CN108929931A - 一种高炉外铁水预处理脱硅剂及其制备、使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高炉外铁水预处理脱硅剂及其制备、使用方法，所述脱硅剂是由混合料内层和混合料外层组成的复合团块，其中混合料内层的组成及其质量百分比为：高炉除尘灰0～40％、炼焦除尘灰0～25％、萤石粉10％～30％，粘结剂0～5％，其余为烧结除尘灰、转炉除尘灰、轧钢铁皮中的一种或多种；所述混合料外层的组成及质量百分比为：铁精矿50％～85％、生石灰10％～45％、粘结剂0.5％～10％；本发明能够解决现有技术中存在的脱硅效率低、耗时长，导致铁水温降严重的问题，同时充分利用钢铁企业自身固废资源，不需增加专用装置或喷吹设备，也不需额外购置专门的脱硅剂材料，从而实现低成本和简便有效的铁水脱硅处理。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种高炉外铁水预处理脱硅剂及其制备、使用方法。
背景技术
随着科学技术的进步和社会经济的发展，要求钢铁企业提供更优质的钢材，包括对钢中硫等有害元素的含量需加以严格控制；而随着炼钢技术的日益发展，铁水预处理已从最初的单一脱硫发展为脱硅、脱磷、脱硫即铁水“全处理”技术，其中对硅含量偏高的铁水采取预处理脱硅有利于降低炼钢成本和提高冶炼质量。
铁水脱硅分为高炉内脱硅和高炉外脱硅2种，高炉炉内进行脱硅用于生产低硅铁水，其既可降低高炉焦比，又配合了少渣炼钢，但是低硅冶炼时高炉炉缸的热贮备很少，原燃料条件差时必须保持铁水含硅在较高的水平，与炉外脱硅相比，炉内脱硅能避免铁水温降。炉内脱硅主要通过风口向炉内喷吹脱硅剂来进行脱硅，包括喷吹石灰石粉、烧结矿粉、铁鳞、瓦斯灰等。
高炉炉外脱硅常用的方法主要有两种，一种是在高炉出铁钩、摆动流嘴、铁水罐等投撒脱硅剂，另一种则是通过专用设备在高炉-转炉间的铁水预处理车间对铁水罐采用喷吹方式脱硅。脱硅剂一般使用铁鳞、烧结矿及其它含铁氧化物的物质，经常使用的有氧气、轧钢铁皮、铁矿石、烧结返矿、烧结尘、转炉尘和锰矿石等，通常还加入少量熔剂，常用的熔剂主要是石灰和萤石，用于调节炉渣碱度，改善炉渣流动性，从而改善脱硅反应的动力学条件，提高脱硅效率。
为改善预脱硅效果，人们不断改进脱硅方法，日本专利《脱Si剤添加による溶銑の脱Si方法》(特開平11-269525)(特開平11-269526)在铁水罐向脱硅处理容器折铁时，通过溜槽或喷吹装置同时将脱硅剂添加到铁水流中，可获得较好脱硅效果。中国专利《一种高炉铁水预处理脱硅的方法》(CN 1238530C)采用一种专用脱硅装置，用分步吹氧和专用脱硅剂的方法，所用脱硅剂为CaO、MnO2、Na2O及铁氧化物混合制成。中国专利《含铬铁水脱硅工艺》(CN 101096719A)通过喷枪，用含氧气体作载气，将固态脱硅剂吹入铁水进行脱硅处理，所用脱硅剂为烧结矿粉、石灰粉与萤石粉混合制成。
综上，炉外铁水脱硅的基本原理就是用脱硅剂中的活性氧化物与铁水中的Si元素反应，使之氧化为SiO2进入炉渣达到脱硅目的，因此传统炉外铁水脱硅剂均为氧化物材料。目前传统直接投撒含铁氧化物脱硅剂的方式操作最简便，然而传统铁氧化物脱硅剂相对较差的动力学条件制约了脱硅效果，造成脱硅率低，反应慢耗时长，铁水温降严重。采用其它方式脱硅或需额外购置专门的脱硅剂、原材料等，或需要增加专用装置或喷吹设备，造成工艺操作复杂化，并使脱硅成本增加。
发明内容
本发明提供了一种高炉外铁水预处理脱硅剂及其制备、使用方法，能够解决现有技术中存在的脱硅效率低、耗时长，导致铁水温降严重的问题，同时充分利用钢铁企业自身固废资源，不需增加专用装置或喷吹设备，也不需额外购置专门的脱硅剂材料，从而实现低成本和简便有效的铁水脱硅处理。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高炉外铁水预处理脱硅剂，所述脱硅剂是由混合料内层和混合料外层组成的复合团块，其中混合料内层的组成及其质量百分比为：高炉除尘灰0～40％、炼焦除尘灰0～25％、萤石粉10％～30％，粘结剂0～5％，其余为烧结除尘灰、转炉除尘灰、轧钢铁皮中的一种或多种；混合料内层中碳、铁氧化物、锌氧化物的质量百分含量满足如下关系式：
0.5≤w(C)/[0.225w(Fe2O3)+0.167w(FeO)+0.148w(ZnO)]≤0.9；
所述混合料外层的组成及质量百分比为：铁精矿50％～85％、生石灰10％～45％、粘结剂0.5％～10％；
所述脱硅剂的直径为10mm～40mm，其中混合料内层的直径为5mm～30mm。
所述高炉除尘灰中碳的质量百分含量≥25％，所述炼焦除尘灰中碳的质量百分含量≥50％。
所述烧结除尘灰中TFe的质量百分含量≥40％，所述转炉除尘灰中TFe的质量百分含量≥50％，所述轧钢铁皮中TFe的质量百分含量≥70％，所述铁精矿中TFe的质量百分含量≥65％。
所述萤石粉中CaF2的质量百分含量≥80％。
所述生石灰中CaO的质量百分含量≥80％。
所述粘结剂为羧甲基纤维素、膨润土、淀粉中的一种或多种。
所述混合料内层、混合料外层中各成分均采用粉末状原料，其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上。
所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂的制备方法，包括如下步骤：
a)按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；
b)将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；
c)将步骤b所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂的使用方法，将脱硅剂从铁水沟、摆动流嘴处连续均匀加入铁水流，或将脱硅剂提前加入到铁水罐空罐中，然后再向铁水罐中装入铁水；所述脱硅剂的加入量为每吨铁水加入30kg～50kg，高炉受铁后到炼钢折铁时完成脱硅处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)使用本发明所述脱硅剂在进行炉外铁水脱硅处理，能大幅度改善脱硅动力学和热力学条件，在不使用其它专用装置或喷吹设备，不影响正常作业制度的情况下，就能达到较好的脱硅效果，同时不需额外耗费铁水处理时间，铁水温降变化不明显；
2)脱硅材料主要使用钢铁企业固废料，实现了资源的有效回收利用。
具体实施方式
本发明所述一种高炉外铁水预处理脱硅剂，所述脱硅剂是由混合料内层和混合料外层组成的复合团块，其中混合料内层的组成及其质量百分比为：高炉除尘灰0～40％、炼焦除尘灰0～25％、萤石粉10％～30％，粘结剂0～5％，其余为烧结除尘灰、转炉除尘灰、轧钢铁皮中的一种或多种；混合料内层中碳、铁氧化物、锌氧化物的质量百分含量满足如下关系式：
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所述混合料外层的组成及质量百分比为：铁精矿50％～85％、生石灰10％～45％、粘结剂0.5％～10％；
所述脱硅剂的直径为10mm～40mm，其中混合料内层的直径为5mm～30mm。
所述高炉除尘灰中碳的质量百分含量≥25％，所述炼焦除尘灰中碳的质量百分含量≥50％。
所述烧结除尘灰中TFe的质量百分含量≥40％，所述转炉除尘灰中TFe的质量百分含量≥50％，所述轧钢铁皮中TFe的质量百分含量≥70％，所述铁精矿中TFe的质量百分含量≥65％。
所述萤石粉中CaF2的质量百分含量≥80％。
所述生石灰中CaO的质量百分含量≥80％。
所述粘结剂为羧甲基纤维素、膨润土、淀粉中的一种或多种。
所述混合料内层、混合料外层中各成分均采用粉末状原料，其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上。
所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂的制备方法，包括如下步骤：
a)按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；
b)将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；
c)将步骤b所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂的使用方法，将脱硅剂从铁水沟、摆动流嘴处连续均匀加入铁水流，或将脱硅剂提前加入到铁水罐空罐中，然后再向铁水罐中装入铁水；所述脱硅剂的加入量为每吨铁水加入30kg～50kg，高炉受铁后到炼钢折铁时完成脱硅处理。
本发明所述一种高炉外铁水预处理脱硅剂对各种原料进行合理搭配，充分利用钢铁企业固废料制成复合脱硅团块，在投入高温铁水进行脱硅处理时，由于本发明所述脱硅剂中含有一定的碳，脱硅剂内层会发生自还原反应，氧化物与碳反应生成CO气体，待反应累计到一定程度后球团爆裂分解，在铁水内部分散形成大量细小颗粒，颗粒中的活性氧化物成分与铁水中的硅反应，CO气泡逸出过程以及球团分解成细小颗粒过程，都能够大大发展渣-金反应界面，显著增加脱硅成分和铁水的接触面积和接触时间，使反应的动力学条件和热力学条件得到显著改善，大幅加快化学反应速度，从而能实现快速良好的脱硅效果。
为避免泡沫渣的大量生成，内配碳不宜过多，此外萤石能够促进反应进行，并能改善渣流动性。辅加的脱硅剂混合料外层主要起到稳定层和缓释层的作用，因为大量使用固废料同时配入含碳成分，造成脱硅球团强度较低，在输送、使用过程中容易碎裂粉化，辅加的混合料外层可使脱硅剂能够满足一定强度，同时避免过早反应，待和高温铁水充分接触后再发生系列反应，从而提高脱硅效率。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，制备高炉外铁水预处理脱硅剂时，按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；将所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
本实施例中，混合料内层的组成及其质量百分比为：40％的高炉除尘灰(碳含量25.3％)、40％的转炉除尘灰(TFe含量51.5％)、20％的萤石粉(CaF2含量85％)，控制混合料内层成分中w(C)/[0.225w(Fe2O3)+0.167w(FeO)+0.148w(ZnO)]＝0.88；混合料外层的组成及其质量百分比为：52％的铁精矿、39％的生石灰、9％的淀粉。
在高炉出铁过程中使用溜槽或其它加料装置将干燥的脱硅剂连续均匀加入铁水沟中，加入量为35kg/t钢，脱硅剂随铁水流一起落入铁水罐，至铁水罐到炼钢折铁时完成脱硅处理。
在折铁前取铁、渣样化验成分，并与未进行脱硅处理的同批次铁水对比，采用本发明所述脱硅剂进行脱硅处理后，铁水中Si含量从0.54％降至0.26％，脱硅率达到50％以上，渣中SiO2含量明显升高。从高炉受铁到炼钢折铁，铁水温降差别不大，脱硅处理过程未对铁水温降造成明显影响。
【实施例2】
本实施例中，制备高炉外铁水预处理脱硅剂时，按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；将所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
本实施例中，混合料内层的组成及其质量百分比为：24.5％的炼焦除尘灰(碳含量51.3％)、62.5％轧钢铁皮(TFe含量73.4％)、13％的萤石粉(CaF2含量85％)，控制混合料内层成分中：w(C)/[0.225w(Fe2O3)+0.167w(FeO)+0.148w(ZnO)]＝0.85；混合料外层的组成及其质量百分比为：84.5％的铁精矿、14.9％的生石灰、0.6％的膨润土。
在折完铁的鱼雷罐空罐(装铁水量230t)中提前加入10t脱硅剂，待高炉出铁时装入铁水，至铁水罐到炼钢折铁时完成脱硅处理，使用脱硅剂及不用脱硅剂的对比数据如表1所示。
【实施例3】
本实施例中，制备高炉外铁水预处理脱硅剂时，按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；将所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
本实施例中，混合料内层的组成及其质量百分比为：14.7％的炼焦除尘灰(碳含量55.3％)、70.2％的烧结除尘灰(TFe含量45.6％)，10.3％的萤石粉(CaF2含量90％)，4.8％的膨润土，控制混合料内层成分中：w(C)/[0.225w(Fe2O3)+0.167w(FeO)+0.148w(ZnO)]＝0.8；混合料外层的组成及其质量百分比为：66％的铁精矿、30％的生石灰、4％的CMC(羧甲基纤维素)。
本实施例中，将脱硅剂从摆动流嘴处加入，脱硅剂随铁水流一起落入铁水罐中，其它工艺过程与实施例1相同，使用脱硅剂及不用脱硅剂的对比数据如表1所示。
【实施例4】
本实施例中，制备高炉外铁水预处理脱硅剂时，按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；将所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
本实施例中，混合料内层的组成及其质量百分比为：15％的高炉除尘灰(碳含量28.5％)，5％的炼焦除尘灰(碳含量51.5％)、30％的萤石粉(CaF2含量80％)，其余为转炉除尘灰和轧钢铁皮，控制混合料内层成分中：w(C)/[0.225w(Fe2O3)+0.167w(FeO)+0.148w(ZnO)]＝0.55；混合料外层的组成及其质量百分比为：60％的铁精矿、35％的生石灰、5％的膨润土。
本实施例中，在铁水罐空罐(装铁量90t)中提前加入3t脱硅球团，待高炉出铁时装入铁水，其它工艺与实施例2相同，使用脱硅剂及不用脱硅剂的对比数据如表1所示。
【实施例5】
本实施例中，制备高炉外铁水预处理脱硅剂时，按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；将所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
本实施例中，混合料内层的组成及其质量百分比为：20％的高炉除尘灰(碳含量30.5％)、25％的萤石粉(CaF2含量80％)，其余为转炉除尘灰、轧钢铁皮、烧结除尘灰，控制混合料内层成分中：w(C)/[0.225w(Fe2O3)+0.167w(FeO)+0.148w(ZnO)]＝0.70；混合料外层的组成及其质量百分比为：60％的铁精矿、35％的生石灰、5％的膨润土。
本实施例中，将脱硅剂从摆动流嘴处加入，脱硅剂随铁水流一起落入铁水罐中，其它工艺与实施例1相同，使用脱硅剂及不用脱硅剂的对比数据如表1所示。
表1：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高炉外铁水预处理脱硅剂，其特征在于，所述脱硅剂是由混合料内层和混合料外层组成的复合团块，其中混合料内层的组成及其质量百分比为：高炉除尘灰0～40％、炼焦除尘灰0～25％、萤石粉10％～30％，粘结剂0～5％，其余为烧结除尘灰、转炉除尘灰、轧钢铁皮中的一种或多种；混合料内层中碳、铁氧化物、锌氧化物的质量百分含量满足如下关系式：
0.5≤w(C)/[0.225w(Fe2O3)+0.167w(FeO)+0.148w(ZnO)]≤0.9；
所述混合料外层的组成及质量百分比为：铁精矿50％～85％、生石灰10％～45％、粘结剂0.5％～10％；
所述脱硅剂的直径为10mm～40mm，其中混合料内层的直径为5mm～30mm。
2.根据权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂，其特征在于，所述高炉除尘灰中碳的质量百分含量≥25％，所述炼焦除尘灰中碳的质量百分含量≥50％。
3.根据权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂，其特征在于，所述烧结除尘灰中TFe的质量百分含量≥40％，所述转炉除尘灰中TFe的质量百分含量≥50％，所述轧钢铁皮中TFe的质量百分含量≥70％，所述铁精矿中TFe的质量百分含量≥65％。
4.根据权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂，其特征在于，所述萤石粉中CaF2的质量百分含量≥80％。
5.根据权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂，其特征在于，所述生石灰中CaO的质量百分含量≥80％。
6.根据权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素、膨润土、淀粉中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂，其特征在于，所述混合料内层、混合料外层中各成分均采用粉末状原料，其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上。
8.如权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)按照混合料内层和混合料外层的配方分别配料，将所需原料破碎、碾压、研磨，使其中粒径小于0.074mm的比例达到70％以上；然后将混合料内层的原料和混合料外层的原料分别放入混料设备搅拌混合均匀，将制成的内层混合粉料和外层混合粉料分别烘干备用；
b)将内层混合粉料通过造球或压球设备制成5mm～30mm的团块；
c)将步骤b所制得团块与外层混合粉料通过造球设备制成10mm～40mm复合团块，烘干至水分小于1％，备用。
9.如权利要求1所述的一种高炉外铁水预处理脱硅剂的使用方法，其特征在于，将脱硅剂从铁水沟、摆动流嘴处连续均匀加入铁水流，或将脱硅剂提前加入到铁水罐空罐中，然后再向铁水罐中装入铁水；所述脱硅剂的加入量为每吨铁水加入30kg～50kg，高炉受铁后到炼钢折铁时完成脱硅处理。
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