CN103707204A - 一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，属于炼钢转炉渣的综合利用技术领域。其步骤为：转炉渣预处理，在转炉炼钢末期，通过向转炉内加入助熔剂对转炉渣进行预处理；转炉渣风淬处理，通过渣罐车将液态转炉渣送入风淬处理工位，液态转炉渣从中间罐流出，再通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散，破碎成颗粒状；转炉渣分选处理，磁选后的转炉渣渣粒进行三级分选；喷砂处理，喷砂处理中的喷嘴包括中心喷嘴和圆周喷嘴，3～5个圆周喷嘴均匀的分布于中心喷嘴的外周，中心喷嘴和圆周喷嘴均为文丘里形喷嘴。本发明的炼钢转炉渣作为喷砂磨料使用时，磨料抗破碎性好，有利于回收利用，循环次数达10次，极大降低了喷砂成本。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢转炉渣的综合利用技术领域，更具体地说，涉及一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法。
背景技术
炼钢厂每年都产生大量的炼钢转炉渣，这些炼钢转炉渣成分复杂多变，含有的胶凝性矿物较少且活性较低，所含的f-CaO和MgO易引起安定性不良，使得炼钢转炉渣的综合利用比较困难。数量巨大的炼钢转炉渣只有少量被利用，剩余的大多数被堆积起来，不仅占用大量耕地，同时污染大气和水源，带来越来越多的环境问题。
喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将磨料高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化的处理工艺。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面达到一定的清洁度和不同的粗糙度，并且工件表面的机械性能得到改善。喷砂也可提高工件的抗疲劳性，增加工件和涂层之间的附着力，延长涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。目前所采用的喷砂磨料主要有：铜炉渣、石英砂、石榴石磨料等。目前，铜炉渣是重要的喷砂磨料，铜炉渣在前几年能迅速被市场认同的原因，除了自身的性能优越以外，稳定的供应性也是一个重要的因素，但是目前铜炉渣资源已日益紧张，且铜炉渣的价格也较贵，使得喷砂处理成本较大。石英砂主要成分是SiO2，游离硅含量高，会对施工人员和周围有关人员造成严重的健康威胁，因此，许多国家都以法律形式禁止使用石英砂作为喷砂清理用的介质。炼钢转炉渣是在高温熔融状态下，经过复杂的造渣反应，生成的稳定2FeO·SiO2·CaO·FeO·SiO2·2CaO·SiO2等盐类共熔体，没有游离SiO2，含尘量低，对操作人员的健康和环境影响较小。因此，综合利用炼钢转炉渣不仅具有环保效益，更具重大的经济效益。
通过专利检索，炼钢转炉渣作为磨料进行应用的技术方案已有公开，如中国专利申请号：200810038957.X，申请日为：2008-06-13，发明创造名称为：一种钢渣除锈磨料的制备方法，该申请案公开了一种钢渣除锈磨料的制备方法，包括以下步骤：a）将液态高温钢渣处理为颗粒状固体钢渣原料；b）磁选除铁；c）进行一次筛分，去除粒径≥3.5mm的钢渣颗粒；d）进行二次筛分，去除粒径＜0.2mm的钢渣颗粒；e）剩余钢渣颗粒即为钢渣除锈磨料。该申请案在一定程度上实现了炼钢转炉渣的资源化综合利用，但是该申请案存在以下问题：1）没有对转炉渣成分进行调整，作为喷砂磨料应用时，在强度以及硬度方面都有待进一步改进，尤其需要克服的是转炉渣作为磨料喷吹后易粉碎的难题；2）该申请案中没有涉及喷砂处理的工艺，针对处理后的炼钢转炉渣作为磨料使用与现有技术中的其他磨料存在很大区别，需要针对炼钢转炉渣探索合适的喷砂工艺，才能充分发挥炼钢转炉渣的价值。
天然磨料、工业副产品制成的磨料适合于室外喷砂清理，而且一般都不做回收再利用。因为它们在第一次使用时已被撞击破碎，变成更细的磨料，不利于产生涂层系统所要求的表面粗糙度，回收和重新处理使用过的磨料所消耗的费用不亚于新磨料的代价，且有可能带来污染。因此，现有技术中针对炼钢转炉渣应用于喷砂处理主要存在以下问题：现有炼钢转炉渣应用于喷砂时，其磨料抗破碎性较差，难以回收利用，也就是说不具备一定的循环次数，从而增加了喷砂成本。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中炼钢转炉渣作为喷砂磨料使用时抗破碎性较差的问题，提供了一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，采用本发明的技术方案，使得炼钢转炉渣得以循环利用，通过工艺的改进使得炼钢转炉渣作为磨料使用时抗破碎性增强。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，其步骤为：
步骤一、转炉渣预处理
钢水在转炉中冶炼，在转炉炼钢末期，通过向转炉内加入助熔剂对转炉渣进行预处理，其中：助熔剂的加入量<3.5kg/吨钢，助熔剂的成分为CaO和MgO的混合物；预处理调整后转炉渣包括如下质量百分比的成分：1.87～2.35%Al2O3、42.51～45.37%CaO、0.82～0.91%FeO、11.83～12.95%MgO、0.51～1.78%MnO、0.78～0.91%P、0.09～0.18%S、12.34～13.59%Si2O、23.53～24.31%TFe、0.58～0.73%f-CaO；
步骤二、转炉渣风淬处理
将步骤一中的液态转炉渣通过风淬处理，使其碎化：通过渣罐车将液态转炉渣送入风淬处理工位，液态转炉渣从中间罐流出，再通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散，破碎成颗粒状，同时在罩式锅炉内回收高温空气和微粒渣中所散发的热量并捕集渣粒，其中：拉瓦尔喷嘴喷出的空气压力为0.40～0.55MPa，液态转炉渣的过热度控制在90～100℃；
步骤三、转炉渣分选处理
通过磁选机对步骤二中的转炉渣渣粒进行渣铁分离操作，将转炉渣渣粒中的铁粒从中去除，铁粒回收后重新用于转炉冶炼；对磁选后的转炉渣渣粒进行三级分选，具体如下：一级分选，将转炉渣渣粒中粒度大于2.5mm的颗粒去除，并将粒度大于2.5mm的颗粒送入球磨机进行破碎，破碎后的转炉渣再次通过三级分选系统进行转炉渣颗粒等级分选，去除粒度大于2.5mm的颗粒；二级分选，将通过一级风选的转炉渣渣粒中粒径小于0.2mm的颗粒去除，颗粒粒径小于0.2mm的转炉渣用于制造水泥；三级分选，将通过一级、二级分选的转炉渣渣粒进行细化等级，将处理后的转炉渣渣粒分成颗粒大小不同的四个等级：0.25～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～1.7mm、1.7～2.5mm四个等级；
步骤四、喷砂处理
喷砂处理中的喷嘴包括中心喷嘴和圆周喷嘴，3～5个圆周喷嘴均匀的分布于中心喷嘴的外周，其中：中心喷嘴和圆周喷嘴均为文丘里形喷嘴，文丘里形喷嘴的喉径为5.0～8.0mm，喷嘴长度为100mm～150mm；喷吹压力为0.6～0.8MPa，喷射距离为100～200mm，喷射角度为75～85°；关于磨料的粒径选择具体如下：
针对除锈等级Sa1级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、70%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；
针对除锈等级Sa2级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、70%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；
针对除锈等级Sa2.5级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、70%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；
针对除锈等级Sa3级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：70%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒。
本发明的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，步骤四的喷砂处理中，喷吹压力为0.7MPa，喷射距离为150mm，喷射角度为80°。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，通过将炼钢转炉渣作为喷砂磨料使用，可以大规模利用炼钢厂的炼钢转炉渣，为炼钢转炉渣的资源化利用提供了一条新途径，最大化实现了炼钢转炉渣的资源化利用；炼钢转炉渣产量巨大，风淬处理后的转炉渣可以为喷砂行业提供稳定的货源，与目前常用的喷砂磨料相比，转炉渣价格更加便宜，且清理质量优良。
（2）本发明的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，通过控制转炉渣的预处理、转炉渣风淬处理以及喷砂处理时磨料的粒径组成，使得本发明的磨料可迅速去除工件表面的氧化铁皮，改善表面的光洁度，并在工件表面形成一定的粗糙度，提高涂料的附着力。本发明的炼钢转炉渣作为喷砂磨料使用时，磨料抗破碎性好，有利于回收利用，循环次数达10次，极大降低了喷砂成本。
附图说明
图1为本发明的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法的工艺流程图；
图2为本发明中中心喷嘴和圆周喷嘴的分布示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，其步骤为：
步骤一、转炉渣预处理：钢水在转炉中冶炼，在转炉炼钢末期，通过向转炉内加入助熔剂对转炉渣进行预处理，本实施例中助熔剂的加入量3.3kg/吨钢，助熔剂的成分为CaO和MgO的混合物，本实施例中CaO和MgO的质量比为1：1.2；预处理调整后转炉渣包括如下质量百分比的成分均可：1.87～2.35%Al2O3、42.51～45.37%CaO、0.82～0.91%FeO、11.83～12.95%MgO、0.51～1.78%MnO、0.78～0.91%P、0.09～0.18%S、12.34～13.59%Si2O、23.53～24.31%TFe、0.58～0.73%f-CaO，本实施例中预处理调整后转炉渣包括如下质量百分比的成分：1.93%Al2O3、44.81%CaO、0.84%FeO、12.45%MgO、1.34%MnO、0.83%P、0.10%S、12.99%Si2O、24.02%TFe、0.69%f-CaO及微量的TiO2、V2O5等。通过实践证明，对转炉渣预处理进行预处理，并严格控制转炉渣的组分及其比例，对提高磨料抗破碎性具有重要作用，申请人在试验时发现上述转炉渣的组分对提高磨料的循环次数最好。本实施例的钢水在转炉中冶炼中，通过氧枪向转炉中吹氧气，开始吹氧冶炼枪位为1600mm，吹氧流量控制为28000Nm3/h，吹氧8min后，提高枪位60mm，同时降低吹氧压力至0.78MPa，吹氧流量控制为20000Nm3/h，再吹氧时间为4min，冶炼结束后，转炉出钢温度为1695℃。
步骤二、转炉渣风淬处理：将步骤一中的液态转炉渣通过风淬处理，使其碎化：通过渣罐车将液态转炉渣送入风淬处理工位，液态转炉渣从中间罐流出，再通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散，破碎成颗粒状，同时在罩式锅炉内回收高温空气和微粒渣中所散发的热量并捕集渣粒，其中：拉瓦尔喷嘴喷出的空气压力为0.47MPa，液态转炉渣的过热度控制在94℃。本实施采用风淬处理后，使得液态转炉渣得以资源化处理，其硬度为7～8HRC。转炉渣渣粒外形呈球形，颜色为灰黑色，容重为1915Kg/m3，堆积密度为1.87～1.97g/cm3，通过对转炉渣渣粒SEM-BEI图及EDX图分析看出，本发明的转炉渣渣粒主要由深灰色铁钙相、灰色硅酸钙和深灰黑色铁镁相三种相组成。有上述方法得到的转炉渣渣粒不仅可以达到作为喷砂磨料的标准，同时可以重复利用，一般可重复利用10次，克服了现有技术中的磨料抗破碎性较差的问题，极大降低了喷砂成本。转炉渣风淬处理过程可以控制转炉渣的粒径，本实施例中通过风淬工艺配合合适的转炉渣成分，使得转炉渣能够达到最佳的粒径范围，方便调整转炉渣的块状大小以及转炉渣的硬度和抗粉碎性。
步骤三、转炉渣分选处理：通过磁选机对步骤二中的转炉渣渣粒进行渣铁分离操作，将转炉渣渣粒中的铁粒从中去除，铁粒回收后重新用于转炉冶炼；对磁选后的转炉渣渣粒进行三级分选，具体如下：一级分选，将转炉渣渣粒中粒度大于2.5mm的颗粒去除，并将粒度大于2.5mm的颗粒送入球磨机进行破碎，破碎后的转炉渣再次通过三级分选系统进行转炉渣颗粒等级分选，去除粒度大于2.5mm的颗粒；二级分选，将通过一级风选的转炉渣渣粒中粒径小于0.2mm的颗粒去除，颗粒粒径小于0.2mm的转炉渣用于制造水泥；三级分选，将通过一级、二级分选的转炉渣渣粒进行细化等级，将处理后的转炉渣渣粒分成颗粒大小不同的四个等级：0.25～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～1.7mm、1.7～2.5mm四个等级。本实施例将转炉渣渣粒分级处理，是为了优化不同颗粒等级之间的配比，组成最优喷砂磨料，达到最优喷砂处理效果，其具体配比根据喷砂工件要求的除锈等级不同而不同。
步骤四、喷砂处理：喷砂处理中的喷嘴包括中心喷嘴和圆周喷嘴（如图2所示），图2中（a）为3个圆周喷嘴均匀的分布于中心喷嘴的外周，图2中（b）为5个圆周喷嘴均匀的分布于中心喷嘴的外周，本实施例中采用的是图2中（b）的喷嘴结构。其中：中心喷嘴和圆周喷嘴均为文丘里形喷嘴，文丘里形喷嘴的喉径为6.0mm，喷嘴长度为130mm；喷吹压力为0.7MPa，喷射距离为150mm，喷射角度为80°，喷吹时间为15s，本实施例使用的喷砂设备的空气压缩机最大压力为1.0MPa，流量最大为0.8m3/min。关于磨料的粒径选择具体如下：
A）针对除锈等级Sa1级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、70%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；B）针对除锈等级Sa2级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、70%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；C）针对除锈等级Sa2.5级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、70%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；D）针对除锈等级Sa3级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：70%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒。
本实施例的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，通过转炉冶炼过程控制转炉渣的成分，并在转炉冶炼过程中添加助溶剂，从而适当控制转炉渣流动性，不致转炉渣中残存大量金属，提高合金收得率，同时便于转炉渣风淬处理。风淬处理过程中，冶炼后液态转炉渣通过渣罐车送入风淬处理工位，通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散，将液态转炉渣破碎成颗粒状，通过控制拉瓦尔喷嘴喷出的空气压力和液态转炉渣的过热度，来调整转炉渣的块状大小以及转炉渣的硬度和抗粉碎性。风淬后对转炉渣分选处理，通过将转炉渣渣粒分级处理，使得针对工件所需除锈等级的不同而配置不同的颗粒等级配比，申请人发现，采用本发明的磨料粒径配比方案，不仅能够有效除锈，而且能够防止喷吹过程中磨料的粉碎，为进一步提高磨料的循环次数提供了基础，本发明的喷砂磨料循环次数达10次，仍能够满足喷砂除锈的要求，从而克服了现有技术中磨料抗破碎性差的技术难题。本发明不仅可以综合利用冶金转炉渣，为钢铁企业带来一定的经济效益，同时可以替代现行磨料，降低喷砂工艺成本。
Claims (2)
1.一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，其步骤为：
步骤一、转炉渣预处理
钢水在转炉中冶炼，在转炉炼钢末期，通过向转炉内加入助熔剂对转炉渣进行预处理，其中：助熔剂的加入量<3.5kg/吨钢，助熔剂的成分为CaO和MgO的混合物；预处理调整后转炉渣包括如下质量百分比的成分：1.87～2.35%Al2O3、42.51～45.37%CaO、0.82～0.91%FeO、11.83～12.95%MgO、0.51～1.78%MnO、0.78～0.91%P、0.09～0.18%S、12.34～13.59%Si2O、23.53～24.31%TFe、0.58～0.73%f-CaO；
步骤二、转炉渣风淬处理
将步骤一中的液态转炉渣通过风淬处理，使其碎化：通过渣罐车将液态转炉渣送入风淬处理工位，液态转炉渣从中间罐流出，再通过拉瓦尔喷嘴喷出的空气吹散，破碎成颗粒状，同时在罩式锅炉内回收高温空气和微粒渣中所散发的热量并捕集渣粒，其中：拉瓦尔喷嘴喷出的空气压力为0.40～0.55MPa，液态转炉渣的过热度控制在90～100℃；
步骤三、转炉渣分选处理
通过磁选机对步骤二中的转炉渣渣粒进行渣铁分离操作，将转炉渣渣粒中的铁粒从中去除，铁粒回收后重新用于转炉冶炼；对磁选后的转炉渣渣粒进行三级分选，具体如下：一级分选，将转炉渣渣粒中粒度大于2.5mm的颗粒去除，并将粒度大于2.5mm的颗粒送入球磨机进行破碎，破碎后的转炉渣再次通过三级分选系统进行转炉渣颗粒等级分选，去除粒度大于2.5mm的颗粒；二级分选，将通过一级风选的转炉渣渣粒中粒径小于0.2mm的颗粒去除，颗粒粒径小于0.2mm的转炉渣用于制造水泥；三级分选，将通过一级、二级分选的转炉渣渣粒进行细化等级，将处理后的转炉渣渣粒分成颗粒大小不同的四个等级：0.25～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～1.7mm、1.7～2.5mm四个等级；
步骤四、喷砂处理
喷砂处理中的喷嘴包括中心喷嘴和圆周喷嘴，3～5个圆周喷嘴均匀的分布于中心喷嘴的外周，其中：中心喷嘴和圆周喷嘴均为文丘里形喷嘴，文丘里形喷嘴的喉径为5.0～8.0mm，喷嘴长度为100mm～150mm；喷吹压力为0.6～0.8MPa，喷射距离为100～200mm，喷射角度为75～85°；关于磨料的粒径选择具体如下：
针对除锈等级Sa1级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、70%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；
针对除锈等级Sa2级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、70%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；
针对除锈等级Sa2.5级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：10%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、70%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒；
针对除锈等级Sa3级的工件，表面喷吹时的磨料质量百分比组成如下：70%的0.25～0.6mm粒径的渣粒、10%的0.6～1.18mm粒径的渣粒、10%的1.18～1.7mm粒径的渣粒、10%的1.7～2.5mm粒径的渣粒。
2.根据权利要求1或2所述的一种利用炼钢转炉渣对工件表面进行喷砂处理的方法，其特征在于：步骤四的喷砂处理中，喷吹压力为0.7MPa，喷射距离为150mm，喷射角度为80°。
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