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钢渣资源化再用技术与路径

作者:李文华发布时间:2022-01-21分类:专利技术浏览:309评论:0


导读:前言自1971年LF精炼炉出现以来,由于具有设备结构简单、投资费用低、操作灵活和精炼效果好等特点,在炉外精炼领域得到广泛应用。LF精炼炉主要功能是利用精炼渣对钢液精炼,在生产过程中...

前言

自1971年LF精炼炉出现以来,由于具有设备结构简单、投资费用低、操作灵活和精炼效果好等特点,在炉外精炼领域得到广泛应用。LF精炼炉主要功能是利用精炼渣对钢液精炼,在生产过程中也会产生大量LF精炼炉钢渣。LF精炼炉钢渣主要由CaO、Al2O3、SiO2等氧化物、脱磷、脱硫产物以及卤化物组成,具有硬度大、易磨性差、易膨胀等特点,其利用率相对较低。大量LF精炼炉钢渣的处理和堆放占地带来了一系列的环境问题,因此LF精炼炉钢渣的冶金资源化利用成为冶金工业清洁环保生产的前提。

1LF精炼炉钢渣传统回收利用技术

1.1LF精炼炉钢渣中粒钢回收

在钢铁企业中,LF精炼炉钢渣的传统处理方法主要以回收钢渣中金属铁粒再次用于烧结和冶炼生产为目的,一般将LF精炼炉钢渣和普通转炉钢渣混在一起进行磁选处理。处理流程为:空冷/喷淋矿渣处理场破碎筛分破碎重选磁选。LF精炼炉钢渣经过处理后收集的粒钢直接用于转炉或电炉冶炼,铁精粉主要用于烧结配料,尾渣则主要应用于建筑领域,包括道路填筑、水泥生产、建筑物骨料生产以及钢渣砖生产等。

1.2LF精炼炉钢渣中氧化物组分回收利用

LF精炼炉钢渣含有CaO、Al2O3、SiO2等氧化物,目前也有极少部分LF精炼炉钢渣作为生产原料,被应用在玻璃和燃料等行业。LF精炼炉钢渣因富含Al2O3还被用作提取氧化铝的原料,一般LF精炼炉钢渣中w(Al2O3)为20%~40%,与低品位铝土矿相当。LF精炼钢渣中的铝以活性很高的12CaO•7Al2O3矿物相形式存在,比较容易与酸碱发生反应,与传统含铝矿物相比更容易提取其中的氧化铝[1]。安徽工业大学研究使用工业废酸酸解LF精炼炉钢渣,获得含Al3+溶液制备含铝精细化工产品,进而提取氧化铝,原料成本和运行成本低于同类水平,具有较好的经济效益。以上各种传统应用方式附加值低,利用量小,并不能真正发挥LF精炼炉钢渣作为生产资源的价值。LF精炼炉钢渣的主要成分与冶金生产中使用的部分原料成分相近,将LF精炼炉钢渣在冶金生产中进行资源化再利用,可以大大提高LF精炼炉钢渣的利用率,节约冶金原料。因此,LF精炼炉钢渣在冶金生产领域内循环利用是最经济有效的方式。

2LF精炼炉钢渣冶金资源化利用技术

LF精炼炉钢渣的主要成分为CaO、Al2O3、SiO2等,这与冶金生产过程中使用的部分原料(如熔剂和造渣料)成分相近,冶金性能也十分相近。按照LF精炼炉钢渣的物质形态,LF精炼炉钢渣在冶金生产中的二次利用可以分为冷态(固态)循环利用和热态(熔融态)循环利用。

2.1LF精炼炉冷态钢渣用作转炉助熔剂

LF精炼炉钢渣中CaO含量约为50%,Al2O3含量约为20%,还含有一定量的CaF2,这与转炉炼钢助熔剂的成分十分相近,经过机械加工处理即可利用。LF精炼炉钢渣除了含有大量CaO之外,还含有一定量的CaF2。将LF精炼炉钢渣代替部分转炉炼钢助熔剂用于转炉冶炼过程,可以使LF精炼炉钢渣中CaF2稀释转炉助熔剂,LF精炼炉钢渣中的CaO可以节省转炉助熔剂所需石灰的用量。石灰(主要成分CaO)是转炉炼钢的主要造渣料,但是由于石灰(CaO)熔点高,在化渣过程中,常常加入氧化铁皮、MnO、MgO,以及部分耐火砖块(SiO2)、铁矾土(Al2O3)、萤石(CaF2)等助熔剂,降低炉渣熔点,加速化渣。LF精炼炉钢渣成分以CaO为主,碱度与转炉渣相近,并含有20%的Al2O3和一定量的CaF2,Al2O3和CaF2可以与CaO形成低熔点化合物[2]。因此,LF精炼炉钢渣可以作为助熔剂应用于转炉冶炼过程。目前,国内的鞍钢等企业在炼钢生产中已采用此项工艺,2009年鞍钢LF精炼炉钢渣制作转炉助熔剂生产线基本建成,年可处理20万tLF精炼炉钢渣。鞍钢在转炉造渣过程中,根据铁水硅含量,每炉加入处理后的LF精炼炉钢渣0.5~1.0t,可以节省0.24t助熔剂和0.065t石灰,脱硫和脱磷效果与正常炉次相当。

2.2LF精炼炉热态钢渣循环利用

LF精炼炉钢渣的冷态循环利用过程中,需要在热态LF精炼炉钢渣冷却后,经过机械加工才可以应用到炼钢生产中。在冷态循环利用过程中,热态LF精炼炉钢渣中的大量热量未被有效利用,在冷却过程中还浪费了大量的冷却水。而热态LF精炼炉钢渣循环利用于LF精炼可以在热态进行,在精炼车间完成,工艺简单可行,是LF精炼炉钢渣在冶金领域内循环利用的理想选择。LF精炼炉热态钢渣有两种循环途径,分别为倒入空包返回和倒入下一炉钢水返回。LF精炼炉热态钢渣循环利用工艺流程见图1。

2.2.1LF精炼炉热态钢渣倒入空钢包返回转炉出钢

由于钢包水口滑板砖一般只能使用一次,换滑板必须清空钢包,所以不能将浇注完的钢包直接运至炼钢车间出钢,需要倒包。该工艺流程如下:1)钢水浇注完毕后,将钢包内的热态钢渣和浇余钢水倒入空钢包内;2)将盛有热态钢渣和浇余钢水的钢包运至转炉出钢;3)将钢包运至LF精炼车间进行钢水精炼;4)浇注钢水可再次将热态钢渣和浇余钢水倒入空钢包内,以备下一个循环使用。LF精炼炉热态钢渣倒入空钢包内返回利用,钢水的冲击搅拌可使LF精炼炉钢渣迅速熔化,省去了精炼初期的化渣环节,减少精炼处理的时间,为精炼创造了良好的条件。LF精炼炉钢渣具有很强的还原性,可有效防止钢水的二次氧化,将其倒入空钢包内返回循环利用,可以减少钢包覆盖剂,降低了生产成本。

2.2.2LF精炼炉热态钢渣返回倒入精炼前钢水

由于LF精炼炉热态钢渣倒入空钢包返回转炉出钢的周转时间较长,余热利用值大大降低,操作难度较大,因此国内钢铁企业生产中采用的较少。目前国内钢铁企业多采用将LF精炼炉热态钢渣倒入下一炉精炼前钢水,循环利用于LF精炼生产。该工艺流程如下:1)钢水浇注完毕后,将钢包内的热态钢渣和浇余钢水倒入下一炉精炼前的钢水中;2)运至LF精炼工位,进行钢水精炼;3)浇注钢水,可再将热态钢渣和浇余钢水倒入下一炉钢水中,进行下一个循环流程。该工艺可减少LF精炼炉热态钢渣和浇余钢水的周转时间,预热利用值更高,操作简单易行。通过以上工艺,LF精炼炉钢渣循环利用,精炼最终排出的炉渣硫含量可达到1.2%以上,从精炼脱硫角度来看已作了充分利用,可考虑作为转炉造渣料替代部分石灰回用或进行加工处理调整成分后用于铁水预处理脱硫,实现LF精炼炉钢渣的梯级利用。国内钢铁企业如唐钢、马钢、杭钢、安钢等在炼钢生产中采用了此工艺,将LF精炼炉热态钢渣在LF精炼生产环节循环利用2~3次,大大减少了石灰、萤石等LF精炼造渣剂的消耗,减轻了电弧对钢包的辐射,提高了钢包寿命,降低了耐材消耗,回收了钢包浇余钢水,还可减少钢水温降10~15℃[3],吨钢可节电5~7kW•h,吨钢成本可降低15~20元,减少LF精炼炉钢渣排放量60%以上,取得了良好的经济效益和社会效益。

2.2.3LF精炼炉热态钢渣循环利用存在问题和解决措施

根据相关资料和部分企业生产实践,LF精炼炉热态钢渣循环利用过程中,存在以下问题:

1)精炼脱硫速度变慢

随着钢渣循环次数增加,CaO含量逐渐下降和Al2O3含量逐渐升高,热态钢渣硫容量降低。当钢渣循环利用超过2次时,渣量增大,进而影响吹氩搅拌效果,使得脱硫速度变慢。因此,在第1次循环利用时,应不补加或者少加渣料,第2次循环时,应减少循环利用的热态钢渣量,并适量补加渣料,保持热态钢渣的硫容量。当循环利用达到3次后,钢渣的硫容量降低,渣量增大,应将钢渣倒入渣盆。

2)增碳困难

由于热态钢渣循环利用过程中,渣层较厚,影响吹氩搅拌效果,进而影响了钢水增碳效果。为此,需要提高转炉冶炼钢种碳含量下限,减轻精炼增碳任务。此外,还应控制回收钢渣和浇余的量,避免出现渣层太厚,影响吹氩搅拌和增碳效果。

3)钢渣循环利用对钢水成分的影响

为避免出现钢水精炼后成分出现较大波动,热态钢渣循环利用应在相同钢种的炉次间进行。不同钢种炉次也可以循环利用,但热态钢渣的回收量应相应减少。

3结语

1)LF精炼炉钢渣传统处理方法效率较低,在处理过程中浪费了大量的冷却水和钢渣热量,还造成了二次污染。

2)LF精炼炉钢渣在冶金生产领域内循环利用是最经济有效的方式。

3)LF精炼炉热态钢渣循环利用于LF精炼生产,不需要较大投资,可回收浇余钢水和钢渣热能,节省LF精炼渣料消耗和电耗,工艺简单可行,具有良好的经济效益和社会效益。

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