量可用于进一步加热热风。交替投入运行的通常的换热器用10表示。
为了得到热风,从换热器11排出并用冷空气冷却的燃烧室9的燃烧废气,可在温度低于200℃时,通过输送管12,供入图示标为13的通常的气体处理中。
在转炉1内部生产渣和铁液悬浮液14,通过底部风口15提供冶金煤和氮气,通过还可用保护气包围的氧气底部风口16加入的添加剂。添加剂由SiO2载体17、Al2O3载体18和细矿石19构成,这些物质通过分格式轮闸20和轨道运输机21以及另一个分格式轮闸22加入到压缩氧气流中,相应的供料管线用23表示。
利用顶吹热风,在渣和铁液悬浮液14上方,在热风射束内产生了反向火焰,其中如果SiO2载体、Al2O3载体或FeO载体不易通过底部风口,借助压缩氧气喷嘴进行气动输传,还可通过分格式轮闸5将它们另行加入。
图2说明了为了降低碱度,对酸性助熔剂装料方法的改进装置。24表示熔化旋流器,接着输送管7通过输送管25向该熔化旋流器输送热转炉废气。热转炉废气以大体上正切的方式进入熔化旋流器24,其中砂和/或细矿石以及还可有铝土矿随热废气,例如以共轴的方式,另外吹进熔化旋流器24中。为了烧尽热转炉废气的残留的可燃烧组分,可通过输送管26吹进氧气,以利用热转炉废气的化学热。
因此在熔化旋流器24中加热SiO2载体,其中如果SiO2载体由细矿石组成,或者铁氧化物载体与冶金砂或铸砂一起加入,就会立即形成熔化物。通过大体轴向的输送管27从熔化旋流器24排走净化过的热转炉废气。由于这些废气现已不含粉尘,它们可直接送到热交换器。
在熔化旋流器24内形成的熔化物,通过设计成例如气压浸入管的管28。可转移到装有液体钢厂渣的渣铸桶29中。在酸性熔化物与碱性钢渣反应的过程中,释放出额外的中和热,同时降低了熔点,以致形成能易送入后续转炉中的流动性好的渣。
在实施例的范围内得到了具有以下渣分析结果的渣:
渣分析 | |
组分 | 份(%) |
FeOMnOSiO2Al2O3TiO2CaONa2OK2OMgOSO2 | 0.5760.01933.17314.943143.3170.130.0423.140.418 |
把液体产物成粒并研磨。
正如实施本发明方法的图1所示的装置可以清楚看到的那样,分别通过冷、热交换器10和11或蓄热器之间的旁路8的热气流,可进一步增加净热产出。约15%热高炉流可送到冷换热器,其中于燃烧来自转炉并含有残余量CO和H2的废气。额外地显热通过热交换器回到热鼓风,其中再燃烧后最好分步进行。因此,燃烧室可定期地与沿着废气流的热贮罐交替使用。以那种方法,可在热交换器中避免高温峰值或热流密度。
在另一实施例中装入具有以下组成的物质:
钢渣 | |
组分 | 份(%) |
FeFeOFe2O3SiO2Cr2O3Al2O3P2O5TiO2CaONa2OK2OMgO | 817.62.214.10.93.21.3144.30.10.033.5 |
贫矿石 | |
组分 | 份(%) |
SO3H2OSiO2Al2O3P2O5Fe2O3MnOCaOMgO | 0.053.35.430.382.80.10.20.1 |
使用上述贫矿石的渣具有以下组成:
渣(1500℃) | |
组分 | 份(%) |
FeOMnOSiO2Cr2O3Al2O3P2O5TiO2CaONa2OK2OMgOSO3 | 2.60.332.30.0512.50.090.7432.30.140.072.60.9 |
CaO/SiO2 | 1 |
其碱度CaO/SiO2约1。同时,生成了具有以下分析结果的生铁。
铁(1500℃) | |
组分 | 份(%) |
CMnCrPSFe | 4.50.20.160.270.08余量 |
为了得到要求的碱度,一份钢渣与约四份上述的贫矿石混合,贫矿石已在熔化旋流器中熔化。通过把铝土矿吹入转炉调整所要求的Al2O3含量。
如上所述,可通过使用另外的SiO2载体,例如砂,减少了贫矿石的量,由于形成铁橄榄石,把贫矿石加入SiO2砂中可大大降低了熔化范围。为了通过形成铁橄榄石渣而把SiO2砂的熔点从约2000℃降到约1200℃,原则上可将约20%(重量)铁氧化物加到纯砂(SiO2)中。
由于相对大量的在约1700℃转炉废气中的显热,以及转炉废气中还含有相对大量的化学热(约20%CO和H2),在熔化旋流器中形成了所需要的熔化热。这些转炉废气的加入与燃烧导致在熔化旋流器中形成铁橄榄石渣,在后续的钢铸桶中由于中和反应而释放出另外的热。这种并非显著的热量造成最优液化作用导致所形成的混合渣的最优可流动性和均匀性。同时,含有大量粉尘的转炉废气的粉尘部分结合在熔化物中,从而使转炉废气除尘。例如,可利用通过适合的热交换器的残余热而完成转炉的热鼓风的预热。
Claims (25)
1、一种将钢渣和铁载体加工以得到生铁和对环境安全的渣的方法,其特征在于熔化的渣与铁液的体积比选定为大于0.5-1,并用SiO2载体补充渣,使得在Al2O3含量为10-25%(以渣重量计)时,把渣碱度(CaO/SiO2)调整到1.0-1.8,其中从顶部吹入热风,并且煤,任选连同惰性气体,此外任选有氧或热空气一起吹过铁液。
2、根据权利要求1所述的方法,其中所述钢渣和铁载体为电炉渣、转炉渣、细矿石、炼钢粉尘或轧屑。
3、根据权利要求1所述的方法,其中所述渣与铁液的体积比为0.8∶1-1.5∶1。
4、根据权利要求1所述的方法,其中所述SiO2载体为铸砂、冶金砂和/或细矿石。
5、根据权利要求1所述的方法,其中所述渣碱度为1.2-1.8。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于渣碱度调整到1.3-1.6。
7、根据权利要求1或5所述的方法,其特征在于熔化的铁液高度相当于浸没风口直径的至少20倍。
8、根据权利要求7所述的方法,其特征在于熔化的铁液高度相当于浸没风口直径的30-60倍。
9、根据权利要求1、5或8所述的方法,其特征在于热鼓风的速度选定为0.4-0.8马赫。
10、根据权利要求9所述的方法,其特征在于渣制粒成玻璃含量大于90%。
11、根据权利要求10所述的方法,其特征在于渣制粒成玻璃含量大于93%。
12、根据权利要求11所述的方法,其特征在于其量为60-350公斤/吨渣的煤连同6-9标准立方米/吨渣的作为载体气体的氮,以及25-100标准立方米/吨渣的氧,还任选与用来保护风口的烃一起,通过缺液。
13、根据权利要求12所述的方法,其特征在于在5-10×105帕压力下送入气体,N2在比O2和烃更高的压力下使用。
14、根据权利要求13所述的方法,其中所述烃为天然气。
15、根据权利要求13所述的方法,其特征在于热风在0.8-1.2×105帕压力下,还任选连同冷风一起,以量为400-1200标准立方米/吨渣从顶部吹入穿过风枪。
16、根据权利要求15所述的方法,其特征在于转炉废气温度控制在1600-1800℃。
17、根据权利要求16所述的方法,其特征在于转炉废气温度控制在1650-1750℃。
18、根据权利要求17所述的方法,其特征在于装入细矿石的量为200-1500公斤/吨钢渣。
19、根据权利要求10-18中任一权利要求所述的方法,其特征在于在装有金属液的转炉之前的铸桶中降低钢渣的渣碱度。
20、根据权利要求19所述的方法,其特征在于降低碱度所需的SiO2载体,利用转炉废气在熔化旋流器中加热,同时净化转炉废气。
21、根据权利要求20所述的方法,其中所述SiO2载体为铸砂、冶金砂和/或细矿石。
22、根据权利要求19或20所述的方法,其特征在于用细矿石和/或FeXOY载体添加到含有SiO2载体的熔化旋流器中,以形成铁橄榄石渣,形成的渣在装入转炉前与渣熔化物混合。
23、根据权利要求22所述的方法,其特征在于在熔化旋流器中燃烧转炉废气中含有的CO。
24、根据权利要求23所述的方法,其特征在于将如铝土矿和/或台金粉尘之类的Al2O3载体装入熔化旋流器中。
25、根据权利要求23或24所述的方法,其特征在于排出转炉的金属液,并借助于CaO、CaC2、金属镁、金属钙和/或CaF2在还原条件下另行脱磷。
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