CN111809019B - 一种利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，所述方法包括：S1：以高炉灰为原料，按照如下方式中的一种制成高炉铁水脱碳剂：方式一：有氧焙烧；方式二：将经过有氧焙烧的高炉灰与铁精矿粉、轧钢氧化铁皮中的至少一种按一定比例混合；S2：将所述高炉铁水脱碳剂以粉体或块体的形式与倒装环节的高炉铁水混合，对铁水中的碳进行氧化达到脱碳作用，减少因铁水温降产生的含碳粉尘。利用本发明的方法，从根源上解决钢铁厂高炉铁水倒装环节石墨粉尘污染严重的问题。本发明的脱碳剂以高炉灰为基料，一方面不仅有效实现了对高炉出铁的脱碳处理，减少铁水倒装环节产生的石墨粉尘污染问题，同时实现了对高炉灰中铁元素的有效回收，提高高炉灰的利用价值。

Description

一种利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法

技术领域

本发明属于炼钢过程中高炉铁水倒装环节中处理技术，尤其涉及一种利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法。

背景技术

钢铁企业能源消耗和环境负荷与生产所需的工艺流程密切相关。在当前钢铁生产工艺基本趋于成熟与稳定的基础上，不断改进装备之间的“界面”技术是优化生产指标的有效措施。其中，高炉与转炉(混铁炉)间的“界面”尤为重要，通常称其为“铁钢界面”。“铁钢界面”包括高炉出来的铁水、铁水运输及预处理等诸多环节。在此过程中，由于发生散热损失导致铁水温度会急剧下降。根据宝钢大院提供的数据，铁水在“铁钢界面”的温降可达150℃以上。

通过现场观察发现铁水在运输过程中，尤其是在铁水倒装的环节，会产生大量高温烟尘。通过检测分析，此烟尘的主要成分为碳和铁，如武钢、鞍钢和攀钢烟尘中碳、铁含量超过70％；首钢、昆钢和太钢烟尘中碳、铁含量超过了80％。这是因为铁水温度降低的同时，铁水中的碳过饱和而析出，在沉降的粉尘中甚至可见大量片状石墨。另外，高温铁水与空气中的氧气反应而产生铁氧化物尘粒。有研究表明，铁水温度每降低100℃，碳的饱和溶解度平均下降0.24％，即1吨铁水析出碳约2.4kg。对于日周转千吨铁水的“铁钢界面”来说，将产生数十吨含碳粉尘。

此烟尘的形成不仅浪费了碳、铁资源、影响了大气质量，还对设备和人体均造成较大的伤害。尤其石墨粉尘呈片状，落在行车、火车轨面时，车辆运行时易发生打滑现象。受碳过饱和析出的影响，还有部分碳与铁形成Fe₃C逸出，当石墨粉尘以具有磁性的Fe₃C的形式出现时，对生产现场有磁场的电器设备影响极大，严重影响此类电器的散热、绝缘性能和使用寿命。除此之外，石墨粉尘光滑易粘附，接触人体皮肤时，引起皮肤瘙痒、红肿等症状。

目前，解决这一问题的方法有以下几种。一是，各大钢铁厂均采用抽风除尘的方法来净化空气。二是，通过改进鱼雷罐车的外部保温结构来降低鱼雷罐车内铁水的热损失，从而降低铁水在运输过程中的温降。三是，部分钢铁厂在鱼雷罐车顶部铁水口采用加盖方式，减少铁水的热损失。第一种除尘方法受工艺操作的制约，最主要的问题是除尘烟罩与其它设备的运行相冲突，设备布置困难，维修运行费用高，烟尘补集效果不佳，并且治标不治本。后两种方法取得了一定的成效，但仍然避免不了大量石墨粉尘的产生。因为，高炉生产的碳饱和铁水必然会在温度降低的过程中发生碳析出。

因此，有必要在现有技术的基础上，从根源解决问题，即通过降低铁水中的碳含量来降低石墨粉尘污染。为此，丁跃华等人，基于昆钢铁水样品展开了铁水降碳实验室研究，采用滇滩矿、巴西粉、预混粉、烧结返矿等铁精矿粉作为脱碳剂。现场试验选择的是昆钢6号高炉，选用成本较低、容易组织供应的滇滩矿粉作为脱碳剂。将矿粉装入25kg的编织袋，在高炉出来的铁水时，人工从高炉炉前小坝后的铁沟中加入矿粉。虽然该技术在铁水降碳方面取得了显著的效果，但仍存在如下问题：(1) 其采用铁精矿粉作为脱碳剂，成本比较高；(2)其向铁水中直接加入室温下的滇滩矿粉后造成铁水降温20℃左右，所造成的热损失较大，加剧了含碳粉尘的产生。(3)现场使用铁精矿粉时，是将编织袋包装的滇滩矿粉以人工直接向高炉出来的铁水时向铁沟中加入矿粉，易导致铁水喷溅、物料损失且有安全隐患。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，该方法采用成本更低的高炉灰作为制作脱碳剂的原料，经焙烧处理或与铁精矿粉或轧钢氧化铁皮混合后，施加到高炉铁水中，不仅可降低铁水脱碳处理成本，同时还将高炉灰中的铁元素实现了高效回收，使资源得以充分利用。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，所述方法包括：

S1:以高炉灰为原料，按照如下方式中的一种制成高炉铁水脱碳剂：

方式一：有氧焙烧；

方式二：将经过有氧焙烧的高炉灰与铁精矿粉、轧钢氧化铁皮中的至少一种按一定比例混合；

S2:将所述高炉铁水脱碳剂以粉体或块体的形式与倒装环节的高炉铁水混合，对铁水中的碳进行氧化达到脱碳作用，减少因铁水温降产生的含碳粉尘。

具体地，制成脱碳剂的方式包括以下几种：

①将高炉灰焙烧制成脱碳剂；②将经焙烧的高炉灰与铁精矿粉混合制成脱碳剂；③将经焙烧的高炉灰与轧钢氧化铁皮混合制成脱碳剂；④将经焙烧的高炉灰、铁精矿粉和轧钢氧化铁皮混合制成脱碳剂。

其中，脱碳效果与脱碳剂中的含氧量正相关，而与碳含量负相关，其中第③、④种，其同时综合利用了高含氧率、低杂质含量的轧钢氧化铁皮，不仅脱碳效率高，脱碳剂的综合成本低，还可对轧钢氧化铁皮中的铁元素实现高效和高价值的回收。

在未焙烧前，高炉灰中碳含量过高，高达24.0-28.0％，不能直接作高炉铁水脱碳剂使用，否则会加入大量的碳对解决铁水倒装环节石墨粉尘的问题不利。经过焙烧的处理，其主要目的是降低碳含量，同时使FeO 转化成Fe₂O₃，从而提高焙烧后高炉灰中的含氧量。此外，焙烧还可以去除一些可被氧化成气体的杂质，减少对铁水带来的杂质影响。焙烧条件为：有氧环境下焙烧，900-1300℃下焙烧4-10h，以实现彻底去除高炉灰中的碳，FeO完全转化为Fe₂O₃，大幅提高高炉铁水的脱碳效率。焙烧温度低或焙烧时间不足，可能会残留较多碳。

在本发明一个较佳实施例中，所述高炉灰组成为：按质量百分比计，包含S0.200％-0.250％、SiO₂ 5.00％-6.00％、Al₂O₃ 2.10％-2.60％、CaO 2.50％-3.00％、MgO0.50％-0.70％、MnO 0.060％-0.080％、P₂O₅ 0.13％-0.15％、FeO 3.0％-5.0％、Tfe全铁39.0-43.0％、C 24.0％-28.0％、 Fe₂O₃ 52.0％-56.00％，其余未检出部分1.00％-2.00％。

在本发明一个较佳实施例中，是将经过焙烧的高炉灰与铁精矿粉按照高炉灰占30-70％、其余为铁精矿粉混合拌匀，制成高炉铁水脱碳剂。所述铁精矿粉可为巴西粉、纽曼粉或印度粉。经焙烧的高炉灰与铁精矿粉混合后可制成粉状脱碳剂，直接使用(如预铺在铁水沟内中)，也可以再加入膨润土等无机粘结剂压制成块体脱碳剂使用，此处不用有机粘结剂，是为了防止向铁水引入碳。

在本发明一个较佳实施例中，是将经过焙烧的高炉灰与轧钢氧化铁皮按照高炉灰占30-70％、无机粘结剂5-10％，其余为轧钢氧化铁皮混合拌匀，制成脱碳剂。优选地，将经过焙烧的高炉灰与轧钢氧化铁皮按照质量比1:1复配混合制成脱碳剂。其中，无机粘结剂主要为膨润土等，避免使用有机粘结剂向铁水中引入碳。

在本发明一个较佳实施例中，是经过焙烧的高炉灰、轧钢氧化铁皮和铁精矿粉按照高炉灰占30-70％、轧钢氧化铁皮20-50％、铁精矿粉 20-50％混合、加入无机粘结剂5-10％，制成脱碳剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述脱碳剂的使用量为2-6％铁水质量。脱碳剂用量过多，不仅会导致铁水热损失过大、温降过快，加剧析碳，且还会导致脱碳剂在有限时间内反应不完全。脱碳剂用量过少，对高炉铁水的降碳率不够。

压制成块状脱碳剂时，所述块体的尺寸为0.3-5cm。其中，所述块状的具体形状不限，可为规则的圆柱形、矩形体、椭球形、球形或不规则的立体形状均可。将粉状高炉灰经有氧焙烧后，与铁精矿粉、或轧钢氧化铁皮等预混后，掺入一定量无机粘结剂压制成块体。其目的是，通过压制成块状增大脱碳剂投加到高炉铁水中时的颗粒尺寸，防止发生高温喷溅带来的损失和安全问题。当然，粉状的脱碳剂也可直接与高炉出来的铁水混合，但若投加方式不当则很容易产生喷溅、存在物质损失和安全问题，而块状则可避免喷溅产生。

在本发明一个较佳实施例中，采用所述脱碳剂对高炉出来的铁水进行混合脱碳时，铁水温度为1330-1500℃，更优温度是1390-1500℃。这是因为，若铁水低于1390℃，则反应速度较慢，所需反应时间变长，导致脱碳剂可能会有部分残留，反应不完全。

在本发明一个较佳实施例中，所述处理方法包括：待铁水从鱼雷罐车中倒灌到炼钢厂的转炉或铁水包中之后，将块状脱碳剂装填至鱼雷罐车底部，使鱼雷罐车从炼钢厂返回炼铁厂的过程中，借助鱼雷罐车的余热将脱碳剂进行预热，减少脱碳剂直接与高炉铁水混合造成的铁水热损失。

将块状脱碳剂装填到排空的鱼雷罐车中进行预热，一方面因脱碳剂预先装填在鱼雷罐车底部，故高炉中铁水倒进鱼雷罐车时，脱碳剂位于铁水底部，在铁水冲击下与铁水发生充分混合并反应，在无需专门的搅拌的条件下，提高脱碳效果；另一方面，被预热的脱碳剂可减少对高炉铁水造成的热损失。

在本发明一个较佳实施例中，所述处理方法包括：在高炉出来的铁水之前，向连接高炉出来的铁水口与鱼雷罐车的铁水沟内铺设粉状脱碳剂，使铁水流经粉状脱碳剂并发生反应实现脱碳。

通过向铁水沟中铺设少量粉状的脱碳剂，使高炉铁水依序流经铺在铁水沟底面的脱碳剂，既不会出现大量的喷溅，对流经的高炉铁水还可起到部分的脱碳效果，减少对全部脱碳剂进行压块的工作量。

在本发明一个较佳实施例中，所述利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法包括如下步骤：

步骤1:高炉灰在有氧环境下焙烧，焙烧温度为900-1300℃，时间4-10 小时，去除高炉灰中的碳并将大部分氧化亚铁转化成氧化铁；

步骤2：将焙烧后的高炉灰与轧钢氧化铁皮和/或铁精矿粉、无机粘结剂和水充分混合均匀，采用压球机或压块机压制成块状脱碳剂；

将焙烧后的高炉灰与铁精矿粉混合制成粉状脱碳剂；

步骤3:在高炉出来的铁水之前，向连接高炉出来的铁水口与鱼雷罐车的铁水沟内铺设粉状脱碳剂,使高炉出来的铁水在流经铁水沟进入鱼雷罐车的过程中与脱碳剂反应实现脱碳；

铁水倒灌至鱼雷罐车后，与预先装填在鱼雷罐车底部的块状脱碳剂接触并反应，进一步实现脱碳。

优选地，步骤2中，制备块体脱碳剂时，采用压球机或压块机压制成型，在110-120℃下烘干，时间为3-5小时。还可将经过焙烧的高炉灰与轧钢氧化铁皮和/或铁精矿粉混合后通过圆盘造球机造球，干燥后得到球块状的脱碳剂。

高炉灰：

高炉灰又俗称高炉瓦斯灰，一般每吨生铁有100-120kg炉尘产生，炉尘中含铁的质量分数39.0-43.0％，含碳的质量分数24.0-28.0％，使用高碱度的烧结矿的炉尘中CaO含量也较高，炉尘可作为铁矿石、烧结矿的代用品配入烧结矿中回收利用。为有效控制烧结矿碱度，在烧结配料前需要分析其中CaO，MgO，SiO₂含量。过高的碳含量不能直接用于高炉铁水倒装环节的脱碳(减少石墨粉尘)的处理。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明通过向处于倒装环节的高炉铁水加入高炉灰制成的脱碳剂，在1330-1500℃左右的高温下与铁水中碳发生氧化还原反应，将铁水中的碳氧化脱除，实现对高炉出铁的预处理脱碳。借此，从根源上解决钢铁厂铁水倒装环节石墨粉尘污染问题。脱碳剂对高炉铁水脱碳作用明显，减少铁水在“倒灌”环节因温降析出的大量碳粉，缓解炼钢厂石墨粉尘污染问题，充分利用了废弃物资源、回收了高炉灰中的铁，提高了高炉灰的利用价值。

本发明还在脱碳剂的施加方式上进行了创新，包括：其一、将粉状的脱碳剂预先铺陈在高炉与鱼雷罐车之间的铁水沟中，对流经的铁水进行预脱碳，由于铁水呈流动状态依次流过铁水沟，与脱碳剂充分接触并反应脱碳；其二、将块状脱碳剂放置到已排空铁水的鱼雷罐车内，在鱼雷罐车由炼钢厂返回炼铁厂过程中，脱碳剂经由鱼雷罐车的余热被预加热，由常温升高至800～1000℃，降低块状脱碳剂与高温铁水(约1480℃) 接触带来的热损失，缓解析碳现象。上述两种方式可同时配合使用，实现充分和高效脱碳。

此外，本发明还综合利用了含铁氧化物的矿物和钢铁废料，包括高炉灰、铁精矿粉、轧钢氧化铁皮等，尤其是高炉灰+轧钢氧化铁皮，不仅含铁量非常高，且氧化铁含量也高，不仅脱碳效率高，还同时实现对高炉灰、轧钢氧化铁皮中的铁元素的高效回收。

本发明的利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，操作简便容易，与配备脱除石墨粉尘的除尘设备相比，本发明投资少、成本低，从源头上解决石墨粉尘问题，且脱碳效果理想。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。

目前“铁钢界面”的铁水运输过程为：炼铁厂高炉出来的铁水灌装到鱼雷罐车中，然后经鱼雷罐车将铁水运输到炼钢厂的混铁炉或铁水包中。高炉出来的铁水温度约为1500℃，而倒入混铁炉或转炉铁水包中时温度下降至约1320℃左右，期间有100℃以上的温降，由于温降的产生，碳在铁水中的溶解度大幅下降，导致大量碳粉析出，成为钢厂最主要的污染源之一。

为了解决上述问题，本发明采取的主要技术手段包括：向高炉出来的铁水中加入脱碳剂，进行脱碳处理，从源头上减少碳粉尘的产生。在选择脱碳剂时，选择价值较低的高炉灰为脱碳剂原料，经有氧焙烧后降低碳含量并提高含氧量制成脱碳剂，或将经焙烧的高炉灰与铁精矿粉(如巴西粉、纽曼粉等)、轧钢氧化铁皮至少其中之一按一定配比混合后制成高效脱碳剂，对高炉出来铁水进行氧化脱碳、减少铁水倒装环节石墨粉尘产生量，对高炉灰、铁精矿粉或轧钢氧化铁皮中的铁实现回收。

高炉灰在焙烧前，C含量为26.7％，有氧环境下焙烧后为0；焙烧前 Fe₂O₃含量约55.84wt％，FeO约4.31wt％，经在有氧环境下焙烧后，FeO 转化成Fe₂O₃，使Fe₂O₃的含量高达80.65wt％。Fe₂O₃在高温下具有非常强的氧化性，可将高炉出铁中所含的C氧化成CO或CO₂脱去，而高炉灰中的铁元素也得到有效回收。

在将高炉灰作为脱碳剂使用时，为了进一步改善高炉灰对高炉出铁的脱碳效率，还可通过与铁精矿粉和/或轧钢氧化铁皮混合制成脱碳剂，以综合地提高混合料中铁氧化物的占比，也可进一步改善脱碳剂的氧化脱碳效率。特别是将高炉灰焙烧后，Fe₂O₃的含量高达80.65wt％，是一种非常理想的脱碳剂。

在脱碳剂投加形态上，既可以是粉末状脱碳剂，也可以是块体状，块体包括各种规则或不规则的方块、球块、圆柱块等等。为了块体状脱碳剂能迅速与高炉出来的铁水反应完全、无残余、块体的尺寸不能过大，一般选择为0.3-5cm。块体状脱碳剂，不易发生喷溅、避免产生物料损耗以及由喷溅产生的危险事故。

在脱碳剂投加量上，一般而言，由于焙烧后高炉灰中氧化铁含量非常高，脱碳效率较理想，故用量只需要为2-6％的倒装铁水质量。可以理解地，对于纯的经焙烧高炉灰，脱碳剂使用量可在2-6％的用量范围内低一些，而对于经焙烧后的高炉灰+铁精矿粉复配制得的脱碳剂，其中氧化铁含量更高一些，则在铁水脱碳时，其使用量可更低一些。但是，若将焙烧后高炉灰与轧钢氧化铁皮复配，Fe₂O₃含量被略微拉低，此时则相应在2-6％的用量范围内调高一些。但总之，低于该用量范围，无法充分地脱碳和减少石墨粉尘，而脱碳剂用量高于该范围，则可能带来过大温降、脱碳剂有残余、对铁水引入过多杂质，对铁水原本的化学组成产生影响较大等问题。

在脱碳剂的投加时机和方式上，本发明选择以粉状和块状脱碳剂。施加方式主要包括两个改进：第一、粉状脱碳剂优选是在高炉铁水出炉之前，向铁水沟(连接高炉与鱼雷罐车的铁水流通槽道)内平铺一层粉状脱碳剂，在铁水流经粉脱碳剂时，脱碳剂将铁水中碳氧化实现部分预脱碳。粉状脱碳剂无需粘结剂和压块，故可减少劳动量和成本。第二、鱼雷罐车将所运输的铁水倒灌至转炉铁水包或混铁炉之后，鱼雷罐车呈排空状态，此时可将起到主要脱碳作用块状脱碳剂装到鱼雷罐车的罐体内，利用鱼雷罐车余热对脱碳剂加热升温，在鱼类罐车返回到炼铁厂再次装运铁水时，罐车内的脱碳剂已被加热至800-1000℃左右，高炉铁水灌倒入罐车后，倒入的铁水冲击脱碳剂，使脱碳剂与铁水实现充分混合和接触，将铁水中的碳脱除，更无需专门的搅拌操作。由于脱碳剂被预先加热至高温，故即使与高炉排出的铁水混合，也不会产生过多的热损失，避免温降过大加剧析碳现象。

为了进一步说明本发明的方案特点和技术效果，以下结合具体实施例进行说明。

实施例1

本实施例使用有氧焙烧处理的高炉灰为脱碳剂，与高炉铁水混合实现脱碳。在本实施例中，焙烧前高炉灰样品的成分参见表1：

表1

取500g上述高炉灰在1250℃、空气环境下焙烧6h，测定焙烧后的高炉灰成分，参见表2。

表2

成分	质量百分含量	成分	质量百分含量
				S	0.310	FeO	1.493
SiO<sub>2</sub>	7.481	Tfe全铁	57.619
				Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	3.353	C	0.000
CaO	3.829	Mfe磁性铁	---
				MgO	0.801	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	80.65
MnO	0.105	---	---
				P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	0.193	其余未检测出部分	1.78

取表2焙烧后高炉灰、与膨润土、适量水混合均匀制浆、压制成块体，在110-120℃下烘干，时间为3-5小时，得到圆柱形块状脱碳剂，直径为1cm、高1.5cm。其中膨润土占块状脱碳剂质量的5％。

本实施例研究了不同用量的脱碳剂对铁水脱碳效果的影响，具体是分别向铁水中投加2％、4％、6％(基于铁水质量计算，膨润土不计算在内)的高炉灰块状脱碳剂，保持铁水反应温度为1450℃。实验结果记录如表3。

表3

其中初值来自钢铁厂取样，每个铁块样品(约重500g)中的成分略有差异。为了使检测结果更准确，每个样品检测3次，取三次平均值，且每次实验都对铁块样品中的含碳量进行重复检测。

由表3可知，随着高炉灰的用量增加，铁水中的降碳量逐渐升高，在用量6％时，降碳量达到0.91％，脱碳效果非常显著。

降碳量达到0.56％，已能很好地满足实际生产中“铁水倒装环节”减少石墨粉尘的要求，故从考虑反应完全和节省成本综合考虑，焙烧后高炉灰脱碳剂的用量最优为3-4％。

实施例2

本实施例将经焙烧的高炉灰(成分见表2)，加入膨润土(膨润土占块体脱碳剂总量)、适量水混合均匀制浆、通过圆盘造球机造球，干燥后得到直径为2cm的球状脱碳剂，在110-120℃下烘干，时间为3-5小时，得到球状脱碳剂。其中膨润土占块状脱碳剂质量的5％。脱碳剂的制备过程参照实施例1。

上述块状脱碳剂的用量为2％铁水质量(其中不含膨润土)，并保持脱碳反应的铁水反应温度分别为1330℃、1390℃、1450℃，且每组温度实验平行3次，计算3次平均值。实验结果，记录如表4所示。

表4

由上表可知，在脱碳剂用量恒定的情况下，降碳率与脱碳反应时的铁水温度关系不大。1330℃时的脱碳率与1390℃时、1450℃时接近，而1390℃时脱碳绝对值达到最高。由此可见，降碳量主要取决于脱碳剂的用量，如实施例1所述，最优为4％铁水质量，而脱碳温度为高于1390℃为宜。

实施例3

本实施例将焙烧后的高炉灰与铁精矿粉按质量70:30混合制成脱碳剂。铁精矿粉的组成如表5所示。

表5

将充分焙烧后的高炉灰与铁精矿粉按质量70:30混合后，混合物的组成如表6。

表6

成分	质量百分含量	成分	质量百分含量
				S	0.217	FeO	1.201
SiO<sub>2</sub>	6.334	Tfe全铁	59.902
				Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	2.797	C	0.000
CaO	2.680	Mfe磁性铁	---
				MgO	0.561	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	84.24
MnO	0.280	---	---
				P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	0.135	其余未检测出部分	1.55

将表6的组分与膨润土、适量水混合均匀制浆、通过圆盘造球机造球，干燥后得到直径为2cm的球状脱碳剂，在110-120℃下烘干，时间为 3-5小时。其中膨润土占块状脱碳剂质量的6％。

研究不同用量的脱碳剂对铁水脱碳效果的影响，具体是分别向铁水中投加2％、4％、6％(基于铁水质量计算，膨润土不计算在内)块状脱碳剂，保持铁水反应温度为1450℃。实验结果记录如表7。

表7

从钢铁厂取样测含碳的初值，每个铁块样品(约重500g)中的成分略有差异。为了使检测结果更准确，每个样品检测3次，取三次平均值，且每次实验都对铁块样品中的含碳量进行重复检测。

将实施例3与实施例1比较可知，将高炉灰焙烧后直接用于脱碳剂，和实施例3高炉灰焙烧后与铁精矿粉混合制成脱碳剂，后者在相同脱碳温度、相同脱碳剂用量的情况下，脱碳效果更优。

如脱碳剂用量为2％、温度1450℃时，实施例1-2的降碳率为0.21％，而实施例3达到0.22％。实施例1中，在脱碳剂用量为4％、铁水反应温度为1450℃时，降碳率为0.56％，而实施例3达到0.59％。实施例1中，在脱碳剂用量为6％、铁水反应温度为1450℃时，降碳率为0.91％，而实施例3达到0.96％。因此，将焙烧后高炉灰与铁精矿粉组合制备的脱碳剂，脱碳效率更高一些。考虑反应完全和节省成本综合考虑，焙烧后高炉灰+ 铁精矿粉组成的脱碳剂，其用量可略低。本实施例直接利用了铁精矿粉脱碳和生产铁水，无需对铁精矿粉进行专门的造球处理。

实施例4

实施例4是在实施例1的基础上，使焙烧后高炉灰(成分见表2)与轧钢氧化铁皮按照质量70:30的比例混合，加入6％膨润土(膨润土占块体脱碳剂总量)、适量水混合均匀制浆、通过圆盘造球机造球，干燥后得到直径为1.5cm的球状脱碳剂，在110-120℃下烘干，时间为3-5小时。轧钢氧化铁皮：Fe₂O₃占36％、FeO占62％。

其中，焙烧后高炉灰与轧钢氧化铁皮按照质量70:30的比例混合，混合料的成分如表8所记载，Fe₂O₃含量为67.179％。

表8

本例研究不同用量的脱碳剂对铁水脱碳效果的影响，分别向铁水中投加2％、4％、6％(基于铁水质量计算，膨润土不计算在内)块状脱碳剂，保持铁水反应温度为1450℃。实验结果记录如表9。

表9

由实施例4和实施例3比较可知，在脱碳剂用量相同、铁水反应温度也相同的情况下，实施例3的脱碳剂降碳量优于实施例4。

由此说明，焙烧后高炉灰与铁精矿粉按照70:30混合制成的脱碳剂，优于焙烧后高炉灰与轧钢氧化铁皮按照同比例制成的脱碳剂。如同样是4％的使用量，实施例3降碳率为0.59％，实施例4是0.57％。但实施例4 的脱碳剂在使用量为4％时，其脱碳效率已完全满足实际高炉铁水在倒装环节的降碳需求。将焙烧后高炉灰与轧钢氧化铁皮合用，不仅确可降低铁水倒装环节中产生石墨粉尘的问题，同时还有一个重要的目的是借此过程对轧钢氧化铁皮中的铁元素进行有效回收。这是由于在铁水倒装环节的温降约为100℃左右，根据温降带来的碳析出率计算，这个过程中碳析出的量约为0.23-0.24％(降碳率)，因此只要降碳率在0.24％以上，都能满足要求。

实施例5

在实施例2的基础上，将焙烧后高炉灰(成分见表2)与轧钢氧化铁皮(轧钢氧化铁皮：Fe₂O₃占36％、FeO占62％)、铁精矿粉按照质量40:30:30 混合(混合物的组成如表10)，加入6wt％膨润土(膨润土占块体脱碳剂总量)、适量水混合均匀制浆，然后通过圆盘造球机造球，干燥后得到直径为2cm的球状脱碳剂。

表10

成分	质量百分含量	成分	质量百分含量
				S	0.125	FeO	19.329
SiO<sub>2</sub>	4.173	Tfe全铁	64.571
				Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	1.832	C	0.004
CaO	1.600	Mfe磁性铁	---
				MgO	0.326	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	70.77
MnO	0.434	---	---
				P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>	0.092	其余未检测出部分	1.32

表10可知，将焙烧后高炉灰、轧钢氧化铁皮和铁精矿粉和按照 40:30:30混合后，其中Fe₂O₃的百分含量为70.77％，比实施例4略高。

分别向铁水中投加2％、4％、6％(膨润土不计为脱碳剂的量)的块状脱碳剂，保持铁水反应温度为1450℃。实验结果记录如表11。

表11

由上表可知，以焙烧后高炉灰、轧钢氧化铁皮、铁精矿粉按照40:30:30 的质量比混合制成的脱碳剂，可取得理想的降碳效果。在脱碳剂用量4％时，对铁水的降碳量达到0.60％，其脱碳效率优于实施例1和实施例4。因此，将焙烧后高炉灰+轧钢氧化铁皮+铁精矿粉混合制成脱碳剂，脱碳效率好于单独的焙烧后高炉灰，并与“焙烧后的高炉灰+铁精矿粉按70:30”的脱碳效果相当。故将焙烧后高炉灰与轧钢氧化铁皮及铁精矿粉混合制成脱碳剂，不失为一种较好的选择。

以上实施例1-5是以高炉灰为脱碳剂原料，经焙烧后作为脱碳剂使用，或经焙烧与铁精矿粉、轧钢氧化铁皮、铁精矿粉至少其中之一混合组成脱碳剂，加入到高炉出来、处于倒装环节的铁水中，通过氧化作用将铁水中的C含量降低，从而从根源上减少高炉铁水因温降产生的大量石墨粉尘，缓解炼钢厂的粉尘污染问题、减轻炼钢厂除尘设备的负载。

在实际的炼钢厂铁水倒装环节现场使用时，对于脱碳剂的投加方式和投加时机，在现有技术基础上，本发明还包括以下方式中的至少一种改进：

①每次待铁水从鱼雷罐车中倒灌到炼钢厂的转炉或铁水包之后，将高炉灰或高炉灰与铁精矿粉和/或轧钢氧化铁皮等压合制成的块状脱碳剂，装填至鱼雷罐车底部，使鱼雷罐车从炼钢厂返回炼铁厂的过程中，借助鱼雷罐车的余热将脱碳剂进行预热，减少脱碳剂直接与高炉铁水混合造成的铁水热损失。

②在高炉出来的铁水之前，向连接高炉出来的铁水口与鱼雷罐车的铁水沟内铺设粉状脱碳剂(焙烧后高炉灰与铁精矿粉和/或轧钢氧化铁皮混合而成的粉状脱碳剂)，使铁水流经粉状脱碳剂并相互反应实现脱碳。粉状脱碳剂可以快速与铁水沟内的铁水反应，且不会产生喷溅。

需声明的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：以高炉灰为原料，按照如下方式中的一种制成高炉铁水脱碳剂：

方式一：有氧焙烧；

方式二：将经过有氧焙烧的高炉灰与铁精矿粉、轧钢氧化铁皮中的至少一种按一定比例混合；

S2：将所述高炉铁水脱碳剂以粉体或块体的形式与倒装环节的高炉铁水混合，对铁水中的碳进行氧化达到脱碳作用，减少因铁水温降产生的含碳粉尘；

所述方法还包括：待铁水从鱼雷罐车中倒灌到炼钢厂的转炉或铁水包中之后，将块状脱碳剂装填至鱼雷罐车底部，使鱼雷罐车从炼钢厂返回炼铁厂的过程中，借助鱼雷罐车的余热将脱碳剂进行预热，减少脱碳剂直接与高炉铁水混合造成的铁水热损失；

在高炉出来的铁水之前，向连接高炉出来的铁水口与鱼雷罐车的铁水沟内铺设粉状脱碳剂，使铁水流经粉状脱碳剂并发生反应实现脱碳。

2.根据权利要求1所述利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，其特征在于，方式一中，焙烧条件为：将高炉灰于有氧环境下焙烧，焙烧温度为900-1300℃，时间4-10小时，经焙烧后制作成脱碳剂。

3.根据权利要求1所述利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，其特征在于，将经过焙烧的高炉灰与铁精矿粉按照高炉灰占30-70％、其余为铁精矿粉混合拌匀，制成高炉铁水脱碳剂。

4.根据权利要求1所述利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，其特征在于，将经过焙烧的高炉灰与轧钢氧化铁皮按照高炉灰占30-70％、无机粘结剂5-10％，其余为轧钢氧化铁皮混合拌匀，制成脱碳剂。

5.根据权利要求1所述利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，其特征在于，所述块体的尺寸为0.3-5cm；所述脱碳剂的使用量为2-6％铁水质量。

6.根据权利要求1-5任一项所述利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，其特征在于，采用所述脱碳剂对高炉出来的铁水进行混合脱碳时，铁水温度为1330-1500℃。

7.根据权利要求1所述利用高炉灰的高炉铁水脱碳方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1:高炉灰在有氧环境下焙烧，焙烧温度为900-1300℃，时间4-10小时，去除高炉灰中的碳并将大部分氧化亚铁转化成氧化铁；

步骤2：将焙烧后的高炉灰与轧钢氧化铁皮和/或铁精矿粉、无机粘结剂和水充分混合均匀，采用压球机或压块机压制成块状脱碳剂；

将焙烧后的高炉灰与铁精矿粉混合制成粉状脱碳剂；

步骤3:在高炉出来的铁水之前，向连接高炉出来的铁水口与鱼雷罐车的铁水沟内铺设粉状脱碳剂,使高炉出来的铁水在流经铁水沟进入鱼雷罐车的过程中与脱碳剂反应实现脱碳；

铁水倒灌至鱼雷罐车后，与预先装填在鱼雷罐车底部的块状脱碳剂接触并反应，进一步实现脱碳。