高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，更为具体地，涉及一种高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置。

背景技术

我国高磷铁矿资源丰富，但该矿的矿物组成复杂，多种矿物紧密共生，嵌布粒度极细，铁磷难以分离，而且在高炉中无法有效脱除，难以大规模开采利用。若能在钢铁生产过程中有效利用高磷铁矿，不仅可以缓解铁矿石资源短缺，进一步降低我国对进口铁矿石的依赖程度，还能让滞留资源得到有效开发利用。

目前，高磷鲕状赤铁矿在工业应用中主要作为低价高杂质铁矿石用于少量配入高炉冶炼，造成该矿物价值、应用规模较小且部分钢铁厂拒绝使用；国内外选矿研究人员开展几十年研究工作，采用浮选、磁选、磁化焙烧、分选法、反浮选等选矿工艺进行处理，取得了一定成果，但由于仅采用选矿工艺造成精矿品位及铁回收率低；因此研究人员进一步开展直接还原—磁选工艺处理、分段还原—选矿等技术处理高磷鲕状赤铁矿，取得一定成果，但由于工艺流程长、处理成本等原因难以大规模处理。

综上，目前高磷铁矿的冶炼方法所采用的物理选矿、微生物浸出、化学浸出、磁化焙烧等技术，虽然对高磷铁矿进行脱磷处理，但矿石中磷与铁矿物紧密共生，未能达到工业应用的要求；采用直接还原—磁选/熔分工艺处理高磷铁矿，存在流程长、能耗高、还原过程难以控制、污染严重等问题，尚未得到工业化应用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置，以解决目前的现有高磷铁矿的冶炼技术未能达到工业应用的要求，存在流程长、能耗高、还原过程难以控制、污染严重等问题。

本发明提供一种高磷铁矿的冶炼方法，包括如下步骤：

将待冶炼的高磷铁矿、第一还原剂和熔剂按照0.8～1.0的配碳比和1.0～3.0的二元碱度进行均匀混料处理，得到待熔炼混料；

将所述待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池内，并通过预设在所述侧吹射流熔炼炉侧壁的喷枪向所述熔池喷吹富氧空气及燃料，对所述熔池内的所述高磷铁矿进行熔炼，分别得到第一低磷铁水、含铁炉渣和第一烟气；

将所述含铁炉渣加入至电热还原炉中，并按照1.0～1.2的配碳比向所述含铁炉渣中加入第二还原剂，在所述电热还原炉的炉内温度为1500℃～1650℃的条件下，对所述含铁炉渣进行深还原，得到第二低磷铁水、尾渣和第二烟气。

此外，优选的方案是，所述冶炼方法还包括：

将所述第一低磷铁水和所述第二低磷铁水均按照预设铁水合格条件依次进行深脱硫、脱磷处理，得到合格铁水；

将所述合格铁水用于炼钢工艺。

此外，优选的方案是，所述冶炼方法还包括：

将所述第一烟气和所述第二烟气均进行二次燃烧处理，并对所述二次燃烧处理产生的余热进行回收，得到燃烧余热；

对所述燃烧余热进行净化收尘处理，得到净化烟气和烟尘；

将所述净化烟气通入所述电热还原炉的底部，用于对所述第二低磷铁水进行脱磷。

此外，优选的方案是，所述高磷铁矿、所述第一还原剂和所述熔剂的粒度均为2cm～5cm；和/或，

所述第一还原剂为煤、焦炭、石油焦中的一种或按照任意比例混合的几种；和/或，

所述熔剂为石英砂、石英石、石灰石、白云石中的一种或按照任意比例混合的几种。

此外，优选的方案是，在所述将所述待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池内，并通过预设在所述侧吹射流熔炼炉侧壁的喷枪向所述熔池喷吹富氧空气及燃料，对所述熔池内的所述高磷铁矿进行熔炼，分别得到第一低磷铁水、含铁炉渣和第一烟气的过程中，

将所述待熔炼混料从所述侧吹射流熔炼炉的顶部加入至所述侧吹射流熔炼炉内预设的熔池中；

采用双通道的喷枪向所述熔池喷吹富氧空气及燃料，所述双通道的喷枪的内层喷吹所述富氧空气，所述双通道的喷枪的外层喷吹所述燃料；

所述双通道的喷枪的原料入口设置在所述侧吹射流熔炼炉的侧壁的外部，所述双通道的喷枪的原料喷出口设置在所述熔池中，且，所述双通道的喷枪的原料喷出口设置在所述熔池的熔渣层从上向下高度的1/4～3/4处；

通过调整所述富氧空气与所述燃料的比例，以及调整所述喷枪的喷出流量对所述熔池的温度进行调整，使所述熔池的熔炼温度为1400℃～1550℃；

所述含铁炉渣中氧化亚铁的含量为5％～20％；

所述富氧空气中氧气的体积含量为40％～100％；

按照预设时间周期，将所述第一低磷铁水和所述含铁炉渣分别从所述侧吹射流熔炼炉的熔炼区出铁口和熔炼区出渣口排放出去。

此外，优选的方案是，在所述将所述含铁炉渣加入至电热还原炉中，并按照1.0～1.2的配碳比向所述含铁炉渣中加入第二还原剂，在所述电热还原炉的炉内温度为1500℃～1650℃的条件下，对所述含铁炉渣进行深还原，得到第二低磷铁水、尾渣和第二烟气的过程中，

通过向所述电热还原炉的炉底吹入氧化性气体，对所述电热还原炉内深还原产生的铁水进行初级脱磷处理，得到第二低磷铁水、尾渣和第二烟气。

本发明提供的用于上述所述的高磷铁矿的冶炼方法的高磷铁矿的冶炼装置，包括侧吹射流熔炼炉和电热还原炉；其中，

在所述侧吹射流熔炼炉的顶部设置有原料入口，在所述侧吹射流熔炼炉的侧壁设置有喷枪，在所述侧吹射流熔炼炉的内部设置有熔池，在所述熔池的侧壁上设置有熔炼区出渣口，在所述侧吹射流熔炼炉的下部的侧壁上设置有熔炼区出铁口，在所述侧吹射流熔炼炉的顶部设置有第一烟气出口；

在所述电热还原炉的内部设置有加热电极，在所述电热还原炉的侧壁上设置有进渣口，在所述电热还原炉的与所述进渣口相对的侧壁上设置有还原区出渣口，在所述电热还原炉的底部的侧壁上设置有还原区出铁口，在所述电热还原炉的顶部分别设置有第二还原剂加入口和第二烟气出口；

所述侧吹射流熔炼炉的熔炼区出渣口与所述电热还原炉的进渣口通过物料连通装置连接。

此外，优选的方案是，还包括铁水深处理装置；其中，

所述铁水深处理装置包括深脱硫装置和与所述深脱硫装置连接的深脱磷装置，所述深脱硫装置的原料入口分别与所述熔炼区出铁口和所述还原区出铁口连接。

此外，优选的方案是，在所述电热还原炉的底部设置有底吹喷枪；

所述底吹喷枪的喷口设置在所述电热还原炉的铁水层。

此外，优选的方案是，还包括烟气回收利用装置；其中，

所述烟气回收利用装置包括分别与所述第一烟气出口和所述第二烟气出口连接的二次燃烧装置、与所述二次燃烧装置连接的余热回收发电装置、与所述余热回收装置连接的净化收尘装置；

所述净化收尘装置的净化烟气出口与所述底吹喷枪的进料口连接。

从上面的技术方案可知，本发明提供的高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置，通过将高磷铁矿、第一还原剂和熔剂按照合适的比例加入至侧吹射流熔炼炉内，先进行熔化和还原处理，再将得到的含铁炉渣加入至电热还原炉中，并向电热还原炉内加入合适比例的第二还原剂，在特定的温度条件下，在电热还原炉内进行含铁炉渣的深还原，进一步使渣中的铁与脉石相分离。本发明具有工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好的特点，可有效处理高磷铁矿等优点。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的高磷铁矿的冶炼方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的高磷铁矿的冶炼方法的工艺框图；

图3为根据本发明实施例的高磷铁矿的冶炼装置的结构示意图。

在附图中，1-侧吹射流熔炼炉，11-原料入口，12-熔炼区出渣口，13-熔炼区出铁口，14-第一烟气出口，2-电热还原炉，21-加热电极，22-进渣口，23-还原区出渣口，24-还原区出铁口，25-第二还原剂加入口，26-第二烟气出口，27-底吹喷枪，3-喷枪，4-物料连通装置，5-二次燃烧装置，6-余热回收发电装置，7-净化收尘装置。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

针对前述提出的目前的现有高磷铁矿的冶炼技术未能达到工业应用的要求，存在流程长、能耗高、还原过程难以控制、污染严重等问题，提出了一种高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了说明本发明提供的高磷铁矿的冶炼方法，图1示出了根据本发明实施例的高磷铁矿的冶炼方法的流程，图2示出了根据本发明实施例的高磷铁矿的冶炼方法的工艺；图3示出了根据本发明实施例的高磷铁矿的冶炼装置的结构。

如图1至图3共同所示，本发明提供的高磷铁矿的冶炼方法，包括如下步骤：

S1、将待冶炼的高磷铁矿、第一还原剂和熔剂按照0.8～1.0的配碳比和1.0～3.0的二元碱度进行均匀混料处理，得到待熔炼混料；

S2、将待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池内，并通过预设在侧吹射流熔炼炉侧壁的喷枪向熔池喷吹富氧空气及燃料，对熔池内的高磷铁矿进行熔炼，分别得到第一低磷铁水、含铁炉渣和第一烟气；

S3、将含铁炉渣加入至电热还原炉中，并按照1.0～1.2的配碳比向含铁炉渣中加入第二还原剂，在电热还原炉的炉内温度为1500℃～1650℃的条件下，对含铁炉渣进行深还原，得到第二低磷铁水、尾渣和第二烟气。

其中，二元碱度中的碱性物质为CaO或SiO2；在含铁炉渣中FeO的含量为5％～20％。

通过将高磷铁矿、第一还原剂和熔剂按照合适的比例加入至侧吹射流熔炼炉内，先进行熔化和还原处理，再将得到的含铁炉渣加入至电热还原炉中，并向电热还原炉内加入合适比例的第二还原剂，在特定的温度条件下，在电热还原炉内进行含铁炉渣的深还原，进一步使渣中的铁与脉石相分离。本发明具有工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好的特点，可有效处理高磷铁矿等优点。

作为本发明的一个优选实施例，冶炼方法还包括：

将第一低磷铁水和第二低磷铁水均按照预设铁水合格条件依次进行深脱硫、脱磷处理，得到合格铁水；

将合格铁水用于炼钢工艺。

为进一步提高铁水的质量，可根据实际情况对侧吹射流熔炼过程和电热深还原过程产生的铁水进行深脱硫、深脱磷处理，获得合格的铁水后供炼钢使用。其中，预设铁水合格条件根据实际生产需要进行设定。

作为本发明的一个优选实施例，冶炼方法还包括：

将第一烟气和第二烟气均进行二次燃烧处理，并对二次燃烧处理产生的余热进行回收，得到燃烧余热；

对燃烧余热进行净化收尘处理，得到净化烟气和烟尘；

将净化烟气通入电热还原炉的底部，用于对所述第二低磷铁水进行脱磷。

侧吹射流熔炼过程及电热深还原过程中产生的高温烟气即第一烟气和第二烟气可在二次燃烧室燃尽后进入余热锅炉发电，经余热锅炉处理后的烟气再经净化收尘处理，将净化烟气通过底吹喷枪喷入电热还原炉中，对第二低磷铁水进行脱磷处理。

作为本发明的一个优选实施例，高磷铁矿、第一还原剂和熔剂的粒度均为2cm～5cm；和/或，

第一还原剂为煤、焦炭、石油焦中的一种或按照任意比例混合的几种；和/或，

熔剂为石英砂、石英石、石灰石、白云石中的一种或按照任意比例混合的几种。

其中，当第一还原剂为煤时，可选择粒度小于100μm的煤粉。

作为本发明的一个优选实施例，在将待熔炼混料加入至侧吹射流熔炼炉的熔池内，并通过预设在侧吹射流熔炼炉侧壁的喷枪向熔池喷吹富氧空气及燃料，对熔池内的高磷铁矿进行熔炼，分别得到第一低磷铁水、含铁炉渣和第一烟气的过程中，

将待熔炼混料从侧吹射流熔炼炉的顶部加入至侧吹射流熔炼炉内预设的熔池中；

采用双通道的喷枪向熔池喷吹富氧空气及燃料，双通道的喷枪的内层喷吹富氧空气，双通道的喷枪的外层喷吹燃料；

双通道的喷枪的原料入口设置在侧吹射流熔炼炉的侧壁的外部，双通道的喷枪的原料喷出口设置在熔池中，且，双通道的喷枪的原料喷出口设置在所述熔池的熔渣层从上向下高度的1/4～3/4处；

通过调整富氧空气与所述燃料的比例，以及调整喷枪的喷出流量对熔池的温度进行调整，使熔池的熔炼温度为1400℃～1550℃；

含铁炉渣中氧化亚铁的含量为5％～20％；

富氧空气中氧气的体积含量为40％～100％；

按照预设时间周期，将第一低磷铁水和含铁炉渣分别从侧吹射流熔炼炉的熔炼区出铁口和熔炼区出渣口排放出去。

将待熔炼混料从炉顶加入侧吹射流熔炼炉中；熔炼炉内预先形成一个熔池，待熔炼混料进入熔池后进行侧吹熔炼过程，通过炉膛侧面的多通道喷枪向熔池中喷吹富氧空气及燃料，对炉内进行补热并对熔池产生扰动，控制燃料与富氧空气的喷入量及空气过剩系数，调整熔池温度为1400℃～1550℃及渣中FeO含量为5％～20％；熔炼一定时间后得到第一低磷铁水、含铁炉渣和第一烟气，分别从熔炼区出铁口、熔炼区出渣口及熔炼区出烟口流出。

喷枪均位于熔渣层中，位于熔渣高度H的1/4～3/4处(从上往下计算)，在此高度位置布置喷枪使得燃料及富氧空气在熔渣中进行燃烧，燃烧后的混合气对渣层进行扰动，提高热传递速率，实现熔渣上部加入物料的快速熔化，同时促进磷以气态形式逸出及以氧化物形式向渣中富集。

喷枪采用双通道喷枪，采用内层喷吹富氧(或氧气，氧浓度40％～100％)和外层喷吹气体燃料(天然气、生物质气、煤气、煤制气、氢气等)或氮气携带的液、固体燃料(重油、煤粉、焦粉、汽油、石油焦、石墨等)。

作为本发明的一个优选实施例，在将含铁炉渣加入至电热还原炉中，并按照1.0～1.2的配碳比向含铁炉渣中加入第二还原剂，在电热还原炉的炉内温度为1500℃～1650℃的条件下，对含铁炉渣进行深还原，得到第二低磷铁水、尾渣和第二烟气的过程中，

通过向电热还原炉的炉底吹入氧化性气体，对电热还原炉内深还原产生的铁水进行初级脱磷处理，得到第二低磷铁水、尾渣和第二烟气。

通过向电热还原炉的底部通入氧化性气体可对深还原产生的铁水进行初级脱磷处理，其中，氧化性气体可通过鼓风机引入特配气体也可将第一烟气和第二烟气燃烧后得到的烟气净化后作为氧化性气体通入电热还原炉的底部。

本发明提供的高磷铁矿的冶炼装置，包括侧吹射流熔炼炉1和电热还原炉2；其中，

在侧吹射流熔炼炉1的顶部设置有原料入口11，在侧吹射流熔炼炉的侧壁设置有喷枪3，在侧吹射流熔炼炉1的内部设置有熔池，在熔池的侧壁上设置有熔炼区出渣口12，在侧吹射流熔炼炉1的下部的侧壁上设置有熔炼区出铁口13，在侧吹射流熔炼炉1的顶部设置有第一烟气出口14；

在电热还原炉2的内部设置有加热电极21，在电热还原炉2的侧壁上设置有进渣口22，在电热还原炉2的与进渣口22相对的侧壁上设置有还原区出渣口23，在电热还原炉2的底部的侧壁上设置有还原区出铁口24，在电热还原炉2的顶部分别设置有第二还原剂加入口25和第二烟气出口26；

侧吹射流熔炼炉1的熔炼区出渣口12与电热还原炉2的进渣口22通过物料连通装置4连接。

其中，物料连通装置4可为溜槽或其它物料连通输送装置。

侧吹射流熔炼炉1的原料入口11连接有皮带送料装置；和/或，第二还原剂加入口25连接有皮带送料装置，通过皮带送料装置可将待加入原料加入。

通过将高磷铁矿、第一还原剂和熔剂按照合适的比例加入至侧吹射流熔炼炉1内，先进行熔化和还原处理，再将得到的含铁炉渣加入至电热还原炉2中，并向电热还原炉2内加入合适比例的第二还原剂，在特定的温度条件下，在电热还原炉内进行含铁炉渣的深还原，进一步使渣中的铁与脉石相分离。本发明具有工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好的特点，可有效处理高磷铁矿等优点。

作为本发明的一个优选实施例，还包括铁水深处理装置；其中，

铁水深处理装置包括深脱硫装置和与深脱硫装置连接的深脱磷装置，深脱硫装置的原料入口分别与熔炼区出铁口13和还原区出铁口24连接。通过对低磷铁水进行深处理，以达到预设合格要求条件用于炼钢。

作为本发明的一个优选实施例，在电热还原炉2的底部设置有底吹喷枪27；底吹喷枪27的喷口设置在电热还原炉2的铁水层。通过底吹喷枪27向深还原得到的铁水喷入氧化性气体，以达到对铁水脱磷的作用。

作为本发明的一个优选实施例，还包括烟气回收利用装置；其中，

烟气回收利用装置包括分别与第一烟气出口14和第二烟气出口26连接的二次燃烧装置5、与二次燃烧装置5连接的余热回收发电装置6、与余热回收装置6连接的净化收尘装置7；净化收尘装置7的净化烟气出口与底吹喷枪27的进料口连接。对第一烟气和第二烟气进行二次燃烧利用，避免环境污染的同时，降低成本。

为了更好的对本发明提供的高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置进行说明，提供了如下的具体实施例。

实施例1

1)侧吹射流熔炼

高磷铁矿、无烟煤、石灰破碎至粒径2～5cm，按照配炭比为1.0，二元碱度为1.0进行配料混合均匀，通过皮带加入侧吹射流熔炼炉内。熔炼炉内预先形成一个熔池，物料从炉顶加入炉中进行侧吹熔炼，通过炉膛侧面的20根侧吹喷枪向熔池的渣层中喷入氧浓度为70％的富氧空气和天然气，控制熔池温度维持在1500～1550℃、渣中(FeO)为8～10％，冶炼1.5h后进行放渣、放铁操作，获得生铁及含铁炉渣，分别从出铁口、出渣口流出。

2)电热深还原过程

将含铁炉渣通过溜槽送入电热还原炉中，熔池温度为1550～1600℃，按照配炭比为0.9加入无烟煤进行深还原过程，底吹氧化性气体对铁水进行脱磷，得到低磷铁水及渣中(FeO)小于5.0％的尾渣。

3)侧吹射流熔炼炉和电热还原炉冶炼过程中产生的高温烟气在二次燃烧室燃尽后进入余热锅炉发电，经余热锅炉处理后的烟气再经净化收尘处理，达标后将净化烟气通过底吹喷枪喷入电热还原炉中，对铁水进行脱磷处理。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：配料过程中，根据配炭比为1.0，二元碱度为1.5进行配料。富氧侧吹射流熔炼过程中，氧气体积浓度约50％的富氧空气和煤粉通过侧吹喷枪喷入渣层中，熔炼温度为1450～1500℃，熔炼时间为1.5h，获得生铁及(FeO)为8％～10％的含铁炉渣。将含铁炉渣通过溜槽送入电热还原炉中进行深还原，炉内温度为1500～1550℃，控制配炭比为1.0，冶炼后获得铁水及渣中(FeO)小于3.0％尾渣。将侧吹射流熔炼及电热深还原过程中产生的铁水进行深脱磷、深脱硫工序，得到合格的炼钢原料后送至炼钢车间。

通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置，通过将高磷铁矿、第一还原剂和熔剂按照合适的比例加入至侧吹射流熔炼炉内，先进行熔化和还原处理，再将得到的含铁炉渣加入至电热还原炉中，并向电热还原炉内加入合适比例的第二还原剂，在特定的温度条件下，在电热还原炉内进行含铁炉渣的深还原，进一步使渣中的铁与脉石相分离。本发明具有工艺流程短、效率高、能耗低、环境友好的特点，可有效处理高磷铁矿等优点。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的高磷铁矿的冶炼方法及冶炼装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。