[发明专利]一种利用转炉脱磷渣制备高磷生铁的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种利用转炉脱磷渣制备高磷生铁的方法。

背景技术

钢渣是钢铁冶金流程中排放的主要固体废弃物之一。随着我国钢铁工业的快速发展，钢渣的排放量逐年增加，2008年我国粗钢产量5.01亿吨，占世界粗钢总产量的37.7％，钢渣排放量按照100kg/吨钢的标准推算，我国每年新增钢渣5000万吨左右。大量钢渣如不能及时回收利用，露天堆放不仅占用大量土地，而且严重污染周边生态坏境，另外钢渣携带的大量热能以及富含的有价元素也将白白流失，造成巨大的资源浪费。钢渣包括铁水预处理渣、转炉渣和精炼废渣等，这些钢渣依据特定的冶炼任务产生，成分区别较大。

随着转炉双联工艺冶炼超低磷钢技术的日趋成熟，脱碳转炉产生的炉渣可以全部返回前期脱磷炉脱磷，但脱磷专用炉产生的炉渣由于磷含量高，目前技术条件下尚不能被充分利用。我国西南地区的中高磷铁矿储量巨大，在未来铁矿石持续供需紧张的情况下，开发中高磷铁水的综合利用技术迫在眉睫。中高磷铁水冶炼工艺中，转炉脱磷任务重，炉渣磷含量更高，其高附加值利用必须要尽早实施技术储备。

转炉脱磷渣高附加值利用受限于以下因素：①游离态CaO和MgO存在使钢渣体积不稳定；②Ca₂SiO₄由α相向β相的转变过程中伴随体积增大，钢渣易粉化；③磷在转炉渣中以磷酸钙形式存在不易去除，且由于磷含量低于10％而不能直接用于生产磷肥；④渣中氟和重金属易被雨水浸出污染环境；⑤炉渣直接返回冶金流程再利用时磷会在流程内富集累积。

转炉脱磷渣含有CaO、SiO₂、FeO、MgO、MnO、P₂O₅、游离CaO等，其成分波动与原料条件和冶炼工艺有关。转炉渣主要矿物组成为：游离态CaO和MgO，硅酸二钙(2CaO·SiO₂)，硅酸三钙(3CaO·SiO₂)，磷酸钙(3CaO·P₂O₅)等，渣中Mg²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺等离子可以部分取代Ca²⁺形成类质同相结构的硅酸盐结构。回收转炉脱磷渣中的氧化铁并有效去除钢渣中的磷，不仅可减少转炉冶炼过程铁损，同时处理后的炉渣又可以在炼钢流程内循环使用。

对炼钢过程产生的脱磷渣，各企业处理方式各有差异。大部分企业将其堆放渣场处理，对部分自然冷却粉化后的炉渣进行磁选，从中选取比例较小的金属铁，这种利用方式环境污染严重，且利用价值较低，白白浪费了大量有用资源。另有部分研究将转炉脱磷渣回收再利用，添加其它少量造渣材料返回钢铁流程作为钢水改质剂或铁水预处理脱磷剂，如专利号为CN101177722、CN1524969和CN101298633所提供的技术。上述研究存在的问题是，转炉脱磷渣利用率不高，且循环使用会导致炼钢过程磷的富集、累积，造成不必要的能耗增加，并增加了钢水二次污染的可能。公开号为CN1804047的中国申请专利公开的炼钢剩余热态钢渣回收利用方法，充分利用了炼钢液态钢渣的潜热，降低了造渣材料的使用，但同样存在杂质元素无法彻底从系统内排除的难题。

受限于磷的循环累积效应，国内外研究人员进行了转炉渣除磷的尝试。永田等利用碳粉还原铁水预处理脱磷渣，渣中磷气化挥发20％，被金属铁吸收70％，残余渣中10％。宫下等在转炉出钢后，向转炉渣中添加碳粉和萤石吹氧5分钟，渣中95％FeO被还原，P₂O₅的还原率大于90％，  其中60％的磷进入铁相，40％气化。李光强等采用碳热还原研究了转炉渣脱中磷的行为，炉渣还原后有63％的磷进入铁相，33％气化，6％残余在炉渣内。上述方法的不足在于，磷在钢渣中稳定存在(主要以3CaO·P₂O₅形式)，熔渣中P₂O₅活度低，脱除磷必需依赖高温(＞1700℃)实现渣铁分离，成本上难以保证。

李宏杰、水渡等提出在转炉工序后设置再生炉进行转炉渣除磷的方法，其过程为，将转炉渣倒入一个装有碳饱和铁水的专用炉内，炉渣中添加焦炭粉进行充分搅拌还原，由专用炉内出来的铁水送入二次脱磷炉，加入高磷容合成渣，使铁水中的磷再次进入熔渣形成高磷终渣。除磷后的再生渣可以返回脱磷炉，而形成的高磷终渣可以用作生产磷肥。这种工艺的不足在于流程过于复杂，生产过程较难协调，成本高。

发明内容