一种熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法

摘要

本发明涉及一种熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法，所述方法为：将还原剂、造渣剂与提钒弃渣混合造块，在炼钢炉中将提钒弃渣中的六价铬还原为金属铬，之后经过冶炼获得含铬钢液；或者，将造渣剂与提钒弃渣混合造块，在还原剂存在下，在炼钢炉中将提钒弃渣中的六价铬还原为金属铬，之后经过冶炼获得含铬钢液。本发明提供的熔融还原提钒弃渣进行氧气顶吹转炉炼钢的方法能够有效利用提钒弃渣中的铬元素，且操作方便，环保绿色，大大降低了含铬钢的制造成本，对提钒弃渣中铬元素等进行了有效利用。

说明书

技术领域

本发明炼钢工艺领域，涉及一种熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法， 尤其涉及一种用熔融还原技术将提钒弃渣中的铬元素还原成金属铬，从而减少 含铬钢合金化时铬的加入量的方法。

背景技术

金属铬是炼钢生产含铬合金钢中最重要的合金元素之一。伴随着世界铬矿 资源的不断减少，国际市场上铬铁价格也逐渐走高。随着熔融还原技术、铁水 预处理技术及转炉顶底复吹技术的发展，在转炉内使用铬矿粉直接合金化生产 不锈钢初炼母液成为可能；此工艺充分利用了廉价的铬矿粉资源且能耗低，大 大降低了不锈钢的生产成本。日本新日铁公司的T.Arai等在175tLD-OB炉上 进行熔融还原法生产不锈钢试验，50min内生产出含铬11％的不锈钢，总铬损 失率低于1％；认为利用熔融还原工艺在控制好温度和焦炭量的前提下，可以进 行不锈钢直接合金化。

日本川崎制铁选择LD-VOD转炉内使用铬矿粉直接合金化生产不锈钢，是 因为VOD炉具有深脱碳的特点。VOD炉因为渣-钢在真空室内反应，因此必须 考虑脱氧、脱硫和夹杂物的控制，以满足冶炼高洁净不锈钢的需要。

以上的实验均是用铬矿熔融还原技术在氧气顶吹转炉生产高碳的铁合金或 高碳的不锈钢母液，是在高碳(4％)条件下进行的，在炼钢条件下，钢水中平 均碳含量要低至0.2％以下，不利于铬的还原。

提钒弃渣是一种微粒状细粉，其中含有对钢铁工业有益的铁、钒、铬等元 素及对环境有害的元素，处理困难。

所述提钒弃渣的主要成分如表1所示：

表1  提钒弃渣成分表(wt％)

成分 TFe CaO MgO SiO₂Al₂O₃TiO₂含量 25～40 2.5～3.5 1.6～1.8 16～20 1.5～2.5 7.5～10 成分 V₂O₅P Cr₂O₃MnO K₂O Na₂O 含量 0.7～1.5 0.04～0.08 4.0～8.8 4.5～9.0 0.03～0.07 2.0～4.10

传统处理提钒弃渣的方式有以下方式：

(1)外销给2次提钒厂，之后丢弃或用于制造瓷砖等。该方法对环境污染 严重，容易造成再次弃渣，废渣堆积再次污染环境。

(2)将提钒弃渣作为半钢炼钢转炉的造渣材料加以消纳。在转炉炼钢的半 钢炼钢工艺中，需要加入大量的造渣材料，而提钒弃渣中含有大量铁元素和氧 化硅等炼钢造渣有益的元素，将其在半钢炼钢转炉中进行消化是一种便捷的处 理方式，且提钒弃渣处理和半钢炼钢在同一生产区域进行，还减少了对粉尘的 处理，减少了扬尘。

CN102864271A公开了一种提钒弃渣在半钢炼钢转炉消化工艺，包括如下步 骤：由于弃渣很细且含有水分较多，首先是将提钒弃渣与半钢炼钢所需的其它 造渣剂以及可促进铬还原的焦炭粉混合；其次，将上述混合好的造块材料压制 成弃渣块并干燥；最后，将弃渣块在转炉炼钢过程中随炼钢造渣料一起加入半 钢炼钢转炉中；所述造块时加入的其它造渣剂占造块材料的重量比为10％～20％； 它们主要根据弃渣含水量和转炉渣渣成分含量而定，它们可以是河沙或高炉渣， 也可以是石灰或轻烧白云石，或者它们的混合。本发明将提钒弃渣与其它造渣 剂及还原剂等混合压块干燥制成弃渣块，该弃渣块在转炉炼钢过程中随炼钢造 渣料一起加入半钢炼钢转炉中，使弃渣中的铁、钒、氧化硅、铬元素得到利用， 其它成分在转炉渣中也可发挥有益作用，提高了弃渣的利用率，有效降低了炼 钢废弃物对环境的污染。

而另一方面，传统的合金化方法，每吨钢水中每增加1％的铬大约需要164 元铬铁，成本较高。

因此，本领域需要一种能够有效利用提钒弃渣中的铬元素，进行含铬合金 制造的方法。该方法能够实现提钒弃渣中铬元素的高附加值应用，操作方便， 环保绿色，且能够降低含铬合金的成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种熔融还原提钒弃渣 进行转炉炼钢的方法。所述方法能够有效利用提钒弃渣中的铬等元素，进行含 铬钢水的制造，且操作方便，环保绿色，大大降低了含铬合金的制造成本，对 提钒弃渣中铬元素进行了有效应用。

具体地，本发明通过如下技术方案实现：

一种熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法，所述方法为将还原剂、造渣 剂与提钒弃渣熔融混合，在炼钢炉中将提钒弃渣中的六价铬还原为金属铬，之 后经过冶炼获得含铬钢液；

或者，将造渣剂与提钒弃渣混合造块，在还原剂存在下，在炼钢炉中将提 钒弃渣中的六价铬还原为金属铬，之后经过冶炼获得含铬钢液。

用熔融还原法将提钒弃渣中所含铬元素还原成金属铬，使之成为钢中必须 的合金元素，减少合金化时铬的加入，是资源综合利用的又一途径。

铬是炼钢生产中最重要的合金元素之一，通常以铬铁合金的形式加人钢水 中，以满足不同冶炼钢种成分的要求。本发明利用熔融还原法将提钒弃渣中所 含铬元素还原成金属铬，使之成为钢中必须的合金元素，减少合金化时铬的加 入，是资源综合利用的又一途径，有效降低了含铬合金的成本。

钢中碳元素[C]和还原剂中的C(S)等脱氧元素对提钒弃渣中的Cr₂O₃进行还 原，还原出的Cr作为有益元素进入钢液，获得合金液，主要反应为：

(Cr₂O₃)+3C_(S)＝2Cr+3CO△G⁰＝787740-558.97T J·mol^-1

(Cr₂O₃)+3[C]＝2Cr+3CO△G⁰＝719970-462.19T J·mol^-1

以上反应为吸热反映，炼钢转炉的高温和小范围还原性气氛有利于反应的 持续进行。

本发明通过向提钒弃渣中加入还原剂，在炼钢过程中还原其中的六价铬至 金属铬，并在造渣材料的作用下，与钢水一起冶炼得到含铬钢水。但是本发明 所述还原剂的加入时间不限定，例如其可以与造渣剂一起与提钒弃渣混合造块； 还可以添加在提钒弃渣和造渣剂的混合造块中。

优选所述还原剂的加入时间为在炼钢过程中与提钒弃渣和造渣剂的混合造 块一起分批加入。

作为本发明的一种实施方式，本发明所述熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢 的方法包括如下步骤：

(1)将提钒弃渣、还原剂以及造渣剂混合造块，得到弃渣块I；

(2)将步骤(1)得到的弃渣块I，在炼钢时随炼钢造渣材料一起分批次加 入炉内，在氧气顶吹转炉等炼钢过程中进行冶炼，获得含铬钢液。

本发明提供的熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的一种实施方式的工艺流程 图如图1(图1为熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的一种实施方式的工艺流程图) 所示。

作为本发明的另一种实施方式，本发明所述熔融还原提钒弃渣进行转炉炼 钢的方法包括如下步骤：

(1)将提钒弃渣和还原剂混合造块，得到弃渣块II；

(2)将步骤(1)得到的弃渣块II与还原剂一起，在氧气顶吹转炉炼钢过 程中，与炼钢造渣材料一起分批次加入，进行冶炼，获得含铬钢液。

本发明提供的熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的另一种实施方式的工艺流 程图如图2(图2为熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的另一种实施方式的工艺流 程图)所示。

优选地，所述提钒弃渣中总铁TFe的含量为25～40w％，例如26wt％、28wt％、 31wt％、34wt％、36wt％、39wt％等；以V₂O₅计，钒的含量为0.7～1.5wt％，例 如0.8wt％、0.9wt％、1.1wt％、1.3wt％、1.4wt％等；以Cr₂O₃计，钒的含量为 4～8.8wt％，例如4.2wt％、4.5wt％、4.7wt％、5wt％、5.7wt％、5.9wt％、6.2wt％、 6.7wt％、7.2wt％、7.4wt％、7.8wt％、5.3wt％等。

优选地，所述还原剂选自碳粉、焦粉、硅铁或铝粉中的任意1种或至少2 种的组合，优选焦粉和/或碳粉。所述焦粉和/或碳粉的成本低廉、效果好。

优选地，所述造渣剂选自河沙、高炉渣、轻烧白云石、氧化铁皮、石灰粉 或萤石中的任意1种或至少2种的组合，优选石灰和/或氧化铁皮。

本发明对于炼钢造渣材料不做具体限定，此处的炼钢造渣材料为本领域技 术人员能够获得的任何一种炼钢用的造渣材料。典型但非限制性的炼钢造渣材 料包括石灰石、萤石、白云石等。

在含铬合金钢的生产上，lt铁水加入1kg75％的硅铁，能还原出约1.86kg 铬；用碳作还原剂，lt铁水加入1kg碳，能还原出约2.89kg铬；1t铁水加入1kg 铝能还原出约1.93kg铬。由此可以看出，碳的还原能力较强，且价格便宜，易 于大量获取；另外，随着温度升高，碳的还原能力增强明显，由热力学分析可 知，用碳作还原剂可以将铬矿还原，具备直接合金化的条件，因此，从还原能 力和经济角度来衡量，采用碳作为高铬渣的熔融还原剂是最合适的。本发明优 选碳粉作为优选的熔融还原剂。

优选地，所述提钒弃渣是还原剂质量的9倍以下，例如8倍、6倍、4倍、 3倍等。

优选地，所述提钒弃渣是造渣剂质量的5倍以下，例如4倍、3倍、2倍、 0.5倍等；优选1～5倍。

优选地，所述炼钢炉中六价铬还原的温度为1600℃以上，例如1650℃、 1700℃、1750℃、1850℃等。

可选地，在步骤(2)之后进行：

(3)出钢时向含铬钢液中加入合金元素，实现对钢液的合金化；

优选地，所述合金包括铬铁、锰铁、铝、钼铁等中的任意1种或多种的组 合。

例如，可以根据钢液中铬含量与目标钢中的铬含量的差值，补加部分铬铁； 或者根据含铬钢中，铬、硅、锰、铝、钼钢的含量，向合金液中添加相应的合 金。

优选地，所述炼钢造渣材料碱度为3～5mol/L。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法能够有效利用提钒弃 渣中的铬、铁元素和氧化硅等，且操作方便，环保绿色，对提钒弃渣中铬元素 等物质进行了有效应用。

附图说明

图1为熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的一种实施方式的工艺流程图；

图2为熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的另一种实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了， 所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

一种熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将提钒弃渣、焦炭粉、石灰粉按照质量比4.5:0.5:1混合造块，得到弃 渣块I；所述提钒弃渣中总铁TFe的含量为25～40w％；以V₂O₅计，钒的含量为 0.7～1.5wt％；以Cr₂O₃计，钒的含量为4～8.8wt％；

(2)将步骤(1)得到的弃渣块I，在炼钢时随炼钢炉的造渣材料一起分批 次加入炉内，在氧气顶吹转炉等炼钢过程中进行冶炼，获得含铬钢液；其中， 冶炼温度为1660℃左右，所述炼钢造渣材料的碱度为3～5mol/L，造渣剂的加入 量为提钒弃渣质量的1～2倍；

可选地，在步骤(2)之后进行：

(3)向合金钢液中加入合金，实现对合金成分的调节，获得一定成分的钢 液；

所述合金选自铬铁、硅铁、锰铁、铝、钼铁等合金中的任意1种或至少2 种的组合。

实施例2

一种熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将提钒弃渣、焦炭粉、石灰粉、氧化铁皮按照质量比6:0.5:2:1混合造 块，得到弃渣块I；所述提钒弃渣中总铁TFe的含量为30～40w％；以V₂O₅计， 钒的含量为0.7～1.5wt％；以Cr₂O₃计，钒的含量为4～8.8wt％；

(2)将步骤(1)得到的弃渣块I，在炼钢时随炼钢炉的造渣材料一起分批 次加入炉内，在氧气顶吹转炉等炼钢过程中进行冶炼，获得含铬钢液；其中， 冶炼温度为1660℃左右，炼钢炉造渣材料的碱度为3～5mol/L；炼钢造渣材料的 加入量为提钒弃渣质量的1～2倍；

可选地，在步骤(2)之后进行：

(3)向含铬钢液中加入合金元素，实现对合金成分的调节，获得目标钢液 成分；

所述合金选自铬铁、硅铁、锰铁、铝、钼铁等合金中的任意1种或至少2 种的组合。

实施例3

一种熔融还原提钒弃渣进行转炉炼钢的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将提钒弃渣、焦炭粉按照质量比9:1混合造块，得到弃渣块I；所述提 钒弃渣中总铁TFe的含量为25～40w％；以V₂O₅计，钒的含量为0.7～1.5wt％； 以Cr₂O₃计，钒的含量为4～8.8wt％；

(2)将步骤(1)得到的弃渣块I与焦粉混合，保证提钒弃渣与焦粉的比例 为4:1，在氧气顶吹转炉中进行冶炼，冶炼温度为1660℃，炼钢造渣材料的碱度 为3～5mol/L；获得含铬钢液；其中，造渣材料的加入量为提钒弃渣质量的1～2 倍；

可选地，在步骤(2)之后进行：

(3)向含铬钢液中加入所需合金，实现钢液合金化，获得合格钢液；

所述合金选自铬铁、硅铁、锰铁、铝、钼铁等合金中的任意1种或至少2 种的组合。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺 流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明 必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应 该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。