CN114672607B - 一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法 - Google Patents

一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，包括以下步骤：步骤S001：采集入炉废钢及钢液的重量和造渣料的元素含量；然后确定终点目标钢种的成分及终点转炉渣的目标碱度；步骤S002：根据获得的入炉料参数及终点目标参数，基于物料平衡及热平衡，计算转炉倒渣量及所需要喷粉工艺参数；步骤S003：当转炉开始摇炉倒渣，启动喷粉装置，喷粉装置的中心管喷吹碳粉和载气，外侧环缝喷吹氧气，同时在喷粉装置出口自动点火，产生的高温还原性火焰和过剩碳粉形成的火焰粉气流同时射向渣流，进行转炉倒渣在线还原氧化铁；步骤S004：当喷粉量达到计算值时，或渣流宽度过小时，喷粉装置均停止喷粉，在线喷粉结束。

Description

一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法
技术领域
本发明涉及废弃物再资源化利用技术领域，具体涉及一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法。
背景技术
转炉炼钢过程会产生大量的炉渣，在转炉炼钢过程中，每吨钢产生的转炉渣大约为110 kg，全国每年转炉的粗钢产量为7.5亿吨，大约产生七千万至八千万吨转炉渣。转炉渣作为转炉炼钢产生的副产品，主要包括被侵蚀的炉衬材料、废钢带入的杂质、造渣剂产生的非金属化合物、铁单质、炉内化学反应产生的FeO等金属化合物。转炉渣作为冶金工业的废弃物，国内难以对其进行回收利用，这些转炉渣形成难以处理且污染环境的废弃物。
一般情况，转炉渣中含有的金属铁约2%-10%，渣中的氧化铁含量约20%-40%，而转炉双渣冶炼工艺的首次倒渣，渣中氧化铁含量甚至高达50%。一般来说，国内外大部分钢铁企业都是将热态转炉渣进行各种不同的冷却处理后进行破碎-筛分-磁选加工，提取炉渣中的金属铁后，再加以回收利用。但是转炉渣中仍有约1200万吨的铁元素未被回收再利用，这对于优质铁矿资源比较贫乏的我国来说，是一种巨大的浪费。而且，转炉炼钢过程在双渣工艺第一次倒出的炉渣温度为1370-1460℃，拉碳过程倒出的炉渣温度大于1600℃，而这部分倒出炉渣的只能在渣罐中自然冷却或者水冷后运到下一步工序，此过程中炉渣的热能在现阶段没有较好的回收利用手段，基本都被浪费。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，用于克服上述问题或者至少部分地解决或缓解上述问题。
一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，包括以下步骤：
步骤S001：采集入炉废钢及钢液的重量和造渣料的元素含量；然后确定终点目标钢种的成分及终点转炉渣的目标碱度；
步骤S002：根据获得的入炉料参数及终点目标参数，基于物料平衡及热平衡，计算转炉倒渣量及所需要喷粉工艺参数；其中入炉料参数包括铁水重量Mi，废钢重量Ms，铁水硅含量ωi(Si)，废钢硅含量ωs(Si)，铁水锰含量ωi(Mn)，废钢锰含量为ωs(Mn)；目标参数包括终点钢水重量为Mf，终点钢水硅含量ωf(Si)，终点钢水锰含量ωf(Mn)，终点钢水氧化铁含量ωf(FeO)，终点渣碱度R；其他参数包括：倒渣比为η，石灰消耗量M1，石灰中CaO含量ω(CaO)，轻烧白云石配比为ξ，轻烧白云石消耗量为M2，
则计算可得：M1=R·(Mi·ωi(Si)+ Ms·ωs(Si)- Mf·ωf(Si))/ω(CaO)，M2=(Mi+Ms)·ξ，原料中硅进入渣中的重量为M3=2.14×（Mi·ωi(Si)+ Ms·ωs(Si)- Mf·ωf(Si)），原料中锰进入渣中的重量为M4=1.29×（Mi·ωi(Mn)+ Ms·ωs(Mn)- Mf·ωf(Mn)），渣中氧化铁含量为ωf(FeO)，倒渣量为Q=（M1+M2+M3+M4+Q·ωf(FeO)）×η，进而求得喷粉量Mp= Q·ωf(FeO)/6，粉剂喷吹速度为νp，载气γ喷吹速度为νa=νp/(1.25τ)，则环缝氧气的流量为νO2=1.33νp·γ。其中τ取1-20，γ取0.5-1，η为经验值取10-50%，ξ为经验值取1-3%；
步骤S003：当转炉开始摇炉倒渣，启动喷粉装置，喷粉装置的中心喷吹碳粉和载气，外侧喷吹氧气，同时在喷粉装置出口自动点火，产生的高温还原性火焰和过剩碳粉形成的火焰粉气流同时射向渣流，进行转炉倒渣在线还原氧化铁；
步骤S004：当喷粉量达到计算值时，或渣流宽度过小时，喷粉装置均停止喷粉，在线喷粉结束。
本发明还具有以下可选特征。
可选地，在步骤S003中，利用红外测量仪测量热态渣流的宽度，渣流的宽度增加至200mm时，启动喷粉装置。
可选地，在步骤S003中，在倒渣过程，随着渣流宽度的变化，所述喷粉装置自动调节出口与渣流的距离，使火焰粉气流与渣流接触时的宽度相同。
可选地，喷粉装置喷吹的碳粉与氧气的质量比，即粉气比τ取1~20；环缝喷吹氧气过剩比γ为0.5~1。
可选地，在步骤S004中，当渣流宽度小于200mm时，喷粉装置均停止喷粉，中心孔载气不变，环缝切换为氮气，五秒后停止喷吹所有气体，在线喷粉结束。
可选地，所述喷粉装置通过行走小车吊装在炉前平台的正下方，所述喷粉装置采用外部为环缝管内部为中心管的双重套管结构，其后端为中心管入口，中部设置有环缝管入口，前端的内部为中心管出口，中心管出口的外侧为环缝管出口。
可选地，所述喷粉装置的前端由圆管过渡扩展为扁长形，其端口向下倾斜。
可选地，所述喷粉装置的出口设有自动点火装置。
本发明的转炉倒渣在线还原氧化铁的方法通过在转炉倒渣过程在线喷粉还原流渣中氧化铁，在不影响原工艺进程的情况下，充分利用液态转炉渣的热能，以廉价的碳粉，将转炉废弃渣中的氧化铁转变为金属铁，可使渣中金属铁含量增加10%-40%，为后续磁选工艺提高金属铁的回收率，提升了回收经济效益，减少了转炉废弃渣的排放量，降低了环境污染程度。
附图说明
图1为本发明的转炉倒渣在线喷粉结构示意图；
图2为图1中的喷粉装置的结构示意图。
其中：1、转炉；2、行走小车；3、钢液；4、渣流；5、炉前平台；6、喷粉装置；601、中心管入口；602、环缝管入口；603、中心管入口；604、环缝管出口；7、火焰粉气流。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
参考图1，本发明的实施例提出一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，包括以下步骤：步骤S001：采集入炉废钢及钢液3的重量和造渣料的元素含量；然后确定终点目标钢种的成分及终点转炉渣的目标碱度；步骤S002：根据获得的入炉料参数及终点目标参数，基于物料平衡及热平衡，计算转炉倒渣量及所需要喷粉工艺参数；步骤S003：当转炉1开始摇炉倒渣，启动喷粉装置6，喷粉装置6的中心喷吹碳粉和载气，外侧喷吹氧气，同时在喷粉装置6出口自动点火，产生的高温还原性火焰和过剩碳粉形成的火焰粉气流7同时射向渣流4，进行转炉倒渣在线还原氧化铁；步骤S004：当喷粉量达到计算值时，或渣流4宽度过小时，喷粉装置6均停止喷粉，在线喷粉结束。
现在以一个具体实施例进行说明：本在步骤S001中，采集到的转炉1为100t转炉，装入铁水97t，废钢13t，铁水硅含量为0.50%，铁水锰含量为0.40%，废钢硅含量为0.20%，废钢中锰含量为0.20%，石灰的有效氧化钙含量为83%，轻烧白云石中W(CaO)=49%，W(MgO)=37%；吹炼工艺选择单渣工艺，吹炼终点进行测温取样，倒出多余炉渣便于出钢，倒渣比取0.4， 终点锰含量为0.10%，终点刚水量为100t，终点渣碱度R=3.2。在步骤S002中，根据物料平衡及热平衡，计算出转炉1的总渣量10.3吨，W(FeO)=23.4%，终点倒渣量为4.12吨，则喷粉工艺参数为：中心载气选择氮气，流量为1000 Nm3/h，中心碳粉喷吹速率为100kg/min，环缝氧气流量为240 Nm3/h；在步骤S003中，转炉1吹炼至终点，开始摇炉倒渣，随着转炉1倾角变化，渣流4的宽度增加，喷粉装置6开始以设定参数喷吹，同时在出口点火，产生的高温还原性火焰及碳粉形成的火焰粉气流7喷至渣流4，喷出的碳粉、火焰与渣流接触时，粉剂与渣流最大程度的混合，在下落过程及渣罐中发生还原反应，渣中氧化铁生成金属铁，在步骤S004中，1.5min后，渣流4的宽度减小，喷粉量达到150kg，喷粉装置6停止喷粉。处理后的炉渣中金属铁增加749kg，后续磁选工艺金属铁的回收率提高了6.0%，回收经济效益增加了21元/吨钢，减少转炉废弃渣的排放量963kg，降低了环境污染程度。
实施例2
在实施例1的基础上，进一步，在步骤S003中，利用红外测量仪测量热态渣流4的宽度，渣流4的宽度增加至200mm时，启动喷粉装置6。
喷粉装置6的喷粉宽度至少为200mm，为避免火焰粉气流7被浪费，应使火焰粉气流7大部分射向渣流4，因此只有等渣流4的宽度增加至200mm时才启动喷粉装置6。
实施例3
在实施例1或2的基础上，进一步，在步骤S003中，在倒渣过程，随着渣流4宽度的变化，所述喷粉装置6自动调节出口与渣流4的距离，使火焰粉气流7与渣流4接触时的宽度相同。
随着摇炉角度的变化，渣流4宽度发生变化，则喷粉装置6向前后移动0.1-1.0米，喷出的碳粉、火焰与渣流4接触时，当二者的宽度相同时，即可保证粉剂与渣流4最大程度的混合，保证碳粉与转炉渣中氧化铁的还原反应充分进行。
实施例4
在实施例1或3的基础上，进一步，在步骤S003中，喷粉装置6喷吹的碳粉与氧气的质量比，即粉气比τ取1~20；环缝喷吹氧气过剩比γ为0.5~1。
喷粉装置6控制喷吹的碳粉与氧气的质量比，使碳粉与氧气燃烧生成一氧化碳的高温还原性火焰。
实施例5
在实施例1或4的基础上，进一步，在步骤S004中，当渣流4宽度小于200mm时，喷粉装置6停止喷粉，中心孔载气不变，环缝切换为氮气，五秒后停止喷吹所有气体，在线喷粉结束。
喷粉装置6的喷粉宽度至少为200mm，当渣流4宽度小于200mm时，为避免火焰粉气流7被浪费，喷粉装置6停止喷粉，环缝切换为氮气，避免产生不必要的氧化反应，五秒后喷粉装置6冷却到一定程度后，停止喷吹所有气体，在线喷粉结束。
实施例6
参考图1和图2，在以上任一项实施例的基础上，所述喷粉装置6通过行走小车2吊装在炉前平台5的正下方，所述喷粉装置6采用外部为环缝管内部为中心管的双重套管结构，其后端为中心管入口601，中部设置有环缝管入口602，前端的内部为中心管出口603，中心管出口603的外侧为环缝管出口604。
喷粉装置6设置在炉前平台5的正下方，距平台前沿0.2m，转炉1倒渣时喷粉装置6的出口距转炉1炉口1.6米，喷粉装置6启动时，从中心管入口601通入的煤粉和载气从中心管出口603喷出，从环缝管入口602通入氧气从环缝管出口604喷出。随着摇炉角度的变化，渣流4宽度发生变化，则喷吹装置6通过行走小车2向前后移动0.1-1.0米，确保喷出的碳粉、火焰与渣流接触时，二者的宽度相同，保证粉剂与渣流最大程度的混合，
实施例7
参考图1和图2，在实施例6的基础上，所述喷粉装置6的前端由圆管过渡扩展为扁长形，其端口向下倾斜。
喷粉装置6的圆形管道部位直径为50mm，圆形管道部位沿正前方并向下倾斜45º角，渐变长度为200mm，双重套管出口处的中心管出口603长为100mm，宽为2mm，壁厚为2mm，环缝管出口604处的环缝宽度为1mm。喷粉装置6的前端的扩展结构使得喷出的粉气流及火焰的宽度逐渐增大，斜向下的倾角使得形成的火焰粉气流7方向斜向下与渣流4下落的方向趋于同向，避免改变渣流4方向影响倒渣。
实施例8
在实施例6的基础上，所述喷粉装置6的出口设有自动点火装置。
自动点火装置可以对煤粉的燃烧进行快速控制，确保还原性火焰的快速产生，同时还可保证施工安全。
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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.一种转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S001：采集入炉废钢及钢液（3）的重量和造渣料的元素含量；然后确定终点目标钢种的成分及终点转炉渣的目标碱度；
步骤S002：根据获得的入炉料参数及终点目标参数，基于物料平衡及热平衡，计算转炉倒渣量及所需要喷粉工艺参数；入炉料参数包括：铁水重量Mi，废钢重量Ms，铁水硅含量ωi(Si)，废钢硅含量ωs(Si)，铁水锰含量ωi(Mn)，废钢锰含量为ωs(Mn)；目标参数包括：终点钢水重量为Mf，终点钢水硅含量ωf(Si)，终点钢水锰含量ωf(Mn)，终点钢水氧化铁含量ωf(FeO)，终点渣碱度R；倒渣比为η，石灰消耗量M1，石灰中CaO含量ω(CaO)，轻烧白云石配比为ξ，轻烧白云石消耗量为M2；
则M1=R·(Mi·ωi(Si)+ Ms·ωs(Si)- Mf·ωf(Si))/ω(CaO)，M2=(Mi+Ms)·ξ，原料中硅进入渣中的重量为M3=2.14×（Mi·ωi(Si)+ Ms·ωs(Si)- Mf·ωf(Si)），原料锰进入渣中的重量为M4=1.29×（Mi·ωi(Mn)+ Ms·ωs(Mn)- Mf·ωf(Mn)），渣中氧化铁含量为ωf(FeO)，倒渣量为Q=（M1+M2+M3+M4+Q·ωf(FeO)）×η，进而求得喷粉量Mp= Q·ωf(FeO)/6，粉剂喷吹速度为νp，粉气比为τ，载气γ喷吹速度为νa=νp/(1.25τ)，则环缝氧气的流量为νO2=1.33νp·γ，γ为过剩比；
步骤S003：当转炉（1）开始摇炉倒渣，启动喷粉装置（6），喷粉装置（6）的中心喷吹碳粉和载气，外侧喷吹氧气，同时在喷粉装置（6）出口自动点火，产生的高温还原性火焰和过剩碳粉形成的火焰粉气流（7）同时射向渣流（4），进行转炉倒渣在线还原氧化铁；
步骤S004：当喷粉量达到计算值时，或渣流（4）宽度过小时，喷粉装置（6）均停止喷粉，在线喷粉结束；
所述喷粉装置（6）通过行走小车（2）吊装在炉前平台（5）的正下方，所述喷粉装置（6）采用外部为环缝管内部为中心管的双重套管结构，其后端为中心管入口（601），中部设置有环缝管入口（602），前端的内部为中心管出口（603），中心管出口（603）的外侧为环缝管出口（604）；所述喷粉装置（6）的前端由圆管过渡扩展为扁长形，其端口向下倾斜；所述喷粉装置（6）的出口设有自动点火装置。
2.根据权利要求1所述的转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，其特征在于，在步骤S003中，利用红外测量仪测量热态渣流（4）的宽度，渣流（4）的宽度增加至200mm时，启动喷粉装置（6）。
3.根据权利要求1所述的转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，其特征在于，在步骤S003中，在倒渣过程，随着渣流（4）宽度的变化，所述喷粉装置（6）自动调节出口与渣流（4）的距离，使火焰粉气流（7）与渣流（4）接触时的宽度相同。
4.根据权利要求1所述的转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，其特征在于，在步骤S003中，喷粉装置（6）喷吹的碳粉与氧气的质量比，即粉气比τ取1-20；环缝喷吹氧气过剩比γ为0.5-1。
5.根据权利要求1所述的转炉倒渣在线还原氧化铁的方法，其特征在于，在步骤S004中，当渣流（4）宽度小于200mm时，喷粉装置（6）均停止喷粉，中心孔载气不变，环缝切换为氮气，五秒后停止喷吹所有气体，在线喷粉结束。
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