CN110218008B - 一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法，属于无机非金属材料领域。本发明利用液态出炉钢渣与含碳铁水自身携带的显热，同时又可以高效回收液态出炉钢渣中的铁元素，方程式为[C]+(FeO)＝[Fe]+CO，通过这个反应就将液态出炉钢渣中的铁提取了出来，在这个过程中改性剂中的硅和铝的氧化物在高温条件下通过除铁改性后与液态出炉钢渣中已有的除铁以外的氧化物一起形成了新的组成的炉渣。本发明能够直接利用液态出炉钢渣本身的热量对液态出炉钢渣进行高温重构，即可以在完成优化钢渣矿物相、提升钢渣活性、分离铁氧化物和提高安定性的前提下节省大量的能源，大幅提升钢渣有价元素回收率、高值资源化利用率。
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属材料制备技术领域，尤其涉及一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法。
背景技术
钢渣中含量较多的铁氧化物，尤其是含量较多的FeO会对钢渣的后续使用产生明显的制约，FeO无法通过磁选分离，且本身不具备任何水化活性，其较差的易磨性还会导致钢渣粉磨困难。对钢渣改质即降低钢渣中铁氧化物含量是钢渣循环利用过程中急需解决的问题。钢渣的改质工艺主要包括两种：成分改质和工艺改质。目前常见的钢渣改质工艺大多是通过成分改质、工艺改质或者二者结合进行改质。目前钢铁企业主要采用滚筒、池式热闷、钢渣余热有压热焖渣处理三种处理方式对出炉钢渣进行处理，待钢渣冷却后才能对钢渣进行磁选提铁及制备水泥用激发剂等，后续钢渣所采取的改质工艺多属于“后期改质技术”，这些钢渣改质工艺往往需要采用额外的物理、化学或者热力学激发，从而在改质过程中难以避免会消耗更多能源，同时上述的钢渣处理过程存在铁氧化物回收不彻底，显热无法利用，处理后尾渣活性及安定性差等技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法。本发明利用液态出炉钢渣与含碳铁水自身携带的显热，同时高效回收液态出炉钢渣中的铁元素。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法，包括以下步骤：
对含碳铁水进行加热保温，得到保温含碳铁水；
将改性剂和液态出炉钢渣依次浇注到所述保温含碳铁水中，进行除铁改性。
优选地，所述含碳铁水的温度为1450～1600℃，保温含碳铁水的温度为1550～1650℃。
优选地，所述加热保温的升温速率大于10℃/min。
优选地，所述含碳铁水中C含量为2.0～6.69wt％，S含量小于0.3wt％，P含量小于0.1wt％，Mn含量小于0.4wt％，Si含量小于0.6wt％，其余元素为Fe。
优选地，所述含碳铁水包括高炉产生的含碳铁水或电炉熔化铸造用生铁产生的含碳铁水。
优选地，所述保温含碳铁水与液态出炉钢渣的质量比为5：1～15：1。
优选地，所述除铁改性的温度为1550～1650℃，时间为20～60min。
优选地，所述改性剂为高硅型铁尾矿和/或煤矸石。
优选地，所述液态出炉钢渣与改性剂的添加量满足如下关系式：(W液态出炉钢渣*CaOwt％+W液态出炉钢渣*MgOwt％+W改性剂*CaOwt％+W改性剂*MgOwt％)/(W液态出炉钢渣*SiO2wt％+W液态出炉钢渣*Al2O3wt％+W改性剂*SiO2wt％+W改性剂*Al2O3wt％)为0.9～1.5。
优选地，所述除铁改性后得到炉渣和反应后铁水，将所述炉渣回收，将所述反应后铁水送入转炉作为炼钢原料。
本发明提供了一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法，包括以下步骤：对含碳铁水进行加热保温，得到保温含碳铁水；将改性剂和液态出炉钢渣依次浇注到所述保温含碳铁水中，进行除铁改性。本发明利用液态出炉钢渣与含碳铁水自身携带的显热，同时又可以高效回收液态出炉钢渣中的铁元素，方程式为[C]+(FeO)＝[Fe]+CO，通过这个反应就将液态出炉钢渣中的铁提取了出来，在这个过程中改性剂中的硅和铝的氧化物在高温条件下通过除铁改性后与液态出炉钢渣中已有的除铁以外的氧化物一起形成了新的组成的炉渣。本发明能够直接利用液态出炉钢渣本身的热量对液态出炉钢渣进行高温重构，即可以在完成优化钢渣矿物相、提升钢渣活性、分离铁氧化物和提高安定性的前提下节省大量的能源，大幅提升钢渣有价元素回收率、高值资源化利用率。
附图说明
图1为本发明含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法，包括以下步骤：
对含碳铁水进行加热保温，得到保温含碳铁水；
将改性剂和液态出炉钢渣依次浇注到所述保温含碳铁水中，进行除铁改性。
本发明对含碳铁水进行加热保温，得到保温含碳铁水。在本发明中，所述含碳铁水的温度优选为1450～1600℃，更优选为1500～1550℃，保温含碳铁水的温度优选为1550～1650℃。
在本发明中，所述加热保温的升温速率优选大于10℃/min，更优选为15℃/min。
在本发明中，所述含碳铁水中C含量优选为2.0～6.69wt％，S含量优选小于0.3wt％，P含量优选小于0.1wt％，Mn含量优选小于0.4wt％，Si含量优选小于0.6wt％，其余元素为Fe。
在本发明中，所述含碳铁水优选包括高炉产生的含碳铁水或电炉熔化铸造用生铁产生的含碳铁水。本发明对所述含碳铁水的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可。
在本发明中，所述加热保温优选在电弧炉中进行。
得到保温含碳铁水后，本发明将改性剂和液态出炉钢渣依次浇注到所述保温含碳铁水中，进行除铁改性。
在本发明中，所述保温含碳铁水与液态出炉钢渣的质量比优选为5：1～15：1，更优选为10:1。本发明对所述液态出炉钢渣的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可。
在本发明中，所述改性剂优选为高硅型铁尾矿和/或煤矸石，所述煤矸石为中硅高铝的黏土岩类。在本发明中，所述高硅型铁尾矿中SiO2含量优选大于50％，Al2O3含量优选大于10％；所述煤矸石中SiO2含量优选大于40％，Al2O3含量优选大于10％；且Al2O3/SiO2小于0.6。在本发明中，所述除铁改性优选在电炉中进行。在本发明中，所述液态出炉钢渣是高碱度体系，为了保证在电炉内进行液态改质过程形成流动性良好的炉渣，必须要降低炉渣碱度，因此添加改性剂，本发明使用的改性剂是富含硅铝的物质，改性剂中硅和铝的氧化物在高温条件下通过除铁改性反应后与液态出炉钢渣中已有的除铁以外的氧化物一起形成了新的组成的炉渣。
本发明将改性剂和液态出炉钢渣依次浇注到所述保温含碳铁水中是因为改性剂的密度远小于液态出炉钢渣和保温含碳铁水，另外能够保证液态出炉钢渣和改性剂混合过程尽可能充分，同时保证保温含碳铁水中的碳能够把液态出炉钢渣中的FeO快速还原，创造良好的动力学条件，因此需要先把密度小的改性剂加入到电炉底部，然后优选再通过长水口将液态出炉钢渣加入到改性剂中，通过改性剂在液态出炉钢渣中逐渐上浮实现液态出炉钢渣中FeO快速还原和改性剂成渣。
在本发明中，所述液态出炉钢渣与改性剂的添加量满足如下关系式：(W液态出炉钢渣*CaOwt％+W液态出炉钢渣*MgOwt％+W改性剂*CaOwt％+W改性剂*MgOwt％)/(W液态出炉钢渣*SiO2wt％+W液态出炉钢渣*Al2O3wt％+W改性剂*SiO2wt％+W改性剂*Al2O3wt％)优选为0.9～1.5，更优选为1.2～1.3。
在本发明中，所述除铁改性的温度优选为1550～1650℃，时间优选为20～60min，更优选为30～40min。
在本发明中，所述除铁改性后优选得到炉渣和反应后铁水，将所述炉渣优选回收，作为矿渣微粉的原料，将所述反应后铁水优选送入转炉作为炼钢原料。
在本发明中，所述炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)优选不小于1.2，熔化性温度优选不低于1400℃，Al2O3含量优选不大于15wt％。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1为本发明含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法的流程图；对含碳铁水进行加热保温，得到保温含碳铁水；将改性剂和液态出炉钢渣依次浇注到保温含碳铁水中，进行在线除铁改性，得到反应后铁水和炉渣，炉渣作为矿渣微粉的原料，反应后铁水送入转炉作为炼钢原料进行冶炼。
实施例1
(1)含碳铁水的选择和保温：首先将高炉出炉含碳铁水加入电弧炉中，并进行加热保温，升温速率为15℃/min，控制高炉出炉含碳铁水中的C含量不低于4％，S含量小于0.3％，P含量小于0.1％，Mn含量小于0.4％，Si含量小于0.3％，余量为铁，温度为1450℃，得到的保温含碳铁水温度为1550℃。
(2)液态出炉钢渣与保温含碳铁水的混合：
将高硅型铁尾矿和液态出炉钢渣依次分别通过长水口浇注入电弧炉内的保温含碳铁水中，并进行加热保持保温含碳铁水温度为1550℃，保温时间60分钟，得到炉渣和反应后铁水。
保温含碳铁水和液态出炉钢渣的质量比为5：1。液态出炉钢渣与改性剂的添加量满足如下关系式：(W液态出炉钢渣*CaOwt％+W液态出炉钢渣*MgOwt％+W改性剂*CaOwt％+W改性剂*MgOwt％)/(W液态出炉钢渣*SiO2wt％+W液态出炉钢渣*Al2O3wt％+W改性剂*SiO2wt％+W改性剂*Al2O3wt％)＝1.2；
除铁后的炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)1.5，熔化性温度1400℃，Al2O3含量15wt％，残余FeO含量5％。
反应后铁水送入转炉作为炼钢原料，除铁后的炉渣作为矿渣微粉的原料。
高效回收液态出炉钢渣中的铁元素效果是对实验完后获得的试样进行化学分析获得的，对炉渣中的铁含量进行化学分析，用以计算炉渣中的除铁率，经计算此种条件下除铁率为90％。
实施例2
(1)含碳铁水的选择和保温：首先将电炉熔化铸造用生铁产生的含碳铁水加入电弧炉中，并进行加热保温，升温速率为15℃/min，控制高炉出炉含碳铁水中的C含量为6.69wt％，S含量小于0.3wt％，P含量小于0.1wt％，Mn含量小于0.4wt％，Si含量高于0.6wt％余量为铁，温度为1600℃，得到的保温含碳铁水温度为1650℃。
(2)液态出炉钢渣与保温含碳铁水的混合：
将高硅型铁尾矿和液态出炉钢渣依次分别通过长水口浇注入电弧炉内的保温含碳铁水中，并进行加热保持保温含碳铁水温度为1650℃，保温时间20分钟，得到炉渣和反应后铁水。
保温含碳铁水和液态出炉钢渣的质量比为10：1。液态出炉钢渣与改性剂的添加量满足如下关系式：(W液态出炉钢渣*CaOwt％+W液态出炉钢渣*MgOwt％+W改性剂*CaOwt％+W改性剂*MgOwt％)/(W液态出炉钢渣*SiO2wt％+W液态出炉钢渣*Al2O3wt％+W改性剂*SiO2wt％+W改性剂*Al2O3wt％)＝1.3；
除铁后的炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)1.5，熔化性温度1400℃，Al2O3含量15wt％，残余FeO含量小于3％。
反应后铁水送入转炉作为炼钢原料，除铁后的炉渣作为矿渣微粉的原料。
高效回收液态出炉钢渣中的铁元素效果是对实验完后获得的试样进行化学分析获得的，对炉渣中的铁含量进行化学分析，用以计算炉渣中的除铁率，经计算此种条件下除铁率为94％。
实施例3
与实施例1相同，区别仅在于保温含碳铁水和液态出炉钢渣的质量比为15：1。
除铁后的炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)1.5，熔化性温度1400℃，Al2O3含量不低于15wt％，残余FeO含量2％。
高效回收液态出炉钢渣中的铁元素效果是对实验完后获得的试样进行化学分析获得的，对炉渣中的铁含量进行化学分析，用以计算炉渣中的除铁率，经计算此种条件下除铁率为97％。
实施例4
液态出炉钢渣与改性剂的添加量满足如下关系式：(W液态出炉钢渣*CaOwt％+W液态出炉钢渣*MgOwt％+W改性剂*CaOwt％+W改性剂*MgOwt％)/(W液态出炉钢渣*SiO2wt％+W液态出炉钢渣*Al2O3wt％+W改性剂*SiO2wt％+W改性剂*Al2O3wt％)＝0.9；
除铁后的炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)1.2，熔化性温度不低于1400℃，Al2O3含量不低于15wt％，残余FeO含量小于5％。
高效回收液态出炉钢渣中的铁元素效果是对实验完后获得的试样进行化学分析获得的，对炉渣中的铁含量进行化学分析，用以计算炉渣中的除铁率，经计算此种条件下除铁率为90％。
实施例5
液态出炉钢渣与改性剂的添加量满足如下关系式：(W液态出炉钢渣*CaOwt％+W液态出炉钢渣*MgOwt％+W改性剂*CaOwt％+W改性剂*MgOwt％)/(W液态出炉钢渣*SiO2wt％+W液态出炉钢渣*Al2O3wt％+W改性剂*SiO2wt％+W改性剂*Al2O3wt％)＝1.5；
除铁后的炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)1.5，熔化性温度不低于1500℃，Al2O3含量不低于20wt％，残余FeO含量5％。
高效回收液态出炉钢渣中的铁元素该效果是对实验完后获得的试样进行化学分析获得的，对炉渣中的铁含量进行化学分析，用以计算炉渣中的除铁率，经计算此种条件下除铁率为90％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种含碳铁水对液态出炉钢渣进行除铁改性的方法，其特征在于，具体为以下步骤：
(1)含碳铁水的选择和保温：首先将高炉出炉含碳铁水加入电弧炉中，并进行加热保温，升温速率为15℃/min，控制高炉出炉含碳铁水中的C含量不低于4％，S含量小于0.3％，P含量小于0.1％，Mn含量小于0.4％，Si含量小于0.3％，余量为铁，温度为1450℃，得到的保温含碳铁水温度为1550℃；
(2)液态出炉钢渣与保温含碳铁水的混合：
将高硅型铁尾矿和液态出炉钢渣依次分别通过长水口浇注入电弧炉内的保温含碳铁水中，并进行加热保持保温含碳铁水温度为1550℃，保温时间60分钟，得到炉渣和反应后铁水；
保温含碳铁水和液态出炉钢渣的质量比为15：1，液态出炉钢渣与改性剂的添加量满足如下关系式：(W液态出炉钢渣*CaOwt％+W液态出炉钢渣*MgOwt％+W改性剂*CaOwt％+W改性剂*MgOwt％)/(W液态出炉钢渣*SiO2wt％+W液态出炉钢渣*Al2O3wt％+W改性剂*SiO2wt％+W改性剂*Al2O3wt％)＝1.2；
除铁后的炉渣的二元碱度CaO/SiO21.5，熔化性温度1400℃，Al2O3含量不低于15wt％，残余FeO含量2％；
反应后铁水送入转炉作为炼钢原料，除铁后的炉渣作为矿渣微粉的原料；
高效回收液态出炉钢渣中的铁元素效果是对实验完后获得的试样进行化学分析获得的，对炉渣中的铁含量进行化学分析，用以计算炉渣中的除铁率，经计算此种条件下除铁率为97％。
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