[发明专利]一种混合熔渣熔融还原生产与调质处理的方法

说明书

技术领域

本发明属于非高炉炼铁及资源综合利用领域，具体涉及一种混合熔渣熔融还原生产与调质处理的方法。

背景技术

当今世界，高炉炼铁生产空前发展，高炉规模在不断扩大，高炉生产消耗下降，成本降低，仍然是钢铁生产的主力军，然而，随着世界环境气候的改变及环保要求的加强，高炉炼铁生产遇到巨大挑战，具体情况如下：

(1)高炉从原料预处理、球团厂、烧结厂、焦化厂、高炉炼铁，生产流程长，总投资十分庞大；

(2)对冶金焦的强烈依赖。随着焦煤资源的日益贫乏，冶金焦的价格越来越高，而储量丰富的廉价焦煤资源却不能在炼铁生产上充分应用。烧结矿、球团矿及焦煤的生产带来了严重的环境污染，越来越严格的环保要求使高炉炼铁技术受到限制；

(3)传统高炉还原时间长，尽管采用强化熔炼技术，但依赖强化熔炼工艺继续提高生产率受到极大限制；

(4)熔剂加入量大；

(5)难以处理低品位矿、多金属含铁共生矿。

为了改变高炉炼铁面临的困境，形成了不同形式的非高炉炼铁，目前，形成了以直接还原和熔融还原为主体的现代化非高炉炼铁工业体系。

熔融还原法则以非焦煤为能源，在高温熔态下进行铁氧化物还原，渣铁能完全分离，其具有如下优点：(1)可以处理难选低品质铁矿、含铁复合矿、特殊矿，是资源综合利用的重要手段，原料资源选择范围广；(2)流程短，速度快，生产成本低，投资少；(3)环境污染小，更加清洁环保。

众所周知，我国是世界上钢铁产量最多的国家，2015年生铁产量超过7亿吨，粗钢产量超过9亿吨。炼铁、炼钢及铁合金生产是钢铁生产的重要工艺单元，生产过程中产生了高炉渣、钢渣、铁合金渣等钢铁冶金渣，是钢铁联合企业的第一固体废弃物，2015年，总量已经超过4亿吨。

高炉渣是高炉还原过程中产生的，不仅含有还原性物质，如焦炭、煤粉、碳素、碳粉等，而且含有较高含量CaO、SiO₂等冶金熔剂，我国每年排放3亿吨吨以上高炉渣，每年带走大量的CaO、SiO₂、焦炭、粉煤、碳素、碳粉等有价组分，因此，高炉渣是一种重要的二次资源。由高炉放出的高炉熔渣温度在1300℃～1600℃，每年排放大量的物理热，因此，高炉熔渣也是重要的物理热资源。

高炉渣根据其处理方法有多种利用途径：(1)粒化高炉渣做水泥途径；(2)粒化高炉渣矿粉做水泥和混凝土掺合料；(3)粒化高炉渣做砖；(4)高炉渣做硅肥；(5)做矿渣棉、铸石、微晶玻璃材料。目前，高炉渣主要通过水淬粒化，制备水泥、混凝土、砖等，但耗大量水资源，产生腐蚀性热蒸汽、热量不能回收、水资源不能循环，大量热资源很难得到利用。

钢渣产生于炼钢过程，其金属铁含量为10％以上，铁氧化物含量为30％以上，并含有一定的自由氧化钙与五氧化二磷。我国每年排放1.5亿吨以上，每年带走1500万吨以上的金属铁，3000万吨以上的铁氧化物，还带走大量自由氧化钙、五氧化二磷、二氧化硅等有价组分，因此，钢渣是一种重要的二次资源。炼钢过程放出的熔融钢渣温度高于1550℃，每年排放大量的物理热，因此，熔融也是重要的物理热资源。

目前，钢渣主要采用水淬工艺、钢渣“闷罐”等处理工艺，磁选回收渣中金属铁，但回收率低，渣中剩余金属铁含量高达5％，该工艺仅考虑回收渣中金属铁，没有考虑回收渣中含量高达30％以上的铁氧化物。水淬工艺、钢渣“闷罐”处理工艺消耗大量水资源，产生腐蚀性热蒸汽、热量不能回收、水资源不能循环，大量热资源很难得到利用。

迄今为止，人们已开发出了许多有关钢渣综合利用的方法，主要包括返回烧结、返回高炉、返回转炉渣、建材、农用等方面。尽管钢渣可以通过上述方式进行利用，但还是受到许多限制：(1)自由CaO和MgO降低了钢渣体积的稳定；(2)较高含量的铁氧化物增加了磨矿的难度；(3)钢渣直接返回冶金流程中再利用时磷会逐渐富集到铁中，限制了钢渣的应用；(4) 钢渣容易粉化；(5)其中氟和重金属有被雨水浸出污染环境的危险。目前，钢渣利用率仅有20％，造成钢渣大量堆积，既污染环境，又浪费资源。

高炉熔渣和熔融钢渣，蕴含着丰富的热能资源，含有大量的热态冶金熔剂，而且含有较高含量的铁、磷、钙等多种有价元素，是重要的二次资源。高炉熔渣为还原性熔渣，熔融钢渣为氧化性熔渣，化学反应活性强，都是物理化学性质优良的熔渣体系，是冶金熟料。同时，钢渣化学组成、矿物组成与水泥熟料极其相近，高炉熔渣化学组成与水泥熟料化学组成相近，而每年我国生产水泥熟料超过12亿吨，需要大量的石灰石、粘土等矿物资源与物理热资源，成本在2000亿以上，我国石灰石、粘土矿物资源仅仅还可开采50年。