CN111635975B - 一种转炉炉渣回收利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转炉炉渣回收利用的方法，所述方法包括，获得转炉炉渣；将焦炭与所述转炉炉渣混合后，进行吹气和溅渣护炉处理，获得渣铁混合物；所述吹气包括同时底吹CO2和顶吹O2；分离所述渣铁混合物，获得高磷铁水和转炉余渣。转炉炉渣经过本发明的方法处理后，高磷铁水冷却后变成磷铁，可作为冶炼高磷钢的原料；溅渣护炉可将部分炉渣粘结至转炉内部，修补炉衬；转炉余渣中磷含量不超过0.5％，磷含量非常低，可用于下一炉转炉冶炼的渣料，高效循环利用率高，降低了石灰消耗和炉渣产生量。

Description

一种转炉炉渣回收利用的方法
技术领域
本发明属于转炉冶炼技术领域，特别涉及一种转炉炉渣回收利用的方法。
背景技术
转炉终点炉渣渣量根据转炉吨位、炉型及造渣工艺，一般为90～110kg/吨钢，其中主要成分为FeO、C2S渣相、P2O5以及MgO等。如何有效处理炉渣并回收利用其中有效成分，成为低成本、环保转炉炼钢研究的重要内容。
目前应用或正在探索转炉炉渣综合利用或减排的的方法大致包括两种，第一种是在转炉冶炼结束后，将转炉炉渣倒入渣罐中，等炉渣冷却变成固体后回收金属铁，剩余的可以作为烧结矿添加剂或转炉渣水泥等，这种处理方法价值较低；第二种是炉渣在熔融状态，甚至在转炉内加以循环利用，比如转炉溅渣护炉和留渣操作等冶炼工艺。
溅渣护炉的操作是在转炉终点出钢后，利用顶枪吹入氮气，将转炉中剩余炉渣喷吹至转炉炉壁，固化后起到保护炉衬的作用，而后，将多余炉渣倒入渣罐，这部分倒掉的炉渣，采用传统处理方法。该操作根据炉况情况决定，炉役前期溅渣比例少，炉役中期间隔两炉或三炉进行一次溅渣操作，炉役后期每炉均溅渣操作，因此在一个炉役中，利用的炉渣比例仅为10％～20％。
留渣操作是在转炉出钢后，倒掉部分炉渣，保留40％～80％左右的炉渣在转炉内，经过溅渣护炉，加入废钢、石灰等固化炉渣后，进而兑入铁水，开始下一炉的冶炼，留渣操作较溅渣护炉工艺，可以更多的利用转炉炉渣，但是，留渣操作在生产中的炉次比例不超过40％，因此应用该技术炉渣利用率最高不超过40％的水平。
根据上述可知，现有的溅渣护炉和留渣操作炉渣利用率低，利用率较高的留渣操作也只能达到40％的水平，没有实现高效循环利用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种转炉炉渣回收利用的方法，以解决现有技术中溅渣护炉和留渣操作等传统炉渣处理工艺循环利用率低的问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明实施例提高了一种转炉炉渣回收利用的方法，所述方法包括，
获得转炉炉渣；
将焦炭与所述转炉炉渣混合后，进行吹气和溅渣护炉处理，获得渣铁混合物；所述吹气包括同时底吹CO2和顶吹O2；
分离所述渣铁混合物，获得高磷铁水和转炉余渣。
进一步地，所述转炉炉渣为脱磷渣。
进一步地，所述焦炭的加入质量为30～60kg/t炉渣，所述焦炭的粒度为3～20mm。
进一步地，所述底吹CO2和顶吹O2的时间为2～4min。
进一步地，所述底吹CO2的流量为12～24Nm3/h，所述顶吹O2的流量为10000～30000Nm3/h。
进一步地，在所述吹气开始到所述吹气时间的四分之一的过程内，所述转炉的氧枪与所述转炉内的所述炉渣上表面之间的距离为2～2.2m。
进一步地，在所述吹气时间的四分之一至所述吹气时间的二分之一的过程中，所述转炉的氧枪与所述转炉内的所述炉渣上表面之间的距离为2.5～3m。
进一步地，在所述吹气时间的二分之一至所述吹气结束时的过程内，所述转炉的氧枪与所述转炉内的炉渣上表面之间的距离为3m。
进一步地，所述转炉为顶底复吹转炉，所述转炉容量为150～300t。
进一步地，所述溅渣护炉过程中，向所述转炉顶吹氮气，所述顶吹氮气的流量为20000～30000m3/h，所述溅渣护炉的时间为2～4min。
本发明的有益效果至少包括：
本发明提供了一种转炉炉渣回收利用的方法，所述方法包括，获得转炉炉渣；将焦炭与所述转炉炉渣混合后，进行吹气和溅渣护炉处理，获得渣铁混合物；所述吹气包括同时底吹CO2和顶吹O2；分离所述渣铁混合物，获得高磷铁水和转炉余渣。将焦炭加入转炉炉渣中，可以作为还原剂，与炉渣中的FeO反应，完成Fe元素的还原；底吹CO2气体，一方面，在提供反应动力学条件的同时，CO2可以与焦炭发生如下反应：CO2+C＝CO，反应获得的CO气体可以作为还原剂与炉渣中的FeO反应，进一步完成Fe元素的还原，从而使炉渣中的Fe元素转移到高磷铁水中，高磷铁水冷却后变成磷铁，可作为冶炼高磷钢的原料；溅渣护炉可将部分炉渣粘结至转炉内部，修补炉衬；转炉余渣中磷含量不超过0.5％，磷含量非常低，可用于下一炉转炉冶炼的渣料。采用本申请的方法可将转炉渣经过处理后，实现炉渣的100％循环利用。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供一种转炉炉渣回收利用的方法，所述方法包括，
获得转炉炉渣；
将焦炭与所述转炉炉渣混合后，进行吹气和溅渣护炉处理，获得渣铁混合物；所述吹气包括同时底吹CO2和顶吹O2；
分离所述渣铁混合物，获得高磷铁水和转炉余渣。
本发明将焦炭加入转炉炉渣中，可以作为还原剂，与炉渣中的FeO和P2O5反应，完成Fe元素和P元素的还原；底吹CO2气体，一方面，可以提供反应动力学条件，另一方面，CO2可以与焦炭发生如下反应：CO2+C＝CO，反应获得的CO气体可以作为还原剂与炉渣中的FeO和P2O5反应，进一步完成Fe元素和P元素的还原，从而使炉渣中的Fe元素转移到高磷铁水中，铁水循环利用，因此提高了炉渣中Fe元素的回收率。P元素和Fe元素的还原反应，还可以释放热量，保持转炉内炉渣的温度。P进一步与O2反应，再次生成P2O5，被除尘系统捕捉，这些富磷烟尘可作为磷肥的原料。高磷铁水冷却后变成磷铁，可作为冶炼高磷钢的原料；溅渣护炉可将部分炉渣粘结至转炉内部，修补炉衬；转炉余渣中磷含量不超过0.5％，磷含量非常低，可用于下一炉转炉冶炼的渣料。采用本申请的方法可将转炉渣经过处理后，实现炉渣的100％循环利用。经实施后，炉渣可循环使用3～4次，吨钢炉渣产出量降低50～70kg。
进一步地，所述转炉炉渣为脱磷渣。
本申请处理的转炉炉渣为转炉冶炼脱磷渣。
进一步地，所述焦炭的加入质量为30～60kg/t炉渣，所述焦炭的粒度控制在3～20mm。
为了提高焦炭作为还原剂反应的动力学条件，将粒度控制为3～20mm，粒度过大，反应界面小。焦炭的主要组成为C，一方面，C可以与炉渣中的P2O5发生氧化还原反应，使炉渣中P2O5被还原成单质P，P的沸点为280℃，很低，在炉渣的高温条件下，直接汽化、升腾到转炉炉口位置，与顶吹的O2发生氧化反应，再次生成P2O5，被除尘系统捕捉，这些富磷烟尘可作为磷肥的原料；另一方面，C可以与炉渣中的FeO发生氧化还原反应，而FeO被还原后，变成Fe，呈液相，与炉渣混合；
进一步地，所述底吹CO2和顶吹O2的时间为2～4min。
吹气时间过短，还原反应不完全，吹气时间过长，影响生产节奏。
进一步地，所述底吹CO2的流量为12～24Nm3/h，所述顶吹O2的流量为10000～30000Nm3/h。
进一步地，在所述吹气开始到所述吹气时间的四分之一的过程中，所述转炉的氧枪与所述转炉内的炉渣上表面之间的距离为2～2.2m；在所述吹气时间的四分之一至所述吹气时间的二分之一的过程中，所述转炉的氧枪与所述转炉内的炉渣上表面之间的距离为2.5～3m；在所述吹气时间的二分之一至所述吹气结束时的过程中，所述转炉的氧枪与所述转炉内的炉渣上表面之间的距离为3m。
通过控制转炉氧枪枪位，保证转炉中钢水-炉渣-气体各相之间反应的动力学条件。底吹CO2和顶吹O2的前四分之一时间内，氧枪枪位低，主要是为促进底吹的CO2气体与加入的焦炭发生反应，产生CO气泡，从而达到控制气体对炉渣的搅拌效果。紧接着，底吹CO2和顶吹O2前四分之一至前二分之一时间内，此时枪位升高，良好的动力学条件是为了控制炉渣中过量焦炭与氧气的反应，，从而保证炉渣中的P2O5、FeO发生充分的氧化还原反应。底吹CO2和顶吹O2后二分之一时间内，枪位继续升高，这部分的动力学条件则是促进氧气与生成的P蒸汽结合，变成P2O5烟尘被除尘系统捕捉。
进一步地，所述转炉为顶底复吹转炉，所述转炉容量为150～300t。
进一步地，所述溅渣护炉过程中，向所述转炉顶吹氮气，所述顶吹氮气的流量为20000～30000m3/h，所述溅渣护炉的时间为2～4min。
在底吹CO2和顶吹O2结束时，炉渣中大量P2O5和FeO已经被还原，此时炉渣主要分为两部分，一是低磷含量的被还原炉渣，占比10％-20％，由于P2O5、FeO含量低，该部分炉渣呈粉末状固体，主要组成为2CaO·SiO2，溅渣护炉操作时，向转炉顶吹N2，通过高压喷溅，炉渣被溅起，并附着至转炉炉壁上，粉末状固体炉渣更容易在炉壁上附着，之后冷却、凝固在炉衬表面上形成一层高熔点的熔渣层，并与炉衬很好地粘结附着。溅渣形成的溅渣层耐蚀性较好，同时可抑制炉衬砖表面的氧化脱碳，又能减轻高温渣对炉衬砖的侵蚀冲刷，从而保护炉衬砖，降低耐火材料损耗速度，减少喷补材料消耗，同时减轻工人劳动强度，提高炉衬使用寿命，提高转炉作业率，降低生产成本。另外一部分是还原后剩余的富铁液态炉渣，其中P2O5含量在0.5％水平，呈液态，其中伴随被还原的Fe水，其更易在转炉底部富集，用于下一炉炼钢循环利用。
本发明对转炉脱磷后的炉渣进行了固态+气态还原剂的三相还原，通过加入焦炭和顶底吹气的配合，最终把炉渣中的P转换成烟气中的P，与氧气反应后进入除尘系统，作为磷肥的原料；经过处理后，获得了低P炉渣，P2O5的质量分数不超过0.5％，可以作为转炉造渣原料使用。本申请实现了转炉炉渣100％循环利用，循环使用次数为3～4次，吨钢减少炉渣产出量50～70kg，并降低石灰消耗。本方法操作简单，不需要增加额外设备，效率高，易于推广应用。
下面将结合具体的实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细说明。
实施例1
转炉吨位为300t，转炉冶炼出钢后，炉渣留在炉内，炉渣中P2O5的质量分数为3.31％；向转炉内炉渣渣面加入焦炭颗粒，焦炭加入量为40kg/t炉渣，粒度为15mm；之后，钢包底吹CO2气体，同时顶吹氧气，持续2min；底吹CO2的流量为16.2Nm3/h，顶吹氧气流量控制在18000Nm3/h；顶底复吹第0～0.5min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2m，顶底复吹第0.5min～1min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2.7m，顶底复吹第1min～2min时，顶吹氧枪距离炉渣表面3m；吹气后进行溅渣护炉操作，以22000m3/h的流量顶吹氮气2min；结束后，倾转炉体，倒掉炉内剩余渣铁混合物，静置后，得到高磷铁水和转炉余渣，高磷铁水冷却后变成磷铁，作为冶炼高磷钢的原料，转炉余渣中P2O5的质量分数为0.46％，可作为转炉渣的原料，代替部分石灰。本次操作吨钢减少炉渣产生量70kg，吨钢节省石灰25kg。
实施例2
转炉吨位210t，转炉出钢后，炉渣留在炉内，炉渣中P2O5的质量分数为1.53％；向渣面加入焦炭颗粒，焦炭加入量为50kg/t炉渣，粒度为18mm；之后，钢包底吹CO2气体，同时顶吹氧气，持续3min；底吹CO2的流量为21.3Nm3/h,顶吹氧气流量控制在22000Nm3/h；顶底复吹第0～0.5min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2.2m，顶底复吹第0.5min～1min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2.9m，顶底复吹第1min-2min时，顶吹氧枪距离炉渣表面3m；吹气后进行溅渣护炉操作，以28000m3/h的流量顶吹氮气3min；结束后，倾转炉体，倒掉炉内剩余渣铁混合物，静置后，得到高磷铁水和转炉余渣，高磷铁水冷却后变成磷铁，作为冶炼高磷钢的原料，转炉余渣中P2O5的质量分数为0.27％，可作为转炉渣的原料，代替部分石灰。本次操作吨钢减少炉渣产生量55kg，吨钢节省石灰18kg。
实施例3
转炉吨位为300t，转炉冶炼出钢后，炉渣留在炉内，炉渣中P2O5的质量分数为2.36％，炉渣中P2O5的质量分数为2.36％；向转炉内炉渣渣面加入焦炭颗粒，焦炭加入量为55kg/t炉渣，粒度为12mm；之后，钢包底吹CO2气体，同时顶吹氧气，持续4min；底吹CO2的流量为13.5Nm3/h，顶吹氧气流量控制在28000Nm3/h；顶底复吹第0～0.5min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2.1m，顶底复吹第0.5min～1min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2.8m，顶底复吹第1min～2min时，顶吹氧枪距离炉渣表面3m；吹气后进行溅渣护炉操作，以24000m3/h的流量顶吹氮气2min；结束后，倾转炉体，倒掉炉内剩余渣铁混合物，静置后，得到高磷铁水和转炉余渣，高磷铁水冷却后变成磷铁，作为冶炼高磷钢的原料，转炉余渣中P2O5的质量分数为0.30％，可作为转炉渣的原料，代替部分石灰。本次操作吨钢减少炉渣产生量65kg，吨钢节省石灰20kg。
实施例4
转炉吨位为210t，转炉冶炼出钢后，炉渣留在炉内，炉渣中P2O5的质量分数为3.25％；向转炉内炉渣渣面加入焦炭颗粒，焦炭加入量为35kg/t炉渣，粒度为14mm；之后，钢包底吹CO2气体，同时顶吹氧气，持续3min；底吹CO2的流量为18.4Nm3/h，顶吹氧气流量控制在16000Nm3/h；顶底复吹第0～0.5min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2m，顶底复吹第0.5min～1min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2.7m，顶底复吹第1min～2min时，顶吹氧枪距离炉渣表面3m；吹气后进行溅渣护炉操作，以23000m3/h的流量顶吹氮气2min；结束后，倾转炉体，倒掉炉内剩余渣铁混合物，静置后，得到高磷铁水和转炉余渣，高磷铁水冷却后变成磷铁，作为冶炼高磷钢的原料，转炉余渣中P2O5的质量分数为0.38％，可作为转炉渣的原料，代替部分石灰。本次操作吨钢减少炉渣产生量65kg，吨钢节省石灰20kg。
实施例5
转炉吨位为300t，转炉冶炼出钢后，炉渣留在炉内，炉渣中P2O5的质量分数为3.17％；向转炉内炉渣渣面加入焦炭颗粒，焦炭加入量为45kg/t炉渣，粒度为15mm；之后，钢包底吹CO2气体，同时顶吹氧气，持续2min；底吹CO2的流量为16.2Nm3/h，顶吹氧气流量控制在18000Nm3/h；顶底复吹第0～0.5min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2m，顶底复吹第0.5min～1min时，顶吹氧枪距离炉渣表面2.7m，顶底复吹第1min～2min时，顶吹氧枪距离炉渣表面3m；吹气后进行溅渣护炉操作，以22000m3/h的流量顶吹氮气2min；结束后，倾转炉体，倒掉炉内剩余渣铁混合物，静置后，得到高磷铁水和转炉余渣，高磷铁水冷却后变成磷铁，作为冶炼高磷钢的原料，转炉余渣中P2O5的质量分数为0.32％，可作为转炉渣的原料，代替部分石灰。本次操作吨钢减少炉渣产生量65kg，吨钢节省石灰20kg。
对比例1
在300t转炉冶炼结束出钢后将部分炉渣留在炉内，进行溅渣护炉操作；剩余炉渣用于下一炉冶炼。本次操作吨钢减少炉渣产生量10kg，吨钢节省石灰3kg。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种转炉炉渣回收利用的方法，其特征在于，所述方法包括，
获得转炉炉渣；
将焦炭与所述转炉炉渣混合后，进行吹气和溅渣护炉处理，获得渣铁混合物；所述吹气包括同时底吹CO2和顶吹O2；
分离所述渣铁混合物，获得高磷铁水和转炉余渣；
所述转炉炉渣为脱磷渣；
所述焦炭的加入质量为30～60kg/t炉渣，所述焦炭的粒度为3～20mm；
所述底吹CO2和顶吹O2的时间为2～4min；
所述底吹CO2的流量为12～24Nm3/h，所述顶吹O2的流量为10000～30000Nm3/h。
2.根据权利要求1所述的一种转炉炉渣回收利用方法，其特征在于，在所述吹气开始到所述吹气时间的四分之一的过程中，所述转炉的氧枪与所述转炉内的所述炉渣上表面之间的距离为2～2.2m。
3.根据权利要求1所述的一种转炉炉渣回收利用方法，其特征在于，在所述吹气时间的四分之一至所述吹气时间的二分之一的过程中，所述转炉的氧枪与所述转炉内的所述炉渣上表面之间的距离为2.5～3m。
4.根据权利要求1所述的一种转炉炉渣回收利用方法，其特征在于，在所述吹气时间的二分之一至所述吹气结束时的过程中，所述转炉的氧枪与所述转炉内的炉渣上表面之间的距离为3m。
5.根据权利要求1所述的一种转炉炉渣回收利用方法，其特征在于，所述转炉为顶底复吹转炉，所述转炉容量为150～300t。
6.根据权利要求1所述的一种转炉炉渣回收利用方法，其特征在于，所述溅渣护炉过程中，向所述转炉顶吹氮气，所述顶吹氮气的流量为20000～30000m3/h，所述溅渣护炉的时间为2～4min。
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