CN113293251A - 一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法，属于钢渣资源二次回收技术领域。本发明将钢渣粒钢破碎粉碎至粒径≤0.5mm，与还原剂混合均匀得到混合物A，混合物A经微波加热至温度为900～950℃并恒温预处理10～15min得到混合物B，混合物B经微波加热至温度为1000～1200℃并固相还原反应20～40min得到混合物C，混合物C倒入水中进行水淬冷却，再经破碎、磨矿、磁选分离得到直接还原铁粉和尾渣。本发明采用非高炉冶炼技术实现钢渣粒钢高附加值回收利用，得到直接还原铁产品可直接用作工业纯铁、特殊钢等高附加值产品制备的原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法，属于钢渣资源二次回收技术领域。
背景技术
钢渣粒钢主要来源于炼钢工艺过程的衍生物钢渣，是钢渣经冷却、破碎、磁选筛分等工艺加工处理后，回收得到的5～40mm粒级的金属产品。钢渣粒钢的含铁量较高，一般超过60wt％，但是钢渣粒钢中还会存在硅酸盐脉石或铁酸盐等杂质成分，直接使用时会导致炼钢或炼铁产品品质下降。钢渣粒钢中的铁含量较高，成分以金属铁为主，同时又有部分氧化铁和氧化钙、氧化硅等成分存在。如果金属铁与脉石成分相连接或包裹，会导致钢渣粒钢的回收再利用比较困难。
现有技术中大型高炉配加粒钢冶炼的方法，高炉使用的粒钢选择炼钢工艺过程的衍生物钢渣通过冷却、破碎、磁选筛分等工艺加工处理后，回收其中5～40mm粒级的金属粒钢；通过汽车拉料倒运至高炉料场堆存，经铲车推入受料地坑，通过皮带上入高炉高道指定的临时粒钢仓，经高炉槽下排料筛分称量后，粒钢和矿石混装通过皮带上入高炉炉顶受料罐加入高炉内；要求高炉矿仓中球团线腾1个仓上粒钢，集中上料，粒钢仓槽位保持在8.0～9.0m之间；粒钢入仓后，配料按高炉指定粒钢量进行配加，高炉配加粒钢初始配比占矿批1％，根据炉况顺行程度，逐步按3％、5％、8％、10％比例配加。将回收的钢渣粒钢重新加入高炉配料进行二次冶炼，从而对钢渣粒钢中的有价元素再利用。但这种对钢渣粒钢中所含大量金属铁的再次熔化能耗较高，且添加量有限。
转炉钢渣的处理方法，包括：1)将转炉钢渣进行热泼处理以得到热泼产物；2)将热泼产物进行粉磨以得到粉磨产物；3)将粉磨产物进行第一筛分，其中，将粒径大于180mm的钢渣再次进行粉磨，将粒径在180mm以下的钢渣进行第二筛分；4)将第二筛分后的筛上物进行第一磁选以筛选出片钢和粒钢，将第二筛分后的筛下物进行第二磁选以筛选出钢渣精粉。该转炉钢渣的处理方法能够将转炉钢渣中的组分进行分离、回收。钢渣粒钢的回收和分级工艺，但没有指出如何对回收的钢渣粒钢进行高附加值利用。
利用粒钢维护转炉渣面的方法，包括以下步骤：1)提前一炉次测量转炉炉底高度和渣面侵蚀严重部位中心距炉口的距离；2)根据转炉渣面侵蚀位置确定粒钢在废钢斗中的装入位置，将所有废钢装入废钢斗中，待用；3)出钢完毕进行溅渣操作，并按照一定的参数控制溅渣枪位和氮气压力；4)溅渣完毕确认炉渣流动性达到渣面维护要求，将废钢加入炉内后，再将转炉摇至水平位置停留5秒后进行兑铁操作；5)兑铁完毕后，降枪进行正常冶炼。本发明使粒钢在装入过程时平铺在炉渣表面，并与炉渣粘合在一起，在冶炼过程中提高炉渣抗侵蚀能力，减缓冶炼过程对转炉渣面侵蚀，提高转炉炉体运行安全性，降低炉体维护成本。通过粒钢装入转炉后可以平铺在转炉炉体侵蚀严重部位上部炉渣表面，可以提高炉渣抗侵蚀能力，减缓冶炼过程对转炉渣面的侵蚀。但是该方法的操作过程复杂，也降低了钢渣粒钢中金属铁的价值，造成可利用资源的浪费。
现有技术中均是将回收的钢渣粒钢重新加入高炉配料进行二次冶炼，但配加粒钢进行生产作业时，在高炉入炉前进行整粒，保证粒级达到球团矿标准，改善高炉透气性；但是存在粒钢返矿多，粒钢成分偏碱性实际生产中烧结比例下行较多，成本上升等问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法，本发明利用微波加热强化技术和非高炉冶炼技术，以钢渣粒钢为原料制备直接还原铁，从而实现钢渣粒钢高附加值回收利用，微波强化还原剂对钢渣粒钢中的铁氧化物进行固相原位还原，不破坏已存在金属铁的存在形式，从而降低能耗和节约能源，提高回收率。
一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法，具体步骤如下：
(1)将钢渣粒钢破碎粉碎至粒径≤0.5mm，与还原剂混合均匀得到混合物A；
(2)在微波功率为2450±50MHz或915±50MHz下，步骤(1)混合物A经微波加热至温度为900～950℃并恒温预处理10～15min得到混合物B；
温度为900～950℃恒温预处理，可使还原剂与钢渣粒钢发生部分还原反应，并控制还原剂的不完全分解，保留足够的还原剂；900～950℃恒温预处理可避开FeO的生成温度区间，减小下一步的固相还原难度；900～950℃恒温预处理，金属铁相还不足以聚集长大，可以避免金属铁相聚焦长大时会导致其中夹杂铁氧化物不能被充分还原的现象；
(3)在微波功率为2450±50MHz或915±50MHz下，步骤(2)混合物B经微波加热至温度为1000～1200℃并固相还原反应20～40min得到混合物C；
(4)步骤(3)混合物C倒入水中进行水淬冷却，再经破碎、磨矿、磁选分离得到直接还原铁粉和尾渣；
所述步骤(1)钢渣粒钢的含铁量≥65wt％，还原剂为碳粉、煤粉或生物质中的一种或多种；
所述步骤(1)还原剂添加量的确定方法为
钢渣粒钢中的TFe＝a，MFe＝b，FeO＝c，其中a≥65wt％；钢渣粒钢的质量为xg，还原剂中的碳含量为y，其中y≥50wt％，则
式中，
为钢渣粒钢中Fe2O3中所含铁质量，
为钢渣粒钢中FeO中所含铁质量，
为钢渣粒钢中所含Fe2O3的质量，mO为钢渣粒钢中所含O的质量，nO为钢渣粒钢中所含氧的物质的量，nC为还原剂中碳的物质的量，mC为需要添加的还原剂的质量；故，
式中，a为钢渣粒钢中TFe含量，b为MFe含量，c为FeO含量，x为钢渣粒钢的质量，y为还原剂中的碳含量。
直接还原铁粉从钢渣粒钢中经非高炉冶炼技术得到，没有达到熔融温度，可用作工业纯铁、特殊钢等高附加值产品制备的原料。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用微波强化还原剂对钢渣粒钢中的铁氧化物进行固相原位还原，不破坏已存在金属铁的存在形式，从而降低能耗和节约能源，提高回收率；
(2)本发明利用微波对粉碎后的钢渣粒钢进行加热，使钢渣粒钢内部加热、整体均匀加热，便于还原剂在固相原位还原时速率一致，缩短还原时间，并保证还原的均匀性；
(3)本发明方法直接还原铁粉是从钢渣粒钢中直接还原得到，纯度较高，可以用于工业纯铁、特殊钢、磁选材料等高附加值产品的生产中，应用领域较广，也缓解了钢渣粒钢回收利用的压力，为高附加值、绿色、环保的回收利用方法。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：以质量百分数计，本实施例钢渣粒钢中TFe＝68.32％，MFe＝54.06％，FeO＝10.16％；
一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法(见图1)，具体步骤如下：
(1)将100g钢渣粒钢破碎粉碎至粒径≤0.5mm，与6.39g还原剂(煤粉)混合均匀得到混合物A；其中煤粉中碳含量为68.4％；
(2)在微波功率为2450±50MHz下，步骤(1)混合物A经微波加热至温度为900℃并恒温预处理15min得到混合物B；
(3)在微波功率为2450±50MHz下，步骤(2)混合物B经微波加热至温度为1100℃并固相还原反应35min得到混合物C；
(4)步骤(3)混合物C倒入水中进行水淬冷却，再经破碎、磨矿、磁选分离得到直接还原铁粉和尾渣；
经分析，直接还原铁粉中TFe＝91.65％。
实施例2：以质量百分数计，本实施例钢渣粒钢中TFe＝76.13％，MFe＝61.26％，FeO＝9.02％；
一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法(见图1)，具体步骤如下：
(1)将200g钢渣粒钢破碎粉碎至粒径≤0.5mm，与19.41g还原剂(煤粉)混合均匀得到混合物A；其中煤粉中碳含量为54.6％；
(2)在微波功率为2450±50MHz下，步骤(1)混合物A经微波加热至温度为900℃并恒温预处理10min得到混合物B；
(3)在微波功率为2450±50MHz下，步骤(2)混合物B经微波加热至温度为1150℃并固相还原反应28min得到混合物C；
(4)步骤(3)混合物C倒入水中进行水淬冷却，再经破碎、磨矿、磁选分离得到直接还原铁粉和尾渣；
经分析，直接还原铁粉中TFe＝94.06％。
实施例3：以质量百分数计，本实施例钢渣粒钢中TFe＝72.10％，MFe＝55.94％，FeO＝11.02％；
一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法(见图1)，具体步骤如下：
(1)将150g钢渣粒钢破碎粉碎至粒径≤0.5mm，与10.31g还原剂(碳粉)混合均匀得到混合物A；其中碳粉中碳含量为75.43％；
(2)在微波功率为915±50MHz下，步骤(1)混合物A经微波加热至温度为950℃并恒温预处理15min得到混合物B；
(3)在微波功率为915±50MHz下，步骤(2)混合物B经微波加热至温度为1180℃并固相还原反应25min得到混合物C；
(4)步骤(3)混合物C倒入水中进行水淬冷却，再经破碎、磨矿、磁选分离得到直接还原铁粉和尾渣；
经分析，直接还原铁粉中TFe＝92.33％。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将钢渣粒钢破碎粉碎至粒径≤0.5mm，与还原剂混合均匀得到混合物A；
(2)在微波功率为2450±50MHz或915±50MHz下，步骤(1)混合物A经微波加热至温度为900～950℃并恒温预处理10～15min得到混合物B；
(3)在微波功率为2450±50MHz或915±50MHz下，步骤(2)混合物B经微波加热至温度为1000～1200℃并固相还原反应20～40min得到混合物C；
(4)步骤(3)混合物C倒入水中进行水淬冷却，再经破碎、磨矿、磁选分离得到直接还原铁粉和尾渣。
2.根据权利要求1所述微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法，其特征在于：步骤(1)钢渣粒钢的含铁量≥65wt％，还原剂为碳粉、煤粉或生物质中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述微波强化钢渣粒钢高附加值回收利用方法，其特征在于：步骤(1)还原剂添加量的确定方法为
钢渣粒钢中的TFe＝a，MFe＝b，FeO＝c，其中a≥65wt％；钢渣粒钢的质量为x g，还原剂中的碳含量为y，其中y≥50wt％，则
式中，
为钢渣粒钢中Fe2O3中所含铁质量，
为钢渣粒钢中FeO中所含铁质量，
为钢渣粒钢中所含Fe2O3的质量，mO为钢渣粒钢中所含O的质量，mO为钢渣粒钢中所含氧的物质的量，nC为还原剂中碳的物质的量，mC为需要添加的还原剂的质量；故，
式中，a为钢渣粒钢中TFe含量，b为MFe含量，c为FeO含量，x为钢渣粒钢的质量，y为还原剂中的碳含量。
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