一种转炉钢渣热态循环全量利用方法

本发明属于钢铁冶金，具体为一种转炉钢渣热态循环全量利用方法。

背景技术：

1、目前国内转炉钢渣排放量约占粗钢产量的10％左右，每年新增钢渣1亿吨以上。转炉钢渣综合利用的比例仅为30％左右，这不仅浪费了自然资源，同时也破坏了生态环境，转炉钢渣处理已经成为钢铁冶金行业亟待解决的痛点问题。目前钢渣处理方式主要有冶金厂内部循环利用和其他行业二次利用两种。前者主要用于烧结熔剂、转炉留渣、高炉熔剂等，具有快速处理和大量消纳的特点。但由于该过程没有合适的磷元素流出途径，因而在整个生产流程中磷处于不断富集状态，而且钢渣显热未得到利用。后者主要包括在建筑业和农业中的应用。新的国标gb 175-2023《通用硅酸盐水泥》已明确指出禁止添加钢渣作为水泥原料，进一步压缩了钢渣在建筑业的使用空间，只能用于钢渣粉生产和道路建设。在农业应用中，转炉钢渣磷含量太低不能直接作为托马斯磷肥的原料。因此转炉钢渣的二次利用一直处于两难的境地，大部分转炉钢渣只能选择露天堆存形成渣山。国内外众多学者针对转炉钢渣的资源化利用进行了大量研究，并提出了磁选法、浮选法、浸出法、微生物法等钢渣冷态处理方法。但这些方法都存在着各种不同问题，无法从根本上对转炉钢渣进行循环利用。

2、(1)钢渣中磷脱除率低：由于钢渣中磷与其他元素形成复杂化合物，且以不同形态赋存，以物理手段很难完全将其与渣中其他成分完全分离。

3、(2)液态钢渣热量被浪费：液态钢渣温度在1300℃左右，传统钢渣处理方法需将钢渣冷却后再进行操作，钢渣中的热量未得到充分利用，显热资源被浪费。

4、(3)处理过程产生污染物：采用浮选、浸出、微生物等方法在钢渣处理过程中会产生废水废物等，增加了生态环境负担，也降低了钢渣资源化利用的经济效益。

5、(4)消纳总量有限：钢渣年产生量和积存量巨大，采用上述处理方法效率较低，不能快速实现有价资源回收利用，不能满足钢渣大规模消纳的需求。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种转炉钢渣热态循环全量利用方法。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种转炉钢渣热态循环全量利用方法，采用转炉出渣→加热炉补热→碳热还原→还原产物分离收集→循环利用的工艺路线，利用加热炉补热维持钢渣以液态形式参与反应，并在其中完成还原产物的分离与收集。

4、本发明在加热炉内以含碳物质为还原剂，在钢渣为液态下还原脱除五氧化二磷，残渣再次用于钢铁生产流程中，氧化铁的还原产物用于生产磷铁，五氧化二磷的还原产物用于生产含磷化合物。本发明通过控制钢渣成分、反应时间、反应温度、搅拌条件、还原剂类型等，实现了磷的高效去除和还原的分离与应用，满足钢渣资源化利用要求。

5、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述方法包括如下步骤：

6、s1、转炉出渣：转炉冶炼过程的钢渣运输至加热炉，要求此过程钢渣的温降在100℃以内；

7、s2、加热炉补热：加入钢渣后，加热炉开始送电加热，在5-10min将钢渣温度加热到1350-1500℃；之后将钢渣成分至目标范围，在此期间维持钢渣温度；

8、s3、碳热还原：在加热炉内的液态钢渣中加入含碳还原剂进行碳热还原，在加热炉底部按照供气强度为1.0-1.5m3/(min·t)吹入氩气进行搅拌，反应30-50min后完成还原过程。

9、s4、还原产物分离收集：由于还原得到的液态铁密度较大，处于加热炉底部，采用底部出铁方式收集磷铁，控制出铁时间＜3min；含磷气体通过加热炉炉口上方设置的水冷烟道回收含磷粉尘，最终烟气过循环水池后进入废气处理系统；

10、s5、转炉钢渣循环利用：转炉钢渣脱磷后残渣的cao含量＞40wt％、sio2含量＞20wt％、p2o5含量＜1wt％、fe2o3含量＜5wt％，重新入炉温度＞1300℃；根据转炉生产工艺要求，另外配加少量石灰和白云石，按照正常工艺进行吹炼，完成转炉炼钢初期造渣操作。

11、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，利用渣盘、渣罐或渣盆对转炉冶炼过程的钢渣进行中转承接，运输至加热炉。

12、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，加热炉采用中频、高频感应炉或电弧炉，装入渣量为炉容积的1/3-1/2，以防止反应过程出现溢渣事故。

13、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，可通过加入氧化铁皮增加渣的氧化性或加入石灰提高渣碱度对钢渣成分进行调整，调整后钢渣满足目标范围：氧化铁含量为10-25wt％，钢渣二元碱度(cao/sio2)为1.5-3.5，mgo含量低于15wt％。

14、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，含碳还原剂包括煤、焦炭、石墨、生物质碳、废弃塑料等，要求固定碳含量＞50wt％，水分含量＜5wt％；还原剂呈粉状或颗粒状，直径＜1mm。

15、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，含碳还原剂加入量为将渣中五氧化二磷、氧化铁、氧化锰全部还原所需理论还原剂的1.5-3倍。

16、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，含碳还原剂采用分批次加入的工艺，将还原剂分3-6次加入加热炉内的液态钢渣中；首次加入的含碳还原剂为含碳还原剂总量的50wt％，之后均等分每次加入量。

17、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，磷铁中p含量在2-10wt％范围内，且其他杂质元素含量低于1wt％。

18、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，含磷粉尘中p含量＞15wt％，循环水池中p2o5含量＞1wt％；采用加热蒸发法对循环水池进行处理，蒸汽冷却后回用于循环水池中。

19、作为本发明所述的一种转炉钢渣热态循环全量利用方法的优选方案，其中：所述步骤s5中，未在转炉流程热态回用的钢渣通过调整成分进行改质或在冷却后进行破碎，用于烧结矿生产流程。

20、本发明的有益效果如下：

21、本发明提出一种转炉钢渣热态循环全量利用方法，在加热炉内以含碳物质为还原剂，在钢渣为液态下还原脱除五氧化二磷，残渣再次用于钢铁生产流程中，氧化铁的还原产物用于生产磷铁，五氧化二磷的还原产物用于生产含磷化合物，实现了磷的高效去除和还原的分离与应用，满足钢渣资源化利用要求。

技术特征：

1.一种转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，采用转炉出渣→加热炉补热→碳热还原→还原产物分离收集→循环利用的工艺路线，利用加热炉补热维持钢渣以液态形式参与反应，并在其中完成还原产物的分离与收集。

2.根据权利要求1所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s2中，加热炉采用中频、高频感应炉或电弧炉，装入渣量为炉容积的1/3-1/2，以防止反应过程出现溢渣事故。

4.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s2中，通过加入氧化铁皮增加渣的氧化性或加入石灰提高渣碱度对钢渣成分进行调整，调整后钢渣满足目标范围：氧化铁含量为10-25wt％，钢渣二元碱度(cao/sio2)为1.5-3.5，mgo含量低于15wt％。

5.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s3中，含碳还原剂包括煤、焦炭、石墨、生物质碳、废弃塑料等，要求固定碳含量＞50wt％，水分含量＜5wt％；还原剂呈粉状或颗粒状，直径＜1mm。

6.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s3中，含碳还原剂加入量为将渣中五氧化二磷、氧化铁、氧化锰全部还原所需理论还原剂的1.5-3倍。

7.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s3中，含碳还原剂采用分批次加入的工艺，将还原剂分3-6次加入加热炉内的液态钢渣中；首次加入的含碳还原剂为含碳还原剂总量的50wt％，之后均等分每次加入量。

8.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s4中，磷铁中p含量在2-10wt％范围内，且其他杂质元素含量低于1wt％。

9.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s4中，含磷粉尘中p含量＞15wt％，循环水池中p2o5含量＞1wt％；采用加热蒸发法对循环水池进行处理，蒸汽冷却后回用于循环水池中。

10.根据权利要求2所述的转炉钢渣热态循环全量利用方法，其特征在于，所述步骤s5中，未在转炉流程热态回用的钢渣通过调整成分进行改质或在冷却后进行破碎，用于烧结矿生产流程。

技术总结本发明属于钢铁冶金技术领域，具体为一种转炉钢渣热态循环全量利用方法，在加热炉内以含碳物质为还原剂，在钢渣为液态下还原脱除五氧化二磷，残渣再次用于钢铁生产流程中，氧化铁的还原产物用于生产磷铁，五氧化二磷的还原产物用于生产含磷化合物，实现了磷的高效去除和还原的分离与应用，满足钢渣资源化利用要求。技术研发人员：包燕平,王仲亮受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13