CN102719575B - 一种转炉钢渣改质剂及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以低铁废弃物为原料的转炉钢渣改质剂及其制造方法和使用方法，改质剂是冶金废水处理后压滤泥饼、排水沟淤泥、瓦斯泥、瓦斯灰中的一种或几种组成的混合物，主要化学成分按重量百分比同时满足以下条件：SiO₂ 27％-99.9％、CaO 0.01％-25％、TFe 0.01％-50％；碳过剩系数Kc 1-8。转炉钢渣改质剂的制造方法包括烘干、配料、混合、筛分，即为成品。转炉钢渣改质剂的使用方法，包括加料、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

一种转炉钢渣改质剂及其制造和使用方法

技术领域

本发明涉及冶金工业中钢渣和低铁废弃物的处理技术领域，具体涉及一种利用熔融态转炉钢渣处理低铁废弃物的钢渣改质剂及其使用方法。

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。

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。

国外冶金含铁尘泥的处理技术主要有以下几种：转底炉技术、Redsmelt/Inmetco技术、Primus技术等。

转底炉技术的工艺是将含铁尘泥制作成生球团，通过回转底式炉制成直接还原铁，作为炼钢原料进行利用。目前美国、德国、日本等国冶金企业均采用此技术。

Redsmelt/Inmetco技术的工艺是混合原料后生产生球团，然后在转底炉中将生球团转化为直接还原铁，再用埋弧式电炉将其直接还原铁转化为生铁。该技术在不锈钢行业的含铁尘泥废料处理领域有优势。

Primus技术即多膛竖炉法的工艺是将矿石、尘泥等加入炉中，从侧面通入煤气和空气，在1100℃下将金属氧化物还原。

以上三种技术各有其优势，但它们都需要广阔的场地和数亿元的设备投资，建设周期长，投资回收率相对较低。而且其对低铁废弃物处理利用的经济性比较差，进一步降低了该三种技术的适用性。

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CN98103522.1，名为《一种高锌含铁粉尘的处理方法》，提出一种高锌含铁粉尘的处理方法，是在含铁粉尘中加入一定的含碳材料达到碳含量为15％-25％后制成粒径为5％-50％的团块，按照熔渣重量的5％-15％置于一容器中，将红热的冶炼熔渣加入到团块上，在1100-1600℃下保持10-30分钟，还原得到低锌的粒铁、渣和高锌烟气，将粒铁和渣分离，并用收尘设备回收高锌烟气得到含锌量大于40％的锌产品，粉尘中铁、锌的回收率可达90％以上。该方法污染比较严重，需要增加设备和烟气处理设施投资，对渣的性能无改善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种可高效处理低含铁量废弃物，同时可对熔融态转炉钢渣进行高温调质处理的冶金废料改质剂及其应用方法。利用所述低含铁量废弃物材料配制成的冶金废料改质剂，与熔融转炉钢渣进行混合，在高温条件下使两者发生化学反应，不仅实现了低铁废弃物的无害化处理，而且实现了铁分回收和钢渣性能改善，降低钢渣中f-CaO含量，提高了转炉渣的稳定性。

本技术方案是这样实现的：

(1)配料：根据要处理的各种低含铁量冶金废弃物，包括废水处理后压滤泥饼、排水沟淤泥等，以及少量含碳尘泥如瓦斯泥、瓦斯灰等，根据其主要成分进行配料计算，使冶金废料改质剂主要化学成分的重量百分比同时满足以下条件：SiO₂ 27％-99.9％、CaO 0.01％-25％、TFe 0.01％-50％；碳过剩系数Kc 1～8。

根据铁氧化物的逐级还原反应可计算所需要的理论碳量C_理(即理论上可将低铁废弃物制品中的铁氧化物还原出来，由含碳废料引入的碳量)，按照反应①、②、③计算：

3Fe₂O₃+C＝2Fe₃O₄+CO          ①

Fe₃O₄+C＝3FeO+CO             ②

FeO+C＝Fe+CO₂                ③

冶金废料改质剂中的碳含量需要一定的过剩系数Kc，是指实际含碳含铁混合料中的碳含量C_实与铁氧化物还原反应理论需要的碳量C_理的比值C_实/C_理。

(2)混料：先将低铁废料和含碳废料中的湿料烘干，烘干温度为105℃-300℃，然后物料经破碎机破碎后，送入混合机混合，混匀物料筛分至＜1mm，以散状或3～50kg装袋备用，即为冶金废料改质剂成品。成品物料含水量≤2％。

(3)加料：分为两种模式，一种是将上述改质剂按照5％～30％的比例待转炉出渣时随渣流一起加入渣罐中：另一种是将改质剂按照5％～30％的比例预先加入渣罐中。两种模式均要求渣罐温度≥1500℃保持30min以上。

转炉吹炼结束出完钢后，转炉钢渣的温度约为1640～1600℃，呈熔融状态。由于熔融转炉钢渣的比热容有限，其热量只能加入消耗少量的传统的转炉钢渣改质剂。

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            ④

Al₂O₃+mCaO＝mCaO·Al₂O₃          ⑤

经反应④、⑤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，利用低铁含碳废弃物引入碳粉后，可借助转炉熔渣的高温使铁氧化物发生还原反应，同时反应产生的热量和CO₂气体可以改善反应的热力学和动力学条件。

另外，由于配料中细碳粉对其中的铁氧化物的还原作用，使钢渣中的部分铁氧化物还原为铁珠，在钢渣经过粒化和磁选后，可增加钢渣中铁分的回收率。

(4)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，不仅实现了废弃物中的铁分回收，同时实现低铁废弃物的无害化处理和转炉钢渣稳定化。

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≤2.0％，可直接应用于钢渣微粉、混凝土骨料、铺路等建材领域。

本发明的利用熔融态转炉渣处理低铁废弃物处理的方法，流程简单，安全可靠，易操作，几乎无设备投资，处理后转炉钢渣性能稳定。由于本发明的原料主要为管沟渠泥、低铁瓦斯灰等，均为钢铁企业难以经济处理的废弃物，其来源广泛，成本低廉，利用本发明对转炉钢渣处理后，不仅实现了低铁废弃物的无害化处理，回收了其中的铁分，而且可以有效降低转炉钢渣中游离氧化钙含量，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，节约了这些废弃物的存放场地和处理费用，同时明显提高了转炉钢渣的经济效益。

具体实施方式

实施例1

转炉钢渣改质剂的原料为冶金企业废水处理后滤干的泥饼和高炉瓦斯灰，原料成分见表1(余量为杂质)，改质剂配方见表2。

表1转炉钢渣安定性改质剂原料成分

表2转炉钢渣安定性改质剂配料方案

先将原料中的湿料烘干，烘干温度107℃，然后将配好料的原料用混料机混匀后，过1mm筛的物料，混匀物料的水分含量为1.6％，成品作为转炉熔渣改质剂。

待转炉出渣前，按照渣量的5％将其随渣流一起加入渣罐中。出渣温度1640℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，罐温≥1500℃约140分钟，然后将充分改质的转炉钢渣运至焖渣生产线进行处理，实现转炉钢渣粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.87％。转炉渣安定性满足各类转炉钢渣建材产品的需要。

实施例2

转炉钢渣改质剂的原料为冶金企业废水处理后滤干的泥饼、高炉瓦斯灰和排水渠淤泥，原料成分见表3(余量为杂质)，改质剂配方见表4。

表3转炉钢渣安定性改质剂配料方案

表4转炉钢渣安定性改质剂配料方案

先将原料中的湿料烘干，烘干温度180℃，然后将配好料的原料用混料机混匀后，过1mm筛的物料，混匀物料的水分含量为1.52％，成品作为转炉熔渣改质剂。

待转炉出渣前，按照渣量的15％预先将其一次性加入渣罐中。出渣温度1610℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，罐温≥1500℃约110分钟，然后将充分改质的转炉钢渣运至焖渣生产线进行处理，实现转炉钢渣粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.64％。转炉渣安定性满足各类转炉钢渣建材产品的需要。

实施例3

转炉钢渣改质剂的原料为冶金企业废水处理后滤干的泥饼、高炉瓦斯灰和排水渠淤泥，原料成分见表5(余量为杂质)，改质剂配方见表6。

表5转炉钢渣安定性改质剂配料方案

表6转炉钢渣安定性改质剂配料方案

先将原料中的湿料烘干，烘干温度250℃，然后将配好料的原料用混料机混匀后，过1mm筛的物料，混匀物料的水分含量为1.43％，成品作为转炉熔渣改质剂。

待转炉出渣前，按照渣量的25％预先将其一次性加入渣罐中。出渣温度1600℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，罐温≥1500℃约100分钟，然后将充分改质的转炉钢渣运至风淬渣生产线进行处理，实现转炉钢渣粒化和稳定化。处理后转炉钢渣f-CaO＝1.21％。完全满足各类转炉钢渣建材产品的需要。

实施例4

转炉钢渣改质剂的原料为冶金企业废水处理后滤干的泥饼和高炉瓦斯灰，原料成分见表7(余量为杂质)，改质剂配方见表8。

表7转炉钢渣安定性改质剂配料方案

表8转炉钢渣安定性改质剂配料方案

先将原料中的湿料烘干，烘干温度295℃，然后将配好料的原料用混料机混匀后，过1mm筛的物料，混匀物料的水分含量为1.35％，成品作为转炉熔渣改质剂。

按照渣量的30％将其随渣流一起加入渣罐中。出渣温度1640℃，渣罐降温速度约每分钟1℃，罐温≥1500℃约140分钟，然后将充分改质的转炉钢渣运至盘泼水冷渣生产线进行处理，实现转炉钢渣粒化和稳定化。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。

Claims (4)

1.一种以低铁废弃物为原料的转炉钢渣改质剂，其特征在于主要化学成分按重量百分比为：SiO₂27%-99.9%、CaO0.01%-25%、TFe0.01%-50%；碳过剩系数Kc1-8；所述化学成分的引入物为冶金废水处理后压滤泥饼、排水沟淤泥、瓦斯泥、瓦斯灰中的一种或几种组成的混合物。

2.一种权利要求1所述的转炉钢渣改质剂的制造方法，其特征在于：先将冶金废水处理后压滤泥饼、排水沟淤泥、瓦斯泥、瓦斯灰中的一种或几种进行烘干，烘干温度为105-300℃，再进行破碎加工至粒度＜1mm，然后将各种物料混合均匀，即为改质剂成品，成品物料含水量≤2%。

3.一种权利要求1所述的转炉钢渣改质剂的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）加料、出渣：将上述改质剂按照5%-30%的比例待转炉出渣时随渣流一起加入渣罐中；要求渣罐温度≥1500℃保持30min以上；

（2）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。

4.一种权利要求1所述的转炉钢渣改质剂的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）加料、出渣：将冶金废料改质剂按照5%～30%的比例预先加入渣罐中，要求渣罐温度≥1500℃保持30min以上；

（2）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。