CN111926127A - 一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置及方法 - Google Patents

一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置及方法，属于钢铁冶金技术领域，解决了现有技术中有色金属冶炼渣中金属资源回收难，渣堆放堆存环境污染严重，现有钢渣处理方法钢渣高温显热未充分利用，钢渣中铁氧化物回收低的问题。协同调质处理的装置包括调质炉和驱动机构，调质炉包括调质炉熔池，调质炉的上部设有钢渣进料口和有色金属冶炼渣进料口，调质炉还设置有煤氧枪；驱动机构设置在调质炉的底部，用于带动调质炉进行摆动回转；还包括烘干预处理单元。本发明的装置能够进行钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理，实现钢渣改性和铁资源回收；调质后渣经过处理能做水泥原料或建筑用人造砂石料。

Description

一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置及方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体地说是涉及一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置及方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中排出的固体废弃物，其主要来源为冶炼过程中加入的造渣材料、冶炼过程中被侵蚀的炉衬耐火材料、固体料带入的泥沙等。目前国内钢渣的排放量为钢产量的8％～15％，约1.4亿吨/年，占工业固体废弃物总量的24％左右，目前主要将钢渣应用于道路路基的垫层、结构层、沥青拌合料、渣肥、填坑填海、钢渣水泥及胶凝材料等。
钢渣也是一种优质的废热资源，液态钢渣温度为1450～1650℃，比热容为1.2kJ/(kg·℃)，热焓值可达2000MJ/t，相当于61kg标准煤。
根据炼钢工艺的不同可以将钢渣分为电炉钢渣、转炉钢渣；根据钢渣的酸度和碱度，可分为酸性渣和碱性渣；根据生产阶段的不同，分为炼钢渣、浇铸渣、喷溅渣；根据处理方法的不同可分为滚筒渣、热闷渣、水淬渣等。
实质上，钢渣是一种可二次利用的资源，但在钢渣的大规模应用中，存在体积安定性差、胶凝活性低、化学波动大等问题，降低了钢渣的利用率和利用效率。钢渣主要是由钙、镁、铁、硅和少量的铝、钠、锰等的氧化物组成，由于炼钢工艺和炼钢要求不同，使得钢渣的化学组成有一定的波动性，但主要以CaO、SiO2、Fe2O3、FeO、A12O3、MgO、MnO和P2O5等氧化物存在。钢渣中的CaO是钢渣的主要氧化物，其含量一般为40％～60％，主要作为钢渣的钙源。钢渣中含有的f-CaO(游离氧化钙)和f-MgO(游离氧化镁)水化后会产生体积膨胀，这成为了影响钢渣安定性的重要因素。钢渣中的f-CaO水化后会生成Ca(OH)2，使得钢渣的体积增大1.98倍，钢渣中的f-MgO水化会生成Mg(OH)2，使钢渣的体积增大2.48倍；因此钢渣在混凝土中的使用有很大的局限性，不适用于钢渣掺量过高时；钢渣掺量过高，容易引起混凝土开裂，导致建筑物结构破坏，带来重大的安全隐患。
热态钢渣处理工艺主要包括浅盘法、热焖法、水淬法、渣箱热泼法等，他们的共同点是使用大量介质水来完成钢渣处理工艺，其中热焖法应用较普遍，但是这些方法存在安全性差且浪费了热态钢渣的热源。
铜渣是有色冶金工业影响环境负荷的主要固体废弃物之一。2019年我国精炼铜产量增至978.4万吨，按铜冶炼统计吨铜产生冶炼渣2.2-2.5吨。目前全国累计铜渣达到1.2亿吨以上，现在每年新增铜渣约2000万吨。铜渣是炉料和燃料中各种氧化物互相熔融而成的共熔体，主要的氧化物是二氧化硅和氧化亚铁，其次是氧化钙、三氧化二铝和氧化镁等。
铜渣的理化性能主要由入炉铜精矿性质、冶炼操作条件和炉渣冷却速度而定。表1为一般冶炼粗铜的水淬铜渣的化学组成。可以看出，铜渣中含有大量的铁、锌、铜等金属元素，其中，铁含量达到40％，比国内一般的铁矿石含铁量高。
表1水淬铜渣的化学组成(％)
Cu Fe SiO<sub>2</sub> As Zn CaO MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.75 40.57 32.76 0.17 1.74 3.84 1.04 3.87
由于铜渣的SiO2含量高达30％左右，铜渣中的主要金属的赋存形态都以橄榄石结构存在，如铁橄榄石(Fe2SiO4或2FeO·SiO2)，铜的赋存形态为铜橄榄石(2CuO·SiO2或Cu2S)。通过破碎磁选或是浮选很难将金属氧化物与SiO2分离。
目前技术中有采用液态铜渣缓冷方式，使铜渣中的铜氧化物晶格长大，通过浮选使铜得到了部分回收，提取了铜渣中所含的部分铜金属，使铜渣含铜比例由原来的0.7％左右降至0.3％左右，而其它有价金属都没能得到有效的回收利用。表2为浮选后尾渣的化学组成。浮选后尾渣由于含铁很高，加之缓冷炉渣玻璃相含量大幅降低，作为水泥原料会降低活性，使水泥质量大幅下降。尽管一些企业将部分浮选尾渣仍然作为水泥原料或其它建材原料出售，但只能配入很少的部分。未经处理的铜渣作为水泥或其它建材的原料，由于铅、锌、砷等有害元素的存在，也会带来相当大的环境隐患。
表2缓冷铜渣浮选后尾渣的化学成分/％
Fe Cu SiO<sub>2</sub> CaO MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Zn As Pb S Bi Sb Au Ag
41.93 0.29 29.79 3.84 1.04 3.87 2.83 0.24 0.76 0.29 0.1 0.1 0.1g/t 1.0g/t
目前我国大部分的铜渣仍堆存在渣场，现有铜渣堆存所占的土地面积1000多万平方米(约15000亩)，每年新增铜渣还要新占土地90多万平方米(1300多亩)，而且铜渣长期堆存会严重污染地下水和周边环境。
铜渣中铁、铜品位在40％、1％左右，高于目前铁、铜矿的品位，是一种量大质优的二次资源。目前，铜渣中铜的利用率不超12％，而铁的利用率不足1％，因此，开发新技术综合利用铜渣资源，提取铁等有价金属，可促进冶金行业的可持续发展，利于二次资源的合理利用，有着经济、环保双重意义。
赤泥是一种氧化铝工业废渣，每生产一吨氧化铝产生1.0～2.0吨赤泥。目前，我国氧化铝产量占世界第一位，赤泥的产量也是最大的，2019年中国氧化铝供应量为7420万吨，按一吨氧化铝产生1.0左右吨赤泥计算，年产生氧化铝赤泥约7500万吨。我国部分公司采用拜耳法生产氧化铝外，其余均采用烧结法和混联法。我国拜耳法赤泥的特点是铁及氧化铝含量高；混联法的特点是铁碱含量低，氧化钙含量高。氧化铝赤泥成分见表3。
表3氧化铝赤泥参考成分/％
TFe Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> CaO MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
37.72 53.89 7.62 1.83 0.63 16.04
目前赤泥的处理方式大都将赤泥在堆场堆放，筑坝湿法堆存，或赤泥干燥脱水后干法堆存。这种做法不但占用大量的土地，耗费场地建设与维护费用，而且赤泥中的许多可利用成分不能得到合理的利用，造成了资源的二次浪费，并且对环境构成极大的威胁。
砂石材料按形状分为块状石料和粒状石料(集料)，按来源分为天然岩石、人工轧制的集料、冶金矿渣。
石料是天然岩石经机械加工制成的，或者直接开采得到具有一定形状和尺寸的石料制品。石料的物理力学性质在很大程度上取决于天然岩石的矿物成分，以及这些矿物在岩石中的结构与构造。按成岩条件分：岩浆岩、沉积岩、变质岩。主要物理性质：(1)物理常数，反映材料矿物组成、结构状态和特征的参数。常用物理常数是密度和孔隙率；(2)吸水性，材料吸入水分的能力。包括吸水率和饱水吸水率；(3)抗冻性，石料在水饱和状态下，能经受反复冻融而不破坏，并不严重降低强度的能力。
集料是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料。包括各种天然砂、人工砂、卵石、碎石以及各类工业冶金矿渣。集料的物理性质主要有：(1)物理常数密度、空隙率；(2)集料的级配；(3)集料的颗粒形状与表面特征；(4)含泥量和泥块含量。
砂石骨料的运输费用相对较高，因此砂石骨料的销售一般对于运输半径150km之内有一定的限制，对于分布在砂石厂附近的需求方才能保证正常的供给。我国的矿山中，年产量大于100万吨的大型矿山仅占5％，年产量在40万吨左右的中型矿山约占11％，年产量30万吨以下的小型矿山占到了84％，从砂石的规模来看，我国的小型矿山占到了绝大的比例，由于小型矿山居多，而小规模的矿山普遍存在的问题是生产工艺落后、监管力度不足、资源综合利用率低下、对生态环境造成的扰动较大，随着我国对矿山资源的整合，“规模小、数量多、效率低”的传统模式不断被淘汰，被革新，政府逐渐对一些小规模矿山进行整合，从而实现资源的综合利用。受限于自然资源，目前我国的砂石产地主要集中在河南、河北、山东、山西、四川、湖北、福建、浙江、广东等地。
由于砂石骨料、集料，广泛用于基础设施、房地产、水利、水电等工程建设领域，是混凝土、砂浆的重要组成部分。根据相关行业经验，平均每消耗1吨水泥约匹配6吨砂石骨料，砂石骨料在混凝土中所占的比例超过70％，其成本占比约为20％-30％。砂石骨料是由早期的江河湖泊人工开采、天然砂石机械开采、机制砂石规模化生产，最终发展成为矿山开采、加工、物料储运高度集成化、自动化、规模化的现代产业。近几年来，由于下游需求的不断刺激，我国砂石行业总体规模不断扩大，2017年市场规模突破万亿规模，2018年行业市场规模达到13015亿元。我国砂石消费量2014年达到最高峰的145亿吨左右，占全球需求总规模的50％以上。受各地对河道砂石禁采或限采，砂石矿山政策性关停等因素，2018年以来，受供需失衡影响，我国砂石价格一路高涨。随着天然砂资源日益紧缺，河道开采收归国趋势。全国砂石供应困难越来愈大。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置及方法，至少能够解决以下问题之一：(1)现有有色金属冶炼渣堆放堆存，环境污染严重；(2)有色金属冶炼渣中的有价金属未得到有效利用，造成资源浪费；(3)天然砂石料短缺；(4)现有钢渣处理方法存在钢渣安定性差，活性差，建材领域工程应用极大受限；(5)现有钢渣处理方法钢渣高温显热没有得到充分利用，同时钢渣中铁氧化物组分回收低；(6)现有钢渣热闷操作周期长达23h，效率低，且钢渣建材化过程中的开裂等体积安定性风险仍未消除，钢渣中的f-CaO和f-MgO等物质仍存在。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置，包括调质炉和驱动机构，所述调质炉包括调质炉熔池，调质炉的上部设有钢渣进料口和有色金属冶炼渣进料口，调质炉还设置有煤氧枪；驱动机构设置在调质炉的底部，用于带动调质炉进行回转摆动；还包括烘干预处理单元，所述烘干预处理单元用于烘干有色金属冶炼渣。
进一步的，还包括托轮机构，托轮机构用于支撑调质炉。
进一步的，所述托轮机构为两套，两套托轮机构对称地分布在调质炉的底部。
进一步的，所述煤氧枪包括底吹煤氧枪和侧吹煤氧枪，多个所述底吹煤氧枪设置在调质炉的底部；多个所述侧吹煤氧枪设置在调质炉的侧壁。
本发明还提供了一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，包括如下步骤：
步骤一：将高温熔融钢渣倒入调质炉；
步骤二：将烘干后的有色金属冶炼渣加入调质炉；
步骤三：煤粉(49)由氧气/富氧空气(50)作为载体，喷入调质炉内，进行调质处理，得到调质后渣和高温铁水。
进一步的，还包括如下步骤：
将调质炉调整至出铁位置，将高温铁水从出铁口排出；然后将调质炉调整至出渣位置，将调质后渣从出渣口排出。
进一步的，所述有色金属冶炼渣包括铜渣和赤泥中的一种或两种混合。
进一步的，所述步骤三中，一部分煤粉由底吹煤氧枪高速喷入调质炉熔池内的底部铁水层，另一部分煤粉由侧吹煤氧枪喷入调质炉熔池内的渣层，进行调质处理。
进一步的，所述调质处理过程中，调质炉在驱动机构的带动下进行摆动回转，摆动速度0.5～1.0rpm。
进一步的，所述步骤三中，调质后渣经过水淬或干法粒化，经细磨后能用做水泥原料；或者调质后渣经过缓冷、破碎后，能够作为建筑用人造砂石料。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
a)本发明提供的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置通过设置调质炉，调质炉内能够进行熔融钢渣和有色金属冶炼渣的反应，能够利用熔融钢渣的显热实现高温物相反应，能耗低；节约能源。沿调质炉轴向(长度方向)同时设置多套底吹煤氧枪和侧吹煤氧枪，能保证实施时调质炉熔池反应的均匀性和提高熔池的搅动作用。
b)钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置的调质炉由2套托轮机构支撑，由1套驱动机构的齿圈带动调质炉进行摆动回转，以加快熔池内的金属氧化物还原反应和缩短渣调质操作周期，也有利于物料在炉内分布更均匀；调质炉的出铁口和出渣口设置在调质炉的两端，通过调质炉进行摆动回转，更方便出铁和出渣操作。
c)本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法充分利用了高温熔融钢渣的显热(折合55～61kg标煤/t-钢渣)，减少了调质炉中金属氧化物还原和钢渣调质改性所需能耗；通过往调质炉内喷吹煤粉和氧气/富氧空气，钢渣和有色金属冶炼渣中的铁的氧化物在熔池内进行激烈还原反应转为含铜生铁，接近实现全部回收(95％以上)，不仅钢渣中铁资源得到完全回收，有色金属冶炼渣(铜渣、赤泥)富含大量的铁资源同步得到回收。
并且含铜生铁可作为炼钢原料，更适合作为生产耐候钢的原料(耐候钢是指通过添加少量合金元素(主要以铜元素为主)，使其在大气中具有良好耐腐蚀性能的低合金高强度钢；除具有良好的耐候性外，耐候钢还具有优良的力学、焊接等使用性能，广泛用于铁道、车辆、桥梁、造船工业和集装箱等)。目前，国内每年耐候钢需求量为500万吨左右，使含铜生铁具有十分广泛的市场前景。
d)有色金属冶炼渣与钢渣进行调质重构后调质后渣中无游离CaO、MgO和RO相，调质后渣中f-CaO含量降低到了1％以下，远远低于未处理钢渣中的f-CaO含量，钢渣的体积安定性显著提高，能够用于水泥混凝土领域，调质后渣活性高(S95级以上)，实现钢渣综合利用率达100％。
e)本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法中熔融钢渣的余热利用率高，熔融钢渣在调质炉内与有色金属冶炼渣进行冶炼，调质后的高温烟气余热通过余热锅炉回收蒸汽发电，除尘后的180～200℃烟气循环到铜渣烘干机，减少烘干煤气用量，余热资源得到充分利用。
f)本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法操作周期短，调质过程45min～1.5h完成，生产效率高，生产成本低；污染物排放少。
g)本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法中有色冶炼渣如铜渣中的铅、锌、钾、钠等在调质炉中被还原，进入烟气系统，经余热锅炉降温后，通过布袋以氧化铅、氧化锌和工业盐的形式富集收集；有价金属的有效回收和利用符合我国循环经济社会的发展趋势。
h)本发明的调质后渣经过水淬或干法粒化，经细磨后做水泥原料；或者经过改性后的调质渣经过缓冷、破碎后，作为建筑用人造砂石料，解决我国当前由于砂石禁采或限采造成天然砂石料短缺的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置的整体结构示意图；
图2为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的调质处理单元的结构示意图；
图3为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的调质处理单元的A-A处的剖视图；
图4为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的调质处理单元的B-B处的剖视图；
图5为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的调质处理单元的C-C处的剖视图；
图6为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的调质后渣处理单元的结构示意图；
图7为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的生铁铸造和收集单元的结构示意图；
图8为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的调质炉烟气处理单元的结构示意图；
图9为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的熔融钢渣吊运单元的结构示意图；
图10为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置中的烘干预处理单元的结构示意图；其中，(a)是铜渣烘干预处理单元；(b)是赤泥烘干预处理单元；
图11为本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法的流程图。
附图标记：
a-调质处理单元；b-调质炉烟气处理单元；c-调质后渣处理单元；d-熔融钢渣吊运单元；e-烘干预处理单元；f-生铁铸造和收集单元；1-铁水包吊运行车；2-铁水包；3-转炉；4-转炉渣包吊运行车；5-熔融钢渣包；6-铜渣堆场；7-铜渣抓斗机；8-铜渣仓；9-铜渣破碎机；10-铜渣烘干上料皮带；11-铜渣烘干机；12-铜渣烘干烟气炉煤气烧嘴；13铜渣烘干烟气炉煤气烧嘴助燃风机；14-铜渣烘干烟气炉；15-第一兑循环烟气风机；16-铜渣烘干出料皮带；17-铜渣(干)仓；18-铜渣圆盘给料机；19-铜渣称重皮带；20-铜渣烘干烟气脱硫塔；21-铜渣烘干烟气除尘器；22-铜渣烘干烟气引风机；23-烘干烟气烟囱；24-赤泥堆场；25-赤泥抓斗机；26-赤泥仓；27-赤泥破碎机；28-赤泥烘干上料皮带；29-赤泥烘干机；30-赤泥烘干烟气炉煤气烧嘴；31-赤泥烘干烟气炉煤气烧嘴助燃风机；32-赤泥烘干烟气炉；33-第二兑循环烟气风机；34-赤泥烘干出料皮带；35-赤泥(干)仓；36-赤泥圆盘给料机；37-赤泥称量皮带；38-赤泥烘干烟气脱硫塔；39-赤泥烘干烟气除尘器；40-赤泥烘干烟气引风机；41-混料机上料皮带；42-强力混合机；43-混合机星型卸料阀；44-混合料缓存仓；45-钢渣进料口；46-调质炉熔池；47-驱动机构；48-托轮机构；49-煤粉；50-氧气/富氧空气；51-底吹煤氧枪；52-侧吹煤氧枪；53-出铁口；54-出渣口；55-烟气出口罩及上升烟道；56-铁沟；57-铸铁机；58-生铁收集装置；59-冲渣沟；60-冲渣水；61-沉淀池；62-起重机；63-渣池；64-空气喷嘴；65-后燃室；66-重力降尘；67-锅炉膜式壁；68-余热锅炉；69-烟气调温空气阀；70-SDS干法脱硫制粉间；71-烟气调温/脱硫塔；72-烟道；73-粉尘收集布袋；74-粉尘收集装置；75-引风机；76-烟气循环余热利用管路；77-烟囱。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本实施例提供了一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置，参见图1至图10，包括调质处理单元a，如图2至图5所示，调质处理单元a包括调质炉，调质炉包括调质炉熔池46，调质炉的上部设有钢渣进料口45和有色金属冶炼渣进料口；调质炉的底部还设有驱动机构47和托轮机构48，托轮机构48为两套，两套托轮机构48对称地分布在调质炉的底部，托轮机构48用于支撑调质炉；驱动机构47用于带动调质炉进行回转摆动，进而能够有利于物料在调质炉熔池内的分布均匀，进而加快调质炉熔池内的反应过程；调质炉的底部还设有多个底吹煤氧枪51；调质炉的侧壁上还设有多个侧吹煤氧枪52；熔融钢渣通过钢渣进料口45进入调质炉熔池46，烘干的铜渣赤泥混合料通过有色金属冶炼渣进料口进入调质炉熔池46，熔融钢渣和铜渣赤泥混合料能够在调质炉熔池46内进行调质处理。
具体的，有色金属冶炼渣包括铜渣和赤泥中的一种或者两种的混合。
具体的，有色金属冶炼渣进料口的上方设有混合料缓存仓44，用于存储待入炉的烘干后的铜渣赤泥混合料。
具体的，调质炉的两端分别设置有出渣口54和出铁口53。
示例性地，如图2-图5所示，调质炉为两端封闭的筒状结构，两套托轮机构48对称地分布在调质炉的轴向两端，支撑调质炉的径向下部，在驱动机构47的带动下，调质炉能够在托轮机构48的托轮的支撑下沿周向摆动回转。调质炉的径向上部设有钢渣进料口和调质剂进料口。多个底吹煤氧枪51沿轴向设置在调质炉的径向底部，多个侧吹煤氧枪52沿轴向设置在调质炉的径向底部上方的周向侧壁。
具体的，钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置还包括生铁铸造和收集单元f，如图7所示，生铁铸造和收集单元f包括铸铁机57和生铁收集装置58；出铁口53通过铁沟56与铸铁机57相连，高温铁水从出铁口53经铁沟56流入铸铁机57，铸造成含铜生铁块，经生铁收集装置58收集后送往炼钢厂炼钢。
或者生铁铸造和收集单元f包括铁水罐，高温铁水从出铁口53流入铁水罐转运至炼钢厂炼钢。
具体的，钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置还包括调质后渣处理单元c，如图6所示，调质后渣处理单元c包括渣沟59、沉淀池61、抓斗起重机62和渣池63，出渣口54与渣沟59相连，调质后的渣通过出渣口54流入渣沟59，在冲渣水60的快速冷却下，水淬成1～3mm的渣粒，渣粒经沉淀池61沉淀，由抓斗起重机62送入渣池63缓存，再送往后续磨渣工序，供水泥行业使用。
为了充分利用调质后的高温烟气余热，钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置还包括调质炉烟气处理单元b，如图2和图8所示，调质炉烟气处理单元b包括依次连接的烟气出口罩及上升烟道55、后燃室65、重力降尘66、余热锅炉68、烟气调温/脱硫塔71、粉尘收集布袋73、引风机75、烟气循环余热利用管路76、烟囱77。有色金属冶炼渣中的铅锌钾钠氧化物在1550～1600℃熔池内经过还原反应，还原成铅锌钾钠金属，在烟气中以气态形式存在。调质炉内的高温烟气(1400～1500℃)经由烟气出口罩及上升烟道55进入后燃室65，由于高温烟气中富含CO还原气体，需要在后燃室65内烧净(CO的燃烧通过空气喷嘴64喷入空气完成)；从后燃室65出来的烟气经过重力降尘66，进入锅炉膜式壁67进行换热，再经余热锅炉68内凝渣管凝渣、过热管束、省煤器换热产生蒸汽可供发电回收能源。从余热锅炉68出来的180～200℃烟气经过烟气调温空气阀69兑入空气调温，避免意外烧坏后续布袋，调温后的烟气与通过SDS干法脱硫制粉间70喷入的脱硫剂在烟气调温/脱硫塔71进行脱硫，脱硫后的烟气经烟道72进入粉尘收集布袋73，烟气中的氧化铅、氧化锌、氧化钾和氧化钠盐粉通过粉尘收集布袋73收集，由粉尘收集装置74收集送往后续脱盐和氧化铅锌纯化，作为原料供有色冶炼使用。通过布袋除尘后的180～200℃烟气，由引风机75引出，由烟气循环余热利用管路76送往烘干预处理单元回收利用，以回收低温余热节省烘干能耗，经过净化后的富余烟气通过烟囱77排入大气，实现达标排放。
具体的，钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置还包括熔融钢渣吊运单元d，如图9所示，熔融钢渣吊运单元d包括铁水包吊运行车1、铁水包2、转炉3、转炉渣包吊运行车4和熔融钢渣包5；铁水包2由铁水包吊运行车1运至转炉3，转炉3内由铁水和废钢共同进行冶炼，熔融钢渣包5用于盛装炼钢产生的1550～1600℃的高温熔融钢渣，熔融钢渣包5由转炉渣包吊运行车4运至调质炉处备用。
为了防止有色金属冶炼渣(铜渣或赤泥)中的水分带入高温的调质炉，避免发生安全事故，需要对有色金属冶炼渣(铜渣或赤泥)进行烘干预处理，钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置还包括烘干预处理单元e，如图10所示，烘干预处理单元e包括铜渣烘干预处理单元和赤泥烘干预处理单元。铜渣烘干预处理单元包括铜渣堆场6、铜渣抓斗机7、铜渣仓8、铜渣破碎机9、铜渣烘干上料皮带10、铜渣烘干机11；实施时，铜渣抓斗机7从铜渣堆场6将有色金属冶炼渣抓入铜渣仓8，铜渣通过给料皮带输入铜渣破碎机9，破碎后的铜渣经由铜渣烘干上料皮带10输入铜渣烘干机11进行烘干。
具体的，铜渣烘干机11的烘干能源由铜渣烘干烟气炉14提供，铜渣烘干烟气炉14包括铜渣烘干烟气炉煤气烧嘴12和铜渣烘干烟气炉煤气烧嘴助燃风机13，煤气和助燃风机13提供的助燃空气供给到铜渣烘干烟气炉煤气烧嘴12进行燃烧得到燃烧热烟气(燃烧热烟气的温度大于1000℃)，烟气炉14内的燃烧热烟气输入铜渣烘干机11，热烟气与含水调质剂进行气固两相热交换，将调质剂烘干至110～120℃。烘干后的调质剂经由铜渣烘干出料皮带16输入铜渣(干)仓17。
具体的，烘干预处理单元还包括铜渣烘干烟气脱硫塔20、铜渣烘干烟气除尘器21、铜渣烘干烟气引风机22和烘干烟气烟囱23；来自铜渣烘干机11的烘干废烟气经过铜渣烘干烟气脱硫塔20脱硫后，再经铜渣烘干烟气除尘器21除尘，由铜渣烘干烟气引风机22引入烘干烟气烟囱23实现达标排放。
具体的，赤泥烘干预处理单元包括赤泥堆场24、赤泥抓斗机25、赤泥仓26、赤泥破碎机27、赤泥烘干上料皮带28、赤泥烘干机29；实施时，赤泥抓斗机25从赤泥堆场24将赤泥抓入赤泥仓26，赤泥通过给料皮带输入赤泥破碎机27，破碎后的赤泥经由赤泥烘干上料皮带28输入赤泥烘干机29进行烘干。赤泥烘干预处理单元的烘干能源由赤泥烘干烟气炉32提供或由第二兑循环烟气风机33抽取调质炉除尘引风机75后的180～200℃烟气，实现废烟气余热循环利用，节省烘干能源。煤气通过赤泥烘干烟气炉煤气烧嘴助燃风机31提供的助燃风供给到赤泥烘干烟气炉煤气烧嘴30进行燃烧，烟气炉燃烧热烟气或调质炉循环废烟气输入赤泥烘干机29，热烟气与含水赤泥进行气固两相热交换，将赤泥烘干至110～120℃。烘干后赤泥经由赤泥烘干出料皮带34输入赤泥(干)仓35。来自赤泥烘干机29的烘干废烟气经过赤泥烘干烟气脱硫塔38脱硫后，再经赤泥烘干烟气除尘器39除尘，由赤泥烘干烟气引风机40引入烘干烟气烟囱23实现达标排放。
经过烘干预处理的铜渣由铜渣(干)仓17由铜渣圆盘给料机18和铜渣称重皮带19输入混料机上料皮带41。经过烘干预处理的赤泥由赤泥(干)仓35由赤泥圆盘给料机36和赤泥称重皮带37输入混料机上料皮带41。在混料机上料皮带41实现铜渣和赤泥配料，配料后的铜渣和赤泥输入强力混合机42，实现铜渣和赤泥均匀混合，混合料由混合机星型卸料阀43经由出料皮带送入混合料缓存仓44作为调质剂备用。
与现有技术相比，本发明提供的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置通过设置调质炉，调质炉内能够进行熔融钢渣和有色金属冶炼渣的反应，能够利用熔融钢渣的显热实现高温物相反应，能耗低；节约能源。沿调质炉轴向(长度方向)同时设置多套底吹煤氧枪和侧吹煤氧枪，能保证调质炉熔池反应的均匀性和提高熔池的搅动作用，实施时煤粉由氧气或富氧空气作为载体，分别由煤氧底吹枪分别高速(100～150m/s)喷入调质炉熔池铁水层，由煤氧侧吹枪喷入调质炉熔池渣层，进行铁氧化物和有色金属氧化物还原反应和熔渣调质。
钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置的调质炉由2套托轮机构支撑，由1套驱动机构的齿圈带动调质炉进行摆动回转，以加快熔池内的金属氧化物还原反应和缩短渣调质操作周期，也有利于物料在炉内分布更均匀；调质炉的出铁口和出渣口设置在调质炉的两端，通过调质炉进行摆动回转，更方便出铁和出渣操作。
本发明还提供了一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，采用上述的装置，包括如下步骤：
步骤一：将1550～1600℃的高温熔融钢渣从钢渣进料口45倒入调质炉熔池46，将烘干的有色金属冶炼渣调质剂(包括铜渣和赤泥中的一种或两种混合)由有色金属冶炼渣进料口输入调质炉熔池46；煤粉49由氧气/富氧空气50作为载体，一部分由底吹煤氧枪51高速喷入调质炉熔池内的底部铁水层，一部分由侧吹煤氧枪52喷入调质炉熔池内的渣层，进行铁氧化物的还原反应和钢渣调质，生成高温铁水和调质后渣；
步骤二：当调质炉调整到出铁位置时，高温铁水从出铁口53流出；当调质炉调整到出渣位置时调质后渣从出渣口54流出。
具体的，步骤二中，当调质炉调整到出铁位置时，1500～1550℃的高温铁水从出铁口53经铁沟56流入铸铁机57，铸造成(含铜)生铁块，经生铁收集装置58收集后送往炼钢厂炼钢；或者(含铜)铁水从出铁口53流入铁水罐转运至炼钢厂炼钢，供冶炼耐蚀钢材；当调质炉调整到出渣位置时1500～1550℃的高温调质后渣从出渣口54流入冲渣沟59。
具体的，调质后渣经过冲渣水60的快速冷却，水淬成1～3mm渣粒，水淬后的渣粒经沉淀池61沉淀，由起重机62送入渣池63缓存，再送往后续磨渣工序，经细磨后做水泥原料。
或者，为了回收高温调质后渣的显热，调质后渣采用干法粒化法处理，经细磨后做水泥原料。
或者，调质后渣经过缓冷、破碎后，作为建筑用人造砂石料，以解决当前由于砂石禁采或限采造成天然砂石料短缺的问题。
具体的，步骤一中，高温熔融钢渣可以是转炉钢渣或电炉钢渣，熔融钢渣的组成成分的质量百分比为：Fe2O37％～9％，Fe3O47％～15％，FeO7％～15％，CaO40％～45％，SiO210％～20％，Al2O30.5％～2％，MgO4％～8％，K2O0.1％～1.5％，Na2O0.1％～1.5％，其余为不可避免的杂质，其中，TFe15％～40％。
具体的，步骤一中，有色金属冶炼渣为铜渣和赤泥中的一种或两种。
具体的，步骤一中，熔融钢渣和有色金属冶炼渣中的铁、铅、锌、钾、钠的氧化物在1550～1600℃的熔池内经过还原反应，还原成金属，煤粉发生氧化反应。熔池内具体的反应原理如下：
(1)煤粉的氧化反应：2C+O2＝2CO(g)
(2)金属氧化物还原反应：
3Fe2O3+CO(g)＝2Fe3O4+CO2(g)
Fe3O4+CO(g)＝3FeO+CO2(g)
FeO+CO(g)＝Fe+CO2(g)
CuO+CO(g)＝Cu+CO2(g)
PbO+CO(g)＝Pb(g)+CO2(g)
ZnO+CO(g)＝Zn(g)+CO2(g)
Na2O+CO(g)＝Na(g)+CO2(g)
K2O+CO(g)＝K(g)+CO2(g)
(3)加入调质剂(含SiO2)渣反应：
2CaO+SiO2→2CaO·SiO2
2MgO+SiO2→2MgO·SiO2
本发明熔融液态钢渣调质重构改性原理如下：
钢渣中CaO含量40～60％，MgO含量5～10％，碱度CaO/SiO2一般大于1.8，碱度越高，游离氧化钙f-CaO越高，碱度在3.1～3.5通常含有7～13％游离氧化钙f-CaO。钢渣中以游离氧化钙f-CaO为主，还有少量游离氧化镁f-MgO。通过加入有色金属冶炼渣(含有SiO2和Al2O3)重构改性，在熔池内反应，形成硅铝酸钙、硅铝酸镁，游离氧化钙和游离氧化镁大幅减少，渣的熔点和粘度下降，碱度接近高炉渣1.2左右，水淬后获得玻璃体相，完全达到高炉水渣的活性，钢渣中f-CaO含量降低到了1％以下，远远低于未处理钢渣中的f-CaO含量，使重构钢渣体积安定性大幅度提高。
通过熔池喷煤还原反应，将钢渣中全铁含量约20～25％的FeO、Fe2O3还原成金属铁，实现在调质炉内渣铁分离，钢渣中金属铁、RO相(以MgO和FeO为主要成分的二价金属氧化物连续固溶体)、铁酸钙等高硬度矿物大幅度下降，明显改善钢渣易磨性，解决了钢渣利用问题的关键环节。原钢渣RO相中FeO含量约占钢渣中FeO总量的50～60％，钢渣RO相中MgO的含量约为14～20％，其他的FeO以固溶于硅酸盐、铁酸盐和铁铝酸盐相中存在。钢渣中的FeO大部分存在于RO相中。在还原重构过程中，喷吹煤粉对铁氧化物具有还原作用，重构过程中Fe元素的赋存状态发生Fe3+→Fe2+→Fe的变化，在还原剂充足的条件下，大部分铁氧化物会被还原成金属Fe。在还原重构过程中Fe2+的含量会急剧减少，RO相中FeO被还原成金属铁，RO相被分解和消除。在加入调质剂后，如铜渣或赤泥中含有丰富的SiO2、CaO、MgO和Al2O3，在调质炉内钢渣中铁化合物的还原率近100％，对熔融钢渣进行还原处理，可以回收钢渣中90％以上的铁，同时生成高活性的尾渣，尾渣水淬后玻璃体含量≥95％，活性大大提高，尾渣中氧化铁低于3％，活性超过了基准水泥。
1550～1600℃高温的液态钢渣中加入调质剂，调质炉通过氧气/富氧空气喷煤，炉内温度1550～1600℃，满足硅酸盐矿物反应所需温度硅酸盐矿物反应所需温度为1350℃左右。此外由于煤氧枪高速喷入的煤粉和氧气/富氧空气在调质炉内的强烈搅拌作用，调质剂与液态钢渣完全均匀混合。在渣温、反应时间足够的前提下，就可以完成钢渣的改性目的。
现有热焖法为了保证足够的余热并防止爆炸，需待钢渣冷却至300～800℃，将钢渣倾翻至热焖罐中，喷淋适量水使其产生饱和蒸汽，与渣中游离钙镁发生反应，产生膨胀应力使钢渣破碎粉化，钢渣中f-CaO和f-MgO的消解充分(热闷操作周期长达23h)，形成Ca(OH)2和Mg(OH)2，最终f-CaO含量小于1.5％，改善了水泥的安定性。与现有热闷法不同，本发明调质工艺在煤氧枪喷射气流的强烈搅动和炉体的摆动下，调质改性材料均匀地与高温熔融液态钢渣混合并与煤氧枪喷入煤粉进行还原反应，在渣温(1550～1600℃)、反应时间(45min～1.5h)足够的前提下，就可以完成钢渣的改性目的。
需要说明的是，步骤一中，煤粉49以氧气/富氧空气50为载体由煤氧枪高速喷入熔池，煤粉一方面作为还原剂与熔融钢渣中的铁氧化物或有色金属冶炼渣中的铁氧化物及有色金属氧化物发生反应，另一方面熔池在煤粉和氧气/富氧空气的高速搅动作用下还原反应快速激烈，大幅度缩短还原反应和钢渣调质过程的时间，整个过程为45min～1.5h，远低于现有钢渣热闷操作周期(长达23h)，是一种节能高效的钢渣调质改性方法。
需要说明的是，步骤一中，煤粉49由氧气/富氧空气50作为载体，一部分由底吹煤氧枪51高速喷入调质炉熔池内的底部铁水层，一部分由侧吹煤氧枪52喷入调质炉熔池内的渣层，侧吹煤氧枪喷入熔池内渣层的煤粉与氧气/富氧空气产生的CO还原气体对入炉有色冶炼渣进行预还原，并产生大量泡沫渣，并保持炉内始终处于高温状态。底部喷入的煤粉与氧气/富氧空气在高温熔池内发生反应得到CO还原气体，CO气体与金属氧化物发生深度还原反应，将金属氧化物全部还原为金属(Fe、Cu、Pb、Zn、K、Na)，其中Fe、Cu以液态金属互溶体在熔池内，Pb、Zn、K、Na以金属气体从调质炉顶部进入烟气系统；此外，底部喷吹的煤粉与铁进行渗碳反应，得到生铁熔点降低，铁水粘度下降流动性提高，有利于出铁。
具体的，上述步骤一中，上层侧吹煤氧喷枪为煤氧套管喷枪(碳氧摩尔比nc：no＝1：1.1～1.3)，它的主要功能除搅拌熔池之外，另一个重要作用是利用碳氧反应产生的热量来加热熔池中部，并且生成大量的CO上浮气体，促进熔池“涌泉”现象的产生。此外上层侧吹煤氧喷枪喷吹的工业纯氧或富氧空气同从熔池中逸出的CO气体发生剧烈的氧化反应，从而放出大量的热能，加热泡沫渣区域和熔池上部；下层底吹煤氧喷枪同样是煤氧套管喷枪(碳氧摩尔比nc：no＝1.6～1.8：1)，与上层侧吹煤氧喷枪不同的是，它的主要功能是喷吹大量的煤粉为熔融还原提供还原剂，同时为保证熔池下方的反应温度，仍然要吹入一定量的氧气，气体产物为CO。
具体的，步骤一中，还原后的金属Fe、Cu在高温熔池内形成含铜铁。金属Pb、Zn、Na、K以蒸汽形式进入烟气中，被空气氧化，在布袋富集回收。
具体的，步骤一中，调质炉在驱动机构47的齿圈带动下进行摆动回转，摆动速度0.5～1rpm，可以加快熔池内铁、镍、铬金属氧化物还原反应和渣调质过程，也有利于物料在炉内分布更均匀。
具体的，步骤一中，调质后的铁水的组成成分中：Fe>97％。调质后渣的组成成分中：Fe<3％。
具体的，步骤二中的渣粒中游离CaO、MgO和RO相极少，渣粒中的玻璃体含量不小于95％，符合水泥原料要求。
具体的，步骤一和步骤二中，调质炉中的烟气温度较高(1500～1590℃)，高温烟气中富含CO还原气体，需要在后燃室65内烧净，因此，高温烟气经由烟气出口罩及上升烟道55进入后燃室65，通过空气喷嘴64喷入空气完成CO燃烧。从后燃室65出来的烟气经过重力降尘66，进入锅炉膜式壁67进行换热，再经余热锅炉68内凝渣管凝渣、过热管束、省煤器换热产生蒸汽可供发电回收能源。从余热锅炉68出来的180～200℃烟气经过烟气调温空气阀69兑入空气调温，避免意外烧坏后续布袋，调温后的烟气与通过SDS干法脱硫制粉间70喷入的脱硫剂在烟气调温/脱硫塔71进行脱硫，脱硫后的烟气经烟道72进入粉尘收集布袋73，烟气中的粉尘通过粉尘收集布袋73收集，由粉尘收集装置74收集。通过粉尘收集布袋除尘后的180～200℃烟气，由引风机75引出，由烟气循环余热利用管路76送往烘干预处理单元(输入烟气炉内)回收利用，以回收低温余热节省烘干能耗，经过净化后的富余烟气通过烟囱77排入大气，实现达标排放。
具体的，步骤一中，为了防止有色金属冶炼渣中的水分带入高温的调质炉，避免发生安全事故，需要对有色金属冶炼渣进行烘干预处理，例如，铜渣抓斗机7从铜渣堆场6将铜渣抓入铜渣仓8，铜渣通过给料皮带输入铜渣破碎机9，破碎后的铜渣经由铜渣烘干上料皮带10输入铜渣烘干机11进行烘干。
需要说明的是，铜渣烘干机11的烘干能源由铜渣烘干烟气炉14提供，煤气和助燃风机13提供的助燃空气供给到铜渣烘干烟气炉煤气烧嘴12进行燃烧得到燃烧热烟气(燃烧热烟气的温度大于1000℃)，烟气炉14内的燃烧热烟气输入铜渣烘干机11，热烟气与含水调质剂进行气固两相热交换，将调质剂烘干至110～120℃。烘干后的调质剂送入混合料缓存仓44作为调质剂备用。铜渣烘干机11的烘干废烟气经过铜渣烘干烟气脱硫塔20脱硫后，再经铜渣烘干烟气除尘器21除尘，由铜渣烘干烟气引风机22引入烘干烟气烟囱23实现达标排放。具体的，此处为了实现能耗节约，将粉尘收集布袋除尘后的180～200℃烟气输入烟气炉14内作为烘干能源的一部分。
或者，赤泥抓斗机25从赤泥堆场24将赤泥抓入赤泥仓26，赤泥通过给料皮带输入赤泥破碎机27，破碎后的赤泥经由赤泥烘干上料皮带28输入赤泥烘干机29进行烘干。赤泥烘干预处理单元的烘干能源由赤泥烘干烟气炉32提供或由第二兑循环烟气风机33抽取调质炉除尘引风机75后的180～200℃烟气，实现废烟气余热循环利用，节省烘干能源。煤气和助燃风机31提供的助燃空气供给到赤泥烘干烟气炉煤气烧嘴30进行燃烧，烟气炉燃烧热烟气或调质炉循环废烟气输入赤泥烘干机29，热烟气与含水赤泥进行气固两相热交换，将赤泥烘干至110～120℃。烘干后赤泥经由赤泥烘干出料皮带34输入赤泥(干)仓35。来自赤泥烘干机29的烘干废烟气经过赤泥烘干烟气脱硫塔38脱硫后，再经赤泥烘干烟气除尘器39除尘，由赤泥烘干烟气引风机40引入烘干烟气烟囱23实现达标排放。
与现有技术相比，本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法充分利用了1550～1600℃的高温熔融钢渣的显热(折合55～61kg标煤/t-钢渣)，减少了调质炉中金属氧化物还原和钢渣调质改性所需能耗；通过往调质炉内喷吹煤粉和氧气/富氧空气，钢渣和有色金属冶炼渣中的铁、铅、锌、钾、钠的氧化物在熔池内进行激烈还原反应生成生铁，接近实现全部回收(95％以上)，生铁可直接回转炉炼钢，不仅钢渣中的铁资源得到完全回收，有色金属冶炼渣中大量的铁、铅、锌、钾、钠资源同步得到回收。有色金属冶炼渣与钢渣进行调质重构后调质后渣中无游离CaO、MgO和RO相，调质后渣能够用于水泥混凝土领域，不受应用范围限制，钢渣中的游离CaO、MgO、RO相完全转化成活性矿物，调质后渣活性高(S95级以上)，实现钢渣综合利用率达100％。
本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法中熔融钢渣的余热利用率高，1550～1600℃的熔融钢渣在调质炉内与有色金属冶炼渣进行冶炼，调质后的高温烟气余热通过余热锅炉回收蒸汽发电，除尘后的180～200℃烟气循环到铜渣烘干机，减少烘干煤气用量，余热资源得到充分利用。
本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法操作周期短，调质过程45min～1.5h完成，效率高。
实施例1
本实施例就某钢厂年产400万吨钢规模，年产转炉钢渣40万吨，平均小时钢渣出渣量47.62t/h，原来采用热闷渣法，渣利用率20％左右，现采用上述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，通过加入铜渣、赤泥作为调质剂，将1550～1600℃的液态熔融钢渣(热焓约56kg标煤/t-渣)倒入调质炉，兑入烘干后的铜渣和赤泥，进行60min调质处理。调质过程由富氧空气为载体，通过煤氧枪喷入煤粉，将钢渣和铜渣、赤泥中的铁氧化物还原。调质处理后的高温液态铁水(生铁)，从铁口由铁沟进入铸铁机或用铁水罐运往炼钢。调质后的炉渣，由渣口排入渣沟，经水冲得到水淬渣，调质后水淬渣运往渣处理车间细磨用作水泥掺合料。调质炉中的烟气(1500～1590℃)经后燃室喷空气烧净残余CO气体，热烟气余热采用锅炉回收，余热产生蒸汽并网发电，从余热锅炉出来的烟气经布袋收集富集的氧化铅、氧化锌粉，布袋出来的180～200℃温度烟气，循环回用于调质剂铜渣、赤泥干燥。
表1为用钢渣与铜渣、赤泥调质剂的成分和处理量；表2为调质处理后生铁和调质后渣成分和数量；
参见表1按年处理钢渣40万吨、赤泥36万吨、铜渣10万吨，合计86万吨，钢渣中全铁含量20.88％，赤泥全铁含量37.72％，铜渣全铁含量41.93％，铁氧化物通过调质炉熔池还原(1550～1600℃)成液态金属铁，铁金属收得率96.23％。
表1钢渣与铜渣、赤泥调质剂成分(％)和处理量
原料 TFe Mfe Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> FeO CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O
钢渣 20.88 7.9 10 10.42 41.4 14.96 0.84 5.49 0.12 0.14
赤泥 37.72 53.89 14.02 7.62 16.04 0.63 0.04 4.38
铜渣 41.93 0.64 3.96 7.28 42.74 3.84 29.79 3.92 1.04 0.77 0.44
平均成分 30.38 0.07 26.69 5.50 9.82 25.57 13.61 7.56 2.94 0.16 1.95
喷吹煤粉 0.5 5 4 0.4
续表1钢渣与铜渣、赤泥调质剂成分(％)和处理量
Figure BDA0002577611520000243
调质处理后年产生铁25.73万吨、调质渣47.39万吨、氧化铅氧化锌粉(含量>60％)0.72万吨，化学成分见表2。
表2调质处理后生铁、调质后渣成分(％)和产品产量
Figure BDA0002577611520000241
由表3可知，按照当前产品价格，年总收入可达6.36亿元。
表3调质处理后产品收入
Figure BDA0002577611520000242
调质处理原燃料成本见表4，年处理总成本1.435亿元，折单位产品(生铁+渣)原燃料成本194.32元，按生铁折吨铁557.71元。
表4调质处理原燃料成本
Figure BDA0002577611520000251
调质处理工序能耗见表5，按总产品计，其中回收余热蒸汽作为扣减项，折为吨产品(生铁+渣)工序能耗84.11kg标煤，按生铁折算为吨铁工序能耗241.39kg标煤，只相当于高炉铁水(480kg标煤)工序能耗的50％左右。
表5调质处理工序能耗
Figure BDA0002577611520000252
Figure BDA0002577611520000261
实施例2
本实施例按年处理钢渣40万吨、赤泥46万吨，合计86万吨，钢渣中全铁含量20.88％，赤泥全铁含量37.72％，铁氧化物通过调质炉熔池还原(1550～1600℃)成液态金属铁，铁金属收得率96.22％。
表6为钢渣与赤泥调质剂成分和处理量。
表6钢渣与赤泥调质剂成分(％)和处理量
原料 TFe Mfe Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> FeO CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O
钢渣 20.88 7.9 10 10.42 41.4 14.96 0.84 5.49 0.12 0.14
赤泥 37.72 53.89 14.02 7.62 16.04 0.63 0.04 4.38
平均成分 29.89 0.00 32.50 4.65 4.85 26.75 11.03 8.97 2.89 0.08 2.41
喷吹煤粉 0.5 5 4 0.4
续表6钢渣与赤泥调质剂成分(％)和处理量
Figure BDA0002577611520000262
调质处理后年产生铁25.28万吨、调质渣47.43万吨，化学成分见表7。
表7调质处理后生铁、渣成分(％)和产品产量
Figure BDA0002577611520000263
表8为调质处理后产品收入，由表8可知，按照当前产品价格，年总收入可达5.82亿元。
表8调质处理后产品收入
Figure BDA0002577611520000271
调质处理原燃料成本见表9，年处理总成本1.435亿元，折单位产品(生铁+渣)原燃料成本204.03元，按生铁折吨铁586.80元。
表9调质处理原燃料成本
Figure BDA0002577611520000272
调质处理工序能耗见表10，按总产品计，其中回收余热蒸汽作为扣减项，折为吨产品(生铁+渣)工序能耗91.54kg标煤，按生铁折算为吨铁工序能耗263.27kg标煤，只相当于高炉铁水工序能耗的55％左右。
表10调质处理工序能耗
Figure BDA0002577611520000273
Figure BDA0002577611520000281
实施例3
本实施例按年处理钢渣40万吨、铜渣46万吨，合计86万吨，钢渣中全铁含量20.88％，铜渣全铁含量41.93％，铁氧化物通过调质炉熔池还原(1550～1600℃)成液态金属铁，铁金属收得率95.98％。
表11为钢渣与铜渣调质剂成分和处理量。
表11钢渣与铜渣调质剂成分(％)和处理量
原料 TFe Mfe Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> FeO CaO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O
钢渣 20.88 7.9 10 10.42 41.4 14.96 0.84 5.49 0.12 0.14
铜渣 41.93 0.64 3.96 7.28 42.74 3.84 29.79 3.92 1.04 0.77 0.44
平均成分 32.14 0.34 5.79 8.55 27.71 21.31 22.89 2.49 3.11 0.47 0.30
喷吹煤粉 0.5 5 4 0.4
续表11钢渣与铜渣调质剂成分(％)和处理量
Figure BDA0002577611520000282
调质处理后年产生铁27.23万吨、调质后渣47.48万吨、氧化铅氧化锌粉(含量>60％)3.33万吨，化学成分见表12。
表12调质处理后生铁、渣成分(％)和产品产量
Figure BDA0002577611520000283
Figure BDA0002577611520000294
表13为调质处理后产品收入，由表13可知，按照当前产品价格，年总收入可达8.29亿元。
表13调质处理后产品收入
Figure BDA0002577611520000291
调质处理原燃料成本见表14，年处理总成本1.26亿元，折单位产品(生铁+渣)原燃料成本161.42元，按生铁折吨铁462.62元。
表14调质处理原燃料成本
Figure BDA0002577611520000292
调质处理工序能耗见表15，按总产品计，其中回收余热蒸汽作为扣减项，折为吨产品(生铁+渣)工序能耗58.95kg标煤，按生铁折算为吨铁工序能耗168.94kg标煤，只相当于高炉铁水工序能耗的35％左右。
表15调质处理工序能耗
Figure BDA0002577611520000293
Figure BDA0002577611520000301
由以上可知，本发明的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，既利用了钢渣的高温显热，又解决了钢渣活性差问题，高温调质过程将钢渣中游离CaO、MgO、RO相完全转化成活性矿物。调质处理还解决了铜渣、赤泥等有色金属冶炼渣处理难题，回收了铜渣、赤泥等有色金属冶炼渣中的铁资源和其它金属资源。调质处理的生铁产品完全满足炼钢要求，含铜生铁可用于生产耐腐蚀钢材，调质后渣满足建材要求，调质后渣经水淬或干法粒化用作水泥原料，或调质后渣或经缓冷、破碎作为人工砂石料，调质后渣可以100％得到利用。
钢渣与铜渣、赤泥等有色金属冶炼渣协同调质处理能耗及原燃料成本远低于高炉炼铁，综合效益远高于现有钢渣处理技术。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置，其特征在于，包括调质炉和驱动机构(47)，所述调质炉包括调质炉熔池(46)，调质炉的上部设有钢渣进料口(45)和有色金属冶炼渣进料口，调质炉还设置有煤氧枪；驱动机构(47)设置在调质炉的底部，用于带动调质炉进行回转摆动；
还包括烘干预处理单元(e)，所述烘干预处理单元(e)用于烘干有色金属冶炼渣。
2.根据权利要求1所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置，其特征在于，还包括托轮机构(48)，托轮机构(48)用于支撑调质炉。
3.根据权利要求2所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置，其特征在于，所述托轮机构(48)为两套，两套托轮机构(48)对称地分布在调质炉的底部。
4.根据权利要求1所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置，其特征在于，所述煤氧枪包括底吹煤氧枪(51)和侧吹煤氧枪(52)，多个所述底吹煤氧枪(51)设置在调质炉的底部；多个所述侧吹煤氧枪(52)设置在调质炉的侧壁。
5.一种钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的装置，包括如下步骤：
步骤一：将高温熔融钢渣倒入调质炉；
步骤二：将烘干后的有色金属冶炼渣加入调质炉；
步骤三：煤粉(49)由氧气/富氧空气(50)作为载体，喷入调质炉内，进行调质处理，得到调质后渣和高温铁水。
6.根据权利要求5所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
将调质炉调整至出铁位置，将高温铁水从出铁口(53)排出；然后将调质炉调整至出渣位置，将调质后渣从出渣口(54)排出。
7.根据权利要求5所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，其特征在于，所述有色金属冶炼渣包括铜渣和赤泥中的一种或两种混合。
8.根据权利要求5所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，其特征在于，所述步骤三中，一部分煤粉由底吹煤氧枪(51)高速喷入调质炉熔池内的底部铁水层，另一部分煤粉由侧吹煤氧枪(52)喷入调质炉熔池内的渣层，进行调质处理。
9.根据权利要求5所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，其特征在于，所述调质处理过程中，调质炉在驱动机构的带动下进行回转摆动，摆动速度0.5～1.0rpm。
10.根据权利要求5至9所述的钢渣与有色金属冶炼渣协同调质处理的方法，其特征在于，所述步骤三中，调质后渣经过水淬或干法粒化，经细磨后用做水泥原料；或者调质后渣经过缓冷、破碎后，作为建筑用人造砂石料。
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