CN114854924A - 高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置，包括如下步骤：将高磷铁矿、还原剂和熔剂按照预设比例进行配料混合处理，得到均匀的混合物料；将混合物料加入至电热还原炉中，在1450℃～1650℃的熔炼温度下对混合物料进行还原熔炼处理，得到高磷铁水、炉渣和熔炼烟气；将高磷铁水送入脱磷炉中，向脱磷炉内加入冷却剂和脱磷剂，并通过浸没式喷枪向高磷铁水中吹入氧化性气体，对高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和脱磷烟气。利用本发明能够解决现有高磷铁矿制备低磷铁水的技术存在除磷效果不佳、工业成本高、周期长、达不到钢铁生产要求环境污染严重等问题。

Description

高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，更为具体地，涉及一种高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置。
背景技术
我国己探明的铁矿资源中高磷铁矿储量丰富，具有很大的开发潜力。但该矿的矿物组成较为复杂，多种矿物紧密共生，铁磷分离困难。采用传统高炉炼铁方法，铁水中的磷含量将高于1.0％，转炉难以冶炼如此高P含量的铁水，所以目前国内现存的大量铁矿资源不能得以有效利用。
目前高磷铁矿脱磷的方法有选矿法、化学法、微生物法及还原法等，单一的选矿方法除磷效果不佳，且工业成本高；化学法产生废水污染环境，且影响铁的回收；微生物法周期长，达不到钢铁生产要求；直接还原(气基或煤基还原)+磨选、直接还原+熔分、熔融还原等方法存在工艺流程长、能耗高、环境污染严重等问题。迄今为止，高磷铁矿未实现大规模应用。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高磷铁矿制备低磷铁水的方法及冶炼装置，以解决目前的现有高磷铁矿制备低磷铁水的技术存在除磷效果不佳、工业成本高、周期长、达不到钢铁生产要求环境污染严重等问题。
本发明提供一种高磷铁矿制备低磷铁水的方法，包括如下步骤：
将高磷铁矿、还原剂和熔剂按照预设比例进行配料混合处理，得到均匀的混合物料；
将所述混合物料加入至电热还原炉中，在1450℃～1650℃的熔炼温度下对所述混合物料进行还原熔炼处理，得到高磷铁水、炉渣和熔炼烟气；
将所述高磷铁水送入脱磷炉中，向所述脱磷炉内加入冷却剂和脱磷剂，并通过浸没式喷枪向所述高磷铁水中吹入氧化性气体，对所述高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和脱磷烟气；其中，所述含磷炉渣中的二元碱度为2.5～5.0。
此外，优选的方案是，所述方法还包括：
将所述熔炼烟气和所述脱磷烟气均进行二次燃烧处理，得到燃烧烟气；
将所述燃烧烟气进行余热回收处理，得到回收烟气；
将所述回收烟气进行净化收尘处理，得到净化烟气和烟尘；
将所述净化烟尘作为氧化性气体通入所述脱磷炉内的高磷铁水中。
此外，优选的方案是，所述还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、天然气、碳粉和焦炭中的一种或按照任意比例混合的几种；和/或，
所述熔剂为石灰石、白云石和石灰中的一种或按照任意比例混合的几种；
和/或，所述高磷铁矿、所述还原剂和所述熔剂的粒度均为2～5cm。
此外，优选的方案是，所述还原剂中的碳为所述高磷铁矿中还原有价金属所需碳的1.0～1.2倍；和/或，所述混合物料的二元碱度为1.0～2.0。
此外，优选的方案是，所述脱磷剂为石灰或轻烧白云石；和/或，
所述冷却剂为废钢、烧结矿、块矿、氧化铁皮中的一种或按照任意比例混合的几种。
此外，优选的方案是，所述富氧空气中的氧气浓度为40％～99.5％；和/或，
所述氧化性气体通过侧吹或侧底复吹的方式喷入所述高磷铁水中。
此外，优选的方案是，所述冷却剂从所述脱磷炉的炉顶加入；和/或，
所述脱磷剂从所述脱磷炉的炉顶加入或采用氧化性气体作为载气喷吹进入所述脱磷炉内。
本发明提供的高磷铁矿制备低磷铁水的装置，包括电热还原炉、脱磷炉和浸没式喷枪；其中，
在所述电热还原炉的顶部分别设置有原料入口和熔炼烟气出口；在所述电热还原炉的内部设置有加热电极；在所述电热还原炉的侧壁上设置有熔炼区放渣口，在所述述电热还原炉的下部的侧壁上设置有熔炼区放铁口；
在所述脱磷炉的顶部分别设置有进料口和脱磷烟气出口；在所述脱磷炉的侧壁上设置有高磷铁水入口；在所述脱磷炉的与所述高磷铁水入口相对的侧壁上设置有脱磷区放渣口；在所述脱磷炉的下部的侧壁上设置有脱磷区放铁口；
所述浸没式喷枪的喷出口设置在所述脱磷炉的内部；
所述电热还原炉的熔炼区放铁口与所述脱磷炉的高磷铁水入口通过物料输送装置连通。
此外，优选的方案是，还包括高温烟气处理装置；其中，
所述高温烟气处理装置包括分别与所述熔炼烟气出口和所述脱磷烟气出口连接的二次燃烧装置、与所述二次燃烧装置连接的余热回收发电装置和与所述余热回收发电装置连接的净化收尘装置；
所述净化收尘装置的净化烟气出口与所述浸没式喷枪的进料口连接。
此外，优选的方案是，所述物料输送装置为溜槽。
从上面的技术方案可知，本发明提供的高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置，通过将高磷铁矿、还原剂及熔剂在电热还原炉内进行还原熔炼获得高磷铁水，高磷铁水送入脱磷炉内，加入脱磷剂及冷却剂，并采用浸没式喷枪向所述高磷铁水中吹入氧化性气体，对高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水和含磷炉渣，进而实现铁、磷元素的高效分离与富集。本发明提供的方法无需预处理工序，具有投资成本低、工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好等优点。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的高磷铁矿制备低磷铁水的方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的高磷铁矿制备低磷铁水的方法的工艺框图；
图3为根据本发明实施例的高磷铁矿制备低磷铁水的装置的结构示意图。
在附图中，1-电热还原炉，11-原料入口，12-熔炼烟气出口，13-加热电极，14-熔炼区放渣口，15-熔炼区放铁口，2-脱磷炉，21-进料口，22-脱磷烟气出口，23-高磷铁水入口，24-脱磷区放渣口，25-脱磷区放铁口，3-浸没式喷枪，4-物料输送装置，5-二次燃烧装置，6-余热回收发电装置，7-净化收尘装置。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的目前的现有高磷铁矿制备低磷铁水的技术存在除磷效果不佳、工业成本高、周期长、达不到钢铁生产要求环境污染严重等问题，提出了一种高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，图1示出了根据本发明实施例的高磷铁矿制备低磷铁水的方法的流程，图2示出了根据本发明实施例的高磷铁矿制备低磷铁水的方法的工艺；图3示出了根据本发明实施例的高磷铁矿制备低磷铁水的装置的结构。
如图1至图3共同所示，本发明提供的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，包括如下步骤：
S1、将高磷铁矿、还原剂和熔剂按照预设比例进行配料混合处理，得到均匀的混合物料；
S2、将混合物料加入至电热还原炉1中，在1450℃～1650℃的熔炼温度下对混合物料进行还原熔炼处理，得到高磷铁水、炉渣和熔炼烟气；
S3、将高磷铁水送入脱磷炉2中，向脱磷炉2内加入冷却剂和脱磷剂，并通过浸没式喷枪3向高磷铁水中吹入氧化性气体，对高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和脱磷烟气；其中，含磷炉渣中的二元碱度为2.5～5.0。
通过将高磷铁矿、还原剂及熔剂在电热还原炉1内进行还原熔炼获得高磷铁水，高磷铁水送入脱磷炉2内，加入脱磷剂及冷却剂，并采用浸没式喷枪3向高磷铁水中吹入氧化性气体，对高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水和含磷炉渣，进而实现铁、磷元素的高效分离与富集。本发明提供的方法无需预处理工序，具有投资成本低、工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好等优点。
作为本发明的一个优选实施例，还包括：
将熔炼烟气和脱磷烟气均进行二次燃烧处理，得到燃烧烟气；
将燃烧烟气进行余热回收处理，得到回收烟气；
将回收烟气进行净化收尘处理，得到净化烟气和烟尘；
将净化烟尘作为氧化性气体通入脱磷炉内的高磷铁水中。
对熔炼烟气及脱磷烟气一同在二次燃烧室燃尽后进入余热锅炉发电，经余热锅炉处理后的烟气再经净化收尘处理，得到净化烟气，将净化烟气通过浸入式喷枪喷入脱磷炉内对铁水进行脱磷，以代替部分氧化性气体的使用。达到降低污染以及降低成本的目的。
作为本发明的一个优选实施例，还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、天然气、碳粉和焦炭中的一种或按照任意比例混合的几种；和/或，
熔剂为石灰石、白云石和石灰中的一种或按照任意比例混合的几种；
和/或，高磷铁矿、所述还原剂和熔剂的粒度均为2～5cm。
作为本发明的一个优选实施例，还原剂中的碳为高磷铁矿中还原有价金属所需碳的1.0～1.2倍；和/或，混合物料的二元碱度为1.0～2.0。
作为本发明的一个优选实施例，脱磷剂为石灰或轻烧白云石；和/或，
冷却剂为废钢、烧结矿、块矿、氧化铁皮中的一种或按照任意比例混合的几种。
作为本发明的一个优选实施例，富氧空气中的氧气浓度为40％～99.5％；和/或，氧化性气体通过侧吹或侧底复吹的方式喷入高磷铁水中。
作为本发明的一个优选实施例，冷却剂从脱磷炉的炉顶加入；和/或，
脱磷剂从脱磷炉的炉顶加入或采用氧化性气体作为载气喷吹进入所述脱磷炉内。
在电热还原熔炼过程中：将高磷铁矿、还原剂及熔剂按照冶金计算进行配料，预混合物料从顶部加入电热还原炉1中进行还原熔炼过程，熔炼温度为1450℃～1650℃，经熔炼后得到高磷铁水及炉渣，熔炼时间为0.5～3小时；其中，95％以上的铁还原为金属态；炉渣由熔炼区放渣口流出，高磷铁水由熔炼区放铁口放出，产生的烟气由熔炼区烟气出口排出。
还原剂与高磷铁矿的配比调整为配炭比为0.8～1.3，炉内较高的温度以及较强的还原氛围加快了高磷铁矿熔化、还原及渣铁分离过程的进行。在高磷铁矿还原熔炼过程中，由于铁磷紧密结合，不仅铁氧化物被还原，磷氧化物也将被还原，少部分磷进入气相及渣相，大部分磷进入铁相，经电热还原熔炼后获得高磷铁水。采用电热还原炉可以更灵活地控制还原温度，根据炉料的性质升高或降低温度，保证还原过程顺利进行
在富氧喷吹脱磷过程中：将高磷铁水送入脱磷炉2中，加入冷却剂及脱磷剂，控制炉渣的二元碱度为2.5～5.0，通过浸没式喷枪3向铁水中吹入氧化性气体进行脱磷；经脱磷处理后，得到低磷铁水及含磷炉渣，炉渣、低磷铁水及烟气分别由脱磷区放渣口、脱磷区放铁口、脱磷区烟气出口放出。
高磷铁水通过溜槽通入脱磷炉中，通过浸没式侧吹喷枪或侧底复吹喷枪将氧化性气体直接喷入铁水中，氧化性气体在铁水中上浮时与铁水中的磷发生氧化反应，生成的磷氧化物随气体上浮至渣面并被脱磷剂固定在渣层中，进而实现铁水脱磷。此外气体上浮的过程中可搅动熔池，强化熔池的传质速率，使脱磷过程快速进行。相对于气体顶吹及底吹，气体以侧吹方式进入熔池能够更加均匀地搅动熔池。由于脱磷的有力条件是低温、高碱度及高氧化，因此在脱磷过程中，通过加入冷却剂降低铁水温度，加入脱磷剂调整炉渣成分，控制终点渣的二元碱度为2.5～5.0，(FeO)为5～20％，利于脱磷过程的进行。脱磷区产生的烟气与熔炼区产生的烟气经二次燃烧、余热发电、净化收尘处理后，得到以氧化性气体为主的净化烟气，将净化烟气通过浸入式喷枪返回脱磷炉内对铁水进行脱磷，以代替部分氧化性气体的使用。为进一步提高低磷铁水的质量，可根据实际情况对铁水进行脱硫处理，获得合格的炼钢原料后送炼钢车间。
本发明提供的高磷铁矿制备低磷铁水的装置，包括电热还原炉1、脱磷炉2和浸没式喷枪3；其中，
在电热还原炉1的顶部分别设置有原料入口11和熔炼烟气出口12；在电热还原炉1的内部设置有加热电极13；在电热还原炉1的侧壁上设置有熔炼区放渣口14，在电热还原炉1的下部的侧壁上设置有熔炼区放铁口15；
在脱磷炉2的顶部分别设置有进料口21和脱磷烟气出口22；在脱磷炉2的侧壁上设置有高磷铁水入口23；在脱磷炉2的与高磷铁水入口23相对的侧壁上设置有脱磷区放渣口24；在脱磷炉2的下部的侧壁上设置有脱磷区放铁口25；
浸没式喷枪3的喷出口设置在脱磷炉1的内部；
电热还原炉2的熔炼区放铁口15与脱磷炉2的高磷铁水入口23通过物料输送装置4连通。
通过将高磷铁矿、还原剂及熔剂在电热还原炉1内进行还原熔炼获得高磷铁水，高磷铁水送入脱磷炉2内，加入脱磷剂及冷却剂，并采用浸没式喷枪3向高磷铁水中吹入氧化性气体，对高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水和含磷炉渣，进而实现铁、磷元素的高效分离与富集。本发明提供的方法无需预处理工序，具有投资成本低、工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好等优点。
作为本发明的一个优选实施例，还包括高温烟气处理装置；其中，
高温烟气处理装置包括分别与熔炼烟气出口12和脱磷烟气出口22连接的二次燃烧装置5、与二次燃烧装置5连接的余热回收发电装置6和与余热回收发电装置6连接的净化收尘装置7；
净化收尘装置7的净化烟气出口与浸没式喷枪3的进料口连接。
通过高温烟气处理装置能够对熔炼烟气出口12和脱磷烟气出口22得到的烟气进行二次燃烧利用。
作为本发明的一个优选实施例，物料输送装置4为溜槽。
为了更好的对本发明提供的高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置进行说明，提供了如下的具体实施例。
1)原料准备及配料
将高磷铁矿、无烟煤、石灰破碎至粒度为2cm-5cm，根据配炭比为1.0，二元碱度为1.5进行配料混合均匀，通过皮带加入电热还原炉内。
2)电热还原熔炼
物料在电热还原入炉进行还原熔炼过程，熔炼温度为1500～1550℃，熔炼时间为1小时，经熔炼后得到磷含量为1.0％的高磷铁水及低磷炉渣；产生的渣由熔炼区放渣口流出，产生的铁水由熔炼区放铁口放出。
3)富氧射流脱磷
电热还原入炉中产生的铁水通过溜槽进入脱磷炉内，从炉顶加入脱磷剂及氧化剂来调整炉内熔池渣型和熔点，控制渣中二元碱度为3.0，渣中成分包括(FeO)10％、(MgO)<10％、(Al2O3)<10％、(CaO)与(SiO2)，氧气体积浓度约60％的富氧空气通过侧吹喷枪喷入脱磷炉内的铁水中，铁水经脱磷后得到磷含量为0.1％的低磷铁水及含磷炉渣；低磷铁水由脱磷区放铁口放出，供转炉炼钢使用；脱磷区烟气与熔炼区烟气一同在二次燃烧室燃尽后进入余热锅炉发电，经余热锅炉处理后的烟气再经净化收尘处理，得到净化烟气，将净化烟气通过浸入式喷枪喷入脱磷炉内对铁水进行脱磷，以代替部分氧化性气体的使用。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：配料过程中，根据配炭比为1.0，二元碱度为1.5进行配料。将物料送入电热还原炉中进行还原熔炼，熔炼温度为1450～1500℃，熔炼时间为2小时，经熔炼后得到磷含量为0.8％的高磷铁水。将高磷铁水送入脱磷炉中，加入脱磷剂及氧化剂，控制渣中二元碱度为2.5，渣中(FeO)含量为8％，将氧气体积浓度为50％的富氧空气通过侧底复吹方式喷入高磷铁水中，经脱磷处理后得到磷含量为0.1％低磷铁水及含磷炉渣。
实施例3
与实施例2的不同之处在于：在脱磷过程中，将氧气体积浓度约50％的富氧空气及二氧化碳的混合气体通过侧底复吹方式喷入高磷铁水中经脱磷处理。
通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置，通过将高磷铁矿、还原剂及熔剂在电热还原炉内进行还原熔炼获得高磷铁水，高磷铁水送入脱磷炉内，加入脱磷剂及冷却剂，并采用浸没式喷枪向所述高磷铁水中吹入氧化性气体，对高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水和含磷炉渣，进而实现铁、磷元素的高效分离与富集。本发明提供的方法无需预处理工序，具有投资成本低、工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好等优点。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的高磷铁矿制备低磷铁水的方法及装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种高磷铁矿制备低磷铁水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将高磷铁矿、还原剂和熔剂按照预设比例进行配料混合处理，得到均匀的混合物料；
将所述混合物料加入至电热还原炉中，在1450℃～1650℃的熔炼温度下对所述混合物料进行还原熔炼处理，得到高磷铁水、炉渣和熔炼烟气；
将所述高磷铁水送入脱磷炉中，向所述脱磷炉内加入冷却剂和脱磷剂，并通过浸没式喷枪向所述高磷铁水中吹入氧化性气体，对所述高磷铁水进行脱磷处理，得到低磷铁水、含磷炉渣和脱磷烟气；其中，所述含磷炉渣中的二元碱度为2.5～5.0。
2.根据权利要求1所述的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述熔炼烟气和所述脱磷烟气均进行二次燃烧处理，得到燃烧烟气；
将所述燃烧烟气进行余热回收处理，得到回收烟气；
将所述回收烟气进行净化收尘处理，得到净化烟气和烟尘；
将所述净化烟尘作为氧化性气体通入所述脱磷炉内的高磷铁水中。
3.根据权利要求1所述的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，其特征在于，
所述还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、天然气、碳粉和焦炭中的一种或按照任意比例混合的几种；和/或，
所述熔剂为石灰石、白云石和石灰中的一种或按照任意比例混合的几种；
和/或，所述高磷铁矿、所述还原剂和所述熔剂的粒度均为2～5cm。
4.根据权利要求3所述的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，其特征在于，
所述还原剂中的碳为所述高磷铁矿中还原有价金属所需碳的1.0～1.2倍；和/或，所述混合物料的二元碱度为1.0～2.0。
5.根据权利要求1所述的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，其特征在于，
所述脱磷剂为石灰或轻烧白云石；和/或，
所述冷却剂为废钢、烧结矿、块矿、氧化铁皮中的一种或按照任意比例混合的几种。
6.根据权利要求1所述的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，其特征在于，
所述富氧空气中的氧气浓度为40％～99.5％；和/或，
所述氧化性气体通过侧吹或侧底复吹的方式喷入所述高磷铁水中。
7.根据权利要求1所述的高磷铁矿制备低磷铁水的方法，其特征在于，
所述冷却剂从所述脱磷炉的炉顶加入；和/或，
所述脱磷剂从所述脱磷炉的炉顶加入或采用氧化性气体作为载气喷吹进入所述脱磷炉内。
8.一种用于权利要求1-7任意一项所述的高磷铁矿制备低磷铁水的方法的高磷铁矿制备低磷铁水的装置，其特征在于，包括电热还原炉、脱磷炉和浸没式喷枪；其中，
在所述电热还原炉的顶部分别设置有原料入口和熔炼烟气出口；在所述电热还原炉的内部设置有加热电极；在所述电热还原炉的侧壁上设置有熔炼区放渣口，在所述述电热还原炉的下部的侧壁上设置有熔炼区放铁口；
在所述脱磷炉的顶部分别设置有进料口和脱磷烟气出口；在所述脱磷炉的侧壁上设置有高磷铁水入口；在所述脱磷炉的与所述高磷铁水入口相对的侧壁上设置有脱磷区放渣口；在所述脱磷炉的下部的侧壁上设置有脱磷区放铁口；
所述浸没式喷枪的喷出口设置在所述脱磷炉的内部；
所述电热还原炉的熔炼区放铁口与所述脱磷炉的高磷铁水入口通过物料输送装置连通。
9.根据权利要求8所述的高磷铁矿制备低磷铁水的装置，其特征在于，还包括高温烟气处理装置；其中，
所述高温烟气处理装置包括分别与所述熔炼烟气出口和所述脱磷烟气出口连接的二次燃烧装置、与所述二次燃烧装置连接的余热回收发电装置和与所述余热回收发电装置连接的净化收尘装置；
所述净化收尘装置的净化烟气出口与所述浸没式喷枪的进料口连接。
10.根据权利要求8所述的高磷铁矿制备低磷铁水的装置，其特征在于，
所述物料输送装置为溜槽。
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