本发明涉及精炼废渣循环利用技术领域，尤其涉及一种精炼废渣回用作转炉造渣剂的工艺方法。
背景技术：
随着我国钢产量的日益增加、钢质量要求越来越高，各种精炼手段和精炼设备在冶炼中得以广泛应用，精炼废渣的产生量也越来越大，目前我国每年产生精炼废渣1000多万t，而由于我国精炼废渣循环利用技术还不成熟，现阶段精炼废渣主要以外卖堆存为主，精炼废渣综合利用率较低，造成严重环境污染和资源浪费。
精炼废渣中含有大量的氧化钙、氧化铝、二氧化硅等组分，这些组分与冶金工业中使用的部分原料组分相似，如炼钢熔剂和造渣材料等，同时精炼废渣具有熔点低、熔化速度快、碱度高、氧化性低的特点，可以在炼钢过程中作转炉炼钢造渣剂或作精炼废渣循环利用，从而可以替代一部分渣料，降低过程渣料消耗及生产成本，具有很大的利用价值。
精炼废渣最高效的利用途径为冶金回用，但由于精炼废渣硫含量较高，在冶金回用时会发生生产低硫钢液“回硫”现象，从而限制了精炼废渣的回收再利用。精炼废渣的循环利用方式主要有冷态处理和热态返回2种工艺，两种工艺随着炉渣返回次数增加，渣中cao降低，s和sio2含量升高，继续使用这些精炼废渣将不可避免地增加冶炼过程中的脱硫难度，降低生产效率，没有解决精炼废渣高效利用的根本问题。
而对于精炼废渣冷态回用作炼钢助溶剂，由于精炼废渣具有易粉化的特点，需将精炼废渣冷却后磁选粉状精炼废渣与铁矿粉混合压块成型，达到一定强度后加以应用，此工艺方法精炼废渣未经脱硫处理，因而用量小，同时制备转炉造渣剂工艺流程较长，生产成本高，也未能充分利用热态精炼废渣的显热，还是造成浪费严重及污染环境。
技术实现要素：
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种精炼废渣回用作转炉造渣剂的工艺方法，用以解决现有精炼废渣因硫含量高而限制回用、易粉化污染环境以及混合压块成型工艺流程长且成本高的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种精炼废渣回用作转炉造渣剂的工艺方法，包括以下步骤：
步骤1、将精炼废渣进行调质处理；
在精炼结束后，将精炼废渣倒入渣罐，在出渣过程中，在渣罐底部或随液态渣流加入一定量含铁物料调质剂；
步骤2、对精炼废渣进行脱硫处理；
精炼废渣经调质处理后，向精炼废渣中通入空气或氧气，进一步对精炼废渣进行氧化脱硫处理；
步骤3、对精炼废渣进行冷却处理；
将精炼废渣降温至精炼废渣凝固；
步骤4、将精炼废渣破碎，得到处理后精炼废渣；
步骤5、利用处理后精炼废渣造无氟低熔点炉渣进行冶炼；
所述造无氟低熔点炉渣冶炼的造渣物料包括：石灰、白云石、含铁物料、含硅物料、处理后精炼废渣。
进一步地，在步骤1中，所述含铁物料调质剂为烧结矿、铁矿石和氧化铁皮中一种或多种，含铁物料调质剂的加入量为出渣量的1～15％。
进一步地，在步骤1中，所述含铁物料调质剂在渣罐底部或随渣流在出渣1/4至3/4间完成添加。
进一步地，在步骤2中，空气或氧气的通气流量为100～1000nm3/(h·t)，通气时间为10～30min。
进一步地，在步骤3中，精炼废渣的降温速率＞200℃/min；精炼废渣的冷却方式包括精炼废渣排出时喷水冷却或吹高速气流冷却。
进一步地，在步骤5中，当处理后精炼废渣中al2o3含量高于10％时，吹氧时间为(0，1/6t)时，加入质量为a1wa石灰、wb白云石、dwslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/6t，1/4t)时，加入质量为a2wa石灰、cwc含铁物料、(1-d)wslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/4t，3/4t)，加入质量为(1-a1-a2)wa石灰、(1-c)wc含铁物料、wd含硅物料；
其中，t为吹氧时间，min；
wa为石灰加入量，t；
wb为白云石加入量，t；
wc为含铁物料加入量，t；
wslag1为处理后精炼废渣，t；
wd为含硅物料加入量，t；
a1为常数，取值0-1/2；a2为常数，取值1/4-2/3；c为常数，取值1/3-2/3；d为常数，d取值1/2-2/3。
进一步地，在步骤5中，当处理后精炼废渣中al2o3含量低于10％时，吹氧时间为(0，1/6t)时，加入质量为a1wa石灰、wb白云石、dwslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/6t，1/4t)时，加入质量为a2wa石灰、cwc含铁物料、(1-d)wslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/4t，3/4t)时，加入质量为(1-a1-a2)wa石灰、(1-c)wc含铁物料；
其中，t为吹氧时间，min；wa为石灰加入量，t；
wb为白云石加入量，t；wc为含铁物料加入量，t；
wslag1为处理后精炼废渣，t；a1为常数，取值0-1/2；
a2为常数，取值1/4-2/3；c为常数，取值1/3-2/3；d为常数，d取值1/2-2/3。
进一步地，在步骤5中，当处理后精炼废渣中al2o3含量高于10％时，石灰wa、白云石wb、含铁物料wc、含硅物料wd以及处理后精炼废渣wslag1等物料消耗参数分别由以下关系式控制：
其中，wsteel为冶炼钢水重量，t；
η为目标渣量占钢水重量的比例，取值为5-20％；
η1为含铁物料调质剂加入量占出渣量的比例，取值为0-15％；
αmgo为冶炼目标渣中mgo的质量百分含量，取值范围为0-10％；
r为冶炼目标渣碱度；
βmgo为处理后精炼废渣中mgo的质量百分含量；
βcao为处理后精炼废渣中cao的质量百分含量；
xsi为铁水中硅的质量分数。
进一步地，在步骤5中，当处理后精炼废渣中al2o3含量低于10％时，石灰wa、白云石wb、含铁物料wc及处理后精炼废渣wslag1消耗参数分别由以下关系式控制：
其中，wsteel为冶炼钢水重量，t；
η为目标渣量占钢水重量的比例，取值为5-20％；
η1为含铁物料调质剂加入量占出渣量的比例，取值为0-15％；
αmgo为冶炼目标渣中mgo的质量百分含量，取值范围为0-10％；
r为冶炼目标渣碱度；
βmgo为处理后精炼废渣中mgo的质量百分含量；
βcao为处理后精炼废渣中cao的质量百分含量；
xsi为铁水中硅的质量分数。
进一步地，在步骤1中，在步骤1中，精炼废渣来自于lf精炼炉、vd精炼炉、rh精炼炉、aod精炼炉、vod精炼炉、钢包精炼炉处理结束炉渣中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明在精炼结束出渣过程中，向精炼废渣中加入含铁物料调质剂，利用精炼废渣自身大量显热，对精炼废渣进行成分调控和脱硫处理。
(2)在后续炉渣处理过程中，通入空气或氧气对精炼熔渣进行进一步脱硫处理，随后控制冷却速率降低精炼废渣温度至炉渣凝固，确保精炼废渣物相的精准调控和析出，抑制γ-ca2sio4晶体的析出，从而有效防止精炼废渣粉化，解决了精炼废渣脱硫作预熔剂易粉化、返回利用浪费严重、污染环境的缺点；在冶炼过程中，在冶炼前期加入经破碎处理后的精炼废渣，作为转炉造渣剂使用从而代替一部分石灰、白云石和含铁物料，匹配合适的造渣制度和枪位控制工艺，造无氟低熔点炉渣进行转炉冶炼，在满足低成本冶炼需求条件下实现精炼废渣回用作炼钢造渣剂的高效循环利用方式。
(3)本发明提供的方法简单可靠，可操作性强，便于实现，处理后精炼废渣脱具有脱硫效率高和不易粉化的特点，可实现精炼废渣不用混合压块成型而高效回用直接作转炉炼钢造渣剂的目的，进而减少造渣料的消耗，缩短冶炼时间，减少钢渣排放和污染环境，增大钢铁企业的经济效益。
综上，本工艺方法克服了普通精炼废渣冷态处理和热态返回工艺中渣中硫含量循环富集，从而限制精炼废渣回用效率低的缺点，同时充分利用了出渣过程中大量钢渣余热，对钢渣进行抑制粉化处理，并有效解决了精炼废渣冷态回用转炉炼钢助溶剂需混合压块成型工艺流程长的问题，大大缩短了工艺流程，降低生产成本，最终实现了精炼废渣在冶金内高效循环利用。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例所特别指出的内容中来实现和获得。
具体实施方式
下面来具体描述本发明的优选实施例。
本发明提供了一种精炼废渣回用作转炉造渣剂的工艺方法，包括以下步骤：
步骤1、对精炼废渣进行调质处理；
在精炼结束，将精炼废渣倒入渣罐进行出渣，在出渣过程中，先在渣罐底部或随液态渣流加入一定量含铁物料调质剂，利用精炼废渣自身余热和出渣动力对精炼废渣进行调质处理和脱硫预处理，在抑制精炼废渣冷却粉化的同时降低精炼废渣硫含量；
步骤2、对精炼废渣进行脱硫处理；
精炼废渣经调质处理后，向渣中以一定流量通入一定时间的空气或氧气，以对精炼废渣进行进一步氧化脱硫处理，通气流量100～1000nm3/(h·t)，通气时间10-30min；将通气流量和通气时间控制在上述范围内能够保证精炼废渣的脱硫效果良好。
步骤3、对精炼废渣进行冷却处理；
随后精炼废渣以较快的温降速率降低至精炼废渣凝固，温降速率＞200℃/min，从而抑制渣中γ-ca2sio4晶体的析出，有效防止精炼废渣粉化；
需要说明的是，步骤3中的温降采用炉渣排出时喷水冷却或吹高速气流冷却，进而保证达到抑制渣中γ-ca2sio4晶体的析出和有效防止精炼废渣粉化的目的。
步骤4、将精炼废渣破碎至10～50mm，得到处理后精炼废渣；
具体地，将步骤3得到的精炼废渣进行破碎处理，破碎处理后精炼废渣粒度为10～50mm，得到处理后精炼废渣，将处理后精炼废渣作为转炉造渣剂辅料备用；
步骤5、利用处理后精炼废渣造无氟低熔点炉渣进行冶炼；
具体地，在冶炼过程中，按设定造渣配料制度(即加料方式)及匹配合适的氧气枪位(氧枪枪位随造渣制度相应调整)，造无氟低熔点炉渣进行转炉冶炼，从而在满足低成本冶炼需求条件下实现精炼废渣高效循环利用；其中造渣物料消耗包括：质量为wa的石灰、质量为wb的白云石、质量为wc的含铁物料、质量为wd的含铁物料硅石、脉石等含硅物料、质量为wslag1的处理后精炼废渣。
在上述步骤1中，含铁物料调质剂为烧结矿、铁矿石和氧化铁皮中一种或多种，含铁物料调质剂加入量为出渣量的1-15％，含铁物料调质剂提前铺设在渣罐底部或随渣流在出渣1/4至3/4间加入完毕。
在上述步骤5中，设定造渣制度造无氟低熔点炉渣进行冶炼，其过程为：
当处理后精炼废渣中al2o3含量高于10％时，吹氧时间为(0，1/6t)时，加入质量为a1wa石灰、wb白云石、dwslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/6t，1/4t)时，加入质量为a2wa石灰、cwc含铁物料、(1-d)wslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/4t，3/4t)时，加入质量为(1-a1-a2)wa的石灰、质量为(1-c)wc的含铁物料、质量为wd的含硅物料。
当处理后精炼废渣中al2o3含量低于10％时，吹氧时间为(0，1/6t)时，加入质量为a1wa石灰、wb白云石、dwslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/6t，1/4t)时，加入质量为a2wa石灰、cwc含铁物料、(1-d)wslag1处理后精炼废渣；吹氧时间为[1/4t，3/4t)时，加入质量为(1-a1-a2)wa石灰、(1-c)wc含铁物料。
其中，t为吹氧时间(min)；wa为石灰加入量(t)；wb为白云石加入量(t)；wc为含铁物料加入量(t)；wslag1为处理后精炼废渣(t)；a1为常数，取值0-1/2；a2为常数，取值1/4-2/3；c为常数，取值1/3-2/3；为常数，d取值1/2-2/3。
在上述步骤5中，当处理后精炼废渣中al2o3含量高于10％时，石灰wa、白云石wb、含铁物料wc、含硅物料wd以及处理后精炼废渣wslag1等物料消耗参数分别由以下关系式控制：
当处理后精炼废渣中al2o3含量低于10％时，石灰wa、白云石wb、含铁物料wc及处理后精炼废渣wslag1消耗参数分别由以下关系式控制：
其中，wsteel为冶炼钢水重量，t；η为目标渣量占钢水重量的比例，取值范围为5-20％；xsi为铁水中硅的质量分数。
η1为含铁物料调质剂加入量占出渣量的比例，取值范围为0-15％；
αmgo为冶炼目标渣中mgo的质量百分含量，取值范围为0-10％；
需要说明的是，本发明中的精炼废渣来自于lf精炼炉、vd精炼炉、rh精炼炉、aod精炼炉、vod精炼炉、钢包精炼炉处理结束炉渣。
与现有技术相比，本发明通过精炼结束出渣过程、炉渣处理过程以及转炉冶炼过程等整个工艺流程处理过程中充分考虑精炼废渣冷态处理直接做转炉炼钢造渣剂的问题，将利用出渣显热控制成分调质和脱硫，精炼废渣处理控制冷却制度调整物相以及精炼废渣直接回用高效冶炼协同配合实现精炼废渣中硫的去除、精炼废渣的抑制粉化以及精炼废渣不需混合压块成型而破碎直接回用转炉作造渣剂的处理工艺。
经该本发明处理的精炼废渣除硫效率高，且精炼废渣不易粉化，直接破碎后加入炼钢炉，在取得较好的冶炼质量的同时取得了很好的降本增效的效果。另外，该工艺该方法简单可靠，可操作性强，便于实现，使精炼废渣中硫含量明显降低，有效控制了精炼废渣中物相析出形式，很好的抑制了精炼废渣粉化，同时也有效避免了精炼废渣回用过程中需压块成型等工序，大大缩短了流程，并充分利用钢渣显热，大大减少了石灰、白云石及铁质物料的消耗，显著降低了生产成本。很好的解决了精炼废渣因硫含量高而限制回用、易粉化污染环境以及混合压块成型工艺流程长且成本高的不利问题，为精炼废渣高效资源化利用奠定了基础，提升钢铁企业的经济效益和减少环境污染。
实施例1
本实施例1针对某厂sphc钢lf精炼废渣采用上述方法进行回用转炉作造渣剂。该精炼废渣回用作转炉造渣剂的工艺方法包括以下步骤：
步骤1、在sphc钢生产lf精炼结束，将lf精炼废渣倒入渣罐，在出渣过程中，事先在渣罐底部或随液态渣流在出渣1/4至3/4间加入出渣量10％铁矿石，利用lf精炼废渣自身余热和出渣动力对精炼废渣进行调质处理和脱硫预处理，在抑制精炼废渣冷却粉化的同时降低精炼废渣中硫含量，lf精炼废渣和调质后精炼废渣成分见表1；
步骤2、高温精炼废渣经调质处理后，向精炼废渣渣中吹入空气进行进一步氧化脱硫处理，控制通气流量500nm3/(h·t)，通气时间15min，通气处理后精炼废渣成分见表1；
步骤3、将炉渣倒出，并喷水冷却，确保lf精炼废渣以＞200℃/min的温降速率将精炼废渣冷却至凝固，从而抑制精炼废渣中γ-ca2sio4晶体的析出，有效防止精炼废渣粉化，作为转炉造渣剂的精炼废渣成分见表1；
步骤4、将处理后的精炼废渣破碎至30mm左右，并将其作为转炉造渣剂以备冶炼之用；
步骤5、对于100t转炉生产sphc钢，冶炼入炉磷含量0.15％，硅含量0.4％的铁水，转炉冶炼目标渣终点碱度为4，目标渣fe2o3含量为20％，mgo含量为5％，al2o3含量为5％，渣量为10％，在转炉吹氧1.5min加入1t石灰、1.59t白云石，1.14t处理后精炼废渣；在吹氧开始4.0min加入2t石灰、1t铁矿石、1.14t处理后精炼废渣，并提高氧枪枪位；在吹氧8min加入1.03t石灰、0.93t铁矿石、0.17t硅石等材料，整个造渣制度在前期造无氟低熔点炉渣达到较高脱磷效果，整个冶炼过程中sphc钢lf精炼废渣加入量20.7kg/t钢，冶炼终点脱磷率大于90％，没有发生回硫，在满足低成本冶炼和钢水质量需求条件下实现精炼废渣高效循环利用，冶炼过程中造渣原辅料成分见表2，冶炼效果相关指标见表3。
表1采用本发明方法精炼钢渣各阶段成分(质量分数，％)
表2造渣原材料的成分(质量分数，％)
表3某厂sphc钢采用本发明方法中转炉冶炼效果相关指标
实施例2
本实施例针对某厂55sicra弹簧钢vd精炼废渣采用本方法进行回用转炉作造渣剂。
该精炼废渣回用作转炉造渣剂的工艺方法具体包括以下步骤：
步骤1、在55sicra弹簧钢生产vd精炼结束，将vd精炼废渣倒入渣罐，在出渣过程中，事先在渣罐底部或随液态渣流在出渣1/4至3/4间加入出渣量5％铁矿石，利用vd精炼废渣自身余热和出渣动力对精炼废渣进行调质处理和脱硫预处理，在抑制精炼废渣冷却粉化的同时降低精炼废渣中硫含量，lf精炼废渣和调质后精炼废渣成分见表4；
步骤2、高温精炼废渣经调质处理后，向精炼废渣渣中吹入空气进行进一步氧化脱硫处理，控制通气流量300nm3/(h·t)，通气时间20min，通气处理后精炼废渣成分见表1；
步骤3、将处理后精炼废渣倒出，并喷水冷却，确保精炼废渣以温降速率＞200℃/min的较快降温速率将精炼废渣冷却至凝固，从而抑制渣中γ-ca2sio4晶体的析出，有效防止精炼废渣粉化，作为转炉造渣剂的精炼废渣成分见表4；
步骤4、将处理后的精炼废渣破碎至30mm左右，并将其作为转炉造渣剂以备冶炼之用；
步骤5、对于40t转炉生产40cr钢，冶炼入炉磷含量0.16％，硅含量0.3％的铁水，转炉冶炼目标渣终点碱度为2.8，目标渣fe2o3含量为18％，mgo含量为6％，渣量为8％，在转炉吹氧1.5min加入0.4t石灰、0.45t白云石，0.5t处理后精炼废渣；在吹氧开始3.5min加入0.6t石灰、0.4t铁矿石、042t处理后精炼废渣，并提高氧枪枪位；在吹氧6.5min加入0.26t石灰、0.22t铁矿石等材料。
整个造渣制度在前期造无氟低熔点炉渣达到较高脱磷效果，整个冶炼过程中精炼废渣利用21.9kg/t钢，冶炼终点脱磷率大于90％，未发生回硫，在满足低成本冶炼和钢水质量需求条件下实现精炼废渣高效循环利用，冶炼过程中造渣原辅料成分见表5，冶炼效果相关指标见表6。
表4采用本发明方法精炼钢渣各阶段成分(质量分数，％)
表5造渣原材料的成分(质量分数，％)
表6某厂sphc钢采用本发明方法中转炉冶炼效果相关指标
需要说明的是，针对钢铁冶炼流程中铁水预处理、连铸中间包等其他处理结束炉渣，也适用本实施例中的冶炼后废渣回用作转炉造渣剂的工艺方法。同时通过本方法处理后的精炼废渣，也适用于应用于铁水预处理、电炉冶炼等工序中。由于冶炼铁水条件、炉渣种类、炉渣成分、物相性质等参数不同，因此在采用冶炼过程及炉渣处理工艺时冶炼造渣工艺、冶炼温度、冶炼炉渣成分、调质剂种类、调质剂加入量、控制温度、降温速率等控制条件适应性调整。
值得注意的是，本发明不仅限于上述实施例中的sphc钢lf精炼废渣和55sicra弹簧钢vd精炼废渣，也同样适用于钢铁生产流程中其他精炼炉和其他钢种冶炼产生的其他精炼废渣。
本发明中强调的是通过精炼结束出渣过程、炉渣处理过程以及转炉冶炼过程等充分考虑精炼废渣冷态处理直接做转炉炼钢造渣剂的问题，将利用精炼废渣显热控制成分调质和脱硫，精炼废渣处理控制冷却制度调整物相以及精炼废渣直接回用转炉高效冶炼协同配合来经济可靠实现精炼废渣回用作转炉造渣剂的处理工艺与思路，基于此思路本发明给出关键参数控制关系；因此，对于任何在此思路指引下得到的方法或控制关系或控制方法，均应涵盖在本发明保护范围内。