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CN1247574A - 在钢铁制造过程中再循环使用带有铁的淤渣的方法 - Google Patents

在钢铁制造过程中再循环使用带有铁的淤渣的方法 Download PDF

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CN1247574A
CN1247574A CN98802449A CN98802449A CN1247574A CN 1247574 A CN1247574 A CN 1247574A CN 98802449 A CN98802449 A CN 98802449A CN 98802449 A CN98802449 A CN 98802449A CN 1247574 A CN1247574 A CN 1247574A
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约翰·D·林恩
科尔文·W·史密斯
格伦·C·凯泽
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Bethlehem Steel Corp
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Abstract

本发明涉及将湿的BOF洗涤器淤渣脱水以生产在再循环物流的操作时具有改善了流动性的炼钢还原剂。将湿的淤渣与热的BOF炉渣混合得到炉渣/淤渣混合物。该湿的淤渣使得该混合物含水量高于10重量%,而具有低于熔融液态温度的热的炉渣蒸发掉该混合物中的水份将混合物中的水含量降低至约4重量%或更低。该经脱水的混合物在作为炼钢还原剂进行再循环时具有改善了的流动性。

Description

在钢铁制造过程中再循环使用带有铁的淤渣的方法
发明背景
本发明涉及在钢铁制造过程中将带有铁的粉渣和淤渣进行再循环使用的方法，更具体地说，本发明涉及在钢铁制造过程中将湿的BOF洗涤器的淤渣进行再循环使用的方法，该方法通过加入热的炉渣以减少淤渣中的含水量来实现。
众所周知，在钢铁制造工艺中，由炼钢炉产生的带有粉渣和淤渣的铁是很有价值的还原剂，适于在钢铁制造过程中进行再循环使用。该废料含有高达约50重量％的氧化铁，因此非常希望将其作为炼钢的进料来回收铁。但是，在湿淤渣的情况下，特别是在湿的BOF洗涤器的淤渣的情况下，高的含水量使得湿淤渣在再循环物流中难以操作。
将湿的洗涤器的淤渣进行过滤所得到的滤饼典型的含水量为约30重量％。这种淤渣的高粘度使得它们的可操作性很低。当试图将其在再循环物流中用作还原剂而进行运输时，它们粘附在运输机和机器上。它们的移动性差并且经常形成胶粘的结块，这些结块使机器和设备阻塞和停止。例如在试验条件下，已经发现含水量＞10％的湿淤渣，其流动速度低于10磅淤渣/每分钟。如此低的流速使得该湿淤渣极不适于作为钢铁制造的还原剂进行再循环使用。
在将废的炼钢粉渣进行再循环使用的实例中，这些材料的干粉末状态引起了环境的粉尘污染问题。要控制粉尘的生成，既可以加入水也可以将该干材料与湿淤渣混合以消除粉尘的产生。但是，当将各种不同的湿的或干的废料进行混合生产炼钢还原剂时，就可能会在该钢铁制造过程中引入高含量的不需要的元素和化合物。例如，如果热的浸涂淤渣被引入再循环过程中，在再循环物料中的锌可以上升到使该废料不能用于炼钢炉中的水平。因此，炼钢厂废料的这种混合必须进行细心的化学调节以避免将破坏性的元素引入到炼钢过程中。
过去已发展了各种装置和方法以降低湿淤渣中的含水量和/或回收其中的铁。例如，美国再颁专利第30,060号提出了一种通过将淤渣喷入到热的(12000F)气流中而瞬时蒸发掉淤渣中的水的方法。美国专利第4,091,545和第4,133,756号也提出了使用热气体降低湿淤渣的含水量的方法。
美国专利第5,114,474，4,725,307，4,711,662和第2,710,769号提出了将湿淤渣与带有熔融炉渣的粉渣混合生成还原剂的方法。在该炉渣冷却和固化后，将该混合物破碎进行再循环使用。
发表于1997年3月的一篇题目为“33金属生产”的文章公开了将BOF废淤渣制成煤砖的方法。该方法中所使用的装置包括用于除去淤渣中水的一个转炉或干燥器、一个滚压螺旋式运输机和捏合碾磨机。这种再循环装置需要大量的投资。加热干燥淤渣所使用的转炉需要消耗大量的能源。该文章也公开了使用加热的糖浆作为粘合剂用于生产煤砖的方法。所说加热的糖浆也增加了该再循环过程的支出费用。
因此，正如这些专利所显示的那样，众所周知在钢铁制造过程中，可以将炼钢的淤渣和粉渣作为有价值的还原剂进行处理和再循环使用。同时，湿淤渣的流动性较差并且由于其较差的流动性而在再循环过程中产生的相应问题也成为人们的共识。这些专利也指出了干的炼钢废料在再循环使用过程中存在产生粉尘的问题。最后，上述专利提出了解决这些众所周知的问题的方法，这些方法通过将湿淤渣用热气脱水以获得适用的熔渣或进料。这些方法目前的工艺状态是需要复杂的再循环设备和消耗大量昂贵的能源的用以干燥湿淤渣的热气鼓风机。所说热气将湿渣中的水蒸发并且将湿渣中的含水量降低到使该淤渣可以被用作炼钢还原剂的水平。
发明概述
因此，本公开发明的主要目的是提供处理湿炼钢淤渣以产生在再循环过程中具有良好的流动速度性质的炼钢还原剂的一种方法。该方法包括的步骤有将湿淤渣与热炉渣混合形成热的炉渣/淤渣混合物；将该热的炉渣/淤渣混合物放置一段时间以让该热的炉渣使水汽化并且将炉渣/淤渣混合物中水的含量降至低于10重量％。将该脱水的炉渣/淤渣混合物用作炼钢还原剂进行再循环使用。
本发明的这些和其它目的以及优点将通过下面的描述和附图而显而易见。
附图的简要说明
图1是说明处理炼钢淤渣使其生成炼钢还原剂的方法流程示意图。
图2是表示流速的测定与淤渣含水量的关系图。
优选实施方式的详细描述
参见图1，现代化的炼钢污染控制装置如袋滤室、沉淀器、旋流除尘器和洗涤器产生大量的带有粉渣和淤渣的铁。作为还原剂返回到炼钢炉中的这些废料具有较高的价值。然而，这些废料由于经过了湿的环境过程，例如用于控制炼钢废物的排放的湿的洗涤器，而含有大量的水。
在优选的具体实施方式中，图1显示了碱性氧气炉(BOF)10和位于BOF嘴的上方以收集钢铁提炼过程中释放出来的烟气和气体的防护罩11。该烟气和热的气体被收集在湿的洗涤器12中并且将该湿的洗涤器的淤渣送至浓缩机13中除去水。在再循环过程中的进一步的下面的步骤典型地包括间歇地或连续地将湿淤渣进行过滤的步骤。该过滤的步骤在压滤机14中进行得到湿滤饼15。该滤饼或淤渣含水量约30重量％。
正如上面所提道的，湿的BOF淤渣含有氧化铁的量高达约50重量％，并且非常希望回收这些铁将其作为炼钢过程的进料重新使用。但是，由于湿淤渣的高粘度使得它作为炼钢的还原剂非常难于操作。已经发现如果可以将湿淤渣的含水量降到低于10重量％，该淤渣的流动性质就会得到改善，该淤渣便可以作为炼钢还原剂方便地操作。也已经发现在优选的约3％-4％的含水量时，该作为还原剂的淤渣具有优越的流动速度。
例如在图2中所显示的是流速相对于四种不同的混合物的含水量的关系图，这四种不同的混合物其炉渣/淤渣的比例范围为从0.05∶1到10∶1。流速的测试是用具有与地面呈65°倾斜的2/立方英呎的容器通过2平方英时的容器口倒出炉渣/淤渣混合物来进行。图2所绘出的数据清楚地显示，在优选的1∶1比例下，当混合物的含水量超过7重量％时，炉渣/淤渣的流速迅速降低。水含量高于8％的混合物的流速被认为仅仅达到可接受的界限。水含量高于10％的混合物的流速被认为不可接受。水含量高于10％时其流动速率变得非常差，而高于11％或更高的水含量的该混合物将无法流动。
可以看出为了使用湿BOF淤渣作为炼钢过程中的还原剂，有必要首先将淤渣的含水量降到一定的水平，在该水平下淤渣中水的含量低于10重量％。同时在图2中清楚地显示了所有四种测试的混合物比例的水含量应该降到大约3％-4％之间的优选范围内以达到图示数据中的最佳流速。在小规模试验的实际操作过程中还发现，当湿淤渣原料的含水量降到低于3％的水平时，粉尘的生成可能成为问题。如果这种现象发生的话，就必须向炉渣/淤渣混合物中加入水使其含水量恢复到3％-4％的优选的范围内以消除粉尘的生成。
湿淤渣的脱水需要消耗很大的能量。已有的专利所公开的淤渣干燥过程要消耗大量的能源以产生热量将淤渣中的水蒸发。已经发现温度低于熔融的液体状态的热炉渣可以提供丰富的热能，它可以与湿BOF淤渣混合蒸发其中的水并且降低淤渣中的含水量。
正如前面所公开的，已有的专利指出了将熔融的炉渣与炼钢粉渣和淤渣混合以从炼钢废料中回收铁的方法。这种方法在实际操作中十分危险。将熔融的炉渣与水混合可能会引起可怕的爆炸。过去在炼钢中的这种爆炸使得炼钢工人受伤和死亡。已有的专利甚至警告了这一问题。例如，Pinkerton在美国专利2,710,796中公开了“无论如何一定要避免使用过量的水，水蒸汽的产生过分激烈…”。当热的而非熔融的炉渣与湿淤渣混合将淤渣中的水蒸出时，爆炸条件完全可以避免。
再参照图1，将来自料源16的热炉渣与来自料源15的湿淤渣进行混合，以在17处形成热炉渣/湿淤渣的混合物。将热炉渣和湿淤渣进行混合的优选的和最方便的方法是交替地分批从料源15和16处取料。该方法可产生炉渣/淤渣混合的优选的1∶1比例。然而已经发现需要小心地将热炉渣与湿滤饼或淤渣进行混合以避免迅速地产生蒸汽。避免迅速产生蒸汽的过程包括将材料混入包含有交替的1-2英呎厚的炉渣和湿滤饼或淤渣的层中。该过程可使蒸汽安全地释放并且均匀地干燥滤饼和淤渣。在硬化16小时以后，重新拌和分层堆积的17得到两种材料的均匀混合物，该混合物适用于任何后序的过程，例如，压碎筛分和/或磁力分离。在炼钢工业中大多数产生炉渣的车间所使用的翻斗叉车的铲斗能很容易地处理该过程。
炉渣/淤渣混合的比率可以变化以产生高达约10∶1或低至约0.5∶1的炉渣/淤渣比率。然而，当炉渣/淤渣的比率发生变化以增加炉渣在混合物中的含量时，冶金效果对最终产物质量的影响必须考虑。必须记住的是炉渣的加入可能将已除去的杂质再引入到炼钢炉中。例如，在大多数的例子中，磷被认为有损于钢产品的质量。冶金家们试图去除在炼钢炉中漂浮在熔融钢水表面的炉渣中的磷和其它杂质。当炉渣被有条理地轻击时这些杂质从熔融的钢水中被除去。
表A显示了BOF炉渣和BOF洗涤器淤渣混合而形成的1∶1的炉渣/淤渣混合物的化学组成。从表A可以看出炉渣含有约0.7重量％的磷，淤渣含有约0.06重量％的磷。进行1∶1比例混合所得到的炉渣/淤渣混合物中含有0.3％的磷。对于BOF进料该磷含量是可以接受的。如果1∶1炉渣/淤渣的比率发生变化以增加炉渣在混合物中的含量，则磷的含量将增加。例如，如果取自料源16的炉渣与取自料源15的淤渣以2∶1的炉渣/淤渣的比例混合，则所得到的炉渣/淤渣的混合物中含有约0.49％的磷；如果以5∶1的比例混合，则该混合物中含有约0.59％的磷；如果以10∶1的比例混合，则该混合物中含有约0.64％的磷。
                   表A
    1∶1比例的炉渣/淤渣混合物的化学分析
  符号，％db   炉渣/淤渣   BOF炉渣   BOF淤渣
    Fe     41.0     21.4     60.9
    Mn     2.1     3.5     0.86
    P     0.3     0.7     0.06
    Zn     0.9     -     1.4
    SiO2     6.9     12.5     1.4
    CaO     20.4     46.0     4.6
    MgO     6.7     5.6     1.6
    Al2O3     1.0     1.1     0.1
    TiO2     90.3     -     0.06
当在整个炼钢过程中发现的不同废料被加入到炉渣/淤渣混合物时各种其它不想要的元素和化合物可能不经意地被引入到再循环物流中。在上述例子中我们指出了炉渣/淤渣混合物含有可接受量为0.3％的磷。但是如果将热浸和锡磨的淤渣加入到炉渣/淤渣混合物中，混合物中锌和铬的含量就会增加。过量的锌或铬会影响钢材质量。因此很容易地看出钢铁制造者必须根据最终的使用来细心地调节还原剂的化学组成以避免在最后的钢产品中引入不需要的杂质。
可以将17所示的炉渣/淤渣混合物放置或固化一段较长的时间使得从热炉渣散发出来使淤渣中的水汽化的辐射能量释放出去，并且减少混合物中总的含水量使其低于约10重量％。当该混合物中的含水量降至低于10％时，用计量器18调节测定炉渣/淤渣中的水含量。实际的小型试验操作已经显示应该将炉渣/淤渣混合物放置或固化长至约16小时的时间以蒸发掉足量的水减少混合物中的水含量至优选的3％-4％。
在将炉渣/淤渣混合物进行脱水至所希望的3％-4％的水含量范围以后其流动性得到改善，并且将其送入下一步进行进一步的处理。这些进一步的处理步骤包括磁力分离19，筛分20和/或烧结21。在含有约0.9％和更高的高含量锌的混合物中，该混合物被认为不适用于烧结床的操作21，并且这种炉渣/淤渣混合物通过或不通过如线22和22a所示的磁力分离和/或筛分被直接加入到BOF中。在锌浓度低于约0.9重量％的炉渣/淤渣混合物中，该混合物可以通过或不通过如线23和23a所示的磁力分离和/或筛分被加入到烧结床21中。但是，应该了解的是低锌含量炉渣/淤渣混合物可以不通过烧结直接加入到BOF中。
已经发现在具有颗粒大小范围高达约0.5英时的再生炉渣/淤渣混合物中，如果将炉渣/淤渣还原剂直接加入到BOF中，则其中约20目(～0.03英时)的细小的颗粒会有问题。也已经发现这种细小的颗粒可以直接供料给烧结厂车间不存在任何已知的烧结操作中的问题。当将比20目更小的炉渣/淤渣颗粒直接加入到BOF中时，它们应在带有除气系统的容器中进行。这样就使清洁气体的洗涤器系统超载而抵消了再循环的效果。
为了解决这个问题，可以向湿滤饼或淤渣15中以约1重量％的量加入石灰。相信在17所示的混合操作之后的碾压和筛分过程中石灰的加入可以使炉渣/淤渣细粉形成微球团。在整个再循环过程中从许多传输机到运输传递的转轨器以及各种喷水器使得石灰起着粘合剂的作用并且增强了炉渣/淤渣细粉聚成微球的聚集作用。该方法降低了干炉渣/淤渣混合物中20目细粉的量，并且使得还原剂更适于直接加入到BOF中。
在实际生产条件下该混入的石灰和聚集的炉渣/淤渣混合物被加入到BOF中没有在除气系统中发现任何细粉的增加。在该混合物的操作和加料过程中，该混入石灰的技术也降低了产生粉尘的问题。结果，当加入的石灰与滤饼混合时，炉渣/淤渣混合物的水含量可以进一步地降低到约2重量％-4重量％的优选范围内。
应该明白的是该方法不限于炼钢过程。任何热的浮渣都可以用作热源以脱去在任何金属精炼或熔炼过程中所产生的湿淤渣中的水分，并且这种浮渣/淤渣混合物可以再循环回到其相应的精炼或熔炼过程中。
在具有优选设计的本发明已经被描述的同时，可以理解的是按照本发明的一般原理，本发明的方法可以进一步地被修饰，使用/或采用，包括对后来已知的或涉及本发明技术领域的常规的，以及对可以应用于这里所列出的实质性特征的偏离，都包含在由所附的权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (28)

1.将湿淤渣脱水以产生在再循环物流的操作中具有改善的流动速度的炼钢还原剂的一种方法，该方法的步骤包括：
a)将所说湿淤渣与热炉渣混合形成炉渣/淤渣混合物，该热的炉渣/淤渣混合物中水的含量大于10重量％，所说热炉渣具有低于熔融的液态的温度；
b)停止所说的将湿淤渣与热炉渣混合的步骤并且将所说炉渣/淤渣混合物放置一段时间以使从热的炉渣所释放的辐射能能将炉渣/淤渣混合物中的水分蒸发掉，并将其含水量降低到小于10重量％；和
c)将该具有小于10重量％的降低的水含量的炉渣/淤渣混合物作为还原剂进行再循环使用，所说含水量的降低改善了所说炉渣/淤渣混合物还原剂的流动速度。
2.根据权利要求1的方法，其中在将湿淤渣与热炉渣混合的步骤之前，先将湿淤渣过滤以获得具有大于10重量％的水含量的淤渣滤饼。
3.根据权利要求1的方法，其中所说的湿淤渣是BOF洗涤器淤渣。
4.根据权利要求3的方法，其中所说的BOF洗涤器淤渣与非产生于BOF过程的经过选择的炼钢废渣混合。
5.根据权利要求3的方法，其中所说的BOF洗涤器淤渣与经过选择的炼钢废粉渣混合。
6.根据权利要求3的方法，其中所说的BOF洗涤器淤渣与非产生于BOF过程的经过选择的炼钢废淤渣和经过选择的炼钢废粉渣混合。
7.根据权利要求1的方法，其中将所说的炉渣/淤渣混合物还原剂加入到一个BOF中。
8.根据权利要求7的方法，其中在将炉渣/淤渣混合物放置以降低其水含量之前的混合步骤中将石灰加入到所说湿淤渣中。
9.根据权利要求8的方法，其中将所说水含量降低到约小于等于4％重量。
10.根据权利要求1的方法，其中在将炉渣/淤渣混合物还原剂加入到一个炼钢炉中之前，先将其熔结。
11.根据权利要求1的方法，其中所说降低的水含量为小于约4重量％。
12.根据权利要求1的方法，其中当将炉渣/淤渣混合物沿着65°倾斜而移动时，所说流动速度改善至至少每分钟50磅。
13.根据权利要求1的方法，其中所说炉渣/淤渣混合物以小于等于10∶1的炉渣/淤渣比例进行混合。
14.根据权利要求11的方法，其中所说炉渣/淤渣的比例为1∶1，所说降低的水含量为约小于等于4重量％。
15.根据权利要求1的方法，其中将所说炉渣/淤渣混合物放置至少16小时的时间以使从所说热炉渣释放出来的辐射能能将所说炉渣/淤渣混合物中的水分蒸发掉。
16.从湿淤渣制备还原剂的方法，该方法包括：
a)将所说湿淤渣与一种热浮渣混合，所说热浮渣具有低于其熔融的液态的温度；
b)停止所说将湿淤渣与热浮渣混合的步骤并且将所说浮渣/淤渣混合物放置一段时间以使从该热的浮渣释放出的辐射能能将所说浮渣/淤渣混合物中的水分蒸发掉；和
c)将该具有降低的水含量的浮渣/淤渣混合物用作还原剂进行再循环使用，所说降低的水含量改善了再循环物流中所说浮渣/淤渣混合物的流动速度。
17.根据权利要求16的方法，其中在将湿淤渣与热浮渣混合的步骤之前，先将湿淤渣过滤以获得一种与所说热浮渣混合的淤渣滤饼。
18.根据权利要求16的方法，其中所说浮渣/淤渣混合物具有小于等于约4重量％的降低的水含量。
19.根据权利要求16的方法，其中当将浮渣/淤渣混合物沿着65°倾斜而移动时，所说流动速度改善至至少每分钟50磅。
20.根据权利要求16的方法，其中所说浮渣/淤渣混合物以小于等于10∶1的浮渣/淤渣比例进行混合。
21.根据权利要求20的方法，其中所说浮渣/淤渣的比例为1∶1，所说降低的水含量为约小于等于4重量％。
22.根据权利要求16的方法，其中将所说浮渣/淤渣混合物放置至少16小时的时间以使从所说热浮渣释放出来的辐射能能将所说炉渣/淤渣混合物中的水分蒸发掉。
23.处理炼钢湿淤渣以产生在再循环物流中具有改善的流动速度性质的炼钢还原剂的一种方法，该方法的步骤包括：
a)将湿淤渣与热炉渣混合形成一种热的炉渣/淤渣混合物；
b)将所说热的炉渣/淤渣混合物放置一段时间以使该热炉渣能使水汽化，所说水的汽化能使所说热炉渣/淤渣混合物中的水含量降低到低于10重量％，从而产生改善的流动速度性质；和
c)将该具有改善的流动速度性质的热炉渣/淤渣混合物用作炼钢还原剂进行再循环使用。
24.根据权利要求23的方法，其中所说炉渣/淤渣混合物具有小于等于约4重量％的降低的水含量。
25.根据权利要求23的方法，其中当将所说炉渣/淤渣混合物沿着65°倾斜而移动时，所说流动速度改善为至少每分钟50磅。
26.根据权利要求23的方法，其中所说炉渣/淤渣混合物以小于等于10∶1的炉渣/淤渣比例进行混合。
27.根据权利要求26的方法，其中所说炉渣/淤渣的比例为1∶1，所说降低的水含量为约小于等于4重量％。
28.根据权利要求23的方法，其中将所说炉渣/淤渣混合物放置至少16小时的时间以使从所说热炉渣释放出来的辐射能能将所说炉渣/淤渣混合物中的水分蒸发掉。
CN98802449A 1997-04-08 1998-01-22 在钢铁制造过程中再循环使用带有铁的淤渣的方法 Pending CN1247574A (zh)

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US08/835,168 US5785737A (en) 1997-04-08 1997-04-08 Method for recycling iron bearing sludges in a steelmaking operation
US08/835,168 1997-04-08

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