一种钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置及方法与流程

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体地说是涉及一种钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置及方法。

背景技术：

镍铬主要作为合金元素，用于生产不锈钢、高温合金钢、耐蚀合金、高性能特种合金、镍基喷镀材料，在军工、航空航天材料等诸多领域具有重要应用。目前由于不锈钢、镍合金以及电镀等领域对镍的大量需求，镍矿资源的消耗越来越大。全球可开采的镍矿资源，约30％为硫化镍矿，约70％为红土镍矿。与硫化镍矿相比，开发利用红土镍矿的主要优势在于：①红土镍矿资源丰富，约有4100万吨镍金属量，勘查成本较低；②可以露天开采，采矿成本极低；③冶炼工艺已逐渐成熟；④不锈钢生产的发展，对烧结氧化镍、镍铁或通用镍的需求增加，而这些镍产品主要来源于红土镍矿；⑤红土镍矿资源主要分布于近赤道地区，靠近海岸，便于外运。按照冶炼工艺特点，红土镍矿的处理工艺可分为火法工艺和湿法工艺，其中，火法工艺的镍产量占红土镍矿产镍量的70％左右。根据还原工艺的不同，火法工艺可分为烧结—高炉还原熔炼法、回转窑预还原—电炉熔炼—精炼法、烧结—鼓风炉硫化熔炼法等。其中，回转窑预还原—电炉熔炼—精炼法是最常用的方法，为主流工艺，又称为rkef法。

目前，烧结—高炉还原熔炼法处理红土镍矿存在着能耗高、污染严重等缺点；回转窑预还原—电炉熔炼—精炼法同样存在着能耗高、处理效率低、回转窑易结圈等缺点；烧结—鼓风炉硫化熔炼法的镍回收率低，原料适应性差，需要大量的黄铁矿资源，并且产生的so2烟气污染问题严重。随着经济的发展，镍需求不断增长，而镍资源的逐步开发使镍矿品位越来越低，现有的红土镍矿处理方法能耗高等问题会更加突出。如何开展低品位红土镍矿合理利用，成为亟待解决的问题。

我国钢渣排放量达到1.4亿吨左右，近年我国的钢渣利用率只在10％左右。钢渣是炼钢过程中所排放的一种熔渣，排放量较大，排放量占钢铁产量的10％～15％，钢渣的大量排放不仅破坏了生态环境，且浪费了资源。事实上，钢渣是一种优质的废热资源，液态钢渣温度为1450～1650℃，比热容为1.2kj/(kg·℃)，热焓值可达2000mj/t，相当于61kg标准煤。

钢渣是一种可二次利用的资源，其主要化学组成是sio2、cao、fe2o3、al2o3和mgo等，但在钢渣的大规模应用中，存在体积安定性差、胶凝活性低、化学波动大等问题，降低了钢渣的利用率和利用效率。钢渣中含有的f-cao和f-mgo水化后会产生体积膨胀，这成为了影响钢渣安定性的重要因素。钢渣中的f-cao水化后会生成ca(oh)2，使得钢渣的体积增大1.98倍，钢渣中的f-mgo水化会生成mg(oh)2，使钢渣的体积增大2.48倍。钢渣中的cao是钢渣的主要氧化物，其含量一般为40％～60％，主要作为钢渣的钙源。cao含量越高，其水硬活性越高，cao含量较少，生成的胶凝活性矿物量较少，致使钢渣的胶凝活性降低。sio2含量一般在8％～23％，主要与钢渣中的cao反应生成胶凝矿物提高钢渣的胶凝活性，其含量决定着钢渣中硅酸矿物的量和相对含量。其al2o3含量一般在3％～8％，较有利于生成铝酸盐、铁铝酸盐或硅铝酸钙玻璃体，提高高铝钢渣的胶凝活性。

钢渣“组分重构”的思路和原理，以硅酸盐水泥熟料矿物组成为设计目标，在钢渣中加入调节成分，调控钢渣的化学和矿物组成及结构，对钢渣进行重构，以期达到稳定钢渣品质和调控钢渣胶凝性能的目的。

现有钢渣处理主要包括浅盘法、热焖法、水淬法、渣箱热泼法等，它们的共同点是使用大量介质水来完成钢渣处理工艺，其中热焖法和水淬法趋于普适性。钢渣在线重构是利用钢渣高余热的同时加入调质组分进行改性处理，而水淬法是高温液态渣在流出、下降过程中已被冷却，无法在热态的钢渣中加入调质组分。钢渣的粘度因炼钢要求不同而异，当熔渣粘度较大时，阻碍水淬的顺利进行，且当冲渣水的压力和水量控制不当时会发生爆炸，存在安全隐患。故此工艺不适用于钢渣在线重构技术。

热焖法为了保证足够的余热并防止爆炸，需待钢渣冷却至300～800℃，将钢渣倾翻至热焖罐中，此过程中如果再向渣罐中加入热态调质组分同样未能达到利用1500℃左右钢渣高余热的目的，同样由于此时的钢渣已放置于静止的热焖罐中，所以也达不到均混的效果，不符合利用钢渣余热混匀调质组分和钢渣的改性思想，因此现在的热焖法不适用于钢渣在线重构技术，需进一步改进设备及工艺。

处理热态钢渣的干法工艺中的风淬法是使用范围最广的工艺，即将高温熔渣由渣罐倒入流渣槽内，在流渣槽出口处由高速空气喷吹成粒状以备用。此工艺的处理效果与水淬法一样无法在热态钢渣中加入调质组分。并且目前此法正处于逐渐被取代的地位，所以风淬法不适合钢渣在线重构处理工艺。

红土镍矿有两种类型，一种是褐铁矿型红土镍矿(高铁型)，通常在氧化矿床的表层，其主要成分是含铁氧化矿物，全铁含量40％～50％，镍含量0.6％～1.2％，铬含量1.0％～1.5％；另一种是硅酸盐型(低铁型)，通常储存在氧化矿床的较深层，全铁含量10％～15％，镍含量1.5％～1.8％，铬含量1.0％～5.0％，氧化硅38％～41％，氧化镁18％～20％；过渡层全铁含量25％～40％，镍含量1.0％～1.5％，铬含量1.0％～2.5％。

褐铁型红土镍矿如用于提取镍金属或生产镍铁，生产成本极高，很不经济；而作为普通铁矿，其品位低、同时伴生的镍、铬元素的特征又使其只能以低廉的价格作为配矿少量添加。因此，此类矿一般都作为弃矿。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置及方法，至少能够解决以下问题之一：(1)现有红土镍矿冶炼方法能耗高、镍回收率低，原料适应性差、污染严重；(2)现有红土镍矿回转窑还原+电炉熔分不仅工艺能耗高，红土镍矿冶炼渣利用率低；(3)红土镍矿高炉冶炼，需要烘干脱除表水和结晶水，再烧结，由于烧结矿强度低，红土镍矿高炉冶炼渣量大，能耗高，也仅适宜小高炉冶炼；中型高炉红土镍矿只作为配矿，配矿比例不高，否则影响高炉生产操作；(4)现有钢渣处理方法存在钢渣安定性差，活性差，建材领域工程应用极大受限；(5)现有钢渣处理方法钢渣高温显热没有得到充分利用，同时钢渣中铁氧化物组分回收低；(6)现有钢渣热闷操作周期长达23h，效率低。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置，包括调质炉和驱动机构，所述调质炉包括调质炉熔池，调质炉的上部设有钢渣进料口和红土镍矿进料口，调质炉还设置有煤氧枪；驱动机构设置在调质炉的底部，用于带动调质炉进行回转摆动；还包括熔融钢渣吊运单元，用于转运熔融钢渣。

进一步的，还包括托轮机构，托轮机构用于支撑调质炉。

进一步的，所述托轮机构为两套，两套托轮机构对称地分布在调质炉的底部。

进一步的，所述煤氧枪包括底吹煤氧枪和侧吹煤氧枪，多个所述底吹煤氧枪设置在调质炉的底部；多个所述侧吹煤氧枪设置在调质炉的侧壁。

进一步的，所述调质炉的两端分别设置有出渣口和出铁口。

进一步的，还包括生铁铸造和收集单元、调质后渣处理单元和调质炉烟气处理单元。

本发明还提供了一种钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法，包括如下步骤：

步骤一：将高温熔融钢渣倒入调质炉；

步骤二：将烘干后的红土镍矿加入调质炉；

步骤三：煤粉由氧气/富氧空气作为载体，喷入调质炉内，进行调质处理，得到调质后渣和高温铁水。

进一步的，所述步骤三中，一部分煤粉由底吹煤氧枪高速喷入调质炉熔池内的底部铁水层，另一部分煤粉由侧吹煤氧枪喷入调质炉熔池内的渣层，进行调质处理。

进一步的，所述调质处理过程中，调质炉在驱动机构的带动下进行回转摆动。

进一步的，还包括如下步骤：

将调质炉调整至出铁位置，将高温铁水从出铁口排出；然后将调质炉调整至出渣位置，将调质后渣从出渣口排出。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

a)本发明提供的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置通过设置调质炉，调质炉内能够进行熔融钢渣和调质剂的反应，能够利用熔融钢渣钢渣的显热实现高温物相反应，能耗低；节约能源。沿调质炉轴向(长度方向)同时设置多套底吹煤氧枪和侧吹煤氧枪，能保证实施时调质炉熔池反应的均匀性和提高熔池的搅动效果。

b)钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置的调质炉由2套托轮机构支撑，由1套驱动机构的齿圈带动调质炉进行摆动回转，以加快熔池内的金属氧化物还原反应和缩短渣调质操作周期，也有利于物料在炉内分布更均匀；调质炉的出铁口和出渣口设置在调质炉的两端，通过调质炉进行摆动回转，更方便出铁和出渣操作。

c)本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法充分利用了

1550～1600℃的高温熔融钢渣的显热，减少了调质炉中金属氧化物还原和钢渣调质改性所需能耗；通过往调质炉内喷吹煤粉和氧气/富氧空气，钢渣和红土镍矿中的铁、镍、铬氧化物在熔池内进行激烈还原反应转为镍铬合金，接近实现全部回收(95％以上)，镍铬合金生铁可直接回转炉炼钢，不仅钢渣中的铁资源得到完全回收，红土镍矿中大量的铁、镍、铬资源同步得到回收。红土镍矿中富含的cao、sio、mgo与钢渣进行调质重构后调质后渣中游离cao、mgo和ro相极少，调质后渣中f-cao含量降低到了1％以下，远远低于未处理钢渣中的f-cao含量，钢渣的体积安定性显著提高，能够用于水泥混凝土领域，调质后渣活性高(s95级以上)，实现钢渣综合利用率达100％。

d)本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法中熔融钢渣的余热利用率高，1550～1600℃的熔融钢渣在调质炉内与红土镍矿进行冶炼，调质后的高温烟气余热通过余热锅炉回收蒸汽发电，除尘后的180～200℃烟气循环到烘干机，减少烘干煤气用量，余热资源得到充分利用。

e)本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法操作周期短，调质过程45min～1.5h完成，生产效率高，生产成本低；污染物排放少。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的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在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置的整体结构示意图；

图2为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的调质处理单元的结构示意图；

图3为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的调质处理单元的a-a处的剖视图；

图4为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的调质处理单元的b-b处的剖视图；

图5为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的调质处理单元的c-c处的剖视图；

图6为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的调质后渣处理单元的结构示意图；

图7为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的生铁铸造和收集单元的结构示意图；

图8为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的调质炉烟气处理单元的结构示意图；

图9为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的熔融钢渣吊运单元的结构示意图；

图10为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置中的烘干预处理单元的结构示意图；

图11为本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法的流程图。

附图标记：

a-调质处理单元；b-调质炉烟气处理单元；c-调质后渣处理单元；d-熔融钢渣吊运单元；e-烘干预处理单元；f-生铁铸造和收集单元；1-铁水包吊运行车；2-铁水包；3-转炉；4-转炉渣包吊运行车；5-熔融钢渣包；6-红土镍矿堆场；7-抓斗机；8-红土镍矿仓；9-破碎机；10-烘干上料皮带；11-烘干机；12-煤气烧嘴；13煤气烧嘴助燃风机；14-烘干烟气炉；15-兑循环烟气风机；16-烘干出料皮带；17-红土镍矿缓存仓；18-圆盘给料机；19-称重皮带；20-烘干烟气脱硫塔；21-烘干烟气除尘器；22-烘干烟气引风机；23-烘干烟气烟囱；24-入炉上料皮带；25-入炉缓存仓；26-钢渣进料口；27-调质炉熔池；28-驱动机构；29-托轮机构；30-煤粉；31-氧气/富氧空气；32-底吹煤氧枪；33-侧吹煤氧枪；34-出铁口；35-出渣口；36-烟气出口罩及上升烟道；37-铁沟；38-铸铁机；39-生铁收集装置；40-冲渣沟；41-冲渣水；42-沉淀池；43-起重机；44-渣池；45-空气喷嘴；46-后燃室；47-重力降尘；48-锅炉膜式壁；49-余热锅炉；50-烟气调温空气阀；51-sds干法脱硫制粉间；52-烟气调温/脱硫塔；53-烟道；54-粉尘收集布袋；55-粉尘收集装置；56-引风机；57-烟气循环余热利用管路；58-烟囱。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本实施例提供了一种钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置，参见图1至图10，包括调质处理单元a，如图2至图5所示，调质处理单元a包括调质炉，调质炉包括调质炉熔池27，调质炉的上部设有钢渣进料口26和红土镍矿进料口；调质炉的底部还设有驱动机构28和托轮机构29，托轮机构29为两套，两套托轮机构29对称地分布在调质炉的底部，托轮机构29用于支撑调质炉；驱动机构28用于带动调质炉进行回转摆动，进而能够有利于物料在调质炉熔池内的分布均匀，进而加快调质炉熔池内的反应过程；调质炉的底部沿轴向(长度方向)还设有多个底吹煤氧枪32；调质炉的侧壁上沿轴向(长度方向)还设有多个侧吹煤氧枪33；熔融钢渣通过钢渣进料口26进入调质炉熔池27，调质剂(例如，红土镍矿)通过红土镍矿进料口进入调质炉熔池27，熔融钢渣和调质剂能够在调质炉熔池27内进行调质处理。

具体的，红土镍矿进料口的上方设有入炉缓存仓25，用于存储待入炉的烘干后的调质剂。

具体的，调质炉的两端分别设置有出渣口35和出铁口34。

示例性地，如图2-图5所示，调质炉为两端封闭的筒状结构，两套托轮机构29对称地分布在调质炉的轴向两端，支撑调质炉的径向下部，在驱动机构28的带动下，调质炉能够在托轮机构29的托轮的支撑下沿周向摆动回转。调质炉的径向上部设有钢渣进料口和调质剂进料口。多个底吹煤氧枪沿轴向设置在调质炉的径向底部，多个侧吹煤氧枪沿轴向设置在调质炉的径向底部上方的周向侧壁。

具体的，钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置还包括生铁铸造和收集单元f，如图7所示，生铁铸造和收集单元f包括铸铁机38和生铁收集装置39；出铁口34通过铁沟37与铸铁机38相连，高温铁水从出铁口34经铁沟37流入铸铁机38，铸造成镍铬合金生铁块，经生铁收集装置39收集后送往炼钢厂炼钢。

或者生铁铸造和收集单元f包括铁水罐，高温铁水从出铁口34流入铁水罐转运至炼钢厂炼钢。

具体的，钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置还包括调质后渣处理单元c，如图6所示，调质后渣处理单元c包括渣沟40、沉淀池42、抓斗起重机43和渣池44，出渣口35与渣沟40相连，调质后的渣通过出渣口35流入渣沟40，在冲渣水41的快速冷却下，水淬成1～3mm的渣粒，渣粒经沉淀池42沉淀，由抓斗起重机43送入渣池44缓存，再送往后续磨渣工序，供水泥行业使用。

为了充分利用调质后的高温烟气余热，钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置还包括调质炉烟气处理单元b，如图8所示，调质炉烟气处理单元b包括依次连接的烟气出口罩及上升烟道36、后燃室46、重力降尘47、余热锅炉49、烟气调温/脱硫塔52、粉尘收集布袋54、引风机56、烟气循环余热利用管路57、烟囱58。调质炉内的高温烟气(1400～1500℃)经由烟气出口罩及上升烟道36进入后燃室46，由于高温烟气中富含co还原气体，需要在后燃室46内烧净(co的燃烧通过空气喷嘴45喷入空气完成)；从后燃室46出来的烟气经过重力降尘47，进入锅炉膜式壁48进行换热，再经余热锅炉49内凝渣管凝渣、过热管束、省煤器换热产生蒸汽可供发电回收能源。从余热锅炉49出来的180～200℃烟气经过烟气调温空气阀50兑入空气调温，避免意外烧坏后续布袋，调温后的烟气与通过sds干法脱硫制粉间51喷入的脱硫剂在烟气调温/脱硫塔52进行脱硫，脱硫后的烟气经烟道53进入粉尘收集布袋54，烟气中的粉尘通过粉尘收集布袋54收集，由粉尘收集装置55收集。通过布袋除尘后的180～200℃烟气，由引风机56引出，由烟气循环余热利用管路57送往烘干预处理单元回收利用，以回收低温余热节省烘干能耗，经过净化后的富余烟气通过烟囱58排入大气，实现达标排放。

具体的，钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置还包括熔融钢渣吊运单元d，如图9所示，熔融钢渣吊运单元d包括铁水包吊运行车1、铁水包2、转炉3、转炉渣包吊运行车4和熔融钢渣包5；铁水包2由铁水包吊运行车1运至转炉3，转炉3内由铁水和废钢共同进行冶炼，熔融钢渣包5用于盛装炼钢产生的1550～1600℃的高温熔融钢渣，熔融钢渣包5由转炉渣包吊运行车4运至调质炉处备用。

为了防止调质剂(例如，红土镍矿)中的水分带入高温的调质炉，避免发生安全事故，需要对调质剂(例如，红土镍矿)进行烘干预处理，钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置还包括烘干预处理单元e，如图10所示，烘干预处理单元e包括红土镍矿堆场6、抓斗机7、红土镍矿仓8、破碎机9、烘干上料皮带10、烘干机11；实施时，抓斗机7从红土镍矿堆场6将红土镍矿抓入红土镍矿仓8，红土镍矿通过给料皮带输入破碎机9，破碎后的红土镍矿经由烘干上料皮带10输入烘干机11进行烘干。

具体的，烘干机11的烘干能源由烘干烟气炉14提供，烘干烟气炉14包括煤气烧嘴12和煤气烧嘴助燃风机13，煤气通过煤气烧嘴12与煤气烧嘴助燃风机13提供的助燃风进行燃烧得到燃烧热烟气(燃烧热烟气的温度大于1000℃)，烟气炉14内的燃烧热烟气输入烘干机11，热烟气与含水调质剂进行气固两相热交换，将调质剂烘干至110～120℃。烘干后的调质剂经由烘干出料皮带16输入红土镍矿缓存仓17，红土镍矿缓存仓17内的红土镍矿由圆盘给料机18和称重皮带19输入入炉上料皮带24送入入炉缓存仓25作为调质剂备用。

具体的，烘干预处理单元还包括烘干烟气脱硫塔20、烘干烟气除尘器21、烘干烟气引风机22和烘干烟气烟囱23；来自烘干机11的烘干废烟气经过烘干烟气脱硫塔20脱硫后，再经烘干烟气除尘器21除尘，由烘干烟气引风机22引入烘干烟气烟囱23实现达标排放。

与现有技术相比，本发明提供的钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置通过设置调质炉，调质炉内能够进行熔融钢渣和调质剂的反应，能够利用熔融钢渣的显热实现高温物相反应，能耗低，节约能源。沿调质炉轴向(长度方向)同时设置多套底吹煤氧枪和侧吹煤氧枪，是保证调质炉熔池反应的均匀性和提高熔池的搅动作用，实施时煤粉由氧气或富氧空气作为载体，分别由煤氧底吹枪高速(100～150m/s)喷入调质炉熔池铁水层，由煤氧侧吹枪喷入调质炉熔池渣层，进行铁氧化物和镍铬氧化物还原反应和熔渣调质。

钢渣与红土镍矿协同调质处理的装置的调质炉由2套托轮机构支撑，由1套驱动机构的齿圈带动调质炉进行摆动回转，以加快熔池内的金属氧化物还原反应和缩短渣调质操作周期，也有利于物料在炉内分布更均匀；调质炉的出铁口和出渣口设置在调质炉的两端，通过调质炉进行摆动回转，更方便出铁和出渣操作。

本发明还提供了一种钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法，采用上述的装置，包括如下步骤：

步骤一：将1550～1600℃的高温熔融钢渣从钢渣进料口26倒入调质炉熔池27，将烘干的红土镍矿调质剂由红土镍矿进料口输入调质炉熔池27；煤粉30由氧气/富氧空气31作为载体，一部分由底吹煤氧枪32高速喷入调质炉熔池内的底部铁水层，一部分由侧吹煤氧枪33喷入调质炉熔池内的渣层，进行铁氧化物的还原反应和钢渣调质，生成含镍铬的生铁和调质后渣；

步骤二：当调质炉调整到出铁位置时，高温铁水从出铁口34流出；当调质炉调整到出渣位置时调质后渣从出渣口35流出。

具体的，步骤二中，当调质炉调整到出铁位置时，1500～1550℃的高温铁水从出铁口34经铁沟37流入铸铁机38，铸造成镍铬合金生铁块，经生铁收集装置39收集后送往炼钢厂炼钢；或者高温镍铬铁水从出铁口34流入铁水罐转运至炼钢厂炼钢，供冶炼不锈钢或耐蚀钢材；当调质炉调整到出渣位置时，1500～1550℃的高温调质后渣从出渣口35流入冲渣沟40，经过冲渣水41的快速冷却，水淬成1～3mm渣粒，水淬后的渣粒经沉淀池42沉淀，由起重机43送入渣池44缓存，再送往后续磨渣工序，供水泥行业使用；或者为了回收高温调质后渣的显热，调质后渣采用干法粒化法处理。

具体的，步骤一中，高温熔融钢渣可以是转炉钢渣或电炉钢渣，熔融钢渣的组成成分的质量百分比为：fe2o37％～9％，fe3o47％～15％，feo7％～15％，cao40％～60％(示例性的，35％～45％)，sio210％～20％，al2o30.1％～3％，mgo2％～10％，k2o0.1％～2％，na2o0.1％～2％，其余为不可避免的杂质，其中，tfe15％～30％。

具体的，步骤一中，红土镍矿的组成成分的质量百分比为：fe2o315％～60％，fe3o47％～15％，feo2％～6％，cao0.2％～10％，sio25％～41％，al2o32％～5％，mgo11％～20％，cr1％～2％(cr2o32.92％～5.85％)，ni0.5％～2％(nio0.64％～2.54％)，其余为不可避免的杂质，其中，全铁tfe10％～50％，金属铁mfe0～2％。

具体的，步骤一中，熔融钢渣和红土镍矿中的铁、镍、铬的氧化物在1550～1600℃的熔池内经过还原反应，还原成金属，煤粉发生氧化反应。熔池内具体的反应原理如下：

(1)煤粉的氧化反应：2c+o2→2co(g)

(2)金属氧化物还原反应：

3fe2o3+co(g)→2fe3o4+co2(g)

fe3o4+co(g)→3feo+co2(g)

feo+co(g)→fe+co2(g)

nio+co(g)→ni+co2(g)

cr2o3+3co(g)→3cr+2co2(g)

(3)加入调质剂(富含sio2)渣反应：

2cao+sio2→2cao·sio2

2mgo+sio2→2mgo·sio2

需要说明的是，熔融液态钢渣调质重构改性原理如下：

钢渣中cao含量40～60％，mgo含量5～10％，碱度cao/sio2一般大于1.8，碱度越高，游离氧化钙f-cao越高，碱度在3.1～3.5通常含有7～13％游离氧化钙f-cao。钢渣以游离氧化钙f-cao为主，有少量游离氧化镁f-mgo。通过添加红土镍矿(包含sio2和al2o3)重构改性，在熔池内反应，形成硅铝酸钙、硅铝酸镁，调质后渣中的游离氧化钙和游离氧化镁大幅减少，渣的熔点和粘度下降，碱度接近高炉渣1.2左右，水淬后获得玻璃体相≥95％，完全达到高炉水渣的活性，调质后渣中f-cao含量降低到了1％以下，远远低于未处理钢渣中的f-cao含量，使重构钢渣体积安定性大幅度提高。

通过熔池喷煤还原反应，将钢渣中全铁含量约20％～25％的feo、fe2o3还原成金属铁，实现在调质炉内渣铁分离，钢渣中金属铁、ro相(以mgo和feo为主要成分的二价金属氧化物连续固溶体)、铁酸钙等高硬度矿物大幅度下降，明显改善钢渣易磨性，解决了钢渣利用问题的关键环节。原钢渣ro相中feo含量约占钢渣中feo总量的50％～60％，钢渣ro相中mgo的含量约为14％～20％，其他的feo以固溶于硅酸盐、铁酸盐和铁铝酸盐相中存在。钢渣中的feo大部分存在于ro相中。在还原重构过程中，喷吹煤粉对铁氧化物具有还原作用，重构过程中fe元素的赋存状态发生fe³⁺→fe²⁺→fe的变化，在还原剂充足的条件下，大部分铁氧化物会被还原成金属fe。在还原重构过程中fe²⁺的含量会急剧减少，ro相中feo被还原成金属铁，ro相被分解和消除。在加入调质剂后，如红土镍矿含有丰富的sio2、cao、mgo和al2o3，在调质炉内钢渣中铁化合物的还原率近100％，对熔融钢渣进行还原处理，可以回收钢渣中90％以上的铁，同时生成高活性的尾渣，尾渣水淬后玻璃体含量≥95％，活性大大提高，尾渣中氧化铁低于3％，活性超过了基准水泥。

1550～1600℃高温的液态钢渣中加入调质剂，调质炉通过全氧/富氧喷煤，炉内温度1550～1600℃，满足硅酸盐矿物反应所需温度硅酸盐矿物反应所需温度(1350℃左右)。此外由于煤氧枪高速喷入的煤粉和富氧/全氧气体在调质炉内的强烈搅拌作用，调质材料与液态钢渣完全均匀混合。调质剂均匀地与高温液态钢渣混合，在渣温、反应时间足够的前提下，就可以完成钢渣的改性目的。

现有热焖法为了保证足够的余热并防止爆炸，需待钢渣冷却至300～800℃，将钢渣倾翻至热焖罐中，喷淋适量水使其产生饱和蒸汽，与渣中游离钙镁发生反应，产生膨胀应力使钢渣破碎粉化，钢渣中f-cao和f-mgo的消解充分(热闷操作周期长达23h)，形成ca(oh)2和mg(oh)2，最终f-cao含量小于1.5％，改善了水泥的安定性。与现有热闷法不同，本发明调质工艺在煤氧枪喷射气流的强烈搅动和炉体的摆动下，调质改性材料均匀地与高温熔融液态钢渣混合并与煤氧枪喷入煤粉进行还原反应，在渣温(1550～1600℃)、反应时间(45min～1.5h)足够的前提下，就可以完成钢渣的改性目的。

需要说明的是，步骤一中，煤粉30以氧气/富氧空气31为载体由煤氧枪高速喷入熔池，煤粉一方面作为还原剂与熔融钢渣中的铁氧化物或红土镍矿中的铁氧化物及镍铬氧化物发生反应，另一方面熔池在煤粉和氧气/富氧空气的高速搅动作用下还原反应快速激烈，大幅度缩短还原反应和钢渣调质过程的时间，整个过程为45min～1.5h，远低于现有钢渣热闷操作周期(长达23h)，是一种节能高效的钢渣调质改性方法。

需要说明的是，步骤一中，煤粉30由氧气/富氧空气31作为载体，一部分由侧吹煤氧枪33喷入调质炉熔池内的渣层，一部分由底吹煤氧枪32高速喷入调质炉熔池内的底部铁水层。侧吹煤氧枪33喷入熔池内渣层的煤粉与氧气/富氧空气，产生的co还原气体对入炉红土镍矿进行预还原，并产生大量泡沫渣，并保持炉内始终处于高温状态。底部喷入的煤粉与氧气/富氧空气在高温熔池内发生反应得到co还原气体，co气体与金属氧化物发生深度还原反应，将金属氧化物全部还原为金属(fe、ni、cr)；此外，底部喷吹的煤粉与铁进行渗碳反应，使得生铁熔点降低，铁水粘度下降流动性提高，有利于出铁。

具体的，上述步骤一中，侧吹煤氧喷枪为煤氧套管喷枪(碳氧摩尔比nc：no＝1：1.1～1.3)，它的主要功能除搅拌熔池之外，另一个重要作用是利用碳氧反应产生的热量来加热熔池中部，并且生成大量的co上浮气体，促进熔池“涌泉”现象的产生。此外上层侧吹煤氧喷枪喷吹的工业纯氧或富氧空气同从熔池中逸出的co气体发生剧烈的氧化反应，从而放出大量的热能，加热泡沫渣区域和熔池上部。

具体的，上述步骤一中，下层底吹煤氧喷枪同样是煤氧套管喷枪(碳氧摩尔比nc：no＝1.6～1.8：1)，与上层侧吹煤氧喷枪不同的是，它的主要功能是喷吹大量的煤粉为熔融还原提供还原剂，同时为保证熔池下方的反应温度，仍然要吹入一定量的氧气，气体产物为co。

具体的，步骤一中，还原后的金属fe、ni、cr在高温熔池内互溶形成镍铬生铁。

具体的，步骤一中，调质炉在驱动机构28的齿圈带动下进行摆动回转，可以加快熔池内铁、镍、铬金属氧化物还原反应和渣调质过程，也有利于物料在炉内分布更均匀，摆动速度0.5～1.0rpm。

具体的，步骤一中，调质后的生铁的组成成分的质量百分比为：fe88％～96％，c1.5％～3.5％，cr1.5％～3.5％，ni1.0％～4.0％，s<0.1％，p<0.1％，其余为不可避免的杂质。调质后渣的组成成分的质量百分比为：fe0.9％～1.5％，cr0.01％～0.03％，ni0.01％～0.03％，feo1％～2％，cao28％～48％，sio221％～44％，al2o33％～7.5％，mgo17％～19％，s<0.1％，p<0.1％，其余为不可避免的杂质。

具体的，步骤二中的渣粒中游离cao、mgo和ro相较低，渣粒中的玻璃体含量不小于95％，符合水泥原料要求。

需要说明的是，步骤一、二中，熔融液态钢渣调质重构改性原理如下：

钢渣中cao含量40～60％，mgo含量5～10％，碱度cao/sio2一般大于1.8，碱度越高，游离氧化钙f-cao越高，碱度在3.1～3.5通常含有7～13％游离氧化钙f-cao。钢渣以游离氧化钙f-cao为主，有少量游离氧化镁f-mgo。通过添加红土镍矿(包含sio2和al2o3)重构改性，在熔池内反应，形成硅铝酸钙、硅铝酸镁，调质后渣中的游离氧化钙和游离氧化镁大幅减少，渣的熔点和粘度下降，碱度接近高炉渣1.2左右，水淬后获得玻璃体相≥95％，完全达到高炉水渣的活性，调质后渣中f-cao含量降低到了1％以下，远远低于未处理钢渣中的f-cao含量，使重构钢渣体积安定性大幅度提高。

通过熔池喷煤还原反应，将钢渣中全铁含量约20％～25％的feo、fe2o3还原成金属铁，实现在调质炉内渣铁分离，钢渣中金属铁、ro相(以mgo和feo为主要成分的二价金属氧化物连续固溶体)、铁酸钙等高硬度矿物大幅度下降，明显改善钢渣易磨性，解决了钢渣利用问题的关键环节。原钢渣ro相中feo含量约占钢渣中feo总量的50％～60％，钢渣ro相中mgo的含量约为14％～20％，其他的feo以固溶于硅酸盐、铁酸盐和铁铝酸盐相中存在。钢渣中的feo大部分存在于ro相中。在还原重构过程中，喷吹煤粉对铁氧化物具有还原作用，重构过程中fe元素的赋存状态发生fe³⁺→fe²⁺→fe的变化，在还原剂充足的条件下，大部分铁氧化物会被还原成金属fe。在还原重构过程中fe²⁺的含量会急剧减少，ro相中feo被还原成金属铁，ro相被分解和消除。在加入调质剂后，如红土镍矿含有丰富的sio2、cao、mgo和al2o3，在调质炉内钢渣中铁化合物的还原率近100％，对熔融钢渣进行还原处理，可以回收钢渣中90％以上的铁，同时生成高活性的尾渣，尾渣水淬后玻璃体含量≥95％，活性大大提高，尾渣中氧化铁低于3％，活性超过了基准水泥。

1550～1600℃高温的液态钢渣中加入调质剂，调质炉通过全氧/富氧喷煤，炉内温度1550～1600℃，满足硅酸盐矿物反应所需温度硅酸盐矿物反应所需温度(1350℃左右)。此外由于煤氧枪高速喷入的煤粉和富氧/全氧气体在调质炉内的强烈搅拌作用，调质材料与液态钢渣完全均匀混合。调质剂均匀地与高温液态钢渣混合，在渣温、反应时间足够的前提下，就可以完成钢渣的改性目的。

现有热焖法为了保证足够的余热并防止爆炸，需待钢渣冷却至300～800℃，将钢渣倾翻至热焖罐中，喷淋适量水使其产生饱和蒸汽，与渣中游离钙镁发生反应，产生膨胀应力使钢渣破碎粉化，钢渣中f-cao和f-mgo的消解充分(热闷操作周期长达23h)，形成ca(oh)2和mg(oh)2，最终f-cao含量小于1.5％，改善了水泥的安定性。与现有热闷法不同，本发明调质工艺在煤氧枪喷射气流的强烈搅动和炉体的摆动下，调质改性材料均匀地与高温熔融液态钢渣混合并与煤氧枪喷入煤粉进行还原反应，在渣温(1550～1600℃)、反应时间(45min～1.5h)足够的前提下，就可以完成钢渣的改性目的。

具体的，步骤一和步骤二中，调质炉中的烟气温度较高(1400～1500℃)，高温烟气中富含co还原气体，需要在后燃室46内烧净，因此，高温烟气经由烟气出口罩及上升烟道36进入后燃室46，通过空气喷嘴45喷入空气完成co燃烧。从后燃室46出来的烟气经过重力降尘47，进入锅炉膜式壁48进行换热，再经余热锅炉49内凝渣管凝渣、过热管束、省煤器换热产生蒸汽可供发电回收能源。从余热锅炉49出来的180～200℃烟气经过烟气调温空气阀50兑入空气调温，避免意外烧坏后续布袋，调温后的烟气与通过sds干法脱硫制粉间51喷入的脱硫剂在烟气调温/脱硫塔52进行脱硫，脱硫后的烟气经烟道53进入粉尘收集布袋54，烟气中的粉尘通过粉尘收集布袋54收集，由粉尘收集装置55收集。通过粉尘收集布袋除尘后的180～200℃烟气，由引风机56引出，由烟气循环余热利用管路57送往烘干预处理单元(输入烟气炉14内)回收利用，以回收低温余热节省烘干能耗，经过净化后的富余烟气通过烟囱58排入大气，实现达标排放。

具体的，步骤一中，为了防止红土镍矿中的水分带入高温的调质炉，避免发生安全事故，需要对红土镍矿进行烘干预处理，抓斗机7从红土镍矿堆场6将红土镍矿抓入红土镍矿仓8，红土镍矿通过给料皮带输入破碎机9，破碎后的红土镍矿经由烘干上料皮带10输入烘干机11进行烘干。

需要说明的是，烘干机11的烘干能源由烘干烟气炉14提供，煤气通过煤气烧嘴12与煤气烧嘴助燃风机13提供的助燃风进行燃烧得到燃烧热烟气(燃烧热烟气的温度大于1000℃)，烟气炉14内的燃烧热烟气输入烘干机11，热烟气与含水调质剂进行气固两相热交换，将调质剂烘干至110～120℃。烘干后的调质剂送入入炉缓存仓25作为调质剂备用。烘干机11的烘干废烟气经过烘干烟气脱硫塔20脱硫后，再经烘干烟气除尘器21除尘，由烘干烟气引风机22引入烘干烟气烟囱23实现达标排放。具体的，此处为了实现能耗节约，将粉尘收集布袋除尘后的180～200℃烟气输入烟气炉14内作为烘干能源的一部分。

与现有技术相比，本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法充分利用了1550～1600℃的高温熔融钢渣的显热(折合55～61kg标煤/t-钢渣)，减少了调质炉中金属氧化物还原和钢渣调质改性所需能耗；通过往调质炉内喷吹煤粉和氧气/富氧空气，钢渣和红土镍矿中的铁、镍、铬氧化物在熔池内进行激烈还原反应转为镍铬合金，接近实现全部回收(95％以上)，镍铬合金生铁可直接回转炉炼钢，不仅钢渣中的铁资源得到完全回收，红土镍矿中大量的铁、镍、铬资源同步得到回收。红土镍矿中富含的cao、sio、mgo与钢渣进行调质重构后调质后渣中无游离cao、mgo和ro相，调质后渣能够用于水泥混凝土领域，不受应用范围限制，钢渣中的游离cao、mgo、ro相完全转化成活性矿物，调质后渣活性高(s95级以上)，实现钢渣综合利用率达100％。

本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法中熔融钢渣的余热利用率高，1550～1600℃的熔融钢渣在调质炉内与红土镍矿进行冶炼，调质后的高温烟气余热通过余热锅炉回收蒸汽发电，除尘后的180～200℃烟气循环到烘干机，减少烘干煤气用量，余热资源得到充分利用。

本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法操作周期短，调质过程45min～1.5h完成，效率高。

实施例一

本实施例就某钢厂年产400万吨钢规模为例，年产转炉钢渣40万吨，平均钢渣出渣量47.62t/h，原来采用热闷渣法，渣利用率20％左右，现采用上述钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法对钢渣调质处理，通过加入1#高镍低铁红土镍矿作为调质剂。

将1550～1600℃的液态熔融钢渣(热焓约56kg标煤/t-渣)倒入调质炉，兑入烘干后的1#高镍低铁红土镍矿(含水小于1％)，进行60min调质处理。调质过程由全氧或富氧空气为载体，通过调节底吹煤氧枪和侧吹煤氧枪喷入煤粉。一般情况下，底吹煤氧枪(nc：no＝1.6～1.8：1)，侧吹煤氧喷枪(nc：no＝1：1.1～1.3)，喷吹速度100～150m/s，将钢渣和1#高镍低铁红土镍矿中的铁氧化物还原。调质处理后的高温液态镍铬合金生铁，从出铁口由铁沟进入铸铁机或用铁水罐运往炼钢，供生产不锈钢或耐腐蚀钢材。调质后渣，由出渣口排入冲渣沟，经冲渣水冲得到水淬渣，水淬渣运往渣处理车间细磨用作水泥掺合料。调质炉内的1400～1500℃高温烟气经后燃室喷空气烧净残余co气体，烟气余热采用锅炉回收，余热产生蒸汽并进行发电，从余热锅炉出来的烟气经粉尘收集布袋除尘，粉尘收集布袋出来的180～200℃烟气，循环回用于调质剂1#高镍低铁红土镍矿烘干。

表1为熔融钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质剂的成分和处理量；由表1可知，按年处理钢渣40万吨、1#高镍低铁红土镍矿46万吨，合计86万吨，钢渣中全铁含量20.88％，1#高镍低铁红土镍矿全铁含量13.21％，铁氧化物通过调质炉熔池还原(1550～1600℃)成液态金属铁，铁金属收得率96.16％。

表1钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质剂成分和处理量

续表1钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质剂成分和处理量

表2为调质处理后生铁和调质后渣的成分和数量；调质处理后年产镍铬合金生铁15.5万吨、调质渣58.39万吨。

表2钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质处理后镍铬合金生铁、渣成分和产量

表3为钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质处理后的产品收入，由表3可知，按照当前产品价格，年总收入可达10.856亿元。

表3钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质处理后的产品收入

调质处理原燃料成本见表4，年处理总成本3.108亿元，折单位产品(生铁+渣)原燃料成本420.64元，按镍铬合金生铁折吨铁2004.83元。

表4钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质处理原燃料成本

钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质处理工序能耗见表5，按总产品计，其中回收余热蒸汽作为扣减项，折为吨产品(生铁+渣)工序能耗87.97kg标煤，按镍铬合金生铁折算为吨铁工序能耗419.27kg标煤，只相当于高炉铁水工序能耗(480kg标煤)的87.3％左右。

表5钢渣与1#高镍低铁红土镍矿调质处理工序能耗

(1)常规1#高镍低铁红土镍矿直接还原+电炉冶炼成本和能耗：

1)成本分析

折吨镍铬生铁直接还原成本：2033.75元/t-铁；

折吨镍铬生铁电炉熔分成本：3364.62元/t-铁；

合计吨镍铬生铁成本：5398.37元/t-铁。

2)能耗分析

折吨镍铬生铁直接还原能耗：543.63kg标煤/t-铁

折吨镍铬生铁电炉熔分能耗：865.8kg标煤/t-铁

合计吨镍铬生铁能耗：1409.43kg标煤/t-铁

(2)常规1#高镍低铁红土镍矿小高炉冶炼成本和能耗：

吨镍铬生铁成本：4088.82元/t-铁；

折吨镍铬生铁能耗：1694.05kg标煤/t-铁

实施例二

参见表6，本实施例按年处理钢渣40万吨、2#低镍高铁红土镍矿46万吨，合计86万吨，钢渣中全铁含量20.88％，2#低镍高铁红土镍矿全铁含量44.58％，采用上述钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法对钢渣调质处理，铁氧化物通过调质炉熔池还原(1550～1600℃)成液态金属铁，铁金属收得率97.55％。

表6钢渣与2#低镍高铁红土镍矿成分和处理量

续表6钢渣与2#低镍高铁红土镍矿成分和处理量

表7为调质处理后生铁和调质后渣的成分和数量；调质处理后年产镍铬生铁29.57万吨、调质渣43.54万吨。

表7钢渣与2#低镍高铁红土镍矿调质处理后镍铬生铁、渣成分和产品产量

由表8可知，按照当前产品价格，年总收入可达10.61亿元。

表8钢渣与2#低镍高铁红土镍矿调质处理产品收入

调质处理原燃料成本见表9，年处理总成本2.56亿元，折单位产品(生铁+渣)原燃料成本350.17元，按镍铬生铁折吨铁865.86元。

表9钢渣与2#低镍高铁红土镍矿调质处理原燃料成本

调质处理工序能耗见表10，按总产品计，其中回收余热蒸汽作为扣减项，折为吨产品(生铁+渣)工序能耗115.21kg标煤，按镍铬生铁折算为吨铁工序能耗284.89kg标煤，只相当于高炉铁水工序能耗的59.35％左右。

表10钢渣与2#低镍高铁红土镍矿调质处理工序能耗

(1)常规2#低镍高铁红土镍矿直接还原+电炉冶炼成本和能耗：

1)成本分析

折吨镍铬生铁直接还原成本：1020.01元/t-铁；

折吨镍铬生铁电炉熔分成本：1710.47元/t-铁；

合计吨镍铬生铁成本：2730.48元/t-铁。

2)能耗分析

折吨镍铬生铁直接还原能耗：511.85kg标煤/t-铁

折吨镍铬生铁电炉熔分能耗：679kg标煤/t-铁

合计吨镍铬生铁能耗：1190.85kg标煤/t-铁

(2)常规2#低镍高铁红土镍矿小高炉冶炼成本和能耗：

吨镍铬生铁成本：2086.19元/t-铁；

折吨镍铬生铁能耗：1108.7kg标煤/t-铁

由以上可知，采用本发明的钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法，既利用了钢渣的高温显热，解决了传统红土镍矿冶炼镍铬合金的高能耗、原料适应性差、金属回收率低等缺点，又能回收红土镍矿的铁资源和其它金属资源，同时解决了钢渣活性差的问题。调质处理的镍铬合金生铁产品完全满足炼钢要求，可用于生产不锈钢及耐腐蚀钢材生产，调质后渣满足建材要求，可以100％得到利用。

钢渣与红土镍矿协同调质处理的方法的处理能耗及原燃料成本远低于传统工艺，综合效益远高于现有处理技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。