CN114657303A - 一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法 - Google Patents

一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法 Download PDF

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Abstract

一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，属于钢铁冶炼技术领域，以处理高铁赤泥、回收利用废钢并产出合格钢材为主要目的，解决高铁赤泥和废钢固废利用的技术问题，包括以下步骤：1、含有赤泥的浆液压滤制得高铁赤泥；2、高铁赤泥干燥脱水；3、高铁赤泥熔炼获得铁水；4、铁水和预热后的废钢加入电炉中进行冶炼，制得用于浇铸的钢液。本发明将赤泥熔炼产出的铁水作为废钢冶炼的碳源，依托氧化铝冶炼企业建设废钢深加工中心，实现废钢和赤泥的协同利用，既减碳、节能、环保，又能产生相当的经济效益。

Description

一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及的是一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法。
背景技术
赤泥是氧化铝生产过程中产生的固体废弃物，我国每年产生赤泥1亿吨以上，历史堆存量在10亿吨以上，一直未能得到有效利用。高铁赤泥是一种潜在的铁源，相比铁精矿，高铁赤泥的品位低，且含有钠元素，无法以原料的方式直接进入炼铁工序。目前大多通过磁选提铁或者还原焙烧+磁选提铁的预处理方式进行利用，其中磁选提铁工艺存在回收率低、产品铁品位低、尾渣依然需要填埋处理等问题，还原焙烧+磁选提铁工艺存在成本高、磁选尾渣难以利用等问题。
现有技术中主流的炼钢方式包括“高炉+转炉”（长流程）工艺和“电炉”（短流程）工艺，长流程工艺的吨钢碳排放量和能耗要远大于电炉，电炉短流程炼钢是钢铁行业绿色化发展的方向。目前电炉短流程炼钢工艺是以废钢为主要原料，采用石墨电极对废钢进行加热，并结合氧枪辅助熔化废钢。当废钢逐步熔化后，开始喷碳粉造泡沫渣。为了加快电炉冶炼效率以及降低电耗，通常需要配加铁水（需要依托长流程工厂）或者喷吹碳粉，通过氧气氧化碳源放热以加快化料效率。另外，电炉冶炼过程中产生的钢渣利用依然存在问题。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中的不足，解决高铁赤泥和废钢固废利用的技术问题，以处理高铁赤泥、回收利用废钢并产出合格钢材为主要目的，本发明提供一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，将赤泥熔炼产出的铁水作为废钢冶炼的碳源，依托氧化铝冶炼企业建设废钢深加工中心，实现废钢和赤泥的协同利用，既减碳、节能、环保，又能产生相当的经济效益。
本发明为解决背景技术中存在的技术问题而采取的技术方案是：
一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，包括以下步骤：
S1、将氧化铝提取车间产生的赤泥浆液经管道泵送至冶炼车间原料仓，赤泥浆液经压滤后得到高铁赤泥，高铁赤泥中铁元素含量≥25wt%（全Fe，干基），TiO2的含量≤10wt%。铁含量过低，提铁性价比低，经济效益差；钛含量过高，在还原过程中容易产生TiN（C）等难熔物质，增加熔渣粘度，不利于铁的分离和渣排放。高铁赤泥送入仓内暂存，压滤后获得的滤液重新返回氧化铝提取车间；采用管道输送可大幅度降低赤泥运输过程中的成本，并改善作业环境；
S2、将步骤S1制得的高铁赤泥干燥脱水，直至高铁赤泥中含水量为7%~10%，避免粘接配料仓和输送系统；
S3、熔炼：
S3-1、采用带有侧吹或者底吹功能的富氧熔池熔炼炉对高铁赤泥进行熔炼，熔炼炉中富氧浓度≥40%，熔炼温度为1450-1550℃；
S3-2、熔炼过程中从炉顶加入还原剂进行还原反应，同时通过喷枪向铁水中喷入燃料，通过氧量控制喷枪出口烟气CO:CO2的体积比≤70%，确保熔炼炉中足够的还原性气氛；一方面利于铁水渗碳，防止铁水氧化，另一方面补充赤泥熔化和还原反应所需的热量，喷入的燃料还防止铁水温度过低冻结在炉底；熔炼时加入熔剂进行造渣，熔剂为富硅的有色冶炼渣、石英砂和石灰石，渣型采用CaO-SiO2-MgO-Al2O3-TiO2五元渣系，通过配料控制渣CaO：SiO2=1.0-1.3，SiO2：Al2O3=1.5-2.0，熔点≤1500℃，1500℃时粘度≤1Pa•s；
S3-3 熔炼得到铁水、熔渣和烟气，熔渣通过水碎后作为建材原料，铁水作为电炉炼钢原料，烟气经余热回收、收尘、脱硫后外排；
S4：电炉炼钢：
废钢预热至600℃以上（为了降低电炉冶炼能耗），然后将步骤S3获得的铁水和预热后的废钢加入电炉中进行冶炼，废钢与铁水的质量比为0.5~1.5，铁水含量过低不利于提高化钢效率和降低能耗，铁水含量过高易过热（电炉的优势发挥不出来），炼温度为1650±10℃，冶炼过程中配入石灰石和白云石造渣，电炉渣中CaO与SiO2的质量比（碱度）为2.8-3.5，制得合格的钢水。
本发明的工艺原理（主要反应）：
①干燥过程：
H2O→H2O↑；
②熔炼过程：
A：干燥、分解：
H2O→H2O↑；
CaCO3→CaO+CO2↑；
B：还原：
Fe(OH)3→Fe2O3+H2O↑；
Fe2O3+C→Fe3O4+CO↑；
Fe3O4+C→FeO+CO↑；
FeO+C→Fe+CO↑；
C：燃烧：
C+O2→CO↑；
CO+O2→CO2↑；
D：造渣：
CaO+SiO2→2CaO•SiO2；
E：脱杂：
NaAlO2+C→2Na↑+CO↑+Al2O3；
Na2O•Al2O3•2SiO2+C+CaO→Na↑+CO↑+2CaO•SiO2+Al2O3；
ZnO+C→Zn↑+CO↑；
NaCl→NaCl↑；
KCl→KCl↑；
③电炉炼钢：
Fe→Fe(l)；
C(铁水中)+O2→CO↑；
CO+O2→CO2↑；
Zn→Zn↑。
进一步的，在所述步骤S2中，高铁赤泥干燥脱水采用蒸汽干燥方式或者回转窑干燥方式。优选蒸汽干燥，可以利用熔炼时产生的蒸汽，降低能耗和生产成本。
进一步的，所述步骤S3-2中，在炉顶布置用于防止熔炼过程中泡沫渣产生的还原剂仓。
进一步的，所述步骤S3-2中，所述还原剂为块煤、焦粒中的一种或者两种，所述燃料为煤粉或者天然气。
进一步的，所述步骤S3中，熔炼烟气经二次燃烧后回收余热，二次燃烧温度1500-1600℃，烟气干基含氧量为6%-10%，氧含量过低CO燃烧不充分，氧含量过高烟气量大，能源效率低。
进一步的，余热回收采用膜式壁锅炉，锅炉出口温度为200±20℃，锅炉收集的烟尘重新返回至熔炼配料。
进一步的，在所述步骤S4中，废钢通过社会收购而来，为经破碎分选后的轻薄废钢，或者为切割或者打包的中重型废钢。
进一步的，在所述步骤S4中，电炉为常规废钢冶炼电弧炉。
进一步的，在所述步骤S4中，废钢预热采用电炉烟气进行预热，或者采用烤包装置进行预热。
进一步的，在所述步骤S4中，电炉烟灰采用回转窑或者转底炉经高温还原挥发回收氧化锌，还原剂为无烟煤或者焦粉，每吨烟灰中配入300-500kg还原剂，还原挥发温度为1200℃，提锌后的残渣重新送往熔炼配料。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
采用本发明提供的高铁赤泥和废钢协同利用的方法，以年产100万吨氧化铝计算，产生赤泥约120万吨（干基），假设赤泥含铁32%，协同处理废钢60万吨，产出钢水92万吨，每年可产生净利润10亿元以上，所有二次固废都得到了有效利用，经济效益和环保效益很明显。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，包括以下步骤：
S1、采用高铁赤泥20t（干基），干基成分：Fe 31%、Ca 10.6%、Si 4.7%、Na 1.8%、Al10%；
S2、采用蒸汽干燥机将步骤S1中的高铁赤泥进行深度脱水，干燥后含水量为7%；
S3、熔炼：
S3-1、采用富氧侧吹炉对干燥后的高铁赤泥进行熔炼，熔炼炉中富氧浓度65%，熔炼温度为1500℃；
S3-2、熔炼过程中加入块煤进行还原，块煤用量5.9t，通过喷枪向铁水中喷入燃料，燃料为煤粉，用量4.3t；
S3-3、熔炼过程中加入石英砂和石灰石进行造渣，石英砂用量3.3t，石灰石用量5.6t，获得熔炼渣18.5t，渣CaO：SiO2=1.0，SiO2：Al2O3=1.5，熔点≤1500℃，1500℃时粘度≤1Pa•s；获得铁水6.5t，含铁94%；
本步骤S3熔炼过程中产生的熔炼烟气经二次燃烧后回收余热，余热回收采用膜式壁锅炉，锅炉出口温度为180℃；二次燃烧温度为1500℃，烟气干基含氧量为6%；
S4：电炉炼钢：
废钢6.44t（废钢：铁水=1：1），废钢预热600℃左右，然后将步骤S3获得的铁水和预热后的废钢共计12.88t加入电炉中进行冶炼，电炉为废钢冶炼电弧炉，冶炼温度1640℃，冶炼过程中配入0.18t石灰石、白云石造渣，吹氧490Nm3，制得钢水11.88t，钢渣0.44t（碱度=3），电炉耗电1330kWh，合计吨钢电耗112kWh。
实施例2
一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，步骤同实施例1，区别在于：
S2、干燥后高铁赤泥中含水量为8%；
S3、熔炼：
S3-1、熔炼炉中富氧浓度70%，熔炼温度为1500℃；
S3-2、熔炼过程中加入块煤进行还原，块煤用量5.8t，通过喷枪向铁水中喷入燃料，燃料为煤粉，用量4.9t；
S3-3、熔炼过程中加入石英砂和石灰石进行造渣，石英砂用量4.45t，石灰石用量10.5t，获得熔炼渣18.5t，渣CaO：SiO2=1.15，SiO2：Al2O3=1.8，熔点≤1500℃，1500℃时粘度≤1Pa•s；获得铁水6.38t，含铁93%；
S4：电炉炼钢：
废钢3.19t（废钢：铁水=0.5：1），废钢预热600℃左右，然后将步骤S3获得的铁水和预热后的废钢共计9.57t加入电炉中进行冶炼，电炉为废钢冶炼电弧炉，冶炼温度1650℃，冶炼过程中配入0.17t石灰石、白云石造渣，吹氧470Nm3，制得钢水8.74t，钢渣0.39t（碱度=2.8），电炉耗电205kWh，合计吨钢电耗24kWh。
实施例3
一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，步骤同实施例1，区别在于：
S2、干燥后高铁赤泥中含水量为10%；
S3、熔炼：
S3-1、熔炼炉中富氧浓度55%，熔炼温度为1500℃；
S3-2、熔炼过程中加入块煤进行还原，块煤用量5.72t，通过喷枪向铁水中喷入燃料，燃料为煤粉，用量7.75t；
S3-3、熔炼过程中加入石英砂和石灰石进行造渣，石英砂用量5.22t，石灰石用量15.53t，获得熔炼渣27.2t，渣CaO：SiO2=1.3，SiO2：Al2O3=2.0，熔点≤1500℃，1500℃时粘度≤1Pa•s；获得铁水6.57t，含铁93%；
S4：电炉炼钢：
废钢9.85t（废钢：铁水=1.5：1），废钢预热600℃左右，然后将步骤S3获得的铁水和预热后的废钢共计16.42t加入电炉中进行冶炼，电炉为废钢冶炼电弧炉，冶炼温度1650℃，冶炼过程中配入0.29t石灰石、白云石造渣，吹氧510Nm3，制得钢水15.19t，钢渣0.62t（碱度=3.5），电炉耗电2687kWh，合计吨钢电耗177kWh。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将氧化铝提取车间产生的赤泥浆液经管道泵送至冶炼车间原料仓，赤泥浆液经压滤后得到高铁赤泥，高铁赤泥中铁元素含量≥25wt%，TiO2的含量≤10wt%；高铁赤泥送入仓内暂存，压滤后获得的滤液重新返回氧化铝提取车间；
S2、将步骤S1制得的高铁赤泥干燥脱水，直至高铁赤泥中含水量为7%~10%；
S3、熔炼：
S3-1、采用带有侧吹或者底吹功能的富氧熔池熔炼炉对高铁赤泥进行熔炼，熔炼炉中富氧浓度≥40%，熔炼温度为1450-1550℃；
S3-2、熔炼过程中从炉顶加入还原剂进行还原反应，同时通过喷枪向铁水中喷入燃料，通过氧量控制喷枪出口烟气CO:CO2的体积比≥70%，确保熔炼炉中足够的还原性气氛；熔炼过程中加入熔剂进行造渣，熔剂采用富硅的有色冶炼渣、石英砂和石灰石，渣型为CaO-SiO2-MgO-Al2O3-TiO2五元渣系，通过配料控制渣CaO：SiO2=1.0-1.3，SiO2：Al2O3=1.5-2.0，熔点≤1500℃，1500℃时粘度≤1Pa•s；
S3-3 熔炼得到铁水、熔渣和烟气，熔渣通过水碎后作为建材原料，铁水作为电炉炼钢原料，烟气经余热回收、收尘、脱硫后外排；
S4：电炉炼钢：
废钢预热至600℃以上，然后将步骤S3获得的铁水和预热后的废钢加入电炉中进行冶炼，废钢与铁水的质量比为0.5~1.5，冶炼温度为1650±10℃，冶炼过程中配入石灰石和白云石造渣，电炉渣中CaO与SiO2的质量比为2.8-3.5；电炉冶炼得到的钢水浇铸后得到钢坯，电炉渣返回至熔炼炉。
2.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：在所述步骤S2中，高铁赤泥干燥脱水采用蒸汽干燥方式或者回转窑干燥方式。
3.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：所述步骤S3-2中，在炉顶布置用于防止熔炼过程中泡沫渣产生的还原剂仓。
4.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：所述步骤S3-2中，所述还原剂为块煤、焦粒中的一种或者两种，所述燃料为煤粉或者天然气。
5.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：所述步骤S3中，熔炼烟气经二次燃烧后回收余热，二次燃烧温度1500-1600℃，烟气干基含氧量为6%-10%。
6.根据权利要求5所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：余热回收采用膜式壁锅炉，锅炉出口温度为200±20℃，锅炉收集的烟尘重新返回至熔炼配料。
7.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：在所述步骤S4中，废钢为经破碎分选后的轻薄废钢，或者为切割或者打包的中重型废钢。
8.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：在所述步骤S4中，电炉为废钢冶炼电弧炉。
9.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：在所述步骤S4中，废钢预热采用电炉烟气进行预热，或者采用烤包装置进行预热。
10.根据权利要求1所述的一种高铁赤泥和废钢协同利用的方法，其特征在于：在所述步骤S4中，电炉烟灰采用回转窑或者转底炉经高温还原挥发回收氧化锌，还原剂采用焦粉或者无烟煤，每吨烟灰中配入300-500kg还原剂，还原挥发温度为1200℃，提锌后的残渣重新送往熔炼配料。
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