CN116024425A

CN116024425A - 一种lf精炼废渣的回收方法

Info

Publication number: CN116024425A
Application number: CN202211631078.4A
Authority: CN
Inventors: 邓必荣; 齐江华; 吴婷; 罗钢; 梁亮; 王海川; 陈振文; 刘彭
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT; Lysteel Co Ltd
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT; Lysteel Co Ltd
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2023-04-28

Abstract

本申请公开了一种LF精炼废渣的回收方法，包括提供LF炉的精炼废渣和铁水；出渣装料，将质量比为3～4:1的精炼废渣和铁水进行装料，精炼废渣的熔渣温度为1400℃～1450℃；插入电极，将正极插入铁水中，负极插入精炼废渣中；电场除硫，将电极正极和负极连接至脉冲可调电源上，施加一直流电压；精炼废渣回收，施加直流电压反应≤0.5小时后，得到硫含量降低的精炼废渣，以用于LF精炼。根据本申请实施例，通过将LF炉的精炼废渣和铁水装炉，基于硫在精炼废渣‑金属间迁移为电化学反应的机理，利用电场使精炼废渣中的硫定向迁移至铁水中，降低精炼废渣中的硫含量，实现精炼废渣的回收，在钢水的LF精炼中能够循环使用脱硫后的精炼废渣，降低成本；而含硫铁水也可进一步用于含硫钢的冶炼。

Description

一种LF精炼废渣的回收方法

技术领域

本申请属于冶金固废循环利用技术领域，尤其涉及一种LF精炼废渣的回收方法。

背景技术

2021年我国钢产量已经突破10亿吨，每吨刚约产生10kg～15kg精炼废渣，即每年精炼废渣的产量大概有1000万吨～1500万吨。精炼废渣用于筑路或生产水泥等处理方式，不仅污染环境，且利用价值极低，而回收精炼渣造球、作精炼钢造渣剂、制备保护渣等途径均因精炼废渣中硫含量较高而受到限制。因此，含硫精炼废渣的合理利用问题亟待解决。

由于硫在精炼废渣中的存在形式比较复杂，通过一般的氧化法和水热法很难将其去除，本申请欲对此做出改进。

发明内容

本申请实施例提供一种LF精炼废渣的回收方法，通过将LF炉的精炼废渣和铁水组合利用电场使硫定向迁移至铁水中，能够降低精炼废渣中硫的含量，使精炼废渣循环利用；具有除硫速度块、成本低，操作方便，并且不会带来二次污染的优点。

第一方面，本申请提供一种LF精炼废渣的回收方法，包括：

提供LF炉的精炼废渣和铁水；

装料熔渣，将质量比为3～4:1的精炼废渣和铁水进行装料，并在1400℃～1450℃的温度下熔渣；

插入电极，将正极插入铁水中，负极插入精炼废渣中；

电场除硫，将电极正极和负极连接至脉冲可调电源上，施加电压；

精炼废渣回收，施加直流电压反应≤0.5小时后，得到硫含量降低的精炼废渣，以用于LF精炼。

本申请实施例的LF精炼废渣的回收方法，通过将LF炉的精炼废渣和铁水装炉，基于硫在精炼废渣-金属间迁移为电化学反应的机理，利用电场使精炼废渣中的硫定向迁移至铁水中，降低精炼废渣中的硫含量，实现精炼废渣的回收，在钢水的LF精炼中能够循环使用脱硫后的精炼废渣，降低成本；而含硫铁水也可进一步用于含硫钢的冶炼。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的LF精炼废渣的回收方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的施加电场的装置示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如背景技术部分所述，精炼废渣中硫含量较高限制了LF精炼废渣的循环利用，实现精炼废渣的循环利用则必须解决渣中硫元素含量高的这个限制。目前去除精炼废渣中的硫主要有氧化法和水热法两种。传统的氧化法是在高温下通过向精炼废渣中通入一定量的O₂，通过氧化反应生成SO₂气体来达到去除S元素的目的，这种方法虽然可以得到较高的除硫率，但由于精炼渣生产空间的限制而难以实现，并且1300℃～1450℃的高温也很难保证。水热法即在处理过程中将精炼废渣中的S元素以S^2-形式进入浸出液中，与水解离出的H⁺结合先形成HS^-，而后进一步形成H₂S，最终达到将废渣中的硫浸出去除的目的。水热法具有在处理过程中浪费了大量的冷却水和钢渣热量，还造成二次污染的缺点。

发明人在对技术改进的过程中发现：

LF精炼熔渣是由金属阳离子和硅酸盐阴离子构成的复杂粒子溶液，而液态金属是由电子导电的非极性溶液，所以硫在废渣-金属间迁移为电化学反应过程，这为外加电场促进硫的迁移率提供理论依据。本申请据此提出以下技术方案：

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种LF精炼废渣的回收方法。下面首先对本申请实施例所提供的LF精炼废渣的回收方法进行介绍。

图1示出了本申请一个实施例提供的LF精炼废渣的回收方法的流程示意图。如图1所示，LF精炼废渣的回收方法包括：

S1、提供LF炉的精炼废渣和铁水；

S2、装料熔渣，将质量比为3～4:1的精炼废渣和铁水进行装料，并在1400℃～1450℃的温度下熔渣；

S3、插入电极，将正极插入铁水中，负极插入精炼废渣中；

S4、电场除硫，将电极正极和负极连接至脉冲可调电源上，施加电压；

S5、精炼废渣回收，施加直流电压反应≤0.5小时后，得到硫含量降低的精炼废渣，以用于LF精炼。

本申请实施例所提供的LF精炼废渣的回收方法，通过将LF炉的精炼废渣和铁水装炉，基于硫在精炼废渣-金属间迁移为电化学反应的机理，利用电场使精炼废渣中的硫定向迁移至铁水中，降低精炼废渣中的硫含量，实现精炼废渣的回收，在钢水的LF精炼中能够循环使用脱硫后的精炼废渣，降低成本；而含硫铁水也可进一步用于含硫钢的冶炼。

在一实施例中，提供LF炉的精炼废渣和铁水的步骤，LF炉的精炼废渣以质量百分比计，满足以下成分和含量要求：43.36％～44.97％CaO、22.48％～24.09％Al₂O₃、2％～12％MgO、20％～25％SiO₂、4％-6％F，其中CaO/Al₂O₃的比值为2.0～2.4。精炼废渣可使用LF精炼结束后的精炼废渣或者累积的精炼废渣。

在一实施例中，提供LF炉的精炼废渣和铁水的步骤，铁水的硫含量＜0.01wt％～0.10wt％，以避免产生硫的逆向迁移，即避免硫由铁水迁移至精炼废渣。其中，铁水的硫含量越低，硫的迁移率越高。铁水的硫含量优选0.01wt％。

在一实施例中，插入电极的步骤采用石墨电极，正极插入铁水的深度的1/2处，负极插入精炼废渣总深度的1/2～2/3处。

在一实施例中，脉冲可调电源能够提供直流电压或者交流电压。

在一实施例中，直流电压为2V～5V。

在一实施例中，电场除硫的步骤采用的电场强度为0.3v/cm～1v/cm，基于硫在精炼废渣-金(铁水)间迁移为电化学反应的机理，将电场强度控制在0.3v/cm～1v/cm，可促进精炼废渣中硫定向迁移至铁水中，提高除硫速率和除硫效率，从而实现精炼废渣的循环利用。

在一实施例中，精炼废渣回收利用的步骤，还包括：

施加直流电压反应≤0.5小时后，得到含硫钢水，以用于含硫钢材的冶炼。将施加直流电压的时间控制在0.5小时及以内，以避免提水中的硫元素回流至精炼废渣中。

下面通过具体的实施例来对本申请的技术方案进行详细解释。

S1、提供LF炉的精炼废渣和铁水；具体的，包括：

S11、提供LF炉精炼废渣，LF炉的精炼废渣1来自LF炉正常冶炼结束后得到的精炼废渣250g，以质量百分比计，精炼废渣包括以下含量的成分：44.97％CaO、22.48％～24.09％Al₂O₃、2％～12％MgO、20％～25％SiO₂、4％-6％F；其中，CaO/Al₂O₃的比值为2.0，熔渣中原始硫含量为0.55wt％。

表1熔渣的组分和含量(wt％)

组分	<![CDATA[CaO/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]>	<![CDATA[SiO<sub>2</sub>]]>	MgO	F	S
						含量	2.0	20	8	4	0.55

LF炉精炼废渣选自钢水经LF精炼后的热态精炼废渣。

S12、提供铁水，采用工业含碳铁块作为熔体，将熔体装入MgO坩埚中加热到1450℃得到40g铁水2，使用的含碳铁块各组分如下表2所示：

表2含碳铁块的组分和含量(wt％)

组分	Fe	Mn	C	Si	P	S
							含量	97.92	0.7094	0.12	1.14	0.09	0.01

当然，铁水也可以由炼钢工序直接提供。

S2、装料熔渣，如图2所示，将铁水和精炼结束后的热态精炼废渣先后装入渣罐3中，使铁水位于渣罐内的底部，精炼废渣位于铁水的上部，将渣罐内的温度加热至1450℃进行熔渣；

S3、插入电极，本实施例均采用石墨电极，将正极4插入铁水的1/2处，将负极5插入精炼废渣总深度的1/3处；

S4、电场除硫，将电极的正极和负极连接至脉冲可调电源6上，分别施加2V和4V的直流电压，使精炼废渣和铁水之间的电场强度分别达到0.5V/cm和0.8V/cm，以验证电压对硫元素迁移率的影响，电场强度以两电极之间的电压除以两电极之间的距离。如图2所示，反应0.5小时后，用石英管从精炼废渣的上层取出一些渣样，然后将渣样磨成粉末，使用碳硫分析仪进行硫含量的检测。在电化学反应前后精炼废渣中硫元素的含量如表3所示：

表3电化学反应前后精炼废渣中硫元素的含量(wt％)

施加电压	反应前	反应后	迁移率
				2V	0.55	0.33	40.0％
4V	0.55	0.29	47.3％

通过比较电化学迁移前后精炼废渣中硫元素含量的变化，施加4V电压时，精炼废渣中除硫率达到47％，采用本申请的精炼废渣的回收方法，操作简单，不需要抽真空，能实现精炼废渣除硫的目的。

当脉冲可调电源的电压增加到6V后，由于电压较高导致精炼废渣组分电解，从而结构和性能发生改变，硫含量没有降低。因此较为合适的施加电压为2V～4V。

S5、精炼废渣回收，将电化学反应后的精炼废渣用于LF炉精炼钢水，而得到的含硫钢水用于含硫钢冶炼。

本实施例所提供的LF精炼废渣的回收方法，所使用的的设备为渣罐及配套电极，不需要抽真空，操作简单且成本极低。该方法比湿法浸出、熔融态氧化法、固态高温氧化法三种除硫方法更加简洁方便，处理过程中不产生SO₂气体，不会造成环境污染。可兼顾精炼废渣大宗量与低成本处理的问题，可实现含硫精炼废渣的高效循环利用，带来巨大的经济效益。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种LF精炼废渣的回收方法，其特征在于，包括：

提供LF炉的精炼废渣和铁水；

插入电极，将正极插入铁水中，负极插入精炼废渣中；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供LF炉的精炼废渣和铁水的步骤，LF炉的精炼废渣以质量百分比计，满足以下成分和含量要求：43.36％～44.97％CaO、22.48％～24.09％Al₂O₃、2％～12％MgO、20％～25％SiO₂、4％-6％F，其中CaO/Al₂O₃的比值为2.0～2.4。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供LF炉的精炼废渣和铁水的步骤，铁水的硫含量＜0.01wt％～0.10wt％，以避免硫的逆向迁移。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述插入电极的步骤采用石墨电极。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述石墨电极的正极插入铁水的深度的1/2处，负极插入精炼废渣总深度的1/2～2/3处。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电场除硫，将电极正极和负极连接至脉冲可调电源上，所述脉冲可调电源能够提供直流电压或者交流电压。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述直流电压为2V～5V。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电场除硫的步骤采用的电场强度为0.3v/cm～1v/cm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精炼废渣回收利用的步骤，还包括：

施加直流电压反应≤0.5小时后，得到含硫钢水，以用于含硫钢材的冶炼。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁水的硫含量＜0.01wt％。