降低炉渣氧化镁含量的高炉冶炼红土镍矿方法

摘要

本发明公开了一种可降低炉渣氧化镁含量的高炉冶炼红土镍矿方法。该方法是先将原料红土镍矿用25mm筛进行筛分，筛上物再进行破碎和用25mm筛进行筛分，两部分筛下物、即粒度小于25mm的红土镍矿进入烧结工序，烧结后的烧结矿送入高炉冶炼；在高炉冶炼出渣过程中，向高炉渣中喷入炼钢转炉精炼还原渣进行二次成渣，炼钢转炉精炼还原渣的喷入量小于高炉渣质量的1/12。本发明有效地将高炉炉渣MgO的含量由原来的16～20％降至10％以下，并能降低Cr

说明书

技术领域

本发明属于红土镍矿冶炼不锈钢领域，具体涉及一种降低炉渣氧化镁含量的高炉冶炼红 土镍矿方法。

背景技术

随着我国经济高速发展，占镍用途65％的不锈钢需求持续增长。由于我国镍资源的贫乏， 国内钢铁企业大量从国外进口低品位的红土镍矿冶炼镍铁用于不锈钢生产。红土镍矿的高炉 冶炼由原料的破碎、烧结和冶炼几部分组成，由于红土矿的成分和物理特征不同于一般的铁 矿，红土矿的烧结配料和高炉冶炼配料具有自身的特点，主要表现在烧结矿碱度、高炉焦比 及辅料等方面；对于冶炼铁水，生产经验表明含镍铁水熔点在1200℃左右，与普通生铁相当。

由于原料限制，低品位红土镍矿中的MgO含量偏高，直接导致高炉炉渣MgO含量过高， 会造成高炉炉渣融化温度和粘度上升，导致高炉炉况波动较大，悬料、滑料和管道时有发生， 严重影响了高炉顺行，与此同时，高的MgO含量炉渣会导致高炉渣中Cr₂O₃及FeO含量较高， 不仅降低了矿渣价值，还造成了金属的流失，影响合金的收得率，同时渣中FeO高，会对脱 硫效果造成影响，使得后工序加工成本升高。

红土镍矿高炉冶炼产生大量高炉渣，一般通过水淬处理制备水淬渣。水淬渣具有潜在的 水硬胶凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激发剂作用下，可以作为优质的水泥原料，制成 矿渣硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥等。所以，水淬渣的无公害处理主要通过微 粉处理后用于生产矿渣水泥。

由于水淬渣中MgO含量较高，严重制约了水淬渣在水泥行业的消化使用，矿渣利用价值 大打折扣，甚至由于MgO含量过高，加入量极度受限，微粉厂家使用矿渣不具备成本优势而 放弃使用，在给企业带来经济损失的同时，亦会对周边环境造成严重的污染。

为保证高炉顺行，降低生产成本，提高金属收得率，减轻环保压力，优化高炉渣型，降 低炉渣中MgO含量，增加炉渣在水泥制造中的使用比例是亟需解决技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是降低高炉冶炼红土镍矿中炉渣的氧化镁含量，从而避免由 于氧化镁含量高造成的炉况不稳定、金属流失严重、生产成本高等问题，提高高炉渣在水泥 行业的用量，减轻高炉渣产生的环保压力。

本发明通过分析CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元相图，综合考虑炉渣黏度、熔点、硫容、流动 性及稳定性，低品位红土镍矿高炉冶炼炉渣应具备以下条件：炉渣二元碱度为在0.8-0.9之间， 炉渣中Al₂O₃含量控制在20％以内，炉渣的化学稳定性要好，同时要求MgO控制在8-10％之 间，使炉渣矿相维持在黄长石、镁蔷薇辉石区域内，以保证炉渣熔点与成分变化波动最小， 并尽量少配入熔剂，达到少渣量的要求。

在操作上，对红土镍矿原料采取了合理筛选，对低品位块矿进行特殊处理，通过改变了 原料拌料、烧结配料及高炉装料制度确保MgO含量控制在8％-10％左右。同时在高炉出渣过 程中进行二次炉外成渣反应，添加低MgO，高CaO、自然粉化粒度细的炼钢转炉精炼还原渣， 精炼还原渣与高炉渣混合比例不大于1:12，二次成渣反应迅速，效果良好。

经上述操作，有效地将高炉炉渣MgO的含量由原来的16-20％降至10％以下，炉渣中Cr₂O₃由原来的2％-3％降低至1％-1.5％，有效地降低了炉渣中FeO含量，提高了高炉脱硫效果，为 炼钢生产节约石灰，降低了冶金流程的生产成本，保证钢水质量，为后续生产的各项指标、 消耗改善提供了原料基础，经济效益显著。炉渣MgO的含量降低，显著增加高炉炉渣在水泥 制造业中的使用量，对炉渣利用价值的提升、高炉指标改善及合金收得率的提高起到重要作 用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：降低炉渣氧化镁含量的高炉冶炼红土镍矿 方法，包括原料红土镍矿破碎、烧结和高炉冶炼的工序，原料红土镍矿破碎后进行筛分，粒 度小于25mm的红土镍矿进入烧结工序。

其中本发明所述的红土镍矿主要是指低品位的红土镍矿，品位在0.8～1.5％。

其中本发明在烧结工序的红土镍矿中不再拌入轻烧白云石。

其中，上述方法中，先将原料红土镍矿用25mm筛进行筛分，筛上物再进行破碎和用25mm 筛进行筛分，两部分筛下物、即粒度小于25mm的红土镍矿进入烧结工序。

其中，上述方法中，烧结工序得到的烧结矿中，MgO含量2～3％。

其中，上述方法高炉冶炼出渣过程中，向高炉渣中喷入炼钢转炉精炼还原渣(即不锈钢 冶炼AOD炉渣)进行二次成渣，炼钢转炉精炼还原渣的喷入量小于高炉渣质量的1/12。

其中，上述方法中，高炉冶炼后得到的高炉渣中，MgO含量8～10％。

其中，上述方法中，高炉冶炼后得到的高炉渣二元碱度0.8～0.9，炉渣中Al₂O₃含量在 20％以内。

其中，上述方法中，所述炼钢转炉精炼还原渣MgO含量小于8％，CaO质量含量45～55％。

其中本发明所指的MgO、Al₂O₃、CaO含量均为质量含量。

本发明的有益效果是：发明人发现，低品位的红土镍矿在筛选和破碎过程中存在部分块 矿，这些块矿难以破碎，并且红土镍矿中大部分MgO集中在这些块矿中，块矿中MgO、SiO₂、 Al₂O₃含量在20％～30％，甚至达30％以上，这些块矿在申请人原工艺中都是经破碎获得一定 粒度后拌入烧结原料中，由此对高炉渣成分影响较大，不利于高炉的顺行，由此申请人将难 以破碎的块矿筛分除去，降低高炉渣的MgO含量。另外，本发明进行的炉外二次成渣反应， 能够充分利用高炉渣的热量，添加一定比例的低MgO、高CaO、自然粉化粒度细、具有良好成 渣反应界面的炼钢转炉精炼还原渣，能够降低高炉渣熔点、提高其流动性，化渣良好，融化 迅速，并且进一步的降低了高炉渣中氧化镁含量。经过上述措施，本发明有效地将高炉炉渣 MgO的含量由原来的16～20％降至10％以下，炉渣中Cr₂O₃由原来的2～3％降低至1～1.5％， 有效地降低了炉渣中FeO含量，提高了高炉脱硫效果，为炼钢生产节约石灰，降低了冶金流 程的生产成本，保证钢水质量，为后续生产的各项指标、消耗改善提供了原料基础，经济效 益显著。炉渣MgO的含量降低，显著增加高炉炉渣在水泥制造业中的使用量，对炉渣利用价 值的提升、高炉指标改善及合金收得率的提高起到重要作用，也解决了部分精炼还原渣堆放 困难、扬尘严重的环保问题。

附图说明

图1为实施例高炉渣中MgO及Cr₂O₃含量变化曲线；

图2为Al₂O₃含量20％的CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元相图；

图3为MgO含量5％、10％及15％的CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃相图。

具体实施方式

技术原理：

如图2所示的CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元系中，Al₂O₃含量为20％时，随着二元碱度升高，液 相线温度升高；MgO含量在5％～20％区间，随着MgO升高，1400℃液相线区间先增大后减小， 当MgO含量大于13％后，炉渣熔点大于1500℃，将对冶炼顺行带来影响。

如图3所示的CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元系中，炉渣中MgO由5％增加到10％，1500℃液相 区增大，表明炉渣熔点有所上升，但MgO继续增大到15％时液相区缩小，1600℃液相区增大， 炉渣熔点上升明显，因此MgO在高炉终渣中起良好作用的区间约在5％～15％之间。

MgO的加入主要是对炉渣的粘度产生影响，随着Al₂O₃达到一定含量时，MgO的存在能 与Al₂O₃，SiO₂，硅酸盐反应生成一系列低熔点化合物，使粘度有一定下降，渣中保证一定量 的MgO对炉渣的冶金性能提升提供动力学条件。但是炉渣中MgO含量的增加，使得含有氧化 镁的矿物相：如钙镁橄榄石、镁方柱石和镁蔷薇辉石增加。黄长石域中，炉渣的熔化性、流 动性和稳定性都比较良好，从CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元系相图中看，高炉渣成分应尽可能选 在黄长石区域内，即炉渣中MgO应尽量控制在10％左右，不宜超过12％。

炉渣硫容C_S随碱度R₂提高而增大，实验室数据分析得知，MgO在5％～18％范围内，炉渣 硫容量先增大后降低，MgO为8％时硫容量达到最大值，此处存在一个矛盾的问题，即R₂升高， 炉渣液相线温度上升，带来的结果是熔剂消耗上升、能耗上升，但硫容相应升高，为了维持 炉渣良好的硫容，并且保证炉渣的流动性，从MgO方向考虑，应尽量将炉渣中MgO控制在8～ 10％范围，这种渣型具有粘度合理、渣温稳定、操作容易的优点，并且一旦成分变化、炉温波 动，此渣仍在黄长石、镁蔷薇辉石区域内，可维持稳定的炉缸热制度，为冶炼低硫生铁创造 良好的条件。

因此，本发明通过分析CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元相图，综合考虑炉渣黏度、熔点、硫容、 流动性及稳定性，低品位红土镍矿高炉冶炼炉渣应具备以下条件最优：炉渣二元碱度为在 0.8～0.9之间，炉渣中Al₂O₃含量原则上控制在20％以内，炉渣的化学稳定性要好，同时要求 MgO控制在8～10％之间，使炉渣矿相维持在黄长石、镁蔷薇辉石区域内，以保证炉渣熔点与 成分变化波动最小，并尽量少配入熔剂，达到少渣量的要求。这其中，高炉渣MgO含量控制 在8～10％之间是难点也是关键。

高炉冶炼红土镍矿降低炉渣MgO含量，可增加生产水泥的所需高炉渣的用量。在提倡循环 经济的现代社会，资源的高效利用、循环利用和无害化生产是今后发展的必然趋势。对高能 耗、高污染的钢铁行业，高效、经济、循环利用废弃物势在必行。粒化高炉矿渣粉具有潜在 的水硬性，是水泥和混凝土的优质混合材料，且具有成本低廉，解决环保问题等优势。近十 年来，我国超磨粒化高炉矿渣细粉作为水泥、混凝土和砂浆的掺合料，用于提高和改善水泥 混凝土性能的应用已越来越广泛，实践证明使用效果良好。

根据国家标准GB12958-1999复合硅酸盐水泥中规定，熟料中要求MgO≤5.0％。通过工艺 优化降低高炉冶炼红土镍矿渣中MgO含量，使得高炉炉渣MgO含量由原来20％以上，降低至 10％以内，大大增加生产水泥的所需高炉渣的用量，实现了废弃物的循环利用。对于水泥厂 家，既可用镍铁渣作混合材生产复合硅酸盐水泥，也可利用镍铁渣引入MgO作矿化剂掺入生 料中来煅烧水泥熟料。

综上所述，实现高炉渣型优化，降低炉渣中MgO含量，对保证高炉顺行，降低生产成本， 提高金属收得率，减轻环保压力，提高高炉矿渣在水泥工业中应用比例，将会起到非常良好 的效果。

为了达到上述目的，本发明采取以下措施：

降低炉渣氧化镁含量的高炉冶炼红土镍矿方法，包括原料红土镍矿破碎、烧结和高炉冶 炼的工序，原料红土镍矿破碎后进行筛分，粒度小于25mm的红土镍矿才进入烧结工序。

另外，本发明在烧结工序的红土镍矿中不再拌入轻烧白云石。

再者，本发明在高炉冶炼出渣过程中，向高炉渣中喷入炼钢转炉精炼还原渣(即不锈钢 冶炼AOD炉渣)进行二次成渣，炼钢转炉精炼还原渣的喷入量小于高炉渣质量的1/12。

优选的，为了降低破碎能耗，本发明先将原料红土镍矿用25mm筛(孔径为25mm的筛) 进行筛分，筛上物再进行破碎和用25mm筛进行筛分，两部分筛下物、即粒度小于25mm的红 土镍矿进入烧结工序。

其中，本发明在烧结工序得到的烧结矿中，MgO含量2～3％。

其中，本发明在高炉冶炼后得到的高炉渣中，MgO含量8～10％。

其中，本发明高炉冶炼后得到的高炉渣二元碱度0.8～0.9，炉渣中Al₂O₃含量在20％以 内。

优选的，本发明所述炼钢转炉精炼还原渣MgO含量小于8％，CaO质量含量45～55％。

下面通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的说明，但并不因此将本发明的保护 范围限制在实施例之中。

实施例

申请人在具体实施方式所述的思路下，逐步对生产高炉冶炼工艺进行改进，首先从原料 工序开始，对低品位原矿进行特殊处理。我们将原矿筛分过程中，粒度大于25mm以上且无 法进一步破碎的原矿称为块矿。鉴于块矿的化学成分中MgO含量高及粒度波动范围大，实际 筛分过程中，分别选取孔径为150mm、50mm及25mm筛子，将块矿筛分出来。筛分出来的 不同粒度块矿分别经过粗破、中破、细破获得烧结可用的破碎粉和粒度大于25mm的块矿， 将所有粒度小于25mm的红土镍矿送入到烧结工序。在烧结配料时，申请人放弃使用轻烧白 云石，原因是申请人发现轻烧白云石本身消化过程产热少，对原料干燥效果非常有限，对冶 炼过程还会导致一定被动。烧结后产生的烧结矿送入高炉冶炼，高炉冶炼过程中进行炉外二 次成渣处理，即向高炉渣中喷入炼钢转炉精炼还原渣，炼钢转炉精炼还原渣的喷入量小于高 炉渣质量的1/12。添加该还原渣后，炉渣的熔点降低，化渣良好，成渣反应迅速，流动性好， 进一步降低高炉渣中氧化镁含量。

申请人按照本发明方法逐步改进后，高炉渣中氧化镁含量也逐月降低，如表1和图1所 示。

表1高炉渣成分变化情况表(％)

月份 Cr₂O₃SiO₂FeO Al₂O₃CaO MgO MnO 备注 2月 2.98 27.27 3.15 21.35 23.65 16.69 0.97   3月 2.07 32.12 2.22 15.56 26.77 16.68 1.03   4月 2.30 30.87 2.78 18.81 25.94 14.16 1.49  

5月 1.79 29.40 2.1 19.90 29.03 12.25 1.47   6月 1.54 29.31 1.88 20.73 30.93 9.29 1.71   7月 1.27 30.70 1.54 19.47 31.54 9.90 1.50   8月 1.29 29.43 1.70 19.99 30.91 9.10 1.47   9月 1.77 29.72 2.14 19.73 29.34 9.22 1.76 入炉Cr品位高