首钢京唐KR热态脱硫渣重复利用的应用

以京唐KR热态脱硫渣重复利用项目为依托,对KR热态脱硫渣重复利用技术及设备进行研究,开发出具有自主知识产权的KR热态脱硫渣重复利用装置,并成功应用于实际生产,取得了良好的应用效果。

高频红外吸收法测定KR脱硫渣中高硫含量

采用高频红外吸收法测定KR脱硫渣中的S元素含量,实验选用硫酸钾基准试剂建立S元素标准工作曲线,考虑KR脱硫渣的构成组分,选择锡粒、纯铁、钨粒作为助熔剂。实验分析坩埚盖会对高硫样品分析结果产生的影响,建立KR脱硫渣中S元素的高频红外测定方法。按实验方法对3个不同S含量的样品进行7次重复性测定,测得相对标准偏差(RSD,n=7)≤2.00%,加标回收率的实验结果为97.6%~104.3%,此实验满足日常分析要求。

KR脱硫渣碱激发矿渣的配比优化及水化特性

KR脱硫渣是铁水脱硫工序产生的废渣,多种固废协同制备胶凝材料是脱硫渣资源化的有效途径。本文利用KR脱硫渣、矿渣和脱硫石膏制备固废基胶凝材料,研究KR脱硫渣和矿渣掺量对胶凝材料力学性能的影响,优化原材料配比。通过XRD、TG-DSC、IR、SEM-EDS和水化热测试方法研究了固废基胶凝材料的水化产物及水化特性。结果表明,固废基胶凝材料优化配比为KR脱硫渣25%(质量分数,下同),矿渣60%,脱硫石膏15%,胶凝材料3 d、28 d、90 d抗压强度分别达到30.01 MPa、49.47 MPa和55.73 MPa。固废基胶凝材料的早期水化放热速率低,3 d累积放热量仅为普通硅酸盐水泥(OPC)的37.9%,其水化产物主要是针棒状钙矾石(AFt)和无定形水化硅酸钙(C-S-H)凝胶。KR脱硫渣中大量的Ca(OH)2在水化早期可以碱激发矿渣,使玻璃相硅酸盐解体,同时与脱硫石膏反应促进AFt的生成。KR脱硫渣、矿渣和脱硫石膏协同反应使水化后期的水化产物持续增加,相互胶结形成致密结构,有利于强度的持续增长。

硫含量对KR脱硫渣中CaS氧化行为的影响

KR脱硫渣中主要成分(CaO)为转炉冶炼的优质造渣原料,但KR脱硫渣中含有质量分数为1.0%~2.5%的硫,直接将其代替活性石灰用作转炉造渣料回用于冶炼工艺会导致钢液增硫。因此,为了实现KR脱硫渣的氧化脱硫,分析渣中硫氧化行为随炉渣中硫含量变化的机理,通过实验室制取KR脱硫渣样品,采用SEM和XRD分析了氧化后炉渣的微观结构、矿物成分,采用红外碳硫分析仪测定了氧化渣样的硫含量。研究表明,在1693 K,随硫含量增加炉渣脱硫率先增加后减小,炉渣脱硫率均达到80%以上;随硫含量增加氧化渣样中析出的硅酸盐固相质点数逐渐增加。

KR脱硫渣处理方案研究

本文以马钢四钢轧总厂的生产实际情况为研究对象,通过对KR渣的造渣、扒渣工艺进行分析,结合KR渣特性研究选择高效处理方法.

KR脱硫渣矿相及硫在渣中分布

为探讨KR脱硫渣的脱硫机理,利用现场取脱硫渣,通过炉渣淬火实验,对渣中矿相组成和硫在渣中分布进行研究与分析。研究结果表明:KR渣主要位于Ca O-Si O2-Ca F2-Ca S四元系,渣中含有单一的Ca S相、以Ca O为主的Ca O-Ca F2-Ca S相和以Ca O、Si O2为主的Ca O-Si O2-Ca F2-Ca S相,且Ca S相中的硫含量明显高于其他2种矿相。通过统计渣相中Ca S相的面积分数,并结合炉渣总的硫含量,得出渣相中的硫主要以单一的Ca S形式存在。因此,通过提高渣相中Ca S相的面积分数,可提高炉渣硫含量。

KR脱硫渣高温矿物组成及含硫相的析出行为

KR脱硫渣是KR铁水预处理脱硫工艺的副产品,其磁选后尾渣中CaO质量分数大于50%。可将其用作优质造渣原料返回到转炉炼钢工艺中,降低转炉炼钢的原料消耗。但KR脱硫渣中的硫(w((S))=1.0%~2.5%)成为转炉冶炼循环利用的障碍,直接将其用于转炉冶炼会使钢中的硫含量增加。因此,根据工业KR脱硫渣的化学成分,以合成渣的形式对KR脱硫渣中矿物组成及含硫相的析出行为进行研究,旨在明确KR脱硫渣中各矿物相组成及炉渣中硫的析出行为和赋存状态,为后续通过氧化性气氛有效脱除KR脱硫渣中的硫提供理论参考。采用热力学数据库FactSage 8.0的Equilib模块对CaO-SiO_(2)-CaS-CaF_(2)基熔渣的凝固过程进行模拟,利用XRD、SEM-EDS对合成渣样品的矿物组成及微观形貌进行分析、检测。热力学计算结果表明,CaS的析晶温度为1320℃,低于MeO#1相、MeO#2相及2CaO·SiO_(2)相的析晶温度。炉渣样品的面扫描分析结果表明,在实际凝固过程中,受残余液相黏度增大的影响炉渣中少量硫未能析出形成CaS晶体,则以非晶态的形式赋存在基质相中。KR脱硫渣主要由C_(3)S相、MeO#1相(CaO固溶体)、MeO#2相(MgO固溶体)、基质相和CaS相等矿物组成。炉渣中的硫主要以游离态CaS晶体形式赋存,少量以非晶态硫的形式赋存。炉渣中CaS晶粒主要沿着先析出的高熔点硅酸盐(C_(3)S)相边界析出。

硫含量对KR脱硫渣中硫赋存状态的影响

KR脱硫渣中的CaO是转炉冶炼工艺中重要的造渣原料,将其回用于钢铁冶炼工艺可降低冶金企业的CaO原料消耗,减少企业KR脱硫渣堆积量,节约企业冶炼的经济成本。KR脱硫渣中的2CaO·SiO_(2)(C2S)在转炉脱磷冶炼过程中可与炉渣中的磷形成稳定的2CaO·SiO_(2)-3CaO·P_(2)O_(5)固溶体,提高磷在渣中的稳定性。将KR脱硫渣代替活性石灰用作转炉造渣料,可促进转炉冶炼初期早化渣,提高转炉冶炼的脱磷效率。但由于KR脱硫渣中硫质量分数为1.0%~2.5%,将其直接用于转炉冶炼会导致钢水增硫。因此,采用FactSage8.0对炉渣中各物相凝固过程进行模拟,采用SEM-EDS、XRD对炉渣基本物相及微观形貌进行分析、检测,采用Image-ProPlus6.0对渣样中CaS平均晶粒面积进行分析,旨在明确硫含量对炉渣中硫赋存状态及析出行为的影响,为后续通过氧化性气氛脱除KR脱硫渣中的硫提供理论依据。热力学计算表明,硫质量分数为0.5%~2.5%时,炉渣中CaS析晶温度由1240升高到1390℃;当温度为1600℃时,随着硫含量增加,炉渣中MeO#1相含量逐渐减少,炉渣黏度逐渐减小;硫质量分数为0.5%时,炉渣中硫以非晶态组织赋存;硫质量分数为1.0%~2.0%时,炉渣中硫主要以CaS形式赋存;硫质量分数为2.0%~2.5%时,炉渣中硫以CaS相和Ca^(2+)(SiO_(2))_(2)O_(5)S相赋存,Ca^(2+)(SiO_(2))_(2)O_(5)S主要赋存在硅酸盐相中。随着硫含量增加,炉渣中CaS晶粒长大速率逐渐增大,CaS平均晶粒面积逐渐增大,且炉渣中CaS晶粒逐渐由不规则结构演变为圆饼状结构。

冷却速率对KR脱硫渣中硫析出行为的影响

KR脱硫渣中主要成分(CaO)为转炉冶炼的优质造渣原料,通过氧化性气氛将渣中硫脱除后可将其用于转炉冶炼。但由于炉渣冷却制度不同,渣中硫的析出行为和赋存状态会发生变化,对炉渣氧化脱硫效果产生影响。基于此,以合成渣的形式探究冷速对KR脱硫渣中硫析出行为的影响,旨在明确KR脱硫渣中硫赋存状态及析出行为与冷却速率的关系,为后续通过氧化性气氛有效脱除KR脱硫渣中的硫提供理论参照,实现KR脱硫渣在转炉冶炼工艺的综合利用。采用热力学数据库FactSage8.1对炉渣的凝固过程进行模拟,采用SEM-EDS和XRD对玻璃管内冷却(快速冷却)、坩埚内冷却(中等冷却速率)以及随炉冷却(较慢冷却)渣样进行分析、检测,采用Image-ProPlus6.0对炉渣中CaS颗粒平均面积进行统计。试验结果表明,在合成渣中含有弥散分布的硫和CaS颗粒形式存在的硫。玻璃管内快速冷却渣样的硫主要弥散分布在炉渣基质相中,少量以CaS相的形式析出。坩埚内和炉内冷却渣样中硫主要以CaS颗粒形式赋存,少量硫弥散分布在基质中。随着冷却速率降低,炉渣中弥散分布的硫含量逐渐减少而CaS相析出量逐渐增加,且析出的CaS颗粒平均面积逐渐增大。

KR脱硫渣的综合利用现状及其氧化去硫研究进展

KR脱硫的渣资源化利用有利于促进钢铁企业的绿色化发展。KR脱硫渣中主要成分为CaO,且含有质量分数为1.0%~2.5%的硫,直接将KR脱硫渣回用于冶炼工艺会导致钢液增硫。若能将渣中的硫脱出,可有效促进KR脱硫渣在钢铁冶炼工艺的资源化利用。因此,针对当前KR脱硫渣综合利用存在的问题,总结分析有关CaS氧化过程的热力学和动力学研究现状,探究将KR脱硫渣中硫转化成为SO_(2)的有利条件,分析将KR脱硫渣用于转炉造渣脱磷的可行性,以实现KR脱硫渣的冶金内循环利用。KR脱硫渣中的硫主要以CaS形式赋存在渣中,高温(温度T>1 373 K)、低氧分压(P_(O2)<10.1 kPa)条件下有利于CaS氧化为SO_(2)。在气-固反应过程中,反应初期KR脱硫渣中硫的氧化过程受化学反应控制,反应后期受O_(2)的内扩散控制;在气-液反应过程中,反应受S^(2-)的扩散控制。