CN113337661B - 一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，该方法包括：提供双熔池炉：双熔池炉的炉体含两个熔池，两个熔池通过炉体上的炉体连接烟道连通，在两个熔池之间布置中间高温烟道，中间高温烟道一端连接收粉系统，另一端通过烟气导向切换阀连接两个熔池的其中一个；通过切换烟气导向切换阀，将两个熔池交替作为氧化熔池和还原熔池使用，利用氧化熔池和还原熔池实现对钢渣、含锌除尘灰和难以解离的共生矿的综合处理。该方法可将钢渣改性成炼铁还原渣作为混凝土掺和料以广泛利用，并可脱除钢厂除尘灰中对冶炼有害的碱金属，同时也提供了一种自然界中存在的难解离共生矿的熔融解离方法。
Description
技术领域
本发明属于钢铁厂固废资源循环综合再利用领域，具体涉及一种钢渣分别在氧化、还原气氛条件下改性处理的方法。
背景技术
我国是钢铁产能最大的国家，据统计到2020年粗钢年产能已超过10亿吨，也就意味着有超过1-1.5亿吨钢渣作为废弃物需要处理，这还不包括3-4亿吨以上的炼铁废渣。
高炉炼铁废渣，俗称“高炉水渣”。经过水淬处理制备超细粉，作为混凝土掺和料已得到广泛利用。炼钢废渣中含有较高的铁元素，TFe(全铁)含量达20％。同时，熔融钢渣出渣温度高于1500℃，含有大量热资源。但是，由于钢渣在钢铁厂内再利用时出现磷富集；并且由于含有超量游离镁钙离子等因素，限制了炼钢废渣作为混凝土掺和料的使用量。炼钢废渣大量堆积时，钢渣中的氟和重金属被雨水侵蚀后污染环境。
我国生产水泥熟料需要大量石灰石、粘土等矿物资源，而开采资源日益减少。而钢渣中却含有大量石灰石、粘土等矿物资源。因此，充分利用钢渣刻不容缓。
钢厂除尘灰含有大量铁元素以及各种碱金属，对含铁元素除尘灰循环利用的同时，脱除除尘灰中的各种碱金属，尤其是脱锌处理也越显重要，否则会严重影响高炉的冶炼。
我国是贫矿资源相对丰富的国家，铁矿石含铁总产量虽然大，但总体矿山含铁量仅为25-40％。因此，研究开发超贫(超贫磁铁矿是指全铁品位在10-20％，磁性铁品位≤5％)、超细磁铁矿和难以解离的共生矿，已经成为缓解我国当前铁精矿量严重不足而过分依赖进口等突出问题的重要途径。因此，高温熔融还原处理也就成为一种必然。
纵观钢铁冶炼过程，高炉炼铁是用碳元素把自然中以氧化物形式存在的铁还原出来，炼钢是将铁中残碳用氧化剂氧化出来，但是炼钢过程又会将一部分铁(包括其它金属元素)氧化成氧化物的形式进入炼钢渣中。如果要形成一个封闭的冶炼循环过程，需要有一个对钢渣的冶炼环节，即“炼渣”。
发明内容
发明目的：针对含有一定铁品位的钢渣、含锌除尘灰和难以解离的共生矿，本发明提供一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，该方法包括：
提供双熔池炉：双熔池炉的炉体含两个熔池，两个熔池通过炉体上的炉体连接烟道连通，在两个熔池之间布置中间高温烟道，中间高温烟道一端连接收粉系统，另一端通过烟气导向切换阀连接两个熔池的其中一个；
通过切换烟气导向切换阀，将两个熔池交替作为氧化熔池和还原熔池使用，利用氧化熔池和还原熔池实现对钢渣、含锌除尘灰和难以解离的共生矿的综合处理，处理步骤包括：
步骤1，操作烟气导向切换阀，使其中一个熔池与中间高温烟道连通作为氧化熔池，使另一个熔池与中间高温烟道断开作为还原熔池；
步骤2，将1200℃呈熔融态的转炉钢渣倾倒至氧化熔池内，使氧化熔池升温并利用钢渣余热使转炉钢渣进一步升温融化成1500℃液态渣，在钢渣升温融化过程中，向钢渣中喷吹氧气和煤粉，通过控制喷入钢渣中的氧气和煤粉的比例，实现过氧燃烧，在氧化熔池中形成氧化氛围，向氧化熔池上部喷入含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉，含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉与氧化熔池内产生的高温烟气进行热交换，形成液滴沉降在钢渣中；
步骤3，切换烟气导向切换阀，使氧化熔池切换为还原熔池，还原熔池切换为氧化熔池；
步骤4，向还原熔池的液态渣中喷吹氧气和煤粉，通过控制喷入钢渣中的氧气和煤粉的比例，实现欠氧燃烧，在还原熔池中形成还原氛围，将铁从钢渣中还原出来呈液态沉入熔池底部，同时，重复步骤2；
步骤5，液态铁和液态渣的排出及处理：将位于还原熔池上部的出渣口和位于还原熔池下部铁口打开，分别排出液态铁和液态渣，将液态渣经过水淬处理后制备超细粉，作为混凝土掺和料，将铁水倒入铁水包中，送往炼钢车间；
重复步骤3至5，直至全部熔融态转炉钢渣处理完毕。
进一步的，熔池顶部设有可启闭的炉盖，当熔池作为氧化熔池使用时，可随时将炉盖开启加入新的转炉钢渣，当熔池作为还原熔池使用时，将炉盖关闭使还原熔池处于微负压密闭状态，使得还原熔池内产生的煤气通过炉体连接烟道进入氧化熔池完成二次燃烧，之后随氧化熔池内烟气一起排至中间高温烟道。
进一步的，熔池与炉体连接烟道的连通口沿熔池内壁切线方向布置，使得还原熔池内产生的煤气沿氧化熔池内壁切向方向进入氧化熔池，并在氧化熔池上方形成旋转气流。
进一步的，步骤2中，除尘灰中锌以氧化物形式存在，高温还原气氛中氧化锌被还原为液态锌，液态锌再进步一升温成为气态进入烟气中，在烟气中重新被氧化成氧化锌粉末，再通过收粉系统进行回收；对于含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉中未能形成液滴沉降在钢渣中的部分，随氧化熔池内烟气排至中间高温烟道后进入收粉系统。
进一步的，步骤2中，通过调节含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉喷入量，将氧化熔池内高温烟气风温降低，在收粉系统设置喷淋冷却塔，通过喷淋冷却塔的喷淋水雾进一步降低烟气风温。
进一步的，步骤2和4中，将氧气喷枪和煤粉喷枪插入炉内钢渣中，通过氧气喷枪和煤粉喷枪向钢渣中喷吹氧气和煤粉，煤粉燃烧产生的一氧化碳气体形成泡沫渣并覆盖于钢渣表面，从而减少钢渣飞溅和热量损失。
进一步的，步骤4中，氧气喷枪和煤粉喷枪倾斜插入炉内钢渣中，利用氧气喷枪和煤粉喷枪的喷吹气流搅拌钢渣，为还原反应形成良好的动力学条件，加速液态铁凝聚沉降，实现渣铁快速分离。
有益效果：炼铁熔渣为还原性熔渣，在还原气氛中形成，钢渣为氧化性熔渣，在氧化气氛中形成，本发明通过对热态熔融钢渣在高温下改性处理变成炼铁熔渣，在还原气氛下钢渣中含有的铁元素以及各种重金属被还原，这样就可以回收熔渣中的铁等金属元素；
该方法可将钢渣改性成炼铁还原渣作为混凝土掺和料以广泛利用，并可脱除钢厂除尘灰中对冶炼有害的碱金属，同时也提供一种自然界中存在的难解离共生矿的熔融解离方法；
该方法通过向氧化熔池中喷入含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉，有利于扩大资源的利用，粉状物料在高温下迅速形成液滴沉降在钢渣中，然后在还原中还原出铁元素，解决随着渣的利用价值的提高，使难以解离矿的冶炼成本降低；
熔融钢渣含有大量热资源，在氧化熔池中被回收，降低了炼渣的成本，以煤粉作为还原剂和燃料喷入渣中，与纯氧或富氧燃烧反应大大减少烟气的排出量，减少热量损失，煤粉和氧气通过碳枪氧枪插入钢渣中喷入，大量一氧化碳气体产生从而造出许多泡沫渣。泡沫渣覆盖于钢渣表面可减轻和降低冶炼过程的飞溅损失和热量损失，提高金属收得率。
附图说明
图1为本发明双熔池炉的系统原理图；
图2为本发明双熔池炉的结构示意图一；
图3为本发明双熔池炉的结构示意图二；
图中：1-上料行车；2-运渣盆；3-熔池；4-中间高温烟道；5-喷淋冷却塔；6-脱水器；7-收粉器；8-主排风机；9-烟囱；10-出粉刮板机；11-烟气导向切换阀；12-炉体连接烟道；13-出铁水沟；14-铁水包；15-铁水包车；16-出渣沟；17-冲渣沟；18-冲渣池；19-出渣抓斗及行车；20-除尘灰及矿粉喷枪；21-煤粉喷枪；22-氧气喷枪。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至3所示，本发明的一种双熔池炉改性处理热态熔融钢渣的方法，该方法包括：
提供双熔池炉：双熔池炉的炉体含两个熔池，两个熔池顶部分别设有可启闭的炉盖，两个熔池通过炉体上的炉体连接烟道连通，熔池与炉体连接烟道的连通口沿熔池内壁切线方向布置，在两个熔池之间布置中间高温烟道，中间高温烟道一端连接收粉系统，另一端通过烟气导向切换阀连接两个熔池的其中一个；收粉系统包括收粉器，收粉器进风侧设置喷淋冷却塔和脱水器，出风侧设置主排风机和烟囱，排料侧设置出粉刮板机；
通过切换烟气导向切换阀，将两个熔池交替作为氧化熔池和还原熔池使用，利用氧化熔池和还原熔池实现对钢渣、含锌除尘灰和难以解离的共生矿的综合处理，处理步骤包括：
步骤1，操作烟气导向切换阀，使其中一个熔池与中间高温烟道连通作为氧化熔池，使另一个熔池与中间高温烟道断开作为还原熔池；
步骤2，通过上料行车和运渣盆，将1200℃呈熔融态的转炉钢渣倾倒至氧化熔池内，使氧化熔池升温并利用钢渣余热使转炉钢渣进一步升温融化成1500℃液态渣，在钢渣升温融化过程中，通过氧气喷枪和煤粉喷枪向钢渣中喷吹氧气和煤粉，通过控制喷入钢渣中的氧气和煤粉的比例，实现过氧燃烧，在氧化熔池中形成氧化氛围，通过除尘灰及矿粉喷枪向氧化熔池上部喷入含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉，含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉与氧化熔池内产生的高温烟气进行热交换，形成液滴沉降在钢渣中；
步骤3，切换烟气导向切换阀，使氧化熔池切换为还原熔池，还原熔池切换为氧化熔池；
步骤4，向还原熔池的液态渣中喷吹氧气和煤粉，通过控制喷入钢渣中的氧气和煤粉的比例，实现欠氧燃烧，在还原熔池中形成还原氛围，将铁从钢渣中还原出来呈液态沉入熔池底部，同时，重复步骤2；
步骤5，液态铁和液态渣的排出及处理：将位于还原熔池上部的出渣口和位于还原熔池下部铁口打开，分别排出液态铁和液态渣，转炉钢渣中含磷组分迁移、富集于液态渣的钙相中并随液态渣排出，还原改性过程中游离氧化钙和游离氧化镁减少、消除；液态渣通过炉体的出渣沟排至冲渣沟，经冲渣沟排至冲渣池，再通过出渣抓斗及行车运至水淬处理装置，液态渣经过水淬处理后制备超细粉，作为混凝土掺和料，液态铁通过炉体的出铁水沟落至铁水包车的铁水包内，送往炼钢车间；
重复步骤3-5，直至全部熔融态转炉钢渣处理完毕。
本发明中，双熔池炉的两个熔池顶部分别设有可启闭的炉盖，当熔池作为氧化熔池使用时，可随时将炉盖开启加入新的转炉钢渣，当熔池作为还原熔池使用时，将炉盖关闭使还原熔池处于微负压密闭状态，使得还原熔池内产生的煤气通过炉体连接烟道进入氧化熔池完成二次燃烧，之后随氧化熔池内烟气一起排至中间高温烟道，再经过喷淋冷却塔和收粉器净化处理后排入大气中。
熔池与炉体连接烟道的连通口沿熔池内壁切线方向布置，使得还原熔池内产生的煤气沿氧化熔池内壁切向方向进入氧化熔池，并在氧化熔池上方形成旋转气流。还原熔池在还原过程产生大量煤气，煤气需要在氧化熔池燃烧掉，旋转气流的目的是使煤气和氧气充分混合并燃烧。
上述步骤2中，除尘灰中锌以氧化物形式存在，高温还原气氛中氧化锌被还原为液态锌，液态锌再进步一升温成为气态进入烟气中，在烟气中重新被氧化成氧化锌粉末，再通过收粉系统进行回收；对于含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉中未能形成液滴沉降在钢渣中的部分，随氧化熔池内烟气排至中间高温烟道后进入收粉系统。
并且在步骤2中，通过调节含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉喷入量，将氧化熔池内高温烟气风温降低，也可通过收粉器进风侧设置的喷淋冷却塔喷淋水雾来进一步降低烟气风温。
上述步骤2和4中，将氧气喷枪和煤粉喷枪插入炉内钢渣中，通过氧气喷枪和煤粉喷枪向钢渣中喷吹氧气和煤粉，煤粉燃烧产生的一氧化碳气体形成泡沫渣并覆盖于钢渣表面，从而减少钢渣飞溅和热量损失。
并且在步骤4中，可将氧气喷枪和煤粉喷枪倾斜插入炉内钢渣中，利用氧气喷枪和煤粉喷枪的喷吹气流搅拌钢渣，为还原反应形成良好的动力学条件，加速液态铁凝聚沉降，实现渣铁快速分离。
喷淋冷却塔和脱水器底部与冲渣池相连。在喷淋冷却塔中，烟气穿过喷淋水雾降温冷却并将烟气中含有的灰尘清洗下来，形成浊水冲入冲渣池中；在脱水器中通过气流旋转，烟气中含有的水份在机械旋转产生的离心力作用下实现气水分离，脱除烟气中的水份流入冲渣池中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，其特征在于，该方法包括：
提供双熔池炉：双熔池炉的炉体含两个熔池，两个熔池通过炉体上的炉体连接烟道连通，在两个熔池之间布置中间高温烟道，中间高温烟道一端连接收粉系统，另一端通过烟气导向切换阀连接两个熔池的其中一个；
通过切换烟气导向切换阀，将两个熔池交替作为氧化熔池和还原熔池使用，利用氧化熔池和还原熔池实现对钢渣、含锌除尘灰和难以解离的共生矿的综合处理，处理步骤包括：
步骤1，操作烟气导向切换阀，使其中一个熔池与中间高温烟道连通作为氧化熔池，使另一个熔池与中间高温烟道断开作为还原熔池；
步骤2，将1200℃呈熔融态的转炉钢渣倾倒至氧化熔池内，使氧化熔池升温并利用钢渣余热使转炉钢渣进一步升温融化成1500℃液态渣，在钢渣升温融化过程中，向钢渣中喷吹氧气和煤粉，通过控制喷入钢渣中的氧气和煤粉的比例，实现过氧燃烧，在氧化熔池中形成氧化氛围，向氧化熔池上部喷入含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉，含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉与氧化熔池内产生的高温烟气进行热交换，形成液滴沉降在钢渣中；
步骤3，切换烟气导向切换阀，使氧化熔池切换为还原熔池，还原熔池切换为氧化熔池；
步骤4，向还原熔池的液态渣中喷吹氧气和煤粉，通过控制喷入钢渣中的氧气和煤粉的比例，实现欠氧燃烧，在还原熔池中形成还原氛围，将铁从钢渣中还原出来呈液态沉入熔池底部，同时，重复步骤2，除尘灰中锌以氧化物形式存在，高温还原气氛中氧化锌被还原为液态锌，液态锌再进一步升温成为气态进入烟气中，在烟气中重新被氧化成氧化锌粉末，再通过收粉系统进行回收；对于含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉中未能形成液滴沉降在钢渣中的部分，随氧化熔池内烟气排至中间高温烟道后进入收粉系统；
步骤5，液态铁和液态渣的排出及处理：将位于还原熔池上部的出渣口和位于还原熔池下部铁口打开，分别排出液态铁和液态渣，将液态渣经过水淬处理后制备超细粉，作为混凝土掺和料，将铁水倒入铁水包中，送往炼钢车间；
重复步骤3至5，直至全部熔融态转炉钢渣处理完毕。
2.根据权利要求1所述的一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，其特征在于：熔池顶部设有可启闭的炉盖，当熔池作为氧化熔池使用时，可随时将炉盖开启加入新的转炉钢渣，当熔池作为还原熔池使用时，将炉盖关闭使还原熔池处于微负压密闭状态，使得还原熔池内产生的煤气通过炉体连接烟道进入氧化熔池完成二次燃烧，之后随氧化熔池内烟气一起排至中间高温烟道。
3.根据权利要求2所述的一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，其特征在于：熔池与炉体连接烟道的连通口沿熔池内壁切线方向布置，使得还原熔池内产生的煤气沿氧化熔池内壁切向方向进入氧化熔池，并在氧化熔池上方形成旋转气流。
4.根据权利要求1所述的一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，其特征在于：步骤2中，通过调节含锌除尘灰和难以解离的共生矿粉喷入量，将氧化熔池内高温烟气风温降低，在收粉系统设置喷淋冷却塔，通过喷淋冷却塔的喷淋水雾进一步降低烟气风温。
5.根据权利要求1所述的一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，其特征在于：步骤2和4中，将氧气喷枪和煤粉喷枪插入炉内钢渣中，通过氧气喷枪和煤粉喷枪向钢渣中喷吹氧气和煤粉，煤粉燃烧产生的一氧化碳气体形成泡沫渣并覆盖于钢渣表面，从而减少钢渣飞溅和热量损失。
6.根据权利要求5所述的一种双熔池炉改性处理熔融态钢渣的方法，其特征在于：步骤4中，氧气喷枪和煤粉喷枪倾斜插入炉内钢渣中，利用氧气喷枪和煤粉喷枪的喷吹气流搅拌钢渣，为还原反应形成良好的动力学条件，加速液态铁凝聚沉降，实现渣铁快速分离。
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