在鋼鐵製造過程中再循環使用帶有鐵的淤渣的方法
2023-06-29 02:59:56 2
專利名稱：在鋼鐵製造過程中再循環使用帶有鐵的淤渣的方法
背景技術：
本發明涉及在鋼鐵製造過程中將帶有鐵的粉渣和淤渣進行再循環使用的方法，更具體地說，本發明涉及在鋼鐵製造過程中將溼的BOF洗滌器的淤渣進行再循環使用的方法，該方法通過加入熱的爐渣以減少淤渣中的含水量來實現。
眾所周知，在鋼鐵製造工藝中，由煉鋼爐產生的帶有粉渣和淤渣的鐵是很有價值的還原劑，適於在鋼鐵製造過程中進行再循環使用。該廢料含有高達約50重量％的氧化鐵，因此非常希望將其作為煉鋼的進料來回收鐵。但是，在溼淤渣的情況下，特別是在溼的BOF洗滌器的淤渣的情況下，高的含水量使得溼淤渣在再循環物流中難以操作。
將溼的洗滌器的淤渣進行過濾所得到的濾餅典型的含水量為約30重量％。這種淤渣的高粘度使得它們的可操作性很低。當試圖將其在再循環物流中用作還原劑而進行運輸時，它們粘附在運輸機和機器上。它們的移動性差並且經常形成膠粘的結塊，這些結塊使機器和設備阻塞和停止。例如在試驗條件下，已經發現含水量＞10％的溼淤渣，其流動速度低於10磅淤渣/每分鐘。如此低的流速使得該溼淤渣極不適於作為鋼鐵製造的還原劑進行再循環使用。
在將廢的煉鋼粉渣進行再循環使用的實例中，這些材料的乾粉末狀態引起了環境的粉塵汙染問題。要控制粉塵的生成，既可以加入水也可以將該乾材料與溼淤渣混合以消除粉塵的產生。但是，當將各種不同的溼的或幹的廢料進行混合生產煉鋼還原劑時，就可能會在該鋼鐵製造過程中引入高含量的不需要的元素和化合物。例如，如果熱的浸塗淤渣被引入再循環過程中，在再循環物料中的鋅可以上升到使該廢料不能用於煉鋼爐中的水平。因此，煉鋼廠廢料的這種混合必須進行細心的化學調節以避免將破壞性的元素引入到煉鋼過程中。
過去已發展了各種裝置和方法以降低溼淤渣中的含水量和/或回收其中的鐵。例如，美國再頒專利第30,060號提出了一種通過將淤渣噴入到熱的(12000F)氣流中而瞬時蒸發掉淤渣中的水的方法。美國專利第4,091,545和第4,133,756號也提出了使用熱氣體降低溼淤渣的含水量的方法。
美國專利第5,114,474，4,725,307，4,711,662和第2,710,769號提出了將溼淤渣與帶有熔融爐渣的粉渣混合生成還原劑的方法。在該爐渣冷卻和固化後，將該混合物破碎進行再循環使用。
發表於1997年3月的一篇題目為「33金屬生產」的文章公開了將BOF廢淤渣製成煤磚的方法。該方法中所使用的裝置包括用於除去淤渣中水的一個轉爐或乾燥器、一個滾壓螺旋式運輸機和捏合碾磨機。這種再循環裝置需要大量的投資。加熱乾燥淤渣所使用的轉爐需要消耗大量的能源。該文章也公開了使用加熱的糖漿作為粘合劑用於生產煤磚的方法。所說加熱的糖漿也增加了該再循環過程的支出費用。
因此，正如這些專利所顯示的那樣，眾所周知在鋼鐵製造過程中，可以將煉鋼的淤渣和粉渣作為有價值的還原劑進行處理和再循環使用。同時，溼淤渣的流動性較差並且由於其較差的流動性而在再循環過程中產生的相應問題也成為人們的共識。這些專利也指出了幹的煉鋼廢料在再循環使用過程中存在產生粉塵的問題。最後，上述專利提出了解決這些眾所周知的問題的方法，這些方法通過將溼淤渣用熱氣脫水以獲得適用的熔渣或進料。這些方法目前的工藝狀態是需要複雜的再循環設備和消耗大量昂貴的能源的用以乾燥溼淤渣的熱氣鼓風機。所說熱氣將溼渣中的水蒸發並且將溼渣中的含水量降低到使該淤渣可以被用作煉鋼還原劑的水平。
發明概述因此，本公開發明的主要目的是提供處理溼煉鋼淤渣以產生在再循環過程中具有良好的流動速度性質的煉鋼還原劑的一種方法。該方法包括的步驟有將溼淤渣與熱爐渣混合形成熱的爐渣/淤渣混合物；將該熱的爐渣/淤渣混合物放置一段時間以讓該熱的爐渣使水汽化並且將爐渣/淤渣混合物中水的含量降至低於10重量％。將該脫水的爐渣/淤渣混合物用作煉鋼還原劑進行再循環使用。
本發明的這些和其它目的以及優點將通過下面的描述和附圖而顯而易見。
附圖的簡要說明
圖1是說明處理煉鋼淤渣使其生成煉鋼還原劑的方法流程示意圖。
圖2是表示流速的測定與淤渣含水量的關係圖。
優選實施方式的詳細描述參見圖1，現代化的煉鋼汙染控制裝置如袋濾室、沉澱器、旋流除塵器和洗滌器產生大量的帶有粉渣和淤渣的鐵。作為還原劑返回到煉鋼爐中的這些廢料具有較高的價值。然而，這些廢料由於經過了溼的環境過程，例如用於控制煉鋼廢物的排放的溼的洗滌器，而含有大量的水。
在優選的具體實施方式
中，圖1顯示了鹼性氧氣爐(BOF)10和位於BOF嘴的上方以收集鋼鐵提煉過程中釋放出來的煙氣和氣體的防護罩11。該煙氣和熱的氣體被收集在溼的洗滌器12中並且將該溼的洗滌器的淤渣送至濃縮機13中除去水。在再循環過程中的進一步的下面的步驟典型地包括間歇地或連續地將溼淤渣進行過濾的步驟。該過濾的步驟在壓濾機14中進行得到溼濾餅15。該濾餅或淤渣含水量約30重量％。
正如上面所提道的，溼的BOF淤渣含有氧化鐵的量高達約50重量％，並且非常希望回收這些鐵將其作為煉鋼過程的進料重新使用。但是，由於溼淤渣的高粘度使得它作為煉鋼的還原劑非常難於操作。已經發現如果可以將溼淤渣的含水量降到低於10重量％，該淤渣的流動性質就會得到改善，該淤渣便可以作為煉鋼還原劑方便地操作。也已經發現在優選的約3％-4％的含水量時，該作為還原劑的淤渣具有優越的流動速度。
例如在圖2中所顯示的是流速相對於四種不同的混合物的含水量的關係圖，這四種不同的混合物其爐渣/淤渣的比例範圍為從0.05∶1到10∶1。流速的測試是用具有與地面呈65°傾斜的2/立方英呎的容器通過2平方英時的容器口倒出爐渣/淤渣混合物來進行。圖2所繪出的數據清楚地顯示，在優選的1∶1比例下，當混合物的含水量超過7重量％時，爐渣/淤渣的流速迅速降低。水含量高於8％的混合物的流速被認為僅僅達到可接受的界限。水含量高於10％的混合物的流速被認為不可接受。水含量高於10％時其流動速率變得非常差，而高於11％或更高的水含量的該混合物將無法流動。
可以看出為了使用溼BOF淤渣作為煉鋼過程中的還原劑，有必要首先將淤渣的含水量降到一定的水平，在該水平下淤渣中水的含量低於10重量％。同時在圖2中清楚地顯示了所有四種測試的混合物比例的水含量應該降到大約3％-4％之間的優選範圍內以達到圖示數據中的最佳流速。在小規模試驗的實際操作過程中還發現，當溼淤渣原料的含水量降到低於3％的水平時，粉塵的生成可能成為問題。如果這種現象發生的話，就必須向爐渣/淤渣混合物中加入水使其含水量恢復到3％-4％的優選的範圍內以消除粉塵的生成。
溼淤渣的脫水需要消耗很大的能量。已有的專利所公開的淤渣乾燥過程要消耗大量的能源以產生熱量將淤渣中的水蒸發。已經發現溫度低於熔融的液體狀態的熱爐渣可以提供豐富的熱能，它可以與溼BOF淤渣混合蒸發其中的水並且降低淤渣中的含水量。
正如前面所公開的，已有的專利指出了將熔融的爐渣與煉鋼粉渣和淤渣混合以從煉鋼廢料中回收鐵的方法。這種方法在實際操作中十分危險。將熔融的爐渣與水混合可能會引起可怕的爆炸。過去在煉鋼中的這種爆炸使得煉鋼工人受傷和死亡。已有的專利甚至警告了這一問題。例如，Pinkerton在美國專利2,710,796中公開了「無論如何一定要避免使用過量的水，水蒸汽的產生過分激烈…」。當熱的而非熔融的爐渣與溼淤渣混合將淤渣中的水蒸出時，爆炸條件完全可以避免。
再參照圖1，將來自料源16的熱爐渣與來自料源15的溼淤渣進行混合，以在17處形成熱爐渣/溼淤渣的混合物。將熱爐渣和溼淤渣進行混合的優選的和最方便的方法是交替地分批從料源15和16處取料。該方法可產生爐渣/淤渣混合的優選的1∶1比例。然而已經發現需要小心地將熱爐渣與溼濾餅或淤渣進行混合以避免迅速地產生蒸汽。避免迅速產生蒸汽的過程包括將材料混入包含有交替的1-2英呎厚的爐渣和溼濾餅或淤渣的層中。該過程可使蒸汽安全地釋放並且均勻地乾燥濾餅和淤渣。在硬化16小時以後，重新拌和分層堆積的17得到兩種材料的均勻混合物，該混合物適用於任何後序的過程，例如，壓碎篩分和/或磁力分離。在煉鋼工業中大多數產生爐渣的車間所使用的翻鬥叉車的鏟鬥能很容易地處理該過程。
爐渣/淤渣混合的比率可以變化以產生高達約10∶1或低至約0.5∶1的爐渣/淤渣比率。然而，當爐渣/淤渣的比率發生變化以增加爐渣在混合物中的含量時，冶金效果對最終產物質量的影響必須考慮。必須記住的是爐渣的加入可能將已除去的雜質再引入到煉鋼爐中。例如，在大多數的例子中，磷被認為有損於鋼產品的質量。冶金家們試圖去除在煉鋼爐中漂浮在熔融鋼水表面的爐渣中的磷和其它雜質。當爐渣被有條理地輕擊時這些雜質從熔融的鋼水中被除去。
表A顯示了BOF爐渣和BOF洗滌器淤渣混合而形成的1∶1的爐渣/淤渣混合物的化學組成。從表A可以看出爐渣含有約0.7重量％的磷，淤渣含有約0.06重量％的磷。進行1∶1比例混合所得到的爐渣/淤渣混合物中含有0.3％的磷。對於BOF進料該磷含量是可以接受的。如果1∶1爐渣/淤渣的比率發生變化以增加爐渣在混合物中的含量，則磷的含量將增加。例如，如果取自料源16的爐渣與取自料源15的淤渣以2∶1的爐渣/淤渣的比例混合，則所得到的爐渣/淤渣的混合物中含有約0.49％的磷；如果以5∶1的比例混合，則該混合物中含有約0.59％的磷；如果以10∶1的比例混合，則該混合物中含有約0.64％的磷。
表A
當在整個煉鋼過程中發現的不同廢料被加入到爐渣/淤渣混合物時各種其它不想要的元素和化合物可能不經意地被引入到再循環物流中。在上述例子中我們指出了爐渣/淤渣混合物含有可接受量為0.3％的磷。但是如果將熱浸和錫磨的淤渣加入到爐渣/淤渣混合物中，混合物中鋅和鉻的含量就會增加。過量的鋅或鉻會影響鋼材質量。因此很容易地看出鋼鐵製造者必須根據最終的使用來細心地調節還原劑的化學組成以避免在最後的鋼產品中引入不需要的雜質。
可以將17所示的爐渣/淤渣混合物放置或固化一段較長的時間使得從熱爐渣散發出來使淤渣中的水汽化的輻射能量釋放出去，並且減少混合物中總的含水量使其低於約10重量％。當該混合物中的含水量降至低於10％時，用計量器18調節測定爐渣/淤渣中的水含量。實際的小型試驗操作已經顯示應該將爐渣/淤渣混合物放置或固化長至約16小時的時間以蒸發掉足量的水減少混合物中的水含量至優選的3％-4％。
在將爐渣/淤渣混合物進行脫水至所希望的3％-4％的水含量範圍以後其流動性得到改善，並且將其送入下一步進行進一步的處理。這些進一步的處理步驟包括磁力分離19，篩分20和/或燒結21。在含有約0.9％和更高的高含量鋅的混合物中，該混合物被認為不適用於燒結床的操作21，並且這種爐渣/淤渣混合物通過或不通過如線22和22a所示的磁力分離和/或篩分被直接加入到BOF中。在鋅濃度低於約0.9重量％的爐渣/淤渣混合物中，該混合物可以通過或不通過如線23和23a所示的磁力分離和/或篩分被加入到燒結床21中。但是，應該了解的是低鋅含量爐渣/淤渣混合物可以不通過燒結直接加入到BOF中。
已經發現在具有顆粒大小範圍高達約0.5英時的再生爐渣/淤渣混合物中，如果將爐渣/淤渣還原劑直接加入到BOF中，則其中約20目(～0.03英時)的細小的顆粒會有問題。也已經發現這種細小的顆粒可以直接供料給燒結廠車間不存在任何已知的燒結操作中的問題。當將比20目更小的爐渣/淤渣顆粒直接加入到BOF中時，它們應在帶有除氣系統的容器中進行。這樣就使清潔氣體的洗滌器系統超載而抵消了再循環的效果。
為了解決這個問題，可以向溼濾餅或淤渣15中以約1重量％的量加入石灰。相信在17所示的混合操作之後的碾壓和篩分過程中石灰的加入可以使爐渣/淤渣細粉形成微球團。在整個再循環過程中從許多傳輸機到運輸傳遞的轉軌器以及各種噴水器使得石灰起著粘合劑的作用並且增強了爐渣/淤渣細粉聚成微球的聚集作用。該方法降低了幹爐渣/淤渣混合物中20目細粉的量，並且使得還原劑更適於直接加入到BOF中。
在實際生產條件下該混入的石灰和聚集的爐渣/淤渣混合物被加入到BOF中沒有在除氣系統中發現任何細粉的增加。在該混合物的操作和加料過程中，該混入石灰的技術也降低了產生粉塵的問題。結果，當加入的石灰與濾餅混合時，爐渣/淤渣混合物的水含量可以進一步地降低到約2重量％-4重量％的優選範圍內。
應該明白的是該方法不限於煉鋼過程。任何熱的浮渣都可以用作熱源以脫去在任何金屬精煉或熔煉過程中所產生的溼淤渣中的水分，並且這種浮渣/淤渣混合物可以再循環回到其相應的精煉或熔煉過程中。
在具有優選設計的本發明已經被描述的同時，可以理解的是按照本發明的一般原理，本發明的方法可以進一步地被修飾，使用/或採用，包括對後來已知的或涉及本發明技術領域的常規的，以及對可以應用於這裡所列出的實質性特徵的偏離，都包含在由所附的權利要求限定的本發明的範圍內。
權利要求
1.將溼淤渣脫水以產生在再循環物流的操作中具有改善的流動速度的煉鋼還原劑的一種方法，該方法的步驟包括a)將所說溼淤渣與熱爐渣混合形成爐渣/淤渣混合物，該熱的爐渣/淤渣混合物中水的含量大於10重量％，所說熱爐渣具有低於熔融的液態的溫度；b)停止所說的將溼淤渣與熱爐渣混合的步驟並且將所說爐渣/淤渣混合物放置一段時間以使從熱的爐渣所釋放的輻射能能將爐渣/淤渣混合物中的水分蒸發掉，並將其含水量降低到小於10重量％；和c)將該具有小於10重量％的降低的水含量的爐渣/淤渣混合物作為還原劑進行再循環使用，所說含水量的降低改善了所說爐渣/淤渣混合物還原劑的流動速度。
2.根據權利要求1的方法，其中在將溼淤渣與熱爐渣混合的步驟之前，先將溼淤渣過濾以獲得具有大於10重量％的水含量的淤渣濾餅。
3.根據權利要求1的方法，其中所說的溼淤渣是BOF洗滌器淤渣。
4.根據權利要求3的方法，其中所說的BOF洗滌器淤渣與非產生於BOF過程的經過選擇的煉鋼廢渣混合。
5.根據權利要求3的方法，其中所說的BOF洗滌器淤渣與經過選擇的煉鋼廢粉渣混合。
6.根據權利要求3的方法，其中所說的BOF洗滌器淤渣與非產生於BOF過程的經過選擇的煉鋼廢淤渣和經過選擇的煉鋼廢粉渣混合。
7.根據權利要求1的方法，其中將所說的爐渣/淤渣混合物還原劑加入到一個BOF中。
8.根據權利要求7的方法，其中在將爐渣/淤渣混合物放置以降低其水含量之前的混合步驟中將石灰加入到所說溼淤渣中。
9.根據權利要求8的方法，其中將所說水含量降低到約小於等於4％重量。
10.根據權利要求1的方法，其中在將爐渣/淤渣混合物還原劑加入到一個煉鋼爐中之前，先將其熔結。
11.根據權利要求1的方法，其中所說降低的水含量為小於約4重量％。
12.根據權利要求1的方法，其中當將爐渣/淤渣混合物沿著65°傾斜而移動時，所說流動速度改善至至少每分鐘50磅。
13.根據權利要求1的方法，其中所說爐渣/淤渣混合物以小於等於10∶1的爐渣/淤渣比例進行混合。
14.根據權利要求11的方法，其中所說爐渣/淤渣的比例為1∶1，所說降低的水含量為約小於等於4重量％。
15.根據權利要求1的方法，其中將所說爐渣/淤渣混合物放置至少16小時的時間以使從所說熱爐渣釋放出來的輻射能能將所說爐渣/淤渣混合物中的水分蒸發掉。
16.從溼淤渣製備還原劑的方法，該方法包括a)將所說溼淤渣與一種熱浮渣混合，所說熱浮渣具有低於其熔融的液態的溫度；b)停止所說將溼淤渣與熱浮渣混合的步驟並且將所說浮渣/淤渣混合物放置一段時間以使從該熱的浮渣釋放出的輻射能能將所說浮渣/淤渣混合物中的水分蒸發掉；和c)將該具有降低的水含量的浮渣/淤渣混合物用作還原劑進行再循環使用，所說降低的水含量改善了再循環物流中所說浮渣/淤渣混合物的流動速度。
17.根據權利要求16的方法，其中在將溼淤渣與熱浮渣混合的步驟之前，先將溼淤渣過濾以獲得一種與所說熱浮渣混合的淤渣濾餅。
18.根據權利要求16的方法，其中所說浮渣/淤渣混合物具有小於等於約4重量％的降低的水含量。
19.根據權利要求16的方法，其中當將浮渣/淤渣混合物沿著65°傾斜而移動時，所說流動速度改善至至少每分鐘50磅。
20.根據權利要求16的方法，其中所說浮渣/淤渣混合物以小於等於10∶1的浮渣/淤渣比例進行混合。
21.根據權利要求20的方法，其中所說浮渣/淤渣的比例為1∶1，所說降低的水含量為約小於等於4重量％。
22.根據權利要求16的方法，其中將所說浮渣/淤渣混合物放置至少16小時的時間以使從所說熱浮渣釋放出來的輻射能能將所說爐渣/淤渣混合物中的水分蒸發掉。
23.處理煉鋼溼淤渣以產生在再循環物流中具有改善的流動速度性質的煉鋼還原劑的一種方法，該方法的步驟包括a)將溼淤渣與熱爐渣混合形成一種熱的爐渣/淤渣混合物；b)將所說熱的爐渣/淤渣混合物放置一段時間以使該熱爐渣能使水汽化，所說水的汽化能使所說熱爐渣/淤渣混合物中的水含量降低到低於10重量％，從而產生改善的流動速度性質；和c)將該具有改善的流動速度性質的熱爐渣/淤渣混合物用作煉鋼還原劑進行再循環使用。
24.根據權利要求23的方法，其中所說爐渣/淤渣混合物具有小於等於約4重量％的降低的水含量。
25.根據權利要求23的方法，其中當將所說爐渣/淤渣混合物沿著65°傾斜而移動時，所說流動速度改善為至少每分鐘50磅。
26.根據權利要求23的方法，其中所說爐渣/淤渣混合物以小於等於10∶1的爐渣/淤渣比例進行混合。
27.根據權利要求26的方法，其中所說爐渣/淤渣的比例為1∶1，所說降低的水含量為約小於等於4重量％。
28.根據權利要求23的方法，其中將所說爐渣/淤渣混合物放置至少16小時的時間以使從所說熱爐渣釋放出來的輻射能能將所說爐渣/淤渣混合物中的水分蒸發掉。
全文摘要
本發明涉及將溼的BOF洗滌器淤渣脫水以生產在再循環物流的操作時具有改善了流動性的煉鋼還原劑。將溼的淤渣與熱的BOF爐渣混合得到爐渣/淤渣混合物。該溼的淤渣使得該混合物含水量高於10重量%,而具有低於熔融液態溫度的熱的爐渣蒸發掉該混合物中的水份將混合物中的水含量降低至約4重量%或更低。該經脫水的混合物在作為煉鋼還原劑進行再循環時具有改善了的流動性。
文檔編號C22B1/243GK1247574SQ98802449
公開日2000年3月15日 申請日期1998年1月22日 優先權日1997年4月8日
發明者約翰·D·林恩, 科爾文·W·史密斯, 格倫·C·凱澤 申請人:伯利恆鋼鐵公司