CN104805250B

CN104805250B - 一种高温熔渣连续改质的工艺方法

Info

Publication number: CN104805250B
Application number: CN201510191265.9A
Authority: CN
Inventors: 李宇; 苍大强; 卢翔; 刘晓明; 代文彬; 王玮; 栾秀莉
Original assignee: LAIGANG GROUP TAIDONG INDUSTRIES Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: LAIGANG GROUP TAIDONG INDUSTRIES Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: CN104805250A

Abstract

一种高温熔渣连续改质的工艺方法，属于工业废弃物综合利用技术领域。在高温电炉熔渣排放时，配好的改质剂通过粉料输送系统进行连续给料，使改质剂与熔渣的同时排放并进入渣包内，熔渣的热冲击搅拌使它与改质剂混合均匀，实现渣包内熔渣的改质，无需外界进行补热；所述高温熔渣是指电炉炼钢过程中所排放的熔态钢渣，或者是小型电炉冶炼过程中排放的熔态还原渣，或是其它冶炼过程连续排放的高温熔渣；高温熔渣与改质剂的质量比不小于2。改质剂中高硅铝原料70～100％，含碳原料为0～30％，改质剂颗粒粒度小于25mm。本发明熔渣温度高，碱度低，粘度小，流动性好，加入改质剂少，易于改质，同时无需补热，改质成本低；可将含硅铝、含碳、含铁的废弃物作为部分改质剂，实现废弃物的资源化利用。

Description

一种高温熔渣连续改质的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种电炉熔渣连续改质的工艺方法，特别涉及采用大宗廉价高硅铝工业原料和含碳工业废料在源头通过自动化设备对电炉炼钢过程排放的高温熔渣进行改质的方法，以便达到低成本控制冶金渣成分和结构的目的，属于工业废弃物综合利用技术领域。

背景技术

随着中国社会经济的发展，钢铁工业作为国家重点基础产业，其钢产量已由2010年的6.3亿吨增长到2013年的7.8亿吨，以钢渣占钢产量的15％～20％计算，全年钢渣的总产量可达1亿多吨，而其综合利用率仅为45％，到2013年中国累计钢渣储量已超过4亿吨。数量如此巨大的钢渣不仅占用宝贵的土地资源，还容易引起残留金属元素流失、扬尘污染、水源污染、土壤碱化等问题，因此钢渣的无害化处理及高效综合利用越来越受到关注。目前钢渣的处理工艺有冷弃法、余热自解法、水淬法、热泼法、盘泼水冷法、风淬法、焖罐法、滚筒法、粒化法等，但由于设备投入大，工艺流程复杂，钢渣处理成本高，存在二次污染等因素，钢渣处理效果并不理想。

在源头排放的熔融钢渣热含量高，出炉排渣后的温度维持在1500℃以上，平均热焓值约为1670MJ/t，相当于40kg重油的燃烧热量，处于品质余热资源。根据计算，中国钢铁企业每年排放的各种高温钢渣总热量相当于5.7×10⁶t标煤燃烧热量，平均回收率不足26％，而各种熔渣的显热回收率仅为1.6％。因此，高温熔融钢渣热量的回收是亟需解决的主要问题之一。

目前，由于70％左右的钢渣是转炉钢渣，因此多数研究人员在转炉进行钢渣改质的研究。如专利(200610024549.X)以粉煤灰、高炉渣与煤配成改质剂，分别在转炉、排渣口与渣罐加料，这三种方式都可使钢渣中的f-CaO与f-MgO减少。专利(申请号200810048602.9)以高炉渣、石英砂及河沙为原料配成改质剂，铺在渣罐底部，再倒入熔融转炉钢渣，通过吹氧加热使其充分混合，从而使钢渣中的f-CaO减少，安定性得到改善，适合用于水泥混合材。专利(申请号200810197070.5)将粒度小于3mm的钢渣颗粒加入到熔融高炉渣中，通过化学反应消除钢渣中的残留f-CaO，通过水淬可成为水泥混合材，其钢渣添加量低于熔融高炉渣的25％～70％。专利(申请号200910039604.6)以电炉还原渣、煤渣与有机物为改质剂，对熔融转炉钢渣进行改质，从而使得f-CaO含量低于2％，28d活性指数大于85％，可用作水泥混合材。专利(201010185823.8)专利采用二次熔炼的方法，将转炉钢渣、焦炭、萤石与河沙于1600℃下冶炼2～4h，冷却后粉碎得到改质钢渣，其中的f-CaO降到3wt％以下，达到了水泥混合材的要求。(申请号201110077829.8)以冶金废水处理后压滤泥饼、排水沟淤泥和瓦斯泥等低铁废弃物为原料配成改质剂，一部分改质剂直接铺在渣罐中，另一部分改质剂在熔渣倒入渣罐后再加入，通过改质使得钢渣稳定性与其铁分回收得到提高。专利(申请号201210049353.1)以复合尾矿为改质剂，40～60％的改质剂铺在渣罐中，另外40～60％的改质剂在排渣之后投入渣罐中，该发明提高了钢渣的易磨性，废钢总回收率达到95％，磁选后废渣可控、活性提高，可用于水泥混合材。专利(申请号201410002946.1)将熔融转炉钢渣与粉煤灰加入回转窑中，通过喷吹煤粉对其补热，温度稳定在1400℃左右，在回转窑流出的红热改质钢渣经过粒化装置后进行水淬，最后磁选进行渣铁分离，所得到的改质钢渣可用作硅酸盐水泥混合材。专利(201410276645.8)在转炉钢渣中加入高硅质材料，在1500℃煅烧后于1250℃高温取样并急冷，通过磁选后分离除铁，改质钢渣的安定性得到提高，可用作水泥混合材。

以上钢渣改质的方法存在以下问题：转炉排渣的工艺为倾倒式，排渣时间短，大部分改质剂与熔渣很难在短时间内混合均匀；同时转炉冶炼过程采用了溅渣护炉工艺，熔渣温度降低，碱度增大，导致其与改质剂混合时热量不足，粘度很快增大。可见，转炉渣在熔融态改质过程中存在诸多难点，难以实现工业化应用。本发明主要针对电炉冶炼过程中的排渣过程，电炉熔渣排渣前无需溅渣护炉，排放温度高；同时它是连续排渣，流量较稳定，排放时间大于30min。因此，与转炉渣不同，电炉渣可在排渣过程中连续加入改质剂，而且排渣口距离渣包的高度一般为2-6米，熔渣排放时的热冲击搅拌可使熔渣与改质剂充分混合；电炉的排渣温度可达1650℃，其显热品质高，有利于钢渣的改质过程；同时，电炉钢渣的碱度较转炉钢渣低，改质过程更容易实现。其中，表1为某钢厂转炉钢渣与电炉钢渣的化学组成。除此之外，根据电炉渣排渣过程的粘度、温度变化特点，本专利提出了电炉渣排渣过程加入改质剂的控制技巧。

虽然目前国内约90％为转炉炼钢，但随着中国经济的飞速发展，钢铁冶炼将步入循环利用的阶段，炼钢原料的主要来源将由铁水变成废钢；同时，普碳钢已无法满足人们的日常需求，特种钢材将会飞速发展。因此，我国绿色节能的短流程电炉炼钢必将蓬勃发展。如果我国电炉炼钢比例达到发达国家50-70％的比例，如美国的电炉炼钢比例高达60％，那么，相应电炉熔渣的排放量将会增加4-6倍，即新增电炉渣5000万吨左右。因此，对源头改质技术提高电炉渣利用水平的关注显得尤为紧迫。

表1 某钢厂转炉钢渣、电炉钢渣的化学成分(wt％)

发明内容

本发明针对上述具有稳定流量连续排放的高温液态钢渣，以高硅铝工业原料与含碳废料为改质剂，提供了一种熔渣连续改质的方法与工艺，实现熔渣的多元化利用。

一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于，在高温电炉熔渣排放时，配好的改质剂通过粉料输送系统进行连续给料，使改质剂与熔渣的同时排放并进入渣包内，熔渣的热冲击搅拌使它与改质剂混合均匀，实现渣包内熔渣的改质，无需外界进行补热；所述高温熔渣是指连续排放的液态渣，可以是电炉炼钢过程中所排放的熔态钢渣，或者是小型电炉冶炼过程中排放的熔态还原渣，或是其它冶炼过程连续排放的高温熔渣；高温熔渣与改质剂的质量比不小于2。

所述改质剂为高硅铝原料或者其与含碳原料的混合物，其中，改质剂颗粒粒度小于25mm，其重量百分比(wt％)组成如下：高硅铝原料70～100％，含碳原料为0～30％。

其中的高硅铝原料为：河沙、钾长石、尾矿、粉煤灰、煤矸石等，含碳原料为：焦炭粉、煤粉等。

在高温电炉熔渣排放时，配好的改质剂通过粉料输送系统进行连续给料，保证改质剂与熔渣同时排入渣包内。其中，将电炉渣排放过程根据排放时间均分为早期、中期和后期三个排渣阶段，而改质剂在这三个阶段加入数量按照比例1:2:3的比例加入。在早期排渣加入过程中，对应数量的改质剂应缓慢加入，也可以在熔渣排出前将不超过一半的数量提前加到渣包底部；在中期渣加入过程中，按照比例平稳加入；在后期渣加入过程中，对应数量的改质剂可以在熔渣排放结束前提前完成加入，也可以保留不超过一半的数量并在熔渣排放结束后加于熔渣顶部。

所述改质剂的粉料输送系统的一种方式可以为：在高温熔渣排放后，料仓中的改质剂可通过螺旋输送机进行连续给料，使改质剂与熔渣的排放同时进行，熔渣的热冲击搅拌可使得它与改质剂混合得更均匀，无需外界进行补热。

所述改质熔渣通过水或者空气冷却后，可进行磁选回收更多的磁性组分，同时，磁选后的改质冶金渣性能得到改善，可用作微晶玻璃、陶瓷或者水泥混合材(或混凝土掺合料)等产品的原料。

本发明的独到之处在于：

(1)解决熔渣改质过程中，转炉钢渣温度低、碱度高、粘度大的难题，电炉渣无需经过溅渣护炉工艺，因此该熔渣温度高，碱度低，粘度小，流动性好，加入改质剂少，易于改质，同时无需补热，改质成本低；

(2)解决熔渣改质过程中，转炉钢渣排渣时间短，难于混匀的问题。电炉渣为连续排渣，排渣时间30分钟以上，因此能够在排渣过程中连续加料，并通过连续混合和搅拌实现均匀化；

(3)根据电炉渣特点，将电炉熔渣排渣过程分为前期、中期和后期三个排渣阶段，提出三个阶段加渣量比例及加渣要点，保证了熔渣改质过程的平稳、安全和高效。通过电脑控制改质剂加入速率，可以实现改质效果的最优；

(4)根据电炉渣组成特点，提出将改质剂原料分为高硅铝工业原料与含碳工业废料，通过匹配这两类原料比例，可以充分利用熔渣热量，控制渣中含铁组分，从而调节其磁化率；同时可以根据电炉熔渣低碱度和高热量的特点，改质电炉渣可进一步用作微晶玻璃、陶瓷或者水泥混合材(或混凝土掺合料)等产品的原料，从而实现高附加值和规模化利用；

(5)利用电炉钢渣熔融态改质的特点，通过本发明的熔融钢渣改质过程，可以将含硅铝、含碳、含铁的废弃物作为部分改质剂，实现废弃物的资源化利用，这些废弃物可以是城市污泥、市政垃圾、各类含铁尘泥、各类污泥、赤泥、垃圾焚烧灰渣等；也可以加入萤石、纯碱、硼泥等作为助熔剂，保证改质效果。

具体实施方式

本发明所用改质剂原料及其化学成分重量百分比见下表2，煤粉的元素分析与工业分析如见表3：

表2 原料主要化学组成/wt.％

表3 煤粉元素和工业分析

实施案例1

将改质剂原料破碎球磨过筛后获得5-20mm颗粒料入仓备用，按照含碳原料煤粉与高硅铝原料钾长石、粉煤灰三者配比(wt％)为10、20与70，进行配料混合，然后将改质剂运到电炉厂，通过行车将改质剂加入到粉料输送料仓。

电炉排放有效熔渣量为8吨左右。在电炉开始排放熔渣后，按照熔融电炉渣与改质剂质量比约为2，料仓中的改质剂可通过螺旋输送机进行连续给料，使改质剂与熔渣同时排入渣包中。电炉渣排放时间约为45min，据此可将熔渣的排放阶段分为早期、中期和后期，各15分钟。需要加入的改质剂总量约为4t，通过电脑控制，早期渣排放缓慢加入约0.65t改质剂，中期渣排放阶段加入1.35t改质剂，后期渣排放阶段迅速加入2t改质剂，加入流速分别为0.043t/min、0.09t/min以及0.15t/min。改质过程中，熔渣与改质剂混合均匀，无需外界进行补热。

所述改质熔融钢渣经过20min的保温输送时间，采用水淬处理，提高了钢渣的上磁率，改善了渣铁分离效果，还原出部分单质铁，磁选后的黑色玻璃可用作微晶玻璃的基础玻璃颗粒，进一步通过球磨、成型与烧结的微晶玻璃后续制备工艺后，制备出了微晶玻璃，其抗折强度可达到48.43MPa，达到国家标准。

实施案例2

将改质剂原料破碎球磨过筛后获得5-20mm颗粒料入仓备用，按照高硅铝原料河沙、尾矿二者配比(wt％)为30与70，进行配料混合，然后将改质剂运到电炉厂，通过行车将改质剂加入到粉料输送料仓。电炉排放有效熔渣量为8吨左右。

在电炉开始排放熔渣后，按照熔融电炉渣与改质剂质量比约为4，料仓中的改质剂可通过螺旋输送机进行连续给料，使改质剂与熔渣同时排入渣包中。电炉渣排放时间约为45min，据此可将熔渣的排放阶段分为早期、中期和后期，各15分钟。需要加入的改质剂总量约为2t，通过电脑控制，早期渣排放缓慢加入约0.33t改质剂，中期渣排放阶段加入0.66t改质剂，后期渣排放阶段迅速加入1.01t改质剂，加入流速分别为0.022t/min、0.045t/min以及0.075t/min。改质过程中，熔渣与改质剂混合均匀，无需外界进行补热。

所述改质熔融钢渣经过20min的保温输送时间，采用热焖处理，提高了钢渣的上磁率，改善了渣铁分离效果，磁选后的黑色玻璃可用作陶瓷原料，在陶瓷配方中掺入30％质量的黑色玻璃后，经过球磨、成型与烧结工艺，得到抗折强度为41.56MPa的咖啡色陶瓷砖，达到国家标准。

实施案例3

将改质剂原料破碎球磨过筛后获得5-20mm颗粒料入仓备用，按照高硅铝原料粉煤灰、河沙和尾矿配比(wt％)各为70、15与15，进行配料混合，然后将改质剂运到电炉厂，通过行车将改质剂加入到粉料输送料仓。电炉排放有效熔渣量为12吨左右。

在电炉开始排放熔渣后，按照熔融电炉渣与改质剂质量比约为6，料仓中的改质剂可通过螺旋输送机进行连续给料，使改质剂与熔渣同时排入渣包中。电炉渣排放时间约为45min，据此可将熔渣的排放阶段分为早期、中期和后期，各15分钟。需要加入的改质剂总量约为2t，通过电脑控制，早期渣排放缓慢加入约0.33t改质剂，中期渣排放阶段加入0.66t改质剂，后期渣排放阶段迅速加入1.01t改质剂，加入流速分别为0.022t/min、0.045t/min以及0.075t/min。改质过程中，熔渣与改质剂混合均匀，无需外界进行补热。

所述改质熔融钢渣经过20min的保温输送时间，采用水淬处理，提高了钢渣的上磁率，改善了渣铁分离效果，磁选后的改质钢渣潜在胶凝活性大大提高，活性系数从改质前的60％提高到91％，安定性合格，可用作优良水泥活性混合材或混凝土掺合料。

实施案例4

将改质剂原料破碎球磨过筛后获得5-20mm颗粒料入仓备用，按照高硅铝原料煤矸石配比(wt％)为100，进行配料混合，然后将改质剂运到电炉厂，通过行车将改质剂加入到粉料输送料仓。电炉排放有效熔渣量为15吨左右。

在电炉开始排放熔渣后，按照熔融电炉渣与改质剂质量比约为10，料仓中的改质剂可通过螺旋输送机进行连续给料，使改质剂与熔渣同时排入渣包中。电炉渣排放时间约为51min，据此可将熔渣的排放阶段分为早期、中期和后期，各17分钟。需要加入的改质剂总量约为1.5t，通过电脑控制，早期排渣阶段缓慢加入约0.25t改质剂，中期排渣阶段加入0.5t改质剂，后期排渣阶段迅速加入0.75t改质剂，加入流速分别为0.015t/min、0.029t/min以及0.045t/min。改质过程中，熔渣与改质剂混合均匀，无需外界进行补热。

所述改质熔融钢渣经过30min的保温输送时间，采用热闷处理，提高了钢渣的上磁率，改善了渣铁分离效果，还原出部分单质铁，磁选后的黑色玻璃可用作陶瓷原料，在陶瓷配方中掺入30％质量的黑色玻璃后，经过球磨、成型与烧结工艺，得到抗折强度为47.14MPa的咖啡色陶瓷砖，达到国家标准。

Claims

1.一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于，在高温电炉熔渣排放时，配好的改质剂通过粉料输送系统进行连续给料，使改质剂与熔渣的同时排放并进入渣包内，熔渣的热冲击搅拌使它与改质剂混合均匀，实现渣包内熔渣的改质，无需外界进行补热；所述高温熔渣是指连续排放的液态渣，是电炉炼钢过程中所排放的熔态钢渣，或者是小型电炉冶炼过程中排放的熔态还原渣，或是其它冶炼过程连续排放的高温熔渣；高温熔渣与改质剂的质量比分别为2、4、6；

所述改质剂为高硅铝原料或者其与含碳原料的混合物，其中，改质剂颗粒粒度小于25mm，其重量百分比组成如下：高硅铝原料70～100％，含碳原料为0～30％；

所述高硅铝原料为：河沙、钾长石、尾矿、粉煤灰、煤矸石中的一种或多种混合物，含碳原料为：焦炭粉、煤粉中的一种或多种混合物。

2.如权利要求1所述的一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于所述使改质剂与熔渣的同时排放是指，根据排放时间将电炉渣排放过程均分为早期、中期和后期三个排渣阶段，而改质剂在这三个阶段加入数量按照比例1:2:3的比例加入；在早期排渣阶段，对应数量的改质剂在排渣过程中加入，或者在熔渣排出前提前将不超过一半的数量加到渣包底部；在后期渣加入过程中，对应数量的改质剂在熔渣排放结束前提前完成加入，或者保留不超过一半的数量在熔渣排放结束后加于熔渣顶部。