CN111996314A - 一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法 - Google Patents

一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，具体包括：配加焦粉量按转炉渣量的3wt％‑10wt％进行配比，河沙的配加量按转炉渣量的6wt％‑10wt％配比。转炉出渣分批加入焦粉造泡沫渣，保证转炉渣的初始温度在1600℃以上；氮气搅拌并加入河沙：静置、冷却；翻罐出铁。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明能够实现将转炉渣中80％以上的含铁氧化物还原成金属铁，实现铁资源的利用；2)改质后的转炉渣用在矿渣水泥当中，可以代替部分水泥熟料；3)还原含铁氧化物过程中，部分磷酸盐被还原成五氧化二磷，实现气化脱磷，避免了部分磷进入生铁中，防止磷的富集。

Description

一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法。
背景技术
转炉渣作为炼钢产生的副产品，由于含有很多金属氧化物，晶相不稳定，利用率非常低。转炉渣的目前利用率只有20-30％，大部分都是堆放，占用和污染土地。转炉渣含铁量20-30％，不加以利用也是资源的浪费。同时转炉渣出渣温度在1600度左右，巨大的热能也没得到利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，本发明是在转炉出渣过程中分批次加入焦粉作为还原剂，利用熔融态转炉渣蕴含的热量，焦粉把转炉渣中铁的氧化物还原成铁。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，通过对铁氧化物的还原、还原铁的聚集长大、沉降、分离，从转炉渣中提铁，具体包括：
1)配料：配加焦粉量按转炉渣量的3wt％-10wt％进行配比，河沙的配加量按转炉渣量的6wt％-10wt％配比。
2)转炉出渣分批加入焦粉造泡沫渣：利用渣罐作为反应容器，转炉出钢温度1630-1700℃，保证转炉渣的初始温度在1600℃以上，出钢后不溅渣直接向渣罐内倒入部分转炉渣，将罐底铺满，再往渣罐人工投入部分焦粉，转炉渣逐渐发泡，加入的碳会与渣中FeO反应生成CO，由于转炉渣子粘度比较高CO气体排出受阻，转炉渣发泡俗称泡沫渣。同时部分碳溶于新生成的铁中，部分碳溶解在渣中，形成固、液、气三相混溶的乳化现象形成泡沫渣。随着泡沫渣的逐渐消解再小流缓慢向渣罐倒渣，利用倒渣的渣流冲击力的动力学条件让渣中的铁的氧化物继续与焦粉接触反应；渣子继续泡沫化并逐渐消解，在该过程中可以加入铝质材料进行压渣，促进泡沫渣的消解。同时加入铝质材料后，铝可以部分和渣中铁的氧化物反应，降低渣中铁的氧化物与碳反应的机会，可以降低泡沫渣的形成，同时铝和铁的氧化物反应放出的热可补偿反应过程的热损失，有利于反应的进行。待罐内焦粉反应完全后继续加入剩余的焦粉并缓慢倒入剩余的渣子。
钢渣中的蕴含大量的热量提供给碳和渣中的氧化物反应的能量。具体化学反应式如下：
1/3Fe203+C＝2/3Fe+CO(g) △Gθ＝164000-176TJ/mol (1)
Fe304+C＝3FeO+CO(g) △Gθ＝207510-217.62TJ/mol (2)
FeO+C＝Fe+CO(g) △Gθ＝149600-150.36TJ/mol (3)
(MnO)+[C]＝[Mn]+CO(g) △Gθ＝249717-191.27TJ/mol (4)
Ca3(PO4)2+5C+3/2SiO2＝1/2P4+5CO+3/2Ca2SiO4 △Gθ＝1473.31-918.36TJ/mol (5)
温度1500℃时，上述5个反应式的△Gθ分别为-157.23KJ/mol(1)，-212.32KJ/mol(2)，-142KJ/mol(3)，-89.4KJ/mol(4),-1626.78KJ/mol(5)。从标准吉布斯自由能看这5个反应都能发生。随着还原反应的发生，铁滴大量的产生，铁滴产生一定量后，铁滴就会聚集形成更大的铁珠。
3)氮气搅拌并加入河沙：利用倒渣的渣流的冲击并不能使碳和渣中铁的氧化物反应充分，倒渣后用吹气枪插入渣的液面800mm以下，吹氮气搅拌3-8分钟。在保证不喷溅的情况下吹开面积尽量大。随着吹氮气搅拌的进行分批加入河沙对转炉渣进行改质；加入河沙的目的是对转炉钢渣进行改质，降低渣的熔点，使转炉钢渣处于熔融状态，吹氮气过程未反应的碳继续和渣中的铁的氧化物反应生成铁，此时如果步骤2)加入的焦粉量不够可以继续加焦粉，继续使熔渣处于泡沫化，对转炉钢渣进一步还原。由于铁和渣的密度不同，聚集长大后的铁粒向下滴落。加入的碳一部分与渣中的铁的氧化物反应，一部分溶解到铁水中，降低了铁的熔点，使渣和铁的熔体处于液态更有利于铁珠的向下沉降。同时沉降的铁珠又会发生聚集长大形成更大的铁粒。
4)静置、冷却：氮气搅拌处理后将渣罐吊置罐座上空冷2-6个小时，空冷过程中渣中的铁粒向下沉降、沉积到渣罐底部(只要渣铁的温度大于一定的温度铁就向下沉降)。然后向渣罐外壁打水冷却或者水浴冷却，冷却时间为24小时以上；
5)翻罐出铁：将冷却后的渣罐翻转倒扣到地面，渣和铁自然分层，且改质后的转炉渣疏松自然粉碎，渣铁实现分离。
上述步骤2)中所述转炉渣分三次倒入渣罐，随着转炉渣的倒入，所述焦粉分三批加入。
所述转炉渣中FeO含量为14wt％-25wt％,、转炉渣中SiO2含量为12wt％-24wt％。
所述焦粉中C≥97wt％，S≤0.35wt％，H2O≤1.0wt％。
所述吹气枪的内径为Φ12-28mm，吹气枪的工作压力是0.3-0.6MPa，氮气流量控制在40-60m3/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明能够实现将转炉渣中80％以上的含铁氧化物还原成金属铁，实现铁资源的利用；
2)改质后的转炉渣用在矿渣水泥当中，可以代替部分水泥熟料；
3)还原含铁氧化物过程中，部分磷酸盐被还原成五氧化二磷，实现气化脱磷，避免了部分磷进入生铁中，防止磷的富集。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
以200t转炉为例，正常情况下转炉渣量按照10t/炉计算。转炉出钢温度在1640℃以上，出钢结束转炉渣温度在1600℃以上。
利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，具体包括：
1)配料：配加焦粉量按转炉渣量的3wt％进行配比，焦粉的加入量是300Kg；河沙的配加量按转炉渣量的6wt％配比，河沙的加入量是600Kg；转炉渣中FeO含量为14wt％-25wt％,转炉渣中SiO2含量为12wt％-24wt％。
2)转炉出渣分批加入焦粉造泡沫渣：出钢后不溅渣直接向渣罐内倒入部分渣子，将罐底铺满，再往渣罐投入100Kg焦粉(成分含量：C≥97wt％，S≤0.35wt％，H2O≤1.0wt％)，渣子逐渐发泡，随着泡沫渣的逐渐消解再小流缓慢向渣罐倒渣，再次加入100Kg焦粉，渣子继续泡沫化并逐渐消解，待罐内焦粉反应完全后继续加入剩余的焦粉并缓慢倒入剩余的渣子；每次倒渣都必须小流缓慢倒渣，用渣流的冲击力将焦粉和渣子混匀。如果渣面上浮严重，停止倒渣，用压渣材料压渣，将渣面破开，里面的CO气体排出来，促进碳与渣中铁的氧化物反应。
3)氮气搅拌并加入河沙：倒渣后用内径Φ28mm的吹气枪插入渣的液面800mm以下，吹氮气搅拌8分钟，吹气枪工作压力是0.4MPa，氮气流量控制在50m3/h，随着吹氮气搅拌的进行分三次加入河沙对钢渣进行改质，每次加入200Kg，随着氮气的搅拌铁滴向下滴落。
4)静置、冷却：氮气搅拌处理后将渣罐吊置罐座上空冷6个小时，同时渣中的铁珠向下滴落、沉积到渣罐底部。然后向渣罐外壁打水冷却或者水浴冷却，冷却时间为24小时。
5)翻罐出铁：将冷却后的渣罐翻转倒扣到地面，渣和铁自然分层，且改质后的转炉渣疏松自然粉碎，渣铁实现分离。
上述实施例还原得到铁的成分见表1：
表1：实施例还原铁成分
试样号 C(wt％) Si(wt％) Mn(wt％) P(wt％) S(wt％)
1 0.113 0.023 1.24 0.4 0.007
2 1.29 2.98 6.1 1.47 0.002
从铁样的化学分析上可以看出Fe、Mn、P、Si都被还原，而且还原出来的铁可以用做转炉废钢使用。

Claims (5)

1.一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，其特征在于，具体包括：
1)配料：配加焦粉量按转炉渣量的3wt％-10wt％进行配比，河沙的配加量按转炉渣量的6wt％-10wt％配比；
2)转炉出渣分批加入焦粉造泡沫渣：利用渣罐作为反应容器，保证转炉渣的初始温度在1600℃以上；
3)氮气搅拌并加入河沙：倒渣后用吹气枪插入渣的液面800mm以下，吹氮气搅拌3-8分钟，随着吹氮气搅拌的进行分批加入河沙对转炉渣进行改质；
4)静置、冷却：氮气搅拌处理后将渣罐吊置罐座上空冷2-6个小时，然后向渣罐外壁打水冷却或者水浴冷却，冷却时间为24小时以上；
5)翻罐出铁：将冷却后的渣罐翻转倒扣到地面，渣和铁自然分层，且改质后的转炉渣疏松自然粉碎，渣铁实现分离。
2.根据权利要求1所述的一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，其特征在于，上述步骤2)中所述转炉渣分三次倒入渣罐，随着转炉渣的倒入，所述焦粉分三批加入。
3.根据权利要求1所述的一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，其特征在于，所述转炉渣中FeO含量为14wt％-25wt％,转炉渣中SiO2含量为12wt％-24wt％。
4.根据权利要求1所述的一种利用碳还原热态转炉渣提铁的方法，其特征在于，所述焦粉中C≥97wt％，S≤0.35wt％，H2O≤1.0wt％。
5.根据权利要求1所述的一种利用转炉渣还原氧化铁皮提铁的方法，其特征在于，所述吹气枪的内径为Φ12-28mm，吹气枪的工作压力是0.3-0.6MPa，氮气流量控制在40-60m3/h。
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