CN109338033A

CN109338033A - 一种铁水包覆盖剂及制备方法

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Publication number: CN109338033A
Application number: CN201811371916.2A
Authority: CN
Inventors: 张朝晖; 冯璐; 任耘
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-02-15

Abstract

本发明提供一种铁水包覆盖剂及制备方法，以质量份数计，由以下原料制成：铝电解槽废阴极炭块50～70份，石灰石0～20份，蛭石10～30份。本发明的铁水包覆盖剂，采用的原料成本低廉，原料含硫量低，二次污染少；铁水包覆盖剂熔点适宜，熔化时间短，铺展性好；由于铝电解槽废阴极炭块中含有碳元素和氟元素，有利于提升铁水包的保温性和流动性，从而达到可以防止铁水二次氧化和温降过大。

Description

一种铁水包覆盖剂及制备方法

技术领域

本发明属于炼铁领域，具体涉及一种铁水包覆盖剂及制备方法。

背景技术

高炉冶炼出的铁水，利用铁水包将铁水运至炼钢厂，由于铁水温度较低，利用铁水包运输过程中出现温降，铁水裸露空气中被二次氧化，目前部分企业采用的覆盖剂出现铺展性不好，起不到保温和降低二次氧化的问题。当前，铁水包用的保温剂主要采用碳化稻壳，但是碳化稻壳生产过程中产生大量的烟气污染空气；碳化稻壳熔点高，在铁水表面上不易熔化，无法形成液渣层；铺展性差，铺展面仅达到60％～70％，还有30％～40％的铁水表面裸露在空气中，保温效果较差；不具备吸收铁水中上浮夹杂物的冶金功能；使用碳化稻壳时易产生飞扬粉尘。

金属铝已经成为国民经济发展的重要基础材料。但是在铝冶炼生产过程中，由于受到电解质的侵蚀，每生产1吨电解铝，将会产生约30kg的废旧阴极炭块，这成为铝电解行业中主要的固体污染物。如按此计算，2015年国内电解铝产量已经达到3141万吨，产生废旧阴极炭块90万吨以上，其数量巨大不容忽视。

在铝电解产生的废旧阴极炭块中，主要成分为碳、冰晶石、氟化钠、氧化铝、氟化铝，以及少量的碳化铝、碳化钠。当前我国处理废旧阴极炭块主要采用堆放或者安全填埋的方法。但是废旧阴极炭块中炭占50％-70％且高度石墨化，其余的是以冰晶石为主体的电解质，均是可利用的资源。因此，废旧阴极炭块的回收利用具有较好的发展前景。

到目前为止最大的污染源就是大修后的废旧阴极。废旧阴极炭块堆放时其中的氟化物渗入地下水中，污染水源。此外，还对周围动植物有很大危害，影响自然生态平衡，使农作物减产，故必须加以治理。

因此，对铝电解废旧阴极炭块的处置始终受到国家、当地政府及有关单位的高度关注，且对铝电解废旧内衬资源进行合理、有效的利用和提升固体废弃物的附加值已成为当地经济和社会发展中的一项长远的战略方针。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铁水包覆盖剂及制备方法，该铁水包覆盖剂能够利用铝电解槽废阴极炭块来制备，具有熔点适宜，熔化时间短，铺展性好，以及原料含硫量、二次污染少和成本低廉的特点。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：50～70份铝电解槽废阴极炭块，0～20份石灰石，10～30份蛭石。

所述铁水包覆盖剂中，以质量份数计：铝电解槽废阴极炭块为50-65份，石灰石为10-20份，蛭石为20-30份。

所述铝电解槽废阴极炭块中，以100份质量单位计，包括：60份C元素，18份F元素，2份Ca元素，4份SiO₂，4份Al元素，10份Na元素，其它为杂质。

所述蛭石中，以100份质量单位计，包括：17份MgO，39.5份SiO₂，13份Al₂O₃，1.5份CaO，其它为杂质。

所述石灰石中碳酸钙质量分数大于90％。

铁水包覆盖剂熔点为1200-1300℃。

所述铁水包覆盖剂中，铝电解槽废阴极炭块、石灰石和蛭石的粒度不大于3mm。

一种铁水包覆盖剂的制备方法，以质量份数计，将50～70份的铝电解槽废阴极炭块、0～20份的石灰石和10～30份的蛭石混合并搅拌均匀，然后将混合物烘干，即制得铁水包覆盖剂。

在将铝电解槽废阴极炭块、石灰石和蛭石混合前，先将各物质分别依次进行破碎和研磨，各物质研磨后的粒度不大于3mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的铁水包覆盖剂以铝电解槽废阴极炭块、石灰石和蛭石为原料，其中铝电解槽废阴极炭块30～60份，石灰石0～20份，蛭石10～20份，因此采用的主要原料成本低廉，原料含硫量低，二次污染少；主要以铝电解槽废阴极炭块作为铁水包原料，一方面可以控制铁水包覆盖剂碱度，另一方面可以加快铁水包覆盖剂的快速融化和保温作用；由于铝电解槽废阴极炭块中含有氟化物，因此可以直接促使石灰石的熔化，发泡膨胀，蛭石在高温下也膨胀，同时使固体颗粒之间的摩擦力比粉末之间的内摩擦力要小，因此铺展性和保温性良好，可以防止铁水二次氧化和温降过大。

本发明的制备方法简单，操作方便，制得的铁水包覆盖剂熔点为1200-1300℃，熔点适宜，铺展性好。

具体实施方式

下面结合实施例来对本发明做进一步的说明。

本发明的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：铝电解槽废阴极炭块为50～70份，石灰石为0～20份，蛭石为10～30份；

优选的，铝电解槽废阴极炭块为50-65份，石灰石为10-20份，蛭石为20-30份。

本发明所使用的原料中：

铝电解槽废阴极炭块中，以100份质量单位计，包括：C元素为60份，F元素为18份，Ca元素为2份，SiO₂为4份，Al元素为4份，Na元素为10份，其它为杂质。

蛭石中，以100份质量单位计，包括：MgO为17份，SiO₂为39.5份，Al₂O₃为13份，CaO为1.5份，其它为杂质。

石灰石中碳酸钙质量分数大于90％。

本发明的铁水包覆盖剂熔点为1200～1300℃。

本发明的铁水包覆盖剂在制备时，先将铝电解槽废阴极炭块、石灰石和蛭石分别依次进行破碎和研磨，各物质研磨后的粒度不大于3mm；

再按原料的组成重量称取各原料，以质量份数计，将50～70份的铝电解槽废阴极炭块、0～20份的石灰石和10～30份的蛭石混合并搅拌均匀，搅拌时间为10～20分钟，然后将混合物烘干，即制得铁水包覆盖剂。

本发明的铁水包覆盖剂在使用时，将铁水包覆盖剂以每20kg为一袋进行包装，根据铁水包大小不同，加入不同量的铁水包覆盖剂，使得铁水包覆盖剂在铁水包中形成最终厚度为6～8cm的渣层，渣料迅速铺展，铁水包液面不漏红，渣层不结壳。

实施例1

本实施例的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：石灰石20份，蛭石30份，铝电解槽废阴极炭块50份。

铁水包覆盖剂的制备方法，按照以下步骤进行：

(1)对各原料进行破碎和研磨，使各原料的粒度达到3mm之内；

(2)再按原料的组成重量称取各原料，然后混合10～20分钟搅匀，烘干，即制得铁水包覆盖剂。

使用时，将本实施例中的铁水包覆盖剂以每20kg为一袋进行包装。根据铁水包大小不同，加入量不同，最终渣层厚度为6～8cm，渣料迅速铺展，铁水包液面不漏红，渣层不结壳。

本实施例制备的铁水包覆盖剂的各项性能参数如表1所示。

实施例2：

本实施例给出的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：铝电解槽废阴极炭块60份，石灰石10份，蛭石30份。

本实施例的铁水包覆盖剂的制备方法和使用方法与实施例1相同。

本实施例制备的铁水包覆盖剂的各项性能参数如表1所示。

实施例3：

本实施例给出的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：铝电解槽废阴极炭块60份，石灰石20份，蛭石20份。

本实施例制备的铁水包覆盖剂的各项性能参数如表1所示。

实施例4：

本实施例给出的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：铝电解槽废阴极炭块65份，石灰石15份，蛭石20份。

本实施例制备的铁水包覆盖剂的各项性能参数如表1所示。

实施例5：

本实施例给出的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：废阴极炭块65份，石灰石20份，蛭石15份。

本实施例制备的铁水包覆盖剂的各项性能参数如表1所示。

实施例6：

本实施例给出的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：铝电解槽废阴极炭块70份，蛭石30份。

本实施例制备的铁水包覆盖剂的各项性能参数如表1所示。

实施例7：

本实施例给出的铁水包覆盖剂，以质量份数计，由以下原料制成：铝电解槽废阴极炭块70份，石灰石20份，蛭石10份。

本发明各实施例制备的铁水包覆盖剂的各项性能参数如表1所示。

表1

实施例	半球温度/℃	熔化时间/s	膨胀倍数	碱度
					实施例1	1270	35	1.93	1.1
实施例2	1264	42	1.73	1.05
					实施例3	1240	58	1.98	0.83
实施例4	1250	38	1.95	0.96
					实施例5	900	30	1.69	1.5
实施例6	1350	62	1.74	1.2
					实施例7	1030	45	1.65	0.65

通过半球温度表示试样的熔点温度，熔化时间表示熔化速度。膨胀倍数的高低表示保温性能的好坏，适宜的碱度能够提高铁水质量。

铁水包覆盖剂用于铁水包运输金属液时保证铁水包隔热保温的作用，因此要求铁水包覆盖剂熔点温度即半球温度在1200-1300℃，熔化时间相对越短越好，膨胀倍数相对越高越好，碱度控制在1.0左右。

铝电解槽废阴极炭块由于其中含有大量有用成分，主要起到降低成本，提升废弃物品附加值的功能：

铝电解槽废阴极炭块含有炭元素和氟元素，因此能够有效地提升铁水包覆盖剂的流动性和保温性。并且炭块后期受热也会膨胀，有利于提升铁水包覆盖剂的保温效果。加入蛭石的铁水包覆盖剂覆盖在铁水包上后迅速膨胀，增大了覆盖剂封闭小型空隙的数量，减少了对流传热。蛭石的容重小，则覆盖剂的塌陷度小，再次大大提高了覆盖剂的保温性能。因此铺展性和保温性良好。可以防止铁水二次氧化和温降过大。

石灰石可以提高熔化温度和碱度，适宜的碱度能够提高铁水质量。

从表1中可得到上述实施例中的铁水包覆盖剂的熔化温度适宜，能达到工况要求，熔化时间短，铺展性能良好；碱度适宜，提高铁水质量。从实际原料出发，本发明的铁水包覆盖剂相比现有的铁水包覆盖剂，原料易得，成本很低廉，尤其是其主要原料废阴极炭块的成本很低，也提升了铝解废阴极炭块的附加值。

相比较其他覆盖剂，加入铝电解槽废旧炭块的作用：

(1)由于铝电解槽废旧阴极炭块中含有大量氟化钙和氟化钠，铝电解槽废旧阴极炭块中的氟化物在炼铁过程中的作用是化渣，能够在前期加速石灰的融化，从而迅速的形成高碱度的炉渣，减少炉渣的返干，提高铁水预处理的效率；

(2)铝电解槽废旧阴极炭块中含有的碳元素被氧化，最终形成C-O气体，可以给予铁水包提供很好的动力学条件；

(3)本发明将废旧阴极炭块作为铁水包覆盖剂的主要原料，可以提升冶金行业固体废弃物的附加值，对于大部分钢种不会造成污染。

Claims

1.一种铁水包覆盖剂，其特征在于，以质量份数计，由以下原料制成：

50～70份铝电解槽废阴极炭块，0～20份石灰石，10～30份蛭石。

2.根据权利要求1所述的一种铁水包覆盖剂，其特征在于，所述铁水包覆盖剂中，以质量份数计：铝电解槽废阴极炭块为50-65份，石灰石为10-20份，蛭石为20-30份。

3.根据权利要求1或2所述的一种铁水包覆盖剂，其特征在于，所述铝电解槽废阴极炭块中，以100份质量单位计，包括：60份C元素，18份F元素，2份Ca元素，4份SiO₂，4份Al元素，10份Na元素，其它为杂质。

4.根据权利要求1或2所述的一种铁水包覆盖剂，其特征在于，所述蛭石中，以100份质量单位计，包括：17份MgO，39.5份SiO₂，13份Al₂O₃，1.5份CaO，其它为杂质。

5.根据权利要求1或2所述的一种铁水包覆盖剂，其特征在于，所述石灰石中碳酸钙质量分数大于90％。

6.根据权利要求1或2所述的一种铁水包覆盖剂，其特征在于，所述铁水包覆盖剂中，铝电解槽废阴极炭块、石灰石和蛭石的粒度均不大于3mm。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述的铁水包覆盖剂的制备方法，其特征在于，将铝电解槽废阴极炭块、石灰石和蛭石混合并搅拌均匀，然后将搅拌均匀的混合物烘干，得到所述铁水包覆盖剂。

8.根据权利要求7所述的铁水包覆盖剂的制备方法，在将铝电解槽废阴极炭块、石灰石和蛭石混合前，先将各物质分别依次进行破碎和研磨，各物质研磨后的粒度不大于3mm。