專利名稱：利用熔渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用源自煉鐵工業(yè)的熔渣的方法，所述熔渣含有已加入還原劑的氧化鐵顆粒，并且熔渣的氧化鐵顆粒以及任選提供的其它金屬氧化物已被所述還原劑還原，本發(fā)明還涉及實施所述方法的裝置。
煉鐵工業(yè)的熔渣的利用過程的目的是形成與環(huán)境相容的熔渣，特別是可經(jīng)濟應(yīng)用的熔渣，例如，其可以用作生產(chǎn)水泥溶渣替代物的原料。
這類方法可由WO 96/24696或WO 97/46717得知。因此，含氧化鐵的液態(tài)熔渣如煉鋼廠熔渣與氧化鐵載體如鐵礦石、堿性弱礦石、軋制渣屑或治金粉塵以及石灰和鐵素體熔渣混合，這樣形成的物質(zhì)在還原反應(yīng)器中還原，并通過碳的燃燒或熱空氣的加入而分別形成鐵浴和燒結(jié)相。
這些已知方法的缺點在于廢氣的量很大，并且由于殘余物質(zhì)和煤從浴的下方加入而造成較高的粉塵損失。另一個缺點是在熔渣的氧化鐵顆粒的還原過程中，吸熱還原方法所產(chǎn)生的熱損失被化學(xué)或熱空氣所抵消，即被碳的燃燒化學(xué)抵消。這些措施產(chǎn)生強的湍動，并因此由于較高的粉塵含量以及較大量的廢氣而形成較高的碳損失。碳燃燒所產(chǎn)生的化學(xué)熱影響著化學(xué)平衡，并因此影響熔渣處理過程中該方法的進程。從很快就將征收的CO2稅收角度來看，不可避免產(chǎn)生的較高的CO2排放會造成經(jīng)濟上的缺陷，并且這種方法不符合可持續(xù)發(fā)展的趨勢。另外，這種熔渣的應(yīng)用在設(shè)計復(fù)雜的轉(zhuǎn)化爐或固定還原反應(yīng)器中進行，需要較高的投資。
已知方法的另一個缺點在于操作是不連續(xù)的，即待處理熔渣分別加入、加工及隨后澆鑄或出渣。這包括每批熔渣的劇烈反應(yīng)，并伴隨著反應(yīng)器中存在的相的組成的明顯改變，這反過來會使反應(yīng)器即轉(zhuǎn)換器或固定還原反應(yīng)器的耐火襯里產(chǎn)生較大的應(yīng)變。而這種高應(yīng)變會進一步被上述的化學(xué)熱強化。
本發(fā)明的目的是避免上述的缺點和困難，提供一種最初提到的所述類型的方法以及實施所述方法的裝置，所述方法通過簡單的設(shè)施來實現(xiàn)，并且所述設(shè)施僅需要較少的投資。另外，盡可能地避免粉塵損失，并且只有少量的維護和修理工作是必須的，即反應(yīng)器中存在的相的化學(xué)組成應(yīng)該連續(xù)變化，只是在加入熔渣和加入粉塵時才在整體上輕微地改變。另一個重要方面在于在吸熱還原中發(fā)生的熱消耗通過提供熱來補償，而這種供熱不會引起化學(xué)平衡的任何變化，從而使熔渣的利用不受加入熱量即提供能量的影響。與現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法相比，這種供熱方式會造成較低的CO2排放，從而基于未來CO2賦稅的角度來看，能夠利用CO2節(jié)約的優(yōu)點。相比于現(xiàn)有技術(shù)，廢氣量的減少也會造成較低的粉塵排放，從而能夠更加有效地應(yīng)用所加入的材料。
按照本發(fā)明，通過如下幾個特征的組合來實現(xiàn)所述目的-在較長的一段時間內(nèi)緩慢且連續(xù)地向反應(yīng)器、優(yōu)選為可傾斜的盤式反應(yīng)器中向含溶解碳的殘余鐵水上加入熔渣，-在較長的一段時間內(nèi)電加熱熔渣和殘余鐵水以及新形成的鐵水，-在較長的一段時間內(nèi)利用氣體、優(yōu)選為惰性氣通過噴槍將含碳的還原劑吹入到熔渣和鐵水間界面附近的區(qū)域或者直接吹入到鐵水中，并使碳溶解于鐵水中并且使鐵水與熔渣混合，-在鐵水中溶解還原劑的碳，和-在較長的一段時間內(nèi)還原熔渣的氧化鐵顆粒，形成金屬鐵和CO，-在較長的一段時間內(nèi)利用所形成的CO形成泡沫熔渣，-在較長的一段時間內(nèi)向泡沫熔渣中引入含氧氣體或氧氣，并補充燃燒CO成為CO2，-在較長的一段時間內(nèi)用惰性氣體從底部吹掃反應(yīng)器，-排出處理后的熔渣，和任選地-隨后排出鐵水，并使含有溶解碳的殘余鐵水留在反應(yīng)器中。
液體熔渣的加入始于調(diào)節(jié)鋼廠轉(zhuǎn)化爐(例如不銹鋼工廠中的LD轉(zhuǎn)化爐或AOD轉(zhuǎn)化爐)的加入時間和由此產(chǎn)生的液體熔渣的量。調(diào)節(jié)聚集體的尺寸和加入速度，從而在鋼廠轉(zhuǎn)化爐中積累的熔渣的量可以在出渣期間的時間段內(nèi)在還原反應(yīng)器中按照本發(fā)明進行處理。按這樣做，可以由兩個或多個轉(zhuǎn)化爐批次收集熔渣量，然后可以將其連續(xù)加入還原反應(yīng)器中。
由于在較長的一段時間內(nèi)緩慢且連續(xù)地加入熔渣，以已經(jīng)存在的量為基準，單位時間進入反應(yīng)器中待處理的熔渣量相對較少，因此反應(yīng)器中存在的相的化學(xué)組成僅發(fā)生輕微變化。因此，可以確保所謂的“準連續(xù)”操作，即所應(yīng)用物質(zhì)的連續(xù)轉(zhuǎn)化，即使當(dāng)已經(jīng)達到反應(yīng)器的最大能力，也能確保處理后熔渣的排放總是最終不連續(xù)發(fā)生。
通過使不斷增加的熔渣和殘余鐵水以及新形成的鐵水量在較長的一段時間內(nèi)電加熱也能確保這種“準連續(xù)性”。另外，化學(xué)反應(yīng)不受加熱過程的影響。這就包括了化學(xué)反應(yīng)更易于管理和控制的優(yōu)點，而這一點對排出產(chǎn)品即處理后熔渣和處理后鐵水的質(zhì)量有正面影響。
另一個主要優(yōu)點來源于向鐵水或熔渣與鐵水的界面的附近區(qū)域內(nèi)直接加入含碳還原劑，因為通過向上吹氣將不可避免地使吹入鐵水的碳幾乎全部溶解，和使鐵水與熔渣混合，從而以最優(yōu)方式直接進行還原。因此，含碳金屬液滴與含金屬氧化物的熔渣直接接觸起主要作用，也就是說這樣形成的較大界面可用于還原過程。其結(jié)果是熔渣中的可還原金屬氧化物與金屬熔融物中溶解的碳發(fā)生直接還原。
通過噴槍加入還原劑也是很重要的，具體地，這是因為以這種方式可以為所述方法提供理想的調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)其特定高度)，與之相對比的是底部鼓風(fēng)口，后者使所加的試劑向上吹起，這將由于所謂的鼓風(fēng)通過向廢氣物流中吹入氣體而造成這些試劑大量損失，并因此造成粉塵大量的累積。另外，應(yīng)用噴槍，還原劑在金屬浴中的停留時間更長，從而實現(xiàn)金屬浴中碳與還原劑的更有效分離。
優(yōu)選地，可以通過使用噴槍，利用氣體，優(yōu)選為惰性氣體，使殘余物質(zhì)，特別是治金殘余物質(zhì)如廢料場殘余物、來自氣體凈化過程的含氧化鐵的粉塵和漿液、渣屑等在較長的一段時間內(nèi)緩慢且連續(xù)地吹入到熔渣與鐵水界面附近的區(qū)域或直接吹入到鐵水中，使鐵水與熔渣混合。
這也可以用于加入助劑，例如礬土、有利地為來自礬土提取過程的殘余物質(zhì)如紅色污泥和/或石灰粉末和/或硅載體、有利地為含硅(Si)殘余物質(zhì)如飛灰、鍋爐灰或廢鑄造用砂等，這些物質(zhì)也通過使用噴槍，利用氣體，優(yōu)選為惰性氣體，使之在較長的一段時間內(nèi)緩慢且連續(xù)地吹入到熔渣與鐵水界面附近的區(qū)域或直接注射到鐵水中，并在每種情況下，使鐵水與熔渣混合。
對于處理熔渣來說，如果在與還原劑不同的位置，優(yōu)選在吹入還原劑的上方，例如直接加入到鐵水與鐵水上部形成的泡沫熔渣間的邊界層區(qū)域，向反應(yīng)器中加入殘余物質(zhì)和/或助劑，可能是有利的。
按照優(yōu)選的實施方案，含碳還原劑和/或殘余物質(zhì)和/或助劑的吹入傾斜于反應(yīng)器中存在的鐵水的界面和位于所述鐵水上部的熔渣的界面。
按照本發(fā)明的方法，如果在較長的一段時間內(nèi)實施的處理步驟基本上按熔渣和任選鐵水的排放到隨后熔渣的排放并因此幾乎同步進行而實施，則是很理想的。
因為待處理的治金殘余物中，特別是熔渣和粉塵中的礦物質(zhì)的量比可還原金屬氧化物中的要高，所以比起處理鐵水來，處理熔渣的生產(chǎn)量明顯更多，因此熔渣將連續(xù)幾次進行排放，然后才能夠進行鐵水的澆鑄。如果在每一種情況下在較長的一段時間內(nèi)要實施的方法步驟在熔渣的兩個連續(xù)排放操作期間發(fā)生，任選在鐵水和隨后的熔渣排放之后發(fā)生，則待處理的殘余物質(zhì)，特別是熔渣和粉塵，可以在單位時間內(nèi)以最小可能量而加入，這與鋼廠設(shè)施的后備供應(yīng)是兼容的，即與已經(jīng)產(chǎn)生和單位時間內(nèi)要處理的液體熔渣來說是兼容的。但是，也有可能需要臨時中斷熔渣的加入和/或殘余物質(zhì)和/或還原劑的加入，例如，為了用充滿的熔渣容器替換空容器，或者為了取出中間樣品，或者為了通過臨時增加助劑的加入而調(diào)節(jié)熔渣組成等。按照本發(fā)明的方法，這些加入和加入的中斷以及電加熱的中斷相互之間可以獨立實施，從而在兩次熔渣出渣之間的時間間隔內(nèi)有可能達到所需要的理想調(diào)節(jié)。
為了阻止碳吹過和吹入廢氣中，并且為了分別阻止在泡沫熔渣的上部區(qū)域中在氧化區(qū)內(nèi)碳的燃燒，含碳還原劑的吹入優(yōu)選僅進行到在鐵水中達到碳的最大飽和度為止。
為了確保在還原過程中形成的CO部分有效補充燃燒，并且該補充燃燒不損害還原過程，含氧氣體或氧氣適當(dāng)?shù)匾氲缴习雲(yún)^(qū)的熔渣中，有利地引入到熔渣高度的最上部的三分之一區(qū)域中。
如果助劑和/或殘余物具體加入到熔渣與鐵水間界面兩側(cè)的高度區(qū)域上，或者加入到鐵水中的相同高度區(qū)域中時，其將被證明是有利的，而所述高度區(qū)域延伸至超過熔渣總高度最大25％，優(yōu)選延伸至超過熔渣總高度最大10％，或者在鐵水中其側(cè)面相對的位置。
為了能特別迅速地轉(zhuǎn)化所加入的物質(zhì)，這些物質(zhì)合適地通過噴槍的側(cè)向排出口相對于理想的水平界面沿大致水平方向或略微傾斜地加入。
電加熱優(yōu)選通過電弧和/或電阻加熱進行，而后者是由于形成泡沫熔渣而不可能應(yīng)用電弧燃燒。
熔渣優(yōu)選以至少部分液態(tài)的形式加入。
具體的方法特征包括金屬氧化物的還原主要通過金屬熔融物中溶解的碳的直接還原而實施，而不是通過碳與氧燃燒產(chǎn)生CO氣體且隨后應(yīng)用該氣體來實施的。
為了使很難還原的化合物如MnO、Cr2O3、P2O5還原至處理后熔渣中希望的合適低值，應(yīng)用比碳更強的還原劑，如鋁、鐵硅、碳化鈣等。優(yōu)選在處理熔渣排放前的最后還原階段中加入。
為了附加調(diào)節(jié)處理熔渣的性能，如果必要，在完成還原劑的加入時，進一步加入一些助劑。所述加入，對本發(fā)明來說是可能的，是臨時獨立的，并且可以以可控方式進行，除了其它優(yōu)點外，其還能在較低堿強度下使氧化物如MnO或P2O5更有效還原，以及隨后調(diào)節(jié)熔渣組成至希望的堿強度范圍。
另外，本發(fā)明的方法能夠通過吹入噴槍而有利地同樣加入含氧化鐵的礦石如細礦石、鉻礦石等。
按照本發(fā)明，假定有可能形成盡可能大的泡沫熔渣高度，因此，所利用的還原反應(yīng)器的高度選擇得較大。因為這個原因，如果超過最大允許高度和熔渣高度的限定值不足時，則優(yōu)選測量熔渣的高度并采取相應(yīng)的校正措施。
在加入殘余物質(zhì)和/或助劑和/或還原劑之后且在排出處理熔渣之前，優(yōu)選等待金屬液滴從熔渣中沉積下來。
為了避免反應(yīng)器中耐火材料的損壞，以及為了節(jié)約輸入的能量，在反應(yīng)器中在比處理熔渣的造粒過程更低的溫度下適當(dāng)處理熔渣。
實施本方法的裝置具有如下特征-可傾斜的盤式反應(yīng)器，在其內(nèi)部，高度超過最大直徑，并且向其提供-氣體，優(yōu)選為惰性氣體，供給底部鼓風(fēng)口和/或底部沖洗磚，-至少一個噴槍，提供氧氣且可從上方插入盤式反應(yīng)器中，-具有至少一個噴槍，提供含碳還原劑，該噴槍可從上方插入盤式反應(yīng)器中，-并且配有電加熱設(shè)備，優(yōu)選為可從上方插入的電弧電極。
為了能夠在較長的一段時間內(nèi)向反應(yīng)器中引入待處理的熔渣，提供一種用于液體熔渣的緩慢可傾斜的熔渣加料設(shè)備，其中調(diào)節(jié)傾斜速度使之遵循來自主要技術(shù)單元的液體熔渣的加料間隔，特別是來自轉(zhuǎn)化爐(在不銹鋼工廠中，通常為LD轉(zhuǎn)化爐或AOD轉(zhuǎn)化爐)的液體熔渣的加料間隔。
為了引入固化熔渣，應(yīng)用獨立的加料設(shè)備被證明是方便的；所述設(shè)備優(yōu)選設(shè)計為振動槽或斜槽或振動槽/斜槽的組合。
有利地，盤式反應(yīng)器配有至少一個可從上部引入的用于加入殘余物質(zhì)和/或助劑的噴槍。
為了能夠加入相對較大的塊狀原料物質(zhì)如碎屑包等，反應(yīng)器配有一個開口，使其成為可能。所述開口位于反應(yīng)器的蓋子上，其還有利地用來維持吸入廢氣所需的負壓。
一個優(yōu)選實施方案的特征在于在還原劑的至少一個排出口和排布在較高位置處的殘余物和/或助劑的至少一個排出口處設(shè)置噴槍。
在下文中，通過

圖1所示的流程圖以及幾個示例性實施方案更為詳細地描述本發(fā)明。圖2描述了本發(fā)明的反應(yīng)器的側(cè)視圖，圖3顯示了所述容器的頂視圖。圖4表示了插入過程中反應(yīng)器的截面圖。
鋼制轉(zhuǎn)化爐由1表示，從所述鋼制轉(zhuǎn)化爐中，一方面，熔渣2(圖中所示為LD熔渣)澆吹入渣桶3中，另一方面，排出鋼4。熔渣2由所述渣桶3倒入輸送桶5中，輸送至轉(zhuǎn)臺6，所述轉(zhuǎn)臺可通過傾斜輸送桶5使待處理的液體熔渣2緩慢且連續(xù)地流入直立的可傾斜的盤式反應(yīng)器7中。
對這些熔渣來說，熔渣2的加入優(yōu)選以液態(tài)形式實施，這種加入方式在邏輯上是可能且合理的。例如，在轉(zhuǎn)化爐熔渣(對C鋼為LD熔渣而對不銹鋼為AOD熔渣)的情況下，這是可能的。這種加入類型優(yōu)選的原因是其具有能量優(yōu)點，由于液體熔渣2具有較高的熱容量，相應(yīng)地加熱和還原金屬氧化物需要較少的能量。
在最終排出熔渣2后殘余的鐵水25仍然包含在盤式反應(yīng)器7中。所述熔融物僅在修理工作進行時完全放出，否則的話在反應(yīng)器7中總是保持足夠高度(通常為至少0.6m))的至少一個金屬液位。通常每經(jīng)過五次熔渣出渣后，由于金屬氧化物的還原而同時形成的附加金屬浴也需要放出，從而使其不超過金屬浴高度的最大值(通常約為1.25m)，相應(yīng)地為泡沫熔渣的形成維持足夠的自由空間。
在填充液體熔渣2的過程中，由于與金屬中所含的溶解碳發(fā)生反應(yīng)，其中所含的金屬氧化物(主要為FeOX，也有MnO；當(dāng)為不銹鋼熔渣時，也有明顯量的Cr2O3和NiO)的還原反應(yīng)已經(jīng)開始發(fā)生。
可傾斜的盤式反應(yīng)器7具有超過最大內(nèi)徑8的高度9。其配有加熱電極10和一個或多個可從上方插入的噴槍11，以及用于取樣的設(shè)備13，其中所述噴槍用于吹入由貯存容器12提供的原料物質(zhì)，如還原劑、助劑和/或殘余物質(zhì)和/或礦石，而所述吹入利用氣體進行。這些噴槍11在其下端優(yōu)選配有用于引入物質(zhì)的側(cè)向排布的排出口。在盤式反應(yīng)器7的底部配有沖洗鼓風(fēng)口14，用于引入惰性氣體如氮氣。另外，噴槍15用于吹入氧氣。所述噴槍僅插入到內(nèi)部空間的上部，即到達所形成的泡沫熔渣內(nèi)部。
為了排出處理后熔渣16和處理后鐵水17，傾斜盤式反應(yīng)器7，并使處理后熔渣16傾倒入輸送桶18中，然后送至造粒設(shè)備19′。如果要排出鐵水17，在排出熔渣16后，通過傾斜盤式反應(yīng)器7而類似地進行傾倒，所述鐵水17任選通過輸送桶19輸送至桶處理臺20，然后送至轉(zhuǎn)化爐1中。
從圖2和3可以看出，電極10在中心位置穿過盤式反應(yīng)器7的蓋子21，所述蓋子用于吸入廢氣，而提供氧氣的噴槍15位于在蓋子21上所提供的開口23的旁邊，所述開口23連到廢氣管道22上，并配有燒嘴23′。
正如圖1中所示，輸送設(shè)備如振動槽24用于引入固化溶渣，通過該振動槽可以在較長的一段時間內(nèi)向盤式反應(yīng)器7中加入固體塊狀熔渣，優(yōu)選在兩次澆鑄操作之間的時間間隔內(nèi)加入。
圖4描述了盤式反應(yīng)器7內(nèi)部的工藝。所述反應(yīng)器含有鐵的殘余熔融物25(生鐵)，其由新形成的鐵水補充。處于泡沫狀態(tài)的熔渣2′位于鐵水25上部?？梢钥吹降氖菄姌?1深入盤式反應(yīng)器7的內(nèi)部，并且在其下部包括用于加入還原劑29的側(cè)向排放口28。噴槍11的所述端由雙口噴槍構(gòu)成，其向前伸入到鐵水25中。在其上方，接近鐵水25與熔渣2′的邊界面26的位置處，噴槍11具有另一個側(cè)向排放口30，用于引入助劑和/或殘余物質(zhì)27和任選的礦石。固化熔渣2″的加入在所述圖中類似地進行了描述。
供氧噴槍15伸入泡沫熔渣2′的上部區(qū)域，并且為熔渣還原過程中形成的CO提供補充燃燒。在所述高度區(qū)域內(nèi)，在還原區(qū)31上部形成氧化區(qū)32。
為了使反應(yīng)加速，通過插入盤式反應(yīng)器7底部的沖洗鼓風(fēng)口14加入惰性氣體，優(yōu)選為氮氣。
為了控制泡沫熔渣的高度，提供用來測量泡沫熔渣高度的設(shè)備，其可以利用照相機、激光或超聲波來實現(xiàn)。
本發(fā)明裝置的操作通過如下兩個實施例來描述。
實施例A所表示的熔渣和殘余物質(zhì)的量均為按照LD方法生產(chǎn)1噸鋼水(LS)、碳鋼如結(jié)構(gòu)鋼的過程中所積累的典型的具體量。
還原劑29、助劑27以及其所必須的電能量也已表示出。
表1原料
使組成如表1所示的110kg/t LS液體LD熔渣2從LD轉(zhuǎn)化爐1倒入渣桶3中。所述渣桶3的內(nèi)容物被傾倒入輸送桶5中。隨后，輸送桶5固定在轉(zhuǎn)臺6上，并且液體熔渣2緩慢且連續(xù)地傾倒入可傾斜罐爐狀還原裝置7中的生鐵金屬浴25上。
使12kg/t LS罐爐熔渣2″和8kg/t LS脫硫(De-S-)熔渣通過振動槽24和斜槽緩慢且連續(xù)地加入盤式反應(yīng)器7中(組成也示于表1中)。
加熱熔渣2、2″和補償熱損失以及利用溶解碳對金屬氧化物(特別是氧化鐵)直接吸熱還原所需的能量(90kWh/t LS)通過三個電極10以電的形式引入。
在填充且并行加熱的過程中，所加入的熔渣2、2″中的金屬氧化物通過應(yīng)用生鐵水25中溶解的碳直接還原而還原。通過向金屬浴25中深層吹入還原劑29即4.7kg/t LS煤粉塵和2kg/t LS焦炭而置換廢碳(分析參見表2)。
表2還原劑
除了還原劑29外，在C鋼廠操作中通常會積累的殘余物質(zhì)27，即17kg/t LS的LD粉塵、15kg/t LS的高爐粉塵和5kg/t LS渣屑也通過吹入噴槍11用N2吹入(組成參見表1)。為了擴大所述邊界層的表面，這些含氧化鐵的殘余物質(zhì)的吹入操作發(fā)生在鐵水25/熔渣2之間邊界層26的附近。
為了調(diào)節(jié)作為灰渣替代物的水硬性粘結(jié)料的最優(yōu)熔渣組成，作為SiO2供劑額外吹入35kg/t LS飛灰。
對于氣動和底部沖洗來說，需要6Nm3N2/t LS。
還原在溫度為1420℃下發(fā)生。在所述溫度范圍，由于在還原過程中形成CO而形成泡沫熔渣2′。金屬氧化物與選擇性分散于其中的金屬熔滴的較大接觸面積造成利用金屬熔滴內(nèi)所溶解的碳有效直接還原。為了改善能量平衡，以及達到所指示的電加熱容量值，利用O2使還原過程中形成的部分CO補充燃燒。使4kg t/LS的O2通過位于泡沫熔渣2′上部三分之一處的O2噴槍15加入，并使25％的CO氧化為CO2。這種相對較低程度的補充燃燒容易控制，并且會造成所釋放的能量更有效地傳遞回泡沫熔渣2′和金屬熔融物25。吹入O2，并盡可能使所述氧化區(qū)32不與還原區(qū)31混合，其中在還原區(qū)中發(fā)生金屬氧化物顆粒的還原反應(yīng)。
隨后進行完全燃燒，因此在廢氣中只能發(fā)現(xiàn)CO2，即45kg/t LS。這是一個非常低的值，只有通過優(yōu)選的直接還原和電加熱才能達到，并且從即將實施CO2稅收角度來看，其相應(yīng)地提供了這方面的優(yōu)點。
由于煤的深度吹入且由于泡沫熔渣2′的過濾器效果，粉塵的含量極低，僅為1kg/t LS，從排放和避免過濾器粉塵的角度來看，這也代表一個優(yōu)點。
在使全部量的LD熔渣2轉(zhuǎn)化后，在完成剩余殘余物質(zhì)27和還原劑29的吹入，且完成還原后，取出熔渣樣品，并用預(yù)算的分析檢查結(jié)果的一致性。在表3中包括了已經(jīng)產(chǎn)生的125kg/t LS的熔渣16所達到的目標分析值。
表3熔渣產(chǎn)品
隨后，升溫至1450℃，從而一方面得到處理熔渣16隨后造粒所需的溫度，另一方面促進分散的金屬液滴由于粘度降低而從泡沫熔渣中沉積下來。為了此目的，可能觀察5分鐘。
隨后，除了保留量的熔渣外，其余熔渣通過傾斜反應(yīng)器7而倒入輸送桶18中。輸送桶18中的內(nèi)容物加入到干式造粒機19中。包括快速和玻璃狀固化過程的造粒通過使熔渣射流在旋轉(zhuǎn)盤上形成細小液滴并在空氣流中迅速冷卻細小液滴而實施。
每一次熔渣處理后，包含由還原過程得到的54kg/t LS金屬(分析參見表4)的金屬浴25不由盤式反應(yīng)器7中倒出而保留在其中，直到不能再提供用于泡沫熔渣2′的充足自由空間為止。通常，經(jīng)過五次處理后發(fā)生這種狀況，但由于盤式反應(yīng)器7的幾何結(jié)構(gòu)不同，也可能有所變化。
表4金屬產(chǎn)品
隨后，使盤式反應(yīng)器7返回處理位置，緩慢且連續(xù)地再一次加入下一批LD熔渣2。剩余的步驟按上面所描述的方式重復(fù)進行。
五次處理后，除了高度至少0.6m的金屬塊外，使金屬浴25排出以使其經(jīng)受脫P處理。因此，所述金屬浴用于增加整個治煉廠的生鐵產(chǎn)生量，或者用于節(jié)省原料、能量和主要裝置燒焦單元和高爐的CO2生產(chǎn)量。
實施例B所表示的熔渣和粉塵的量均為生產(chǎn)1噸液體不銹鋼的過程中所積累的典型的具體量。
還原劑29、助劑27以及所必須的電能量也已經(jīng)計算出并表示出。
表1原料
使組成如表1所示的317kg/t LS液體不銹鋼(AOD)熔渣2從AOD轉(zhuǎn)化爐1倒入渣桶3中。所述渣桶3的內(nèi)容物被傾倒入輸送桶5中。隨后，輸送桶5固定在轉(zhuǎn)臺6上，并且液體熔渣2緩慢且連續(xù)地傾倒入可傾斜罐爐狀還原裝置7中的含Cr/Ni的殘余金屬浴25上。
加熱熔渣2和補償熱損失以及利用溶解碳對金屬氧化物(特別是氧化鐵，也包括高含量的氧化鉻和氧化鎳)直接吸熱還原所需的能量(204kWh/t LS)通過三個電極10以電的形式引入。
在填充且并行加熱的過程中，所加入的熔渣2中的金屬氧化物通過應(yīng)用合金生鐵中溶解的碳直接還原而還原。通過向金屬浴25中深層吹入還原劑29即6.1kg/t LS煤粉塵和2.0kg/t LS焦炭而置換廢碳(分析參見表2)。
表2還原劑
除了還原劑29外，在不銹鋼廠操作中通常會積累的殘余物質(zhì)27，即36kg/t LS含較高量Cr和Ni的不銹鋼粉塵也通過吹入噴槍11吹入(組成參見表1)。為了擴大所述邊界層26的表面，吹入操作發(fā)生在金屬浴25/泡沫熔渣2′之間邊界層26的附近。
為了調(diào)節(jié)作為灰渣替代物的水硬性粘結(jié)料的最優(yōu)熔渣組成，作為SiO2供劑額外吹入70kg/t LS飛灰。有利地，應(yīng)用碳含量相對較高的飛灰。
對于氣動和底部沖洗來說，需要7Nm3N2/t LS。
還原最初用碳在溫度為1430℃下發(fā)生。在所述溫度范圍，由于在還原過程中形成CO而形成泡沫熔渣2′。金屬氧化物與選擇性分散于其中的金屬熔滴的較大接觸面積造成利用金屬熔滴內(nèi)所溶解的碳有效直接還原。
為了改善能量平衡，以及達到所指示的電加熱容量值，利用O2使還原過程中形成的部分CO補充燃燒。使4.0kg t/LS的O2通過位于泡沫熔渣2′上部三分之一處的O2噴槍15加入，并使25％的CO氧化為CO2。這種相對較低程度的補充燃燒容易控制，并且會造成所釋放的能量更有效地傳遞回泡沫熔渣2′和金屬熔融物25。吹入O2，并盡可能使所述氧化區(qū)32不與還原區(qū)31混合，其中在還原區(qū)中發(fā)生金屬氧化物顆粒的還原反應(yīng)。
隨后進行完全燃燒，因此在廢氣中只能發(fā)現(xiàn)CO2，即44kg/t LS。這是一個非常低的值，只有通過優(yōu)選的直接還原和電加熱才能達到，并且從即將實施CO2稅收角度來看，其相應(yīng)地提供了這方面的優(yōu)點。
由于煤的深度吹入且由于泡沫熔渣2′的過濾器效果，粉塵的含量極低，僅為1.2kg/t LS，從排放和避免過濾器粉塵的角度來看，這也代表一個優(yōu)點。
經(jīng)過加入不銹鋼熔渣2、不銹鋼粉塵27和飛灰的階段后，并且經(jīng)過用金屬浴25中的溶解碳還原后，其中所述碳已通過吹入還原劑29所置換，取出熔渣樣品，并用預(yù)算的分析檢查結(jié)果的一致性。隨后，為了減少難于被還原的氧化物的含量，特別是Cr2O3的含量，加入更強的還原劑1kg/t LS的Fe75Si，并且可能觀察5分鐘。在表3中包括了已經(jīng)產(chǎn)生的354kg/t LS的熔渣16所達到的目標分析值。
表3熔渣產(chǎn)品
隨后，升溫至1460℃，從而一方面得到處理熔渣16隨后造粒所需的溫度，另一方面促進分散的金屬液滴由于粘度降低而從泡沫熔渣2′中沉積下來。為了此目的，可能觀察5分鐘。
隨后，除了保留量的熔渣外，其余熔渣通過傾斜盤式反應(yīng)器7而倒入輸送桶18中。輸送桶18中的內(nèi)容物加入到干式造粒機19中。包括快速和玻璃狀固化過程的造粒通過使熔渣射流在旋轉(zhuǎn)盤上形成細小液滴并在空氣流中迅速冷卻細小液滴而實施。
每一次熔渣處理后，包含由還原過程得到的50kg/t LS金屬(分析參見表4)的金屬浴25不由盤式反應(yīng)器7中倒出而保留在其中，直到不能再提供用于泡沫熔渣2′的充足自由空間為止。通常，經(jīng)過五次處理后發(fā)生這種狀況，但由于盤式反應(yīng)器7的幾何結(jié)構(gòu)不同，也可能有所變化。
表4金屬產(chǎn)品
隨后，使盤式反應(yīng)器返回處理位置，緩慢且連續(xù)地再一次加入下一批LD熔渣2。剩余的步驟按上面所描述的方式重復(fù)進行。
五次處理后，除了高度至少0.6m的金屬塊外，使金屬浴25排出，并且如果需要，使其經(jīng)受脫P處理。因此，所述金屬浴用于增加整個治煉廠的生鐵產(chǎn)生量，或者用于節(jié)省原料、能量和主要裝置燒焦單元和高爐的CO2生產(chǎn)量。
本發(fā)明方法的主要優(yōu)點是有可能實施熔渣的選擇性細小調(diào)節(jié)，而所述熔渣是通過吹入各種殘余物質(zhì)和如果需要的助劑等生產(chǎn)的。優(yōu)選地，對各種原料的需要量在過程模型中計算得到，其中所述模型是基于原料的已知分析建立的，并且通過控制吹入裝置的參數(shù)而加入各自的量。通過對熔渣和金屬浴取樣進行檢測。
另一方面，通過應(yīng)用自動溫度套管(浸入式熱電偶)可以確定溫度。另一方面，通過高溫溫度計可以間歇、優(yōu)選連續(xù)地控制溫度。
權(quán)利要求
1.一種利用來自煉鐵工業(yè)且含有氧化鐵顆粒的熔渣(2，2″)的方法，其中加入還原劑(29)，使熔渣(2，2″)中的氧化鐵顆粒以及任選提供的其它金屬氧化物被所述還原劑(29)還原，其特征在于如下特性的組合-在較長的一段時間內(nèi)緩慢且連續(xù)地向反應(yīng)器(7)、優(yōu)選為可傾斜的盤式反應(yīng)器(7)中向含溶解碳的殘余鐵水(25)上加入熔渣(2，2″)，-在較長的一段時間內(nèi)電加熱熔渣(2)和殘余鐵水以及新形成的鐵水(17)，-在較長的一段時間內(nèi)利用氣體、優(yōu)選為惰性氣通過噴槍(11)將含碳的還原劑(29)吹入到熔渣(2)和鐵水(25)間界面(26)附近的區(qū)域或者直接吹入到鐵水(25)中，并使碳溶解于鐵水(25)中并且使鐵水(25)與熔渣(2)混合，-在鐵水(25)中溶解還原劑(29)的碳，和-在較長的一段時間內(nèi)還原熔渣(2)的氧化鐵顆粒，形成金屬鐵和CO，-在較長的一段時間內(nèi)利用所形成的CO形成泡沫熔渣(2′)，-在較長的一段時間內(nèi)向泡沫熔渣(2′)中引入含氧氣體或氧氣，并補充燃燒CO成為CO2，-在較長的一段時間內(nèi)用惰性氣體從底部清洗反應(yīng)器(7)，-排出處理后的熔渣(16)，和任選地-隨后排出鐵水(17)，并使含有溶解碳的殘余鐵水(25)留在反應(yīng)器(7)中。
2.權(quán)利要求1的方法，特征在于在較長的一段時間內(nèi)利用氣體、優(yōu)選為惰性氣體通過噴槍(11)緩慢且連續(xù)地將殘余物質(zhì)(27)、特別是治金殘余物如廢料場殘余物、來自氣體凈化過程的含氧化鐵的粉塵和漿液、渣屑等吹入到熔渣(2′)和鐵水(25)間界面(26)附近的區(qū)域或者直接吹入到鐵水(25)中，并使鐵水(25)與熔渣(2′)混合。
3.權(quán)利要求1或2的方法，特征在于在較長的一段時間內(nèi)利用氣體、優(yōu)選為惰性氣體通過噴槍(11)緩慢且連續(xù)地將助劑(27)如礬土和/或石灰粉末和/或硅載體吹入到熔渣(2′)和鐵水(25)間界面(26)附近的區(qū)域或者直接吹入到鐵水(25)中，并在每種情況下使鐵水(25)與熔渣(2′)混合。
4.權(quán)利要求2或3的方法，特征在于殘余物質(zhì)(27)和/或助劑(27)在與還原劑(29)不同的另一高度吹入反應(yīng)器(7)中，優(yōu)選高于還原劑(29)的吹入位置。
5.權(quán)利要求1-4中一項或幾項的方法，特征在于含碳還原劑(29)和/或殘余物質(zhì)(27)和/或助劑(27)的吹入傾斜于反應(yīng)器(7)中存在的鐵水(25)和位于所述鐵水上部的熔渣(2′)的界面(26)。
6.權(quán)利要求1-5中一項或幾項的方法，特征在于在較長的一段時間內(nèi)實施的處理步驟基本上按排放熔渣(2′)以及任選的鐵水(25)到隨后排放熔渣(2′)進行，并且因此基本上是同步進行的。
7.權(quán)利要求1-6中一項或幾項的方法，特征在于含碳還原劑(29)的吹入持續(xù)到在鐵水(25)中已經(jīng)達到碳的最大飽和限度為止。
8.權(quán)利要求1-7中一項或幾項的方法，特征在于向熔渣(2′)中引入含氧氣體或氧氣的操作在熔渣(2′)高度的上半段內(nèi)進行，優(yōu)選在熔渣(2′)高度的最上部的三分之一內(nèi)進行。
9.權(quán)利要求1-8中一項或幾項的方法，特征在于助劑(27)和/或殘余物(27)的吹入在熔渣與鐵水間界面(26)兩側(cè)的高度區(qū)域內(nèi)進行，該高度區(qū)域延伸超過熔渣總高度的最大25％，或在鐵水(25)中的相同高度區(qū)域內(nèi)進行，優(yōu)選延伸超過熔渣(2′)總高度的最大10％，或者在鐵水(25)中與其側(cè)面相對的位置進行。
10.權(quán)利要求1-9任一項的方法，特征在于待吹入的物質(zhì)(27，29)通過噴槍(11)的側(cè)向排出口(28，30)相對于理想的水平界面(26)來說沿大致水平的方向或略微傾斜地吹入。
11.權(quán)利要求1-10中一項或幾項的方法，特征在于電加熱通過電弧和/或電阻加熱進行。
12.權(quán)利要求1-11中一項或幾項的方法，特征在于熔渣(2)至少部分以液態(tài)形式加入。
13.權(quán)利要求1-12中一項或幾項的方法，特征在于金屬氧化物的還原主要通過用金屬熔融物中溶解的碳直接還原進行。
14.權(quán)利要求1-13中一項或幾項的方法，特征在于優(yōu)選在處理熔渣(2′)排放前的最終還原階段中應(yīng)用比碳更強的還原劑如鋁、鐵硅、碳化鈣等。
15.權(quán)利要求1-14中一項或幾項的方法，特征在于在還原劑(29)的加入完成后，加入用于調(diào)節(jié)熔渣特性的助劑(27)。
16.權(quán)利要求1-15中一項或幾項的方法，特征在于另外應(yīng)用含氧化鐵的礦石如細礦石、鉻鐵礦石。
17.權(quán)利要求1-16中一項或幾項的方法，特征在于測量熔渣(2′)的高度，且在超過熔渣最大允許高度且低于熔渣高度的限定值時采取相應(yīng)的校正措施。
18.權(quán)利要求1-17中一項或幾項的方法，特征在于在引入殘余物質(zhì)(27)和/或助劑(27)和/或還原劑(29)之后并且在排出處理后熔渣(2′)之前，等待金屬液滴從熔渣(2′)中沉積出來。
19.權(quán)利要求1-18中一項或幾項的方法，特征在于在比處理熔渣(2′)造粒更低的溫度下在反應(yīng)器(7)中進行熔渣(2)的處理。
20.一種實施權(quán)利要求1-19中一項或幾項的方法的裝置，特征在于如下特征-可傾斜的盤式反應(yīng)器(7)，在其內(nèi)部，高度(9)超過最大直徑(8)，并且向其提供-氣體，優(yōu)選為惰性氣體，供給底部鼓風(fēng)口(14)和/或底部沖洗磚，-至少一個噴槍(15)，供應(yīng)氧氣且可從上方插入盤式反應(yīng)器(7)中，-具有至少一個噴槍(11)，提供含碳還原劑(29)，且該噴槍可從上方插入盤式反應(yīng)器中，-并且配有電加熱設(shè)備(10)，優(yōu)選為可從上方插入的電弧電極(10)。
21.權(quán)利要求20所述的裝置，特征在于用于液體熔渣(2)的可緩慢傾斜的熔渣加料設(shè)備(5，6)。
22.權(quán)利要求20或21的裝置，特征在于用于固化熔渣(2″)的熔渣加料設(shè)備，其優(yōu)選設(shè)計為振動槽(24)或斜槽。
23.權(quán)利要求20-22中一項或幾項的裝置，特征在于通過可從上方引入盤式反應(yīng)器(7)的噴槍(11)吹入殘余物質(zhì)(27)和/或助劑(27)。
24.權(quán)利要求20-23中一項或幾項的裝置，特征在于反應(yīng)器(7)配有用于加入塊狀、優(yōu)選為大塊狀含鐵原料的開口。
25.權(quán)利要求20-24中一項或幾項的裝置，特征在于噴槍(11)具有至少一個用于還原劑(29)的排出口(28)和至少一個設(shè)置在更高位置處的用于殘余物質(zhì)(27)和/或助劑(27)的排出口(30)，其中應(yīng)用至少兩個獨立的管道用于噴槍和排出口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用來自煉鐵工業(yè)且含有氧化鐵顆粒的熔渣(2，2″)的方法，所述方法加入還原劑(29)并用所述還原劑(29)使熔渣(2，2″)中的氧化鐵顆粒以及其它可能存在的金屬氧化物還原。為了在較低的能量消耗和較少的投資下有效還原熔渣，該方法按如下過程實施在較長一段時間內(nèi)緩慢且連續(xù)地向反應(yīng)器(7)中含溶解碳的殘余鐵水(25)上加入熔渣(2，2″)；在較長一段時間內(nèi)電加熱熔渣(2)、殘余鐵水和新形成的鐵水(17)；在較長一段時間內(nèi)通過噴槍(11)用惰性氣將含碳的還原劑(29)吹入到熔渣(2)和鐵水(25)間界面(26)附近的區(qū)域或者直接吹入到鐵水(25)中；在鐵水(25)中溶解還原劑(29)中的碳；在較長一段時間內(nèi)還原熔渣(2)的氧化鐵顆粒，同時形成金屬鐵和CO；在較長一段時間內(nèi)利用形成的CO形成泡沫熔渣(2′)；在較長一段時間內(nèi)向泡沫熔渣(2′)中引入含氧氣體或氧氣，并再次加熱CO以形成CO
文檔編號C22B7/04GK1791685SQ200480013480
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者A·弗萊施尚德爾, U·熱納里 申請人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造有限及兩合公司