CN102719574B - 一种转炉钢渣安定性改质剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转炉钢渣安定性改质剂及其使用方法，改质剂是由铁矿石尾矿渣、铁矿石排岩、高炉渣中的一种或几种组成的混合物，其特征在于成分按重量百分比为SiO2：28％-99％、Al2O3：0.01％-20％、CaO：0.01％-20％、MgO：0.01％-10％、TFe：0.01％-22％。转炉钢渣安定性改质剂的使用方法，包括配料、加料、吹气搅拌、出渣、钢渣粒化等，使其f-CaO≤1.5％，实现转炉渣的稳定化处理。
Description
技术领域
本发明涉及冶金工业中转炉钢渣的处理技术领域，具体涉及一种转炉钢渣安定性改质剂及熔融态钢渣安定性处理方法。
背景技术
转炉钢渣作为炼钢时的废渣，一般为粗钢产量的20％左右。近年来，随着我国钢铁工业的快速发展，钢渣的堆积量逐年增长，不仅占用了大量的土地，也造成了严重的环境污染。随着国家循环经济的发展，要求冶金行业废弃资源实现再利用，特别是冶金渣、废气的再利用成为冶金行业循环经济关注的焦点。作为钢渣综合利用的最关键因素是钢渣的安定性，影响安定性有多种原因，其中游离氧化钙的水化分解是主要原因。
钢渣中的这些游离氧化钙都经受了1700℃左右的高温煅烧，其结构致密，结晶颗粒粗大，水化速度极慢，在常温下比水泥熟料中煅烧的(1400℃)f-CaO更难水化。同时，钢渣中f-CaO固溶了一定量的FeO、MgO和MnO，并且其含量超过了15％，形成带状结构，使其反应能力降低，具有水化缓慢特点。当f-CaO与水接触时，会渐渐消解产生Ca(OH)2，体积增加98％，使钢渣中产生内应力，内应力随f-CaO含量的增多而增大，当其超过钢渣本身的结合力时，就会导致钢渣崩裂甚至粉化。
目前转炉钢渣的处理主要采用风淬法、轮式水淬法、热泼法、焖渣法以及滚筒法，这些工艺中，焖渣法与轮式水淬法处理工艺后的钢渣安定性较好，游离f-CaO含量在3％以下，这就有利于钢渣的稳定安全的使用。但这两种方法投资达数千万元，维护复杂，成本高。
国内有部分转炉渣调质相关的专利和文献，如专利申请号为CN200810048602.9，名为《一种钢渣安定性改质剂及钢渣安定性处理方法》，提出用河砂、高炉渣、石英砂等为调质材料，它的成分及重量比为：SiO2：30-99.98、Al2O3：0.001-40、CaO：0.001-40、MgO：0.001-20。该方法需消耗大量的河砂或石英砂，而目前高炉渣的价值高于转炉渣，应用于转炉渣调质后的价值增值不明显，经济效益较差。又如申请号为CN200810197070.5，名为《将钢渣改质成为水渣的方法》的专利提出在高炉出渣时直接在离渣沟0.5m处将转炉渣直接加入进行改质，实现转炉渣的高炉渣化。由于转炉渣成分变化较大，加入后对高炉渣的成分干扰明显且性能不稳定，对高炉渣的后续利用影响较大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明所要解决的问题是提供一种成本低廉、工艺简单、用于对熔融态转炉钢渣进行高温调质处理的钢渣安定性改质剂及其使用方法，提高钢渣稳定性和胶凝活性，使其可直接满足转炉钢渣微粉、混凝土骨料等各类建材材料的安定性要求。
本发明通过如下技术方案实现：
本发明的转炉钢渣安定性改质剂其成分按重量百分比为SiO2：28％-99％、Al2O3：0.01％-20％、CaO：0.01％-20％、MgO：0.01％-10％、TFe：0.01％-22％；
这些成分的引入物可以为铁矿石尾矿渣、铁矿石排岩、高炉渣中的一种或几种的混合物。
本发明转炉钢渣安定性改质剂使用方法是这样实现的：
(1)配料：根据要处理的转炉钢渣成分，先将铁矿石尾矿渣(包括反浮选铁尾矿和磁选铁尾矿)、铁矿石排岩或高炉渣加工至粒度＜1mm，再将其中一种或一种以上的散状混合物直接作为转炉钢渣改质剂原料，或用编织袋包装为3～20kg的小袋。
各类改质剂均有不同的配料要求：反浮选剩余的铁矿石尾渣不需加工，但需与铁矿石排岩或高炉渣混合配料，磁选铁矿石尾渣可直接加入或与铁矿石排岩、高炉渣复合配料；铁矿石排岩、高炉渣则既可单独加入，也可混合配料加入。
(2)加料：待钢水出净后，将上述转炉钢渣安定性改质剂按照钢渣总量的5～30％的比例加入转炉中。
分为两种模式，一种是将上述转炉钢渣安定性改质剂按照钢渣总量的5～30％的比例加入转炉多余的熔剂料仓中，待钢水出净后将其一次性加入；另一种是待钢水出净后，将3～20kg的小袋改质剂按照钢渣总量的5～30％的比例直接人工抛入转炉中。
(3)吹气搅拌：待转炉钢渣改质剂加入后，下枪吹氧或吹氮1～3分钟进行气体搅拌，使物料混合均匀。
粘度较小的转炉钢渣吹气1分钟，粘度较大的吹气3分钟，之后可保温2分钟。
转炉吹炼结束出完钢后，转炉钢渣的温度大约在1640℃～1600℃左右，呈熔融状态。由于熔融转炉钢渣的比热容有限，其热量只能消耗少量的SiO2质改质剂。
因此，一方面，利用转炉钢渣高温显热，向熔融状态下的转炉钢渣中加入一定量转炉钢渣改质剂进行二次造渣反应，就可以消除一定的转炉钢渣中的游离氧化钙，其化学反应式为：
SiO2+nCaO＝nCaO·SiO2 ①
Al2O3+mCaO＝mCaO·Al2O3 ②
经反应①、②所述的造渣反应后，转炉钢渣的熔点可进一步降低，不会对后续的渣处理工艺产生影响。
另一方面，通过吹氧可使铁矿石尾矿渣、铁矿石排岩或高炉渣的中铁氧化而产生热量，以保证能溶解足够量的改质剂，同时吹氧提高了渣温，改善了反应动力学条件。吹氧生成的氧化铁也可与游离氧化钙形成铁酸钙。而吹氮可使物料迅速混合均匀，提高反应速度，相比吹氧减少炉衬侵蚀。
(4)出渣：以上工艺结束后，将改质转炉渣出渣至钢渣罐中，保证渣罐保持≥1500℃的时间在0.5小时以上，使转炉钢渣中CaO继续与改质剂中的SiO2、FeO等酸性物质充分反应。
(5)钢渣粒化：将充分改质的转炉钢渣运至钢渣粒化设施进行处理，例如热泼处理或焖渣处理等，实现转炉钢渣最终粒化和稳定化。
本技术方案用于有效降低转炉钢渣中游离氧化钙含量。
通过上述热熔转炉钢渣改质工艺和磁选处理后，转炉钢渣中f-CaO≤1.5％，可直接应用于钢渣微粉、混凝土骨料、铺路等建材领域。
本发明的熔融态处理工艺，处理方法简单，安全可靠，易操作，处理后转炉钢渣性能稳定。由于本发明转炉钢渣安定性改质剂原料主要为铁矿石尾矿、铁矿石排岩、高炉渣等，均为钢铁企业的废弃物，其来源广泛，成本低廉，而且单独处理都需要一定的费用，利用本发明对转炉钢渣处理后，可有效降低转炉钢渣中游离氧化钙含量，不仅实现了转炉钢渣的稳定化处理，扩大了转炉钢渣的应用范围和领域，而且同时消耗了大量的铁尾矿、铁矿石排岩等废弃物，节约了这些废弃物的存放场地和处理费用，明显提高了转炉钢渣和铁尾矿等的经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明：
实施例1
转炉钢渣安定性改质剂为铁矿石磁选尾矿渣，主要成分为(质量百分比)SiO2：71.95％、Al2O3：6.12％、CaO：4.95％、TFe：4.50％、MgO：3.4％，余量为杂质。原料粒度小于1mm。
将其用编织袋包装为20kg的小袋。冶炼Q235A钢种时，按照钢渣总量20％的比例加入转炉多余的熔剂料仓中，待钢水出净后，将其一次性加入。然后，下枪吹氧2分钟进行气体搅拌，使物料混合均匀。保温2分钟。然后出渣至钢渣罐中，出渣温度1610℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，渣罐保持≥1500℃的时间约110分钟，使转炉钢渣中CaO继续与改质剂中的SiO2、FeO等酸性物质充分反应。然后将充分改质的转炉钢渣运至焖渣生产线进行处理，实现转炉钢渣最终粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.30％。完全满足各类转炉钢渣建材产品的需要。
实施例2
转炉钢渣安定性改质剂为铁矿石排岩，主要成分为(质量百分比)SiO2：93.46％、Al2O3：0.62％、CaO：0.05％、TFe：0.50％、MgO：0.02％，余量为杂质。原料粒度小于1mm。
将其用编织袋包装为20kg的小袋。冶炼Q235A钢种时，按照钢渣总量18％的比例加入转炉多余的熔剂料仓中，待钢水出净后，将其一次性加入。然后，下枪吹氧1.5分钟进行气体搅拌，使物料混合均匀。保温2分钟。然后出渣至钢渣罐中，出渣温度1600℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，渣罐保持≥1500℃的时间约100分钟，使转炉钢渣中CaO继续与改质剂中的SiO2、FeO等酸性物质充分反应。然后将充分改质的转炉钢渣运至焖渣生产线进行处理，实现转炉钢渣最终粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.35％。完全满足各类转炉钢渣建材产品的需要。
实施例3
转炉钢渣安定性改质剂的配料方案见表1(余量为杂质)。
表1转炉钢渣安定性改质剂配料方案
原料粒度小于1mm。冶炼X60钢种时，先将改质剂按照钢渣总量9％的比例加入转炉料仓中，待钢水出净后，一次性加入转炉。然后，下枪吹氧1分钟进行气体搅拌，使物料混合均匀。然后出渣至钢渣罐中，出渣温度1630℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，渣罐保持≥1500℃的时间约130分钟，使转炉钢渣中CaO继续与改质剂中的SiO2、FeO等酸性物质充分反应。然后将充分改质的转炉钢渣运至焖渣生产线进行处理，实现转炉钢渣最终粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.6％。完全满足各类转炉钢渣建材产品的需要。
实施例4
转炉钢渣安定性改质剂的配料方案见表2(余量为杂质)
表2转炉钢渣改质剂配料方案
原料粒度小于1mm。将其用编织袋包装为20kg的小袋。冶炼X80钢种时，按照钢渣总量28％的比例加入转炉多余的熔剂料仓中，待钢水出净后，将其一次性加入。然后，下枪吹氧3分钟进行气体搅拌，使物料混合均匀。然后出渣至钢渣罐中，出渣温度1610℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，渣罐保持≥1500℃的时间约110分钟，使转炉钢渣中CaO继续与改质剂中的SiO2、FeO等酸性物质充分反应。然后将充分改质的转炉钢渣运至焖渣生产线进行处理，实现转炉钢渣最终粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.2％。完全满足各类转炉钢渣建材产品的需要。
实施例5
转炉钢渣安定性改质剂的配料方案见表3(余量为杂质)。
表3转炉钢渣改质剂配料方案
原料粒度小于1mm。将其用编织袋包装为20kg的小袋。冶炼Q235A钢种时，按照钢渣总量27％的比例加入转炉多余的熔剂料仓中，待钢水出净后，将其一次性加入。然后，下枪吹氧2.5分钟进行气体搅拌，使物料混合均匀。然后出渣至钢渣罐中，出渣温度1610℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，渣罐保持≥1500℃的时间约110分钟，使转炉钢渣中CaO继续与改质剂中的SiO2、FeO等酸性物质充分反应。然后将充分改质的转炉钢渣运至焖渣生产线进行处理，实现转炉钢渣最终粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.25％。完全满足各类转炉钢渣建材产品的需要。
Claims (2)
1.一种转炉钢渣安定性改质剂，其特征在于成分按重量百分比为SiO2：71.95％-81.05％、A12O3：2％-6.12％、CaO：4.95％-20％、MgO：0.06％-3.4％、TFe：4.5％-8.56％，所述成分的引入物为铁矿石尾矿渣、铁矿石排岩中的一种或二种的混合物。
2.一种根据权利要求1所述的转炉钢渣安定性改质剂的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)配料：先将铁矿石尾矿渣、铁矿石排岩中的一种或二种的混合物加工至粒度＜1mm后混合均匀；
(2)加料：待钢水出净后，将上述转炉钢渣安定性改质剂按照钢渣总量的5～30％的比例加入转炉中；
(3)吹气搅拌：待转炉钢渣改质剂加入后，下枪吹氧或吹氮1～3分钟进行气体搅拌，使物料混合均匀；
(4)出渣：以上工艺结束后，将改质转炉渣出渣至钢渣罐中，保证渣罐保持≥1500℃的时间在0.5小时以上；
(5)钢渣粒化：将充分改质的转炉钢渣运至钢渣粒化设施进行处理，实现钢渣中f-CaO≤1.5％。
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