CN111663034A - 一种低成本的高炉铁水生产工艺 - Google Patents

一种低成本的高炉铁水生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低成本的高炉铁水生产工艺，其包括依次进行的烧结工序和高炉冶炼工序，所述烧结工序的原料包括低铝红土矿粉，所述低铝红土矿粉为低铝红土矿经筛网筛除粒径≥300mm的低镍石之后得到的矿粉，同时，收集粒径≥300mm的低镍石，并将低镍石破碎后进行分级筛分，得到粒径分别为0～5mm、5～25mm、25～40mm的低镍石，其中粒径为5～25mm的低镍石用于烧结工序中烧结机铺底料使用；粒径为0～5mm低镍石用来替换烧结工序中的原料—蛇纹石；粒径为25～40mm低镍石用来替换高炉冶炼工序的原料—硅石和高炉镁球。本发明不仅解决了低镍石的堆放问题，同时还大大降低了场地租赁成本的原料成本。

Description

一种低成本的高炉铁水生产工艺
技术领域
本发明涉及钢铁制造领域，尤其是一种低成本的高炉铁水生产工艺。
背景技术
红土矿的冶炼需要先将红土矿粉送至烧结机内进行烧结成块从而形成烧结矿（即烧结工序），之后，再将烧结矿与焦炭等一起装入高炉，在高温条件下进行烧结矿的去渣和氧化还原，从而形成低镍铁水（即高炉冶炼工序）。
现有的烧结工序的主要原料有：
表1
Figure 696916DEST_PATH_IMAGE001
其中的低铝红土矿粉、除尘灰作为铁源物质，蛇纹石粉用于调节烧结矿内SiO2和MgO的含量，同时，烧结工序中所用到的低铝红土矿粉原料的一部分作为烧结工序中烧结机铺底料使用，经烧结工序制得低镍烧结矿。现有的烧结工序中所用到的低铝红土矿粉通常为购买的低铝红土矿经圆滚筛筛除直径大于300毫米的低镍石之后得到的细矿粉。而筛除的直径大于300毫米的低镍石的硬度较高，无法作为铁源物质用于烧结生产，则被丢弃，又因环境保护要求，只能堆放，造成需要大量的场地长期存放，造成极大的浪费，同时也增加了场地租赁成本。同时，烧结工序中所使用的蛇纹石可以很好改善高炉炉渣性能，同时可以减轻烧结矿在高炉低温还原粉化率，是低镍铁水生产中不可缺少的矿物成分。
现有的高炉冶炼工序的主要原料有：
表2
Figure 503198DEST_PATH_IMAGE002
高炉冶炼工序中所使用的硅石的作用是：吸附低镍矿中的杂质，形成凝结物（即炉渣）浮在铁水表面。
烧结工序中的原料—蛇纹石为外购原料，蛇纹石的价格为190元/吨，按照每年生产120万吨201不锈钢铁水（俗称“低镍铁水”），每年购买蛇纹石的大约费用为：10万（吨）×190（元/吨）=1900万，原料成本较高。另外，高炉冶炼工序中的原料—硅石和高炉镁球，也均为外购原料，硅石的价格为208元/吨，按照每年生产120万吨高炉铁水（即“低镍铁水”），每年购买硅石的大约费用为：5.8万（吨）×208（元/吨）=1206万元；高炉镁球的价格为803元/吨，每年购买高炉镁球的大约费用为：3.8万（吨）×803（元/吨）=3051万元。高额的场地租赁成本和原料成本，导致经营成本居高不下，严重影响生产效益。
发明内容
本发明旨在提供一种低成本的高炉铁水生产工艺，该工艺通过将从低铝红土矿粉中筛出的低镍石进行回收利用，变废为宝，不仅解决了低镍石的堆放问题，同时还大大降低了场地租赁成本的原料成本。
一种低成本的高炉铁水生产工艺，其包括依次进行的烧结工序和高炉冶炼工序，所述烧结工序的原料包括低铝红土矿粉，所述低铝红土矿粉为低铝红土矿经筛网筛除粒径≥300mm的低镍石之后得到的粒径＜300mm的矿粉，同时，收集粒径≥300mm的低镍石，并将低镍石破碎后采用5mm、25mm、40mm的筛网进行分级筛分，得到粒径分别为0～5mm、5～25mm、25～40mm的低镍石；
所述烧结工序的主要原料的重量份组成为：低铝红土矿粉 1400～1500份，除尘灰 30～100份，生石灰 50～120份，蛇纹石 0份，粒径为0～5mm的低镍石 30～62份，粒径为5～25mm的低镍石 30～60份，燃料 100～200份；所述烧结工序中所用的粒径为5～25mm的低镍石原料作为烧结工序中烧结机铺底料使用；经烧结工序制得的低镍烧结矿的成分组成和碱度控制在：TFe>48%, SiO2>6.0%. MgO>3.0%, Al2O3<7%，碱度: 0.9～1.5；
所述高炉冶炼工艺的主要原料的重量份组成为：上述烧结工序所制得的低镍烧结矿1750～1800份，硅石 0～48份，高炉镁球 0～32份，粒径为25～40mm的低镍石 0～80份，喷煤 50～100份，焦炭 500～700份；其中硅石、高炉镁球和粒径为25～40mm的低镍石三者的用量以高炉冶炼工艺的原料总和中所含MgO与Al2O3的质量比（通常称为“镁铝比”）控制在0.45~0.7为限，冶炼得到高炉铁水和高炉炉渣，其中高炉炉渣的化学组成控制在：Al2O3<24%，MgO/Al2O3 >0.45 ,碱度: 0.8～1.1。
本发明所使用的低铝红土矿通常通过外购获得，筛除低镍石后所得到的低铝红土矿粉的化学成分组成一般为：
表3
Figure 412248DEST_PATH_IMAGE003
同时，本发明人取筛除的低镍石检验成分，发现：低镍石的主要组成成分为SiO2、MgO，其中SiO2、MgO占总量的重量百分比分别为38%左右、30%左右。而一般来说，低镍铁水的生产对蛇纹石的要求为：
表4蛇纹石的化学成分
Figure 12993DEST_PATH_IMAGE004
；低镍铁水的生产对硅石的要求为：
表5 硅石的化学成分
Figure 741915DEST_PATH_IMAGE005
本发明技术方案的有益技术效果有：
（1）虽然，低镍石中MgO的含量达不到蛇纹石的要求，同时，SiO2和MgO的含量也都达不到硅石的要求，但是，本发明人采用5mm和25mm的筛网进行分级筛分，并将粒径为0～5mm的低镍石代替蛇纹石，形成新的烧结原料配方，采用该新原料配方成功制得了符合要求的烧结矿（201不锈钢的低镍烧结矿的要求有：TFe>48%, SiO2>6.0%，MgO>3.0%, Al2O3<7%,碱度:0.9～1.3）；
（2）并且，本发明人还将粒径为5～25mm的低镍石用于烧结工序中烧结机铺底料使用，与“采用10mm和25mm的筛网进行分级筛分，并采用10～25mm的低镍石替换蛇纹石、粒径为0～10mm的低镍石用于烧结工序中烧结机铺底料使用”相比，本发明的新的烧结原料配方能够提高烧结指标；
（3）与此同时，本发明人还采用粒径为25～40mm的低镍石代替部分或全部的硅石和高炉镁球，形成新的高炉冶炼原料配方，采用该新原料配方也能够成功制得符合要求的高炉铁水（即低镍铁水）和高炉炉渣（201不锈钢的高炉铁水中C、Si、P元素的含量一般为：C<6%,Si<1.5%，P<0.1，201不锈钢的高炉炉渣的要求有：Al2O3<24%，MgO/Al2O3>0.45 ,碱度: 0.8～1.1）；
（4）本发明中低镍石粉碎后所得到的各个粒径范围的低镍石均能够得到利用，避免浪费，同时，无需外购蛇纹石，蛇纹石粉的价格为190元/吨，按照每年生产120万吨高炉铁水（即“低镍铁水”），需要蛇纹石10万吨，则每年能够节省成本投入1900万元以上，同时，能够减少硅石和高炉镁球的投入成本，此外，通过处理低镍石的场地库存，无需场地堆放和填埋，减轻环保压力。
优选的，所述高炉冶炼工序中硅石和高炉镁球的用量为0,粒径为25～40mm的低镍头的用量为72～80份，此时，硅石和高炉镁球全部采用粒径为25～40mm的低镍石进行替换，节省了硅石和高炉镁球的成本投入，而按照每年生产120万吨高炉铁水（即“低镍铁水”），每年购买硅石的大约费用为：5.8万（吨）×208（元/吨）=1206万元；每年购买高炉镁球的大约费用为：3.8万（吨）×803（元/吨）=3051万元。
本发明的低镍石在烧结及高炉中的作用及反应机理如下：
一、低镍石在烧结过程中的主要作用为：低镍石中所含主要成分为:SiO2、MgO,其与CaO（CaO主要来源于生石灰）、FeO（主要来源于低铝红土矿粉）、Fe3O4（主要来源于低铝红土矿粉）等互相紧密接触，当加热到1200℃以上时，会发生固相反应，具体反应公式如下：
SiO2 + FeO → FeO.SiO2(铁橄榄石)、
SiO2 + MgO + CaO → MgO.CaO.SiO2 (钙镁橄榄石)
在固相反应的过程中，烧结原料各组成之间以及固定反应产物（铁橄榄石、钙镁橄榄石）之间相互作用，会形成低共熔点物质，这些低共熔点物质在烧结过程中可熔融为粘接相而提高烧结矿强度，同时，低镍石中的MgO也能起到改善烧结矿低温还原粉化率的效果；
二、低镍石在高炉中的主要作用为：
（1）低镍石中的SiO2是调整高炉渣系的主要元素，而CaO/SiO2的比值（称为“碱度”）是高炉冶炼控制的最重要指标之一，只有合适的CaO/SiO2的比值（一般在0.9～1.3之间）才能获得良好的生产指标。主要反应公式为：
SiO2+CaO → CaSiO3、
SiO2+2CO → Si + 2CO2；
（2）低镍石中的MgO也是调整高炉渣系的重要元素，由于烧结矿及焦炭燃烧后的灰烬中含有大量的Al2O3，Al2O3是一种高熔点物质，对高炉渣的稳定性及流动性不利，必须在烧结或高炉中添加一定的MgO, 形成流动性良好的高炉炉渣，再根据高炉铁水与高炉炉渣相对密度不同的特点（高炉铁水的相对密度为6.8～7.8，高炉炉渣的相对密度为2.8～3.0），达到渣铁分离，以实现高炉正常生产的目的；
（3）低镍石中的MgO还能降低高炉铁水中S的含量，提高铁水质量，主要反应为：
MgO+[S]+[C]→MgS+CO。
具体实施方式
现具体说明本发明的实施方式：
一种低成本的高炉铁水生产工艺，其包括依次进行的烧结工序和高炉冶炼工序，具体步骤如下：
（1）先将购买的低铝红土矿经300mm筛网，筛除粒径≥300mm的低镍石，得到粒径＜300mm的低铝红土矿粉作为烧结工序的原料使用，同时，粒径≥300mm的低镍石，经破碎后采用5mm、25mm、40mm的筛网进行分级筛分，得到粒径分别为0～5mm、5～25mm、25～40mm的低镍石；
（2）再进行烧结工序，烧结工序的原料组成为：
表6
烧结原料 组成(重量份)
低铝红土矿粉 1400～1500
除尘灰 30～100
生石灰 50～120
蛇纹石 0
粒径为0～5mm的低镍石 30～62
粒径为5～25mm的低镍石 30～60
燃料 160～200
上述烧结工序中所用的粒径为5～25mm的低镍石原料作为烧结工序中烧结机铺底料使用；按照以上的原料烧结制得的低镍烧结矿的成分组成和碱度控制在： TFe＞48％，SiO2＞6.0％.MgO＞3.0％，Al2O3＜7％，碱度：0.9～1.5；
（3）最后进行高炉冶炼工序，高炉冶炼工序的原料组成为：
所述高炉冶炼工序的主要原料组成为：
表7
分类 组成（份）
上述烧结工序所制得的低镍烧结矿 1750～1800
硅石 0～48
高炉镁球 0～32
粒径为25～40mm的低镍石 0～80
喷煤 50～100
焦炭 500～700
其中硅石、高炉镁球和粒径为25～40mm的低镍石三者的用量以高炉冶炼工艺的总原料中所含MgO与Al2O3的质量比（通常称为“镁铝比”）控制在0.45～0.7为限，冶炼得到高炉铁水和高炉炉渣，所述高炉炉渣的化学组成控制在：Al2O3<24%，MgO/Al2O3 >0.45 ,碱度: 0.8～1.1。
根据上述技术方案，本发明人提供了如下实施例：
表8
Figure 849865DEST_PATH_IMAGE008
表9
Figure 621512DEST_PATH_IMAGE009
c
上述实施例、现有技术和对比例所制得烧结矿的各元素质量百分比（%）和碱度，如表10所示：
表10
Figure 837730DEST_PATH_IMAGE011
，实施例1～实施例7所制得的低镍烧结矿均符合现有的201不锈钢生产工艺对低镍烧结矿的要求：TFe>48%, SiO2>6.0%. MgO>3.0%, Al2O3<7%,碱度: 0.9～1.3。
上述实施例1～实施例7所制得的高炉炉渣的各元素质量百分比（%）和碱度，如表11所示：
表11
Figure 720235DEST_PATH_IMAGE012
，实施例1～实施例7中高炉冶炼工序得到的高炉炉渣均符合现有的201不锈钢生产工艺对高炉炉渣的要求：Al2O3<24%，MgO/Al2O3 >0.45 ,碱度: 0.8～1.1。
上述实施例1～实施例7所制得的高炉铁水的各元素质量百分比（%），如表12所示：
表12
Figure 338298DEST_PATH_IMAGE013
，实施例1～实施例7中高炉冶炼工序得到的高炉铁水均符合现有的201不锈钢生产工艺对高炉铁水的要求： C<6%,Si<1.5%，P<0.1。
实际上，本申请人在前期研发过程中还对破碎后的低镍石分级筛选的筛网孔径进行的筛选，本申请人另提供实施例8，实施例8与实施例2的不同之处仅在于：粒径≥300mm的低镍石，经破碎后采用10mm、25mm、50mm的筛网进行分级筛分，得到粒径分别为0～10mm、10～25mm、25～50mm的低镍石，其中粒径为0～10mm的低镍石替换蛇纹石使用，粒径为10～25mm的低镍石用于烧结工序中烧结机铺底料使用；在同等烧结条件下，实施例2与实施例8所制得烧结矿的指标，如表13所示：
表13
Figure 546426DEST_PATH_IMAGE014
另外，本发明中所用到的低铝红土矿粉、除尘灰、白云石、燃料、生石灰的化学成分为：
Figure 984361DEST_PATH_IMAGE015
本发明的实施例1～实施例7中所用到的粒径为0～5mm、5～25mm、25～40mm的低镍石的化学成分组成分别为：
Figure 670557DEST_PATH_IMAGE016
一般的，所述硅石主要用于提供高炉冶炼用Al2O3，高炉镁球主要用于提供高炉冶炼用MgO，而粒径为25～40mm的低镍石则可同时提供高炉冶炼用的Al2O3和MgO，本发明的高炉冶炼工序中硅石、高炉镁球和粒径为25～40mm的低镍石三者的用量不限于上述实施例中的具体用量，三者的用量只要能够保证高炉冶炼工艺的总原料中所含MgO与Al2O3的质量比（通常称为“镁铝比”）控制在0.45～0.7即可。
另外，本发明的烧结工序的原料组成并不限于实施例中的具体组成，其也可以根据需要添加氧化铁皮、铬精粉、白云石等其他原料，只要能够制得符合201不锈钢要求的低镍烧结矿即可。本发明的高炉冶炼工序的原料组成也并不限于实施例中的具体组成，其也可以根据需要添加锰矿、萤石等，只要能够制得符合201不锈钢要求的高炉炉渣和高炉铁水即可。

Claims (2)

1.一种低成本的高炉铁水生产工艺，其包括依次进行的烧结工序和高炉冶炼工序，所述烧结工序的原料包括低铝红土矿粉，所述低铝红土矿粉为低铝红土矿经筛网筛除粒径≥300mm的低镍石之后得到的粒径＜300mm的矿粉，其特征在于：收集粒径≥300mm的低镍石，并将低镍石破碎后采用5mm、25mm、40mm的筛网进行分级筛分，得到粒径分别为0～5mm、5～25mm、25～40mm的低镍石；
所述烧结工序的主要原料的重量份组成为：低铝红土矿粉 1400～1500份，除尘灰 30～100份，生石灰50～120份，蛇纹石 0份，粒径为0～5mm的低镍石 30～62份，粒径为5～25mm的低镍石 30～60份，燃料 100～200份；所述烧结工序中所用的粒径为5～25mm的低镍石原料作为烧结工序中烧结机铺底料使用；经烧结工序制得的低镍烧结矿的成分组成和碱度控制在：TFe>48%, SiO2>6.0%. MgO>3.0%, Al2O3<7%，碱度: 0.9～1.5；
所述高炉冶炼工艺的主要原料的重量份组成为：上述烧结工序所制得的低镍烧结矿1750～1800份，硅石 0～48份，高炉镁球 0～32份，粒径为25～40mm的低镍石 0～80份，喷煤 50～100份，焦炭 500～700份；其中硅石、高炉镁球和粒径为25～40mm的低镍石三者的用量以高炉冶炼工艺的原料总和中所含MgO与Al2O3的质量比控制在0.45~0.7为限，冶炼得到高炉铁水和高炉炉渣，其中高炉炉渣的化学组成控制在：Al2O3<24%，MgO/Al2O3 >0.45 ,碱度: 0.8～1.1。
2.根据权利要求1所述的一种低成本的高炉铁水生产工艺，其特征在于：所述高炉冶炼工序中硅石和高炉镁球的用量为0,粒径为25～40mm的低镍头的用量为72～80份。
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