CN116855647A - 一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术 - Google Patents
一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116855647A CN116855647A CN202310810059.6A CN202310810059A CN116855647A CN 116855647 A CN116855647 A CN 116855647A CN 202310810059 A CN202310810059 A CN 202310810059A CN 116855647 A CN116855647 A CN 116855647A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slag
- phosphorus
- steel
- iron
- steel slag
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002893 slag Substances 0.000 title claims abstract description 240
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 178
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 178
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 45
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 282
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 137
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 115
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 105
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 57
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 39
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims abstract description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 30
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 28
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 15
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 claims description 5
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 4
- 239000002802 bituminous coal Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 claims description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims description 2
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 claims description 2
- 239000003077 lignite Substances 0.000 claims description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- QDZOEBFLNHCSSF-PFFBOGFISA-N (2S)-2-[[(2R)-2-[[(2S)-1-[(2S)-6-amino-2-[[(2S)-1-[(2R)-2-amino-5-carbamimidamidopentanoyl]pyrrolidine-2-carbonyl]amino]hexanoyl]pyrrolidine-2-carbonyl]amino]-3-(1H-indol-3-yl)propanoyl]amino]-N-[(2R)-1-[[(2S)-1-[[(2R)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-amino-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-3-(1H-indol-3-yl)-1-oxopropan-2-yl]amino]-1-oxo-3-phenylpropan-2-yl]amino]-3-(1H-indol-3-yl)-1-oxopropan-2-yl]pentanediamide Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(N)=O)NC(=O)[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)NC(=O)[C@H]1N(CCC1)C(=O)[C@H](CCCCN)NC(=O)[C@H]1N(CCC1)C(=O)[C@H](N)CCCNC(N)=N)C1=CC=CC=C1 QDZOEBFLNHCSSF-PFFBOGFISA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001560086 Pachyrhizus Species 0.000 description 1
- 102100024304 Protachykinin-1 Human genes 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101800003906 Substance P Proteins 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229940078499 tricalcium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019731 tricalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
- C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
- C21B3/06—Treatment of liquid slag
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于低碳还原的钢渣全量化利用技术，特别涉及一种从熔融钢渣中提取回收有价元素铁、磷和全量循环利用低磷尾渣。该技术包括加入废钢和/或铁水与熔融钢渣、熔融钢渣还原、渣铁分离与分别利用三个过程。本发明还原所得含磷铁水可进行转炉冶炼，或作为增磷剂使用；所得尾渣可作为熔剂进入烧结工序，随后作为高炉渣产出，可作为水泥原料；或作为造渣剂用于转炉脱磷，或直接冷却凝固后制备石材或用作水泥原料，由此实现大宗固废转炉钢渣的全量循环利用。本发明是一种低碳、低能耗、全量化利用的钢渣循环方法，工艺设计合理，不仅实现了有价元素铁和磷的高效回收与增值利用，还充分利用熔渣余热和废钢的情况下实现钢渣循环综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于低碳还原的钢渣全量利用技术，更具体地，涉及对熔融钢渣进行低碳还原提取回收有价元素铁、磷和全量循环利用低磷还原尾渣，从而实现大宗固废钢渣的全量化利用。
背景技术
近些年随着我国钢铁产量不断提高，钢渣作为冶炼过程的副产物，其产量也不断增加，因未得到及时利用，造成了钢渣的大量堆弃，不仅占用大量土地和资源，也会导致土壤、水系和大气污染。钢渣利用已经引起相关部门的高度重视，并推出了相关的政策促进钢企对钢渣再利用。2020年1月国家发改委和工信部联合发布《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业聚集发展的通知》，在重点任务中明确提出：积极推动钢渣及尾渣深度研究、分级利用、优质优用和规模化利用，推广技术先进、能耗低、耗渣量大、附加值高的产品，全面实现钢渣“零排放”。目前，美国、日本及欧盟等地区的钢渣利用率较高，达90％以上，不存在钢渣堆积引起的严重环境问题。我国钢渣综合利用率仅为30％左右，虽然已围绕钢渣资源的产业化开展了多年研究和开发，并取得了显著进步，但目前还处于商业化起步阶段。
转炉出的熔融钢渣约含全铁(TFe)15％-25％，所含的TFe中主要以FeO、Fe3O4、Fe2O3存在渣中的，转炉钢渣中P2O5含量一般在2％～8％，磷含量较高尚不能充分利用，此外出炉后的钢渣温度在1400℃～1650℃，含有大量的热资源。目前，尽管有一些技术涉及到利用熔融钢渣，如专利《一种熔融钢渣还原炼铁系统及炼铁方法》(申请号：202210992625.5)提出的使用熔融钢渣还原炼铁系统，包括烟煤、钠盐和水玻璃制备复合剂、熔融钢渣还原、磁选渣铁分离三个过程，在保温渣罐中进行熔融还原。但此系统仅是在传统的提铁基础上对熔融钢渣的还原，并未实现还原出的高磷铁水及尾渣的高值化利用，此外，由于没有热源，会出现保温渣罐温度不足引起钢渣凝固的问题，若利用炼钢厂现有加热设备如电炉或感应炉进行熔融钢渣还原，可实现该还原过程的温度可控；最后，并未考虑熔融钢渣还原炼铁系统的开发成本问题，利用现有设备炉体改造和钢渣全量循环将大幅降低开发成本。专利《一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置》(申请号：202210773772.3)提出热态钢渣和含锌除尘灰作为炼铁原料的工艺，使用电炉还原使熔渣中的铁再次被解离出来得以回收，尾渣可作为混凝土掺和料，此工艺并未考虑铁水和钢渣中磷的利用。专利《一种利用转炉脱磷渣制备高磷生铁的方法》(申请号：201010200005.0)提出以熔融的生铁水为原料，将转炉脱磷渣倒入生铁水中，加入焦炭粉和石英砂来制备高磷生铁，进行吹氧升温，反应温度1530℃-1550℃，但吹氧会出现还原剂消耗大，反应剧烈炉内喷溅严重，铁损大且裸露冶炼，磷的气化率高，不利于磷和铁的富集。
同时，检索发现，现有采用还原技术处理钢渣的温度普遍较高，一般是1550～1700℃，如文献：H.-J.Li,Hideaki Suito,Masanori Tokuda.ISIJ International,1995,35(9):1079-1088；原田俊哉,坂元基紘,平田浩,新井貴士,藤健彦.日本製鉄技報.2019,(414):60-67；杨志杰等发表的《碱度对转炉钢渣熔融还原提铁的影响》；李光强等人发表的《高温碳热还原进行转炉渣资源化的研究》，由此可见，目前处理钢渣的温度普遍较高。
随着技术的发展，人们也尝试了利用较低的温度来处理钢渣，但需要借助微波技术，如吕岩等利用微波加热方式对1100℃～1400℃下转炉钢渣的碳热还原行为进行了研究，试验结果表明，使用微波手段脱除钢渣中磷具有较好的效果，但是钢渣中磷主要以气体形式脱除，留在还原铁相中的磷极少，同时该技术也要采用大量的碳作为还原剂如1Kg钢渣配取130g碳。
基于“减量化、再利用、再循环”原则的钢渣循环工艺已逐渐发展成为最具前景的固废利用前沿技术之一，通过对钢渣中有价金属提取和尾渣无害化处理来生产高附加值产品，从而实现钢渣资源循环。因此，以国内钢铁厂熔融钢渣为研究对象，提出基于低碳还原的钢渣全量化利用技术，通过熔融钢渣低碳还原和全量循环利用低磷还原尾渣来实现钢渣中有价元素铁、磷的最大化回收及含磷、铁量极低的尾渣的高附加值利用，该工艺在实际生产中应用将节省大量的能耗，大幅提高钢渣资源综合利用效率。本发明旨在推动钢渣的全量资源化利用，变废为宝，不仅满足国家绿色冶金的战略发展需求，还可实现冶金固废资源化的技术革新，为钢铁行业在绿色低碳事业上贡献一份力量，助力“碳达峰、碳中和”目标的实现。特提出此发明。
发明内容
本发明为开发利用国内大量的钢渣资源，解决现有钢渣因含磷量高、f-CaO含量高而无法实现工业化利用的问题，本发明采用熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，实现有价元素铁和磷的充分回收，同时大幅提升尾渣的资源价值以降低开发成本，提供了一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术。
本发明的设计思路为：
铁矿经烧结入高炉还原得到铁水，常规转炉冶炼获得符合要求的合格钢水及冶炼副产物熔融钢渣，废钢经简单加工破碎、打包后装入钢包中，随后，将上述高温熔融钢渣倒入装有一定量的废钢(或铁水)的钢包中，快速倒入电炉或感应炉进行加热，其中，在电炉中利用石墨电极与废钢(或铁水)之间产生电弧，所产生的热量来熔炼铁料和钢渣；在感应炉中废钢(或铁水)作为铁磁材料内部产生感应涡流并发热，达到加热熔化钢渣的目的。
随后，向电炉或感应炉中加入还原剂和熔剂进行还原和化渣，还原剂和钢渣的配比根据还原剂中的碳与钢渣中铁氧化物中氧的含量来确定，若还原剂和钢渣的配比过高，不仅造成磷的气化损失量大，还导致还原剂用量消耗大；若还原剂和钢渣的配比过低，则说明渣系中铁氧化物还原不充分，导致有价元素回收率低。熔剂和钢渣的配比根据钢渣的熔点和粘度来确定，若熔点和粘度过高，还原动力学条件变差，不利于熔渣的还原，若熔点和粘度过低，则说明熔剂消耗量过大，导致渣量增加。通过调节熔剂和钢渣的配比使得炉渣成分和金属铁成分都靠近熔化性区域，这样有利于铁晶粒在熔渣中聚集长大。
还原过程中，熔融钢渣中的FeO、Fe3O4、Fe2O3等被碳还原至金属铁回收利用。同时钢渣中的磷元素主要分布于硅酸二钙和磷酸三钙形成的固溶体相中(2CaO·SiO2-3CaO·P2O5)，该固溶体会被还原生成的气态物质P2或P4，又因为Fe、P原子具有较强的亲和力，被还原的磷溶解于还原生成的铁水中，从而得到含磷铁水，含磷铁水可返回至下一炉待吹炼铁水中稀释后进行转炉常规冶炼得到合格的铁水。此外，含磷铁水也可作为增磷剂，磷元素可起固溶强化及冷作硬化作用，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能；与硫、锰联合使用，会改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。尾渣中有效CaO含量高，成分稳定且杂质少；此外，尾渣含有一定量的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量，因此可作为熔剂在烧结工序使用。经熔化后的尾渣中含有一定量的CaO，且P2O5含量极低，可返回至转炉中作为造渣剂用于脱磷。此外，熔融还原后的钢渣还可以降低f-CaO含量，同时还原渣易磨性改善，安定性提高，粗骨料可制备石材，经磨细制成钢渣粉可作为优良的水泥混合材，部分替代熟料、以降低水泥生产成本。
本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；包括下述步骤：
步骤一
将转炉炼钢所得熔融钢渣倒入盛放有废钢和/或铁水的钢包中，用于加热废钢和/或铁水，随后倒入电炉或感应炉中加热；
步骤二
将还原剂、熔剂加入到，电炉或感应炉中，进行钢渣的熔融还原，得到含磷铁水、磷及铁含量极低的熔融尾渣；还原剂和(钢渣+加热废钢+铁水)的配比根据(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的含量来确定，配加还原剂量为还原剂中的碳与(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的摩尔比：C/O＝1.2-2.0，所述还原的温度为1300℃-1600℃、优选为1350～1450℃、进一步优选为1400～1405℃，单炉的还原时间大于15min，熔剂加入后，电炉或感应炉所得的反应渣的黏度为0.05-0.5Pa·s；电炉或感应炉所得的反应渣的熔点为1300℃-1500℃；且反应渣的熔点小于等于还原的温度；
步骤三
将还原后得到的含磷铁水从出钢槽倒出至钢包中，尾渣从出渣口倒出至渣罐中；所述含磷铁水可返回至下一炉待吹炼铁水中稀释，后经转炉冶炼后生产合格钢水；或作为增磷剂在含磷钢成分调整中使用；所述磷含量极低的热态尾渣可作为熔剂进入烧结环节，也可作为造渣剂进入转炉冶炼，此外热态尾渣经冷却处理后可做建材，用于生产石材或水泥。
在本发明中，所用转炉包括常规转炉。在实际应用时可将常规转炉冶炼获得合格钢水所产生的冶炼副产物熔融钢渣倒入装有盛放有一定量的废钢或铁水的钢包中，用于加热废钢和铁水，最后倒电炉或感应炉进行加热。所有炼铁、炼钢的电炉和感应炉均可用于本发明，当然小型电炉或感应炉也是可行的。
本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；转炉炼钢所得熔融钢渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 15-25％、CaO 35-55％、SiO2 10-20％、Al2O3 0.5-3％、MgO 3-12％、P2O5 2-8％。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；所述预加入(废钢+铁水)的质量为单次入炉熔渣质量的10％-20％，还原过程中熔渣可持续或多次添加，渣铁达到电炉或感应炉容积后排渣及含磷铁水。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；控制还原温度为1350～1450℃、进一步优选为1400～1405℃，还原时间20min-90min，优选为30min-50min。还原时间太短，会导致铁、磷回收率不高，还原时间过长和/或温度过高会导致磷的回收率迅速下降且大量浪费能源。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；所述还原剂选自碳粉、石墨、焦炭、活性炭、生物质炭、褐煤、烟煤、无烟煤中的至少一种；还原剂和钢渣的配比根据钢渣中铁氧化物所含氧的含量来确定，配加还原剂中的碳与(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的摩尔比：C/O＝1.2-1.6、进一步优选为1.2～1.3。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；所述熔剂选自CaO、SiO2、Al2O3、CaF2、B2O3、Na2O中的至少一种。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；熔剂加入后，电炉或感应炉所得的反应渣的黏度为0.1-0.3Pa·s；电炉或感应炉所得的反应渣的熔点为1320℃-1450℃；且反应渣的熔点小于等于还原的温度。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；步骤三中所得含磷铁水含磷量为0.5％-4.0wt％；所述尾渣中P2O5的含量小于等于0.1wt％。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；步骤三中所得含磷铁水以质量百分比计包括下述组分：
C 3.0-6.0％、Si 0.05-0.5％、P 0.5-4.0％、Mn 0.2-2％、余量为Fe；
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 0.5-5.0％、CaO 30-60％、SiO2 20-40％、Al2O3 3-8％、MgO 5-15％、P2O5小于0.1％。
作为进一步的优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；废钢+铁水的质量为熔融钢渣质量的19～21％、配加还原剂中的碳与(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的摩尔比：C/O＝1.2～1.25、熔剂加入后，电炉或感应炉所得的反应渣的黏度为0.2～0.21Pa·s、电炉或感应炉所得的反应渣的熔点为1380～1390℃、还原的温度为1400～1405℃、还原时间为30～35min。
作为更进一步的优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；废钢+铁水的质量为熔融钢渣质量的20％、配加还原剂中的碳与(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的摩尔比：C/O＝1.2、熔剂加入后，电炉或感应炉所得的反应渣的黏度为0.2Pa·s、电炉或感应炉所得的反应渣的熔点为1385℃、还原的温度为1400℃、还原时间为30min。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；所述含磷铁水可返回至下一炉待吹炼铁水中进行稀释后进行转炉冶炼，或作为增磷剂在冶炼中使用；此外，得到的高温尾渣可作为熔剂进入烧结工艺；或作为造渣剂进入转炉脱磷；或直接冷却凝固后制备石材或用作水泥原料。
作为优选，本发明一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；磷回收率即含磷铁水中磷的含量*铁水质量/(钢渣的质量*钢渣中磷的含量)*100％大于等于70％；铁的回收率大于等于95.0％。
在本发明中转炉炼钢所得1吨熔融钢渣只需要计入50～70Kg还原剂(碳)、优选后只需加入51～52Kg还原剂(碳)，在较低的还原温度下(如1400～1405℃)，即可取得优异效果。
根据碳平衡和物料平衡测算，假设钢渣中Fe主要以FeO形式存在，本发明生产1吨铁块，按照配加还原剂中的碳与(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的摩尔比：C/O＝1.2-1.6计算，需要0.25吨-0.34吨还原剂，产生二氧化碳0.92～1.25吨，远远低于现有的1吨铁需要0.5吨还原剂，整个过程CO2排放量约1.5吨。优化后，本发明生产1吨铁块，产生二氧化碳可以低至0.92～0.95吨。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
不同与传统的钢渣所采取的“后期改质技术”，本发明根据熔，融钢渣具有高热量和较好的流动性的特点，加热适量废钢和/或铁水，随后通过电炉或感应炉还原很大程度上提高了铁元素的回收，实现磷在铁水中的有效富集，含磷、铁量极低的尾渣得以循环利用。
1.本发明利用熔融钢渣直接加热废钢，过程热损失小，且大幅降低燃料(用于加热废钢和钢渣的燃料)的使用，符合低碳冶金的要求；
2.不同于传统的钢渣还原技术，本专利采用钢渣+加热废钢+铁水，配加还原剂和熔剂来降低钢渣还原温度(如1400～1405℃)，即可取得优异效果，比常规钢渣还原温度1530-1700℃低得很多，具有很好的节能效果；
3.传统“提铁降磷”的钢渣处理方式很难把有价元素磷含量利用起来，且合格钢水产出率低，且处理成本较高，而使用熔融钢渣进行还原可把钢渣中磷含量富集至铁水中用作附加值高的增磷剂，尾渣中磷含量降低至合格水平进而循环利用。
4.通过熔融钢渣中有价元素铁和磷的回收尾渣的资源价值转化，推动钢渣的开发应用，此技术有望突破钢渣传统处理方式的“技术瓶颈”，实现冶金固废钢渣有效利用的冶金技术升级，为我国在资源利用领域增添领先世界的战略技术储备。
5.充分利用钢铁厂现有设备，不添加新的设备将钢渣在钢铁厂内部循环利用起来，整体处理工艺简单，工业实施容易且成本优势明显，工业应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明的基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术示意图，
图2为实施例和对比例所用废钢的扫描图，
图3为实施例1所用熔融钢渣的扫描图，
图4为实施例1中含磷铁水的扫描图，
图5为实施例1所得尾渣的扫描图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
表1实施例与对比例效果
实施例1：
按100Kg钢渣(钢渣成分见表2)，配取10Kg废钢(其成分为：C 0.08％、Si 0.10％、P0.04％、Mn 1.5％、S 0.5％,、余量为Fe)和10Kg铁水(其成分为：C 4.0％、Si 0.4％、P0.1％、Mn 0.5％、S 0.02％,、余量为Fe)、5.14Kg碳粉、5Kg熔剂(熔剂为60％ SiO2、30％Al2O3和10％ B2O3混合组成)的比例，配取各原料。
首先，在实验室将配取的钢渣置于马弗炉中加热至1500℃获得熔融钢渣，钢渣成分见表2。然后将配取的废钢(钢渣质量的10％)和铁水(钢渣质量的10％)置于MgO坩埚中，将熔融钢渣倒入装有废钢的坩埚中放入中频感应炉中加热至1400℃，加入配取的碳粉(C/O＝1.2)和熔剂(熔剂为60％ SiO2、30％ Al2O3和10％ B2O3混合组成)调节熔渣粘度至0.2Pa·s，熔融还原30min，当还原结束后，关闭感应炉电源，待冷却至室温后，取出坩埚并分离铁块和尾渣。最后，经化学成分分析可知，铁块中含磷量为3.90％，磷回收率为86.02％；金属铁的回收率为96.3％，尾渣中P2O5含量为0.05％。图2是废钢的扫描结果(SEM)，未见磷铁富集现象。图3是熔融钢渣的扫描结果，存在FeO、CaO-FeO和2CaO·SiO2-3CaO·P2O5相，钢渣中存在一定量的磷。图4是经还原后的含磷铁水的扫描结果，存在Fe和FexP相，磷在铁相的晶界处析出，磷在铁水中富集。图5是还原后尾渣的扫描结果，存在渣相和少量的金属铁相，未见富磷相2CaO·SiO2-3CaO·P2O5。
表2实验用钢渣成分、mass％
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 0.8％、CaO 55.5％、SiO2 32.2％、Al2O3 4.1％、MgO 6.2％、P2O5为0.05％。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于加入6.00Kg碳粉(C/O＝1.4)，最终铁块中含磷量为3.70％，磷回收率为81.27％；金属铁的回收率为95.9％，尾渣中P2O5含量为0.07％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 1.3％、CaO 56.0％、SiO2 31.2％、Al2O3 3.9％、MgO 6.3％、P2O5为0.07％。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于加入6.85Kg碳粉(C/O＝1.6)，最终铁块中含磷量为3.35％，磷回收率为73.35％；金属铁的回收率为95.6％，尾渣中P2O5含量为0.08％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 1.7％、CaO 57.0％、SiO2 30.4％、Al2O3 3.8％、MgO 5.9％、P2O5为0.08％。
实施例4：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于还原温度为1600℃，最终铁块中含磷量为3.23％，磷回收率为70.43％；金属铁的回收率为95.2％，尾渣中P2O5含量为0.06％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 1.1％、CaO 58.1％、SiO2 28.7％、Al2O3 4.5％、MgO 6.3％、P2O5为0.06％。
实施例5：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于还原温度为1300℃，最终铁块中含磷量为3.21％，磷回收率为70.01％；金属铁的回收率为95.1％，尾渣中P2O5含量为0.08％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 2.8％、CaO 49.0％、SiO2 38.4％、Al2O3 3.1％、MgO 5.5％、P2O5为0.08％。
实施例6：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于加入熔剂调节粘度为0.05，最终铁块中含磷量为3.28％，磷回收率为72.19％；金属铁的回收率为96.1％，尾渣中P2O5含量为0.10％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 1.2％、CaO 53.2％、SiO2 34.6％、Al2O3 3.9％、MgO 5.8％、P2O5为0.10％。
实施例7：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于加入熔剂调节粘度为0.05，最终铁块中含磷量为3.28％，磷回收率为70.00％；金属铁的回收率为92.9％，尾渣中P2O5含量为0.10％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 3.8％、CaO 55.8％、SiO2 28.3％、Al2O3 5.1％、MgO 5.7％、P2O5为0.10％。
对比例1：
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于不同之处在于加入3.42Kg碳粉(C/O＝0.8)，，最终铁块中含磷量为1.53％，磷回收率为28.80％；金属铁的回收率为82.2％，尾渣中P2O5含量为2.22％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 6.2％、CaO 51.2％、SiO2 30.9％、Al2O3 3.0％、MgO 5.1％、P2O5为2.22％。
对比例2：
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于加入8.56Kg碳粉(C/O＝2.0)，最终铁块中含磷量为2.52％，磷回收率为53.50％；金属铁的回收率为92.7％，尾渣中P2O5含量为0.07％。所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 2.8％、CaO 56.5％、SiO2 31.5％、Al2O3 2.9％、MgO 5.1％、P2O5为0.07％。
对比例3：
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于还原温度为1650℃，最终铁块中含磷量为2.10％，磷回收率为44.87％；金属铁的回收率为93.3％，尾渣中P2O5含量为0.08％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 1.9％、CaO 55.2％、SiO2 28.8％、Al2O3 5.3％、MgO 7.5％、P2O5为0.08％。
对比例4：
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于还原温度为1200℃，最终铁块中含磷量为0.70％，磷回收率为13.63％；金属铁的回收率为85.0％，尾渣中P2O5含量为3.49％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 7.9％、CaO 42.9％、SiO2 35.1％、Al2O3 3.9％、MgO 5.5％、P2O5为3.49％。
对比例5：
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于还原时间为10min，最终铁块中含磷量为1.70％，磷回收率为31.38％；金属铁的回收率为80.6％，尾渣中P2O5含量为2.98％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 10.5％、CaO 50.2％、SiO2 30.5％、Al2O3 2.1％、MgO 2.5％、P2O5为2.98％。
对比例6：
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于还原时间为100min，最终铁块中含磷量为2.61％，磷回收率为57.09％；金属铁的回收率为95.5％，尾渣中P2O5含量为0.08％。
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 1.3％、CaO 55.2％、SiO2 30.5％、Al2O3 4.3％、MgO 6.7％、P2O5为0.08％。
Claims (10)
1.一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术；其特征在于；包括下述步骤：
步骤一
将转炉炼钢所得熔融钢渣倒入盛放有废钢和/或铁水的钢包中，用于加热废钢和/或铁水，随后倒入电炉或感应炉中加热；
步骤二
将还原剂、熔剂加入到电炉或感应炉中，进行钢渣的熔融还原，得到含磷铁水、磷及铁含量极低的熔融尾渣；还原剂和(钢渣+加热废钢+铁水)的配比根据(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的含量来确定，配加还原剂量为还原剂中的碳与(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的摩尔比：C/O＝1.2-2.0，所述还原的温度为1300℃-1600℃，单炉的还原时间大于15min，熔剂加入后，电炉或感应炉所得的反应渣的黏度为0.05-0.5Pa·s；电炉或感应炉所得的反应渣的熔点为1300℃-1500℃；且反应渣的熔点小于等于还原的温度；
步骤三
将还原后得到的含磷铁水从出钢槽倒出至钢包中，尾渣从出渣口倒出至渣罐中；所述含磷铁水可返回至下一炉待吹炼铁水中稀释，后经转炉冶炼后生产合格钢水；或作为增磷剂在含磷钢成分调整中使用；所述磷含量极低的热态尾渣可作为熔剂进入烧结环节，也可作为造渣剂进入转炉冶炼，此外热态尾渣经冷却处理后可做建材，用于生产石材或水泥。
2.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：所述预加入(废钢+铁水)的质量为单次入炉熔渣质量的10％-20％，还原过程中熔渣可持续或多次添加，渣铁达到电炉或感应炉容积后排渣及含磷铁水。
3.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：控制还原温度为1350～1450℃，还原时间20min-90min，优选为30min-50min。
4.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：所述还原剂选自碳粉、石墨、焦炭、活性炭、生物质炭、褐煤、烟煤、无烟煤中的至少一种；还原剂和钢渣的配比根据钢渣中铁氧化物所含氧的含量来确定，配加还原剂中的碳与(钢渣+加热废钢+铁水)中铁氧化物所含氧的摩尔比：C/O＝1.2-1.6。
5.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：所述熔剂选自CaO、SiO2、Al2O3、CaF2、B2O3、Na2O中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：熔剂加入后，电炉或感应炉所得的反应渣的黏度为0.1-0.3Pa·s；电炉或感应炉所得的反应渣的熔点为1350℃-1450℃；且反应渣的熔点小于等于还原的温度。
7.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：步骤三中所得含磷铁水含磷量为0.5％-4.0wt％；所述尾渣中P2O5的含量小于等于0.1wt％。
8.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：步骤三中所得含磷铁水以质量百分比计包括下述组分：
C 3.0-6.0％、Si 0.05-0.5％、P 0.5-4.0％、Mn 0.2-2％、余量为Fe；
所述尾渣以质量百分比计包括下述组分：
TFe 0.5-5.0％、CaO 30-60％、SiO2 20-40％、Al2O3 3-8％、MgO 5-15％、P2O5小于0.1％。
9.根据权利要求1所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：所述含磷铁水可返回至下一炉待吹炼铁水中进行稀释后进行转炉冶炼，或作为增磷剂在冶炼中使用；此外，得到的高温尾渣可作为熔剂进入烧结工艺；或作为造渣剂进入转炉脱磷；或直接冷却凝固后制备石材或用作水泥原料。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术，其特征在于：磷回收率即含磷铁水中磷的含量*铁水质量/(钢渣的质量*钢渣中磷的含量)*100％大于等于70％；铁的回收率大于等于95.0％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310810059.6A CN116855647A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310810059.6A CN116855647A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116855647A true CN116855647A (zh) | 2023-10-10 |
Family
ID=88233438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310810059.6A Pending CN116855647A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116855647A (zh) |
-
2023
- 2023-07-04 CN CN202310810059.6A patent/CN116855647A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106191344B (zh) | 一种混合熔渣熔融还原生产与调质处理的方法 | |
| CN106048109B (zh) | 一种混合熔渣熔融还原回收与调质处理的方法 | |
| CN108658483B (zh) | 一种钢渣还原回收铁及二次渣制备辅助性胶凝材料的方法 | |
| CN100357470C (zh) | 用钒钛铁精矿制取钛铁、钢及钒铁的方法 | |
| CN106755654A (zh) | 一种熔渣冶金熔融还原生产的方法 | |
| CN106755656A (zh) | 一种熔渣冶金一步法回收的方法 | |
| CN106048106B (zh) | 一种含稀土与铌混合熔渣熔融还原回收与调质处理的方法 | |
| WO2019071796A1 (zh) | 一种由含镍与铁的混合熔渣回收有价组分的方法 | |
| CN101880755B (zh) | 一种利用转炉脱磷渣制备高磷生铁的方法 | |
| CN106755651A (zh) | 一种含稀土和/或铌熔渣冶金一步法回收的方法 | |
| CN106119447B (zh) | 一种含稀土与铌混合熔渣熔融还原生产和调质处理的方法 | |
| WO2019071790A1 (zh) | 由含锌与铁的混合熔渣回收有价组分的方法 | |
| CN104141018A (zh) | 一种钢渣回收利用方法 | |
| WO2019071797A1 (zh) | 一种由含镍与铁的混合熔渣生产的方法 | |
| CN106755655A (zh) | 一种混合熔渣冶金熔融还原的回收方法 | |
| CN106755652A (zh) | 一种含钛熔渣冶金一步法回收的方法 | |
| CN106755653A (zh) | 一种含稀土或铌熔渣冶金熔融还原生产的方法 | |
| CN112111660A (zh) | 一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法 | |
| CN106755658A (zh) | 一种含钛熔渣冶金还原生产的方法 | |
| CN103627971A (zh) | 大规格钎具用合金结构钢及其冶炼方法 | |
| CN101967570A (zh) | 一种红土镍矿生产镍铁合金的方法 | |
| CN115636607A (zh) | 协同处理高铁赤泥和电解锰渣的方法及系统 | |
| JP5531536B2 (ja) | 製鋼スラグからの鉄及び燐の回収方法 | |
| CN106755657A (zh) | 一种含钛混合熔渣冶金熔融还原回收的方法 | |
| CN111187971B (zh) | 一种低钛磷铁合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |