【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，特别涉及一种基于自放热型助熔剂实现钢渣减量循环利用的方法。
技术介绍
1、近年来，随着我国钢铁工业的高速发展，粗钢产量不断攀升，已跃居世界首位，随之而来，钢渣等大宗固废排量也在急剧增加。亟待安全、有效、妥善的处理利用。目前，我国钢渣主要应用于水泥建材等领域，但整体利用率较低、且附加值低，国内政策将限制钢渣作为水泥混料的应用，因此亟待建立钢渣的冶炼消纳、源头减量模式，但因钢渣中含有对钢铁产品有害的磷元素，极大限制了其在冶炼流程中的可循环性。钢渣中蕴藏着大量的磷铁资源。据估计，我国年排钢渣中含磷480万吨以上，相当于国内磷年产量的1/3。伴随新能源储能市场对磷的巨大需求，钢渣磷资源正逐步纳入研究视野。每年，钢渣中未获有效回收的铁氧化物约为1600-3200万吨，可满足千万吨级大型钢铁企一年的铁矿需求，开发钢渣中磷、铁资源高效提取与利用技术，突破钢渣冶炼内循环制约，不仅具备绝佳行业契机，也符合国家战略发展部署。
2、近年来，针对钢渣的脱磷与循环利用，日本、韩国、德国等均予以高度重视，相继出现高温气化还原脱磷、熔融还原脱磷、熔渣静置脱磷、低温磁选脱磷等技术，其中部分技术已在进行中试及产业化尝试，引起国际社会广泛关注。而我国目前在钢渣循环利用领域仍未有突破性进展，目前，国内钢渣直接利用技术则从钢渣中铁元素的回收工艺，使用机械分离的方式分离钢渣中的渣与铁，主要利用两者的磁性和密度差异回收金属铁，但易产生废水、粉尘而污染环境，而且钢渣中含有的磁选法难以去除的弱磁性铁氧化物，造成铁氧化
3、钢渣中磷主要以2cao·sio2-3cao·p2o5固溶体形式存在，针对钢渣中铁氧化物的回收利用，最有效的办法是将其还原为金属铁，部分学者利用碳硅、煤粉等还原剂在高温下对钢渣进行了还原提铁的研究。但存在渣铁分离较难，温室气体排放等问题。目前针对钢渣所采取的工艺多属于“后期改质技术”，往往需要采用额外的物理(磁场、重力场、机械能等)、化学(还原剂)或者热力学(热量)激发，从而在改质过程中难以避免会消耗更多能源。实际上熔融钢渣本身就具有非常高的热量以及较好的流动性，但这部分能量在钢渣处理过程中难以得到有效利用。为提升钢渣冶炼内循环比例，实现钢渣源头减量，需突破钢渣脱磷效率低、磷铁资源增值转化不足等关键技术难题。在这一方面，本课题组在前期做出了一些成绩，如专利《一种基于熔渣低碳脱磷的钢渣全量利用技术》(申请号为：2023108100596)；但其还原时需要用到电炉。专利《电炉钢渣在线直接还原提铁方法》(申请号为：202310771568.2)通过加入铝灰球实现高温电炉渣在渣罐内还原处理实现fe-mn合金，但渣中的铁仍需磁选回收，并未关注磷的回收和尾渣的循环使用，也未涉及含磷铁水循环富集利用的问题。专利《一种钢渣中有价组元综合回收利用的方法》(申请号为：201811366079.4)，通过加入硅灰改质和铝灰回收熔融钢渣中fe-mn合金，但其还原时需要用到电炉，且未关注磷的回收以及含磷铁水循环富集利用的问题。专利《一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法》(申请号为：202110118234.6)，将造粒料赤泥、转炉熔融钢渣、焦炭加入到熔融还原炉中，通过石墨电极加热，对钢渣进行熔炼得到铁水和重构活性料(碱度为0.70-1.50)。同样需要加热系统，且重构的活性料碱度低，用于大比例替代水泥。
技术实现思路
1、本专利技术为开发利用国内钢渣资源，解决现有钢渣含磷高而无法实现工业化利用的问题，无论基于回转窑或电炉等的还原脱磷技术，均会面临还原吸热引起的温降问题，易导致高熔点钢渣的结壳凝块，不仅大幅降低钢渣脱磷效率，也会影响循环后的熔渣速度。因此，本专利技术首次尝试了利用自放热型助熔剂与还原剂的组合，在无需外加热源的还原过程中维持钢渣熔融状态，扩大还原可操作温区，提升界面反应速度，可有效降低外部热源能耗，缩减工艺成本，减少产渣量，突破钢渣热态循环瓶颈的核心问题。
2、本专利技术专利技术设计研发的自放热型助溶剂与还原剂搭配组合，可提效熔渣还原，维持熔渣冶金性能，实现热态渣的冶炼直接循环，具有较高研究价值与重要应用前景。
3、本专利技术的设计思路为：
4、本专利技术将高温熔融钢渣倒入装有铁液和/或钢液的渣罐中，按一定比例加入混合好的自放热型助熔剂和还原剂，并进行搅拌以达到熔化和还原钢渣的目的。
5、由于钢渣中磷主要以2cao·sio2-3cao·p2o5固溶体形式存在，含磷量约为2％至5％，其直接循环会对转炉造成不利影响。因此，将其还原为单质磷或非固态磷是实现脱磷的先决条件。主要涉及的反应过程为：
6、ca3(po4)2 (s) + 5 c (s) ＝ 3 cao (s) + p2 (g) + 5 co (g)
7、在高温条件下，还原得到的单质磷会被碳饱和铁以及还原得到的铁吸收，发生以下反应：
8、p2＝2[p]
9、从而转化为稳定的磷铁相。
10、由于磷的还原过程是吸热反应，为了解决还原过程中的热量不足、钢渣结壳凝块以及脱磷率低等问题，本专利技术开发了自放热型助熔剂并开发出与之相匹配的搅拌技术。本专利技术的助熔剂原料包括电解铝灰、硅铁、硅粉、cac2等。熔剂和钢渣的配比根据钢渣的粘度来确定。若粘度过高，钢渣会结壳，还原动力学条件变差，不利于熔渣的还原；若粘度过低，则说明助熔剂消耗量过大，导致还原尾渣碱度降低和渣量增加。通过调节助熔剂和钢渣的配比，使炉渣成分和金属铁成分靠近熔化性区域，有利于铁粒在熔渣中聚集长大。
11、此外，还原剂包括碳粉、石墨、焦炭、活性炭、褐煤、烟煤、无烟煤和生物质炭等。还原剂与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，还原剂的加入量也是基于钢渣中铁氧化物所含氧的含量来决定。还原剂中的碳与钢渣中铁氧化物所含氧的摩尔比也需进行精确计算。如果还原剂与钢渣的配比过高，会导致磷的气化损失量大，同时还原剂的消耗量也会增加；如果还原剂与钢渣的配比过低，则表明渣系中氧化物还原不充分，导致铁元素的回收率低且脱磷效果差。通过优化还原剂和钢渣的配比，可以提高还原过程的效率和效果，实现更高的铁回收率和脱磷率。
12、本专利技术中，首次使用的高温熔融钢渣可以通过下述工艺制备：将铁矿经烧结、球团化后进入高炉还原得到铁水，并在转炉中冶炼获得符合要求的合格钢水及副产物熔融钢渣。
13、本专利技术一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，将高温熔融钢渣倒入装有一定量铁液和/或钢液的渣罐中，按一定比例加入混合好的自放热型助熔剂和还原剂，并进行搅拌以达到熔化和还原钢渣的目的；在渣罐中进行搅拌还原然后停止搅拌，静置待分层后将顶部的还原尾渣倒入另一个渣罐中，转运至转炉中作造渣剂使用；自放热型助熔剂选自电解铝灰、硅铁、硅粉、cac2、金属铝、sic中的至少一种；
14、预先置于渣罐中的铁液和/或钢液作为捕捉剂，形成含本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：将高温熔融钢渣倒入装有一定量铁液和/或钢液的渣罐中，按一定比例加入混合好的自放热型助熔剂和还原剂，并进行搅拌以达到熔化和还原钢渣的目的；在渣罐中进行搅拌还原然后停止搅拌，静置待分层后将顶部的还原尾渣倒入另一个渣罐中，转运至转炉中作造渣剂使用；自放热型助熔剂选自电解铝灰、硅铁、硅粉、CaC2、金属铝、SiC中的至少一种；
2.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：熔化和还原钢渣时，无需额外引入热量。
3.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于包括下述步骤：
4.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：步骤二所述的还原剂选自碳粉、石墨、焦炭、活性炭、褐煤、烟煤、无烟煤、生物质炭中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：
6.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：
7.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的
8.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：
9.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：铁的回收率大于等于90％，磷的回收率大于等于70％。
10.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：经循环使用后，实现钢渣循环量45％以上，石灰消耗量减少50％，每吨合格钢水平均产生40-80Kg渣。
...【技术特征摘要】
1.一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：将高温熔融钢渣倒入装有一定量铁液和/或钢液的渣罐中，按一定比例加入混合好的自放热型助熔剂和还原剂，并进行搅拌以达到熔化和还原钢渣的目的；在渣罐中进行搅拌还原然后停止搅拌，静置待分层后将顶部的还原尾渣倒入另一个渣罐中，转运至转炉中作造渣剂使用；自放热型助熔剂选自电解铝灰、硅铁、硅粉、cac2、金属铝、sic中的至少一种；
2.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：熔化和还原钢渣时，无需额外引入热量。
3.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于包括下述步骤：
4.根据权利要求3所述的一种熔融钢渣脱磷和循环利用的方法，其特征在于：步骤二所述的还原剂选自碳粉、石墨、焦炭、...
【专利技术属性】
技术研发人员：高旭，棘广恒，陈庆功，李英杰，周游，王万林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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