CN110331242A - 一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铁合金生产技术领域及转炉辅助材料领域，具体涉及一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，本发明使用跳汰法选取铬铁后剩余的铬铁渣，其粒度在5mm～50mm之间，以骨料形式加入，制备转炉用挡渣锥，有效利用铬铁渣中MgO、Cr2O3及镁铝尖晶石等，消化铬铁合金冶炼过程产生的铬铁渣固废，实现铬铁渣固废的资源化循环利用，包括原料制备、混合配料、椎体制作、锥杆浇注、养生干燥、装配成型6个阶段，该方法简便、快捷、绿色，能够消化铬铁合金冶炼过程产生的铬铁渣固废，实现铬铁渣固废的资源化循环利用，满足循环经济，降低了转炉用挡渣锥生产成本，缓解耐火材料价格波动对挡渣锥成本的影响，对实现铬铁渣资源化循环利用和节能减排具有重要的意义。

Description

一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法
技术领域
本发明涉及铁合金生产技术领域及转炉辅助材料领域，具体涉及一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法。
背景技术
炉渣是生产某种产品过程中从炉窑中排出的废弃物。炉窑种类很多，遍布各行各业，每年大量炉渣排出，占用土地，污染环境，特别是有的炉渣含有六价铬离子或五价钒离子等有毒物质，严重危害人的身体健康。废弃物是一个相对的概念，在一定的条件下为废弃物，在另一条件可能成为宝贵的原料。铬渣是冶金与化工行业生产金属铬、铬铁合金、铬盐等过程中排出的固体废弃物。铬盐、铬铁和金属铬是国民经济发展不可缺少的重要物质，用于冶金、化工、军工等诸多重要工业部门。
铬铁渣目前主要处置方式可分为三大类，一是直接回收利用，铬铁渣中含有一定的金属元素等可利用成分，可以根据其理化性质进行有效回收，增加铁合金炉渣的使用量，可以提高元素回收率，提高经济效益，多采用磁选或重选的方法直接进行合金回收；二是用作水泥原料，用于生产水泥混合料是铁合金炉渣在建筑材料行业资源化的重要途径之一；三是用作建筑和筑路材料，可用于生产建筑用砖。
随着国家可持续发展和循环经济理念的深入，铁合金炉渣综合利用要遵循“减量化、再利用、资源化”原则，形成再生循环利用的经济模式，通过资源的高效和循环利用，实现污染的低排放，保护环境，实现社会、经济与环境的可持续发展。
近年来由于加强环境保护，工业快速发展，耐火材料原料价格有上涨趋势，利用废弃物制备耐火材料可缓解耐火材料原料价格上涨造成的成本增加。
转炉挡渣锥是转炉出钢后期置于出钢口，利用其密度介于钢水与熔渣之间的特性，阻挡熔渣随钢水进入钢包，减少出钢下渣量的功能性耐火制品。
钢水密度为7.15g/cm3左右，熔渣密度为3.0g/cm3左右。通常，挡渣锥密度以在3.8～4.2 g/cm3为宜。实际应用时，由于Al2O3-SiO2质、MgO-Al2O3质或者MgO质的耐火制品都达不到密度要求，所以挡渣锥需加入铸铁块、铁珠、锡铁、铁屑压合块、废钢等作为配重材料以提高整体密度。
由于转炉终渣呈碱性，挡渣锥耐火主要原料采用高铝矾土熟料或镁沙等，结合剂采用高铝水泥或镁质水泥，此外还加入少量减水剂等外加剂。
按结构分类，目前使用的挡渣锥主要有分散型和集中型两种类型。挡渣锥制作要素为：尺寸符合炉型要求、耐火度大于转炉出钢温度、体密介于钢水与熔渣之间、锥头抗高温爆裂。转炉出钢温度一般控制在1650℃～1680℃。存在以下缺点：
1、每生产1t高碳铬铁会产生0.8～1.3t铬铁渣，大量排放的铬铁渣既占用土地，又污染环境；
2、铬铁渣处置量较少，资源化利用率低；
3、生产挡渣锥采用耐火材料消耗大，生产成本高。
随着国家废改税政策的实施，铬铁渣堆放需上交大量税，利用铬铁渣配制铁包浇注料及制作转炉使用挡渣锥，能够消化铬铁合金冶炼过程产生的铬铁渣固废，实现铬铁渣固废的资源化循环利用，满足循环经济的要求，同时降低转炉用挡渣锥生产成本，缓解耐火材料价格波动对挡渣锥成本的影响，减少环境污染，使用跳汰法回收铬铁后的铬铁渣，其粒度在5mm～50mm之间，以骨料形式加入，无需对铬铁渣再次加工处理，有效利用铬铁渣中MgO、Cr2O3及镁铝尖晶石等，降低能源消耗，该技术开发是顺应循环经济发展和节能减排要求的，该技术目前尚属空白。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种成本低廉、环保、安全的添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，包括以下步骤：
1）原料制备：将高碳铬铁合金炉渣经跳汰法选取炉渣内的铬铁合金，将选取的铬铁合金回炉冶炼，冶炼处理后铬铁合金炉渣过振动筛筛选处粒度为5～50mm，体积密度为3.0～3.4g/cm3的颗粒，作为制备转炉用挡渣锥铬铁渣原料。
2）混合配料：在步骤1）中制备的挡渣锥铬铁渣原料中加入高铝球粉、钒土、硅灰、水泥、活性氧化铝粉、蓝晶石、碳化硅，并混合均匀，其中铬铁渣占20%～40%，高铝球粉占4%～50%，钒土占15%～30%，硅灰占3%～6%，水泥占3%～6%，活性氧化铝粉占5%～10%，蓝晶石占3%～8%，碳化硅占3%～8%，在总量的基础上再外加有机纤维，且有机纤维占总量的0.05%～0.15%。
3）椎体制作：将步骤2）混合均匀的原料加入搅拌机，并加入水，且加入的水的质量占加入原料的1～2%，搅拌5～10min后，将制备的原料装入挡渣锥椎体模具内填平，在振动台上振动密实制作挡渣锥椎体。
4）锥杆浇注：采用原有工艺进行浇注挡渣锥锥杆。
5）养生干燥：将步骤3）制备的挡渣锥椎体和步骤4）制备的挡渣锥锥杆在室温下养生24小时后，进行脱模，脱模后继续进行养生干燥，养生时间为120h～168h。
6）装配成型：将步骤5）中养生干燥的挡渣锥椎体和挡渣锥锥杆进行装配，将挡渣锥锥杆插入挡渣锥锥孔内，锥杆尾部焊接卡扣进行固定。
进一步地，步骤1）中的高碳铬铁合金炉渣是以炭为还原剂还原铬铁矿过程中形成的造岩矿物集合体，其中镁橄榄石及镁铝尖晶石占铬铁炉渣总量的70%～90％。
进一步地，步骤1）中的转炉挡渣锥用的铬铁渣原料的化学组成为：SiO2：23%～25%、Al2O3：24%～26%、Cr2O3：7%～9%、MgO：28%～30%、TFe：4.5%～5.5%，K2O+Na2O+ZnO：0.21%～0.53%。
进一步地，步骤3）中活性氧化铝粉为α活性氧化铝粉。
进一步地，步骤6）所述中装配成型的转炉用挡渣锥单支重量为23kg～28kg，密度为3.8～4.2g/cm3。
进一步地，步骤3）中振动密实过程中出现原料表面不平的情况时需刮平处理。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
（1）该方法绿色、环保，能够消化铬铁合金冶炼过程产生的铬铁渣固废，实现铬铁渣固废的资源化循环利用，满足循环经济的要求。
（2）该方法可有效降低转炉用挡渣锥生产成本，缓解耐火材料价格波动对挡渣锥成本的影响。
（3）该方法使用跳汰法回收铬铁后的铬铁渣，其粒度在5mm～50mm之间，以骨料形式加入，无需对铬铁渣再次加工处理，节省原料加工过程的能源消耗。
（4）有效利用铬铁渣中MgO、Cr2O3及镁铝尖晶石等，实现铬铁渣资源化高效循环利用。
（5）为铬铁合金炉渣的处置和转炉用挡渣锥的生产提供一种新的方法。
综上，与现有工艺相比，该方法简便、快捷、绿色、环保，能够消化铬铁合金冶炼过程产生的铬铁渣固废，实现铬铁渣固废的资源化循环利用，满足循环经济的要求，同时降低转炉用挡渣锥生产成本，缓解耐火材料价格波动对挡渣锥成本的影响，使用跳汰法回收铬铁后的铬铁渣，其粒度在5mm～50mm之间，以骨料形式加入，无需对铬铁渣再次加工处理，有效利用铬铁渣中MgO、Cr2O3及镁铝尖晶石等，对实现铬铁渣资源化循环利用和节能减排具有重要的意义。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
具体实施方式
本发明使用跳汰法回收铬铁后的铬铁渣，其粒度在5mm～50mm之间，以骨料形式加入有效利用铬铁渣中MgO、Cr2O3及镁铝尖晶石等，制备转炉用挡渣锥，消化铬铁合金冶炼过程产生的铬铁渣固废，实现铬铁渣固废的资源化循环利用，包括原料制备、混合配料、椎体制作、锥杆浇注、养生干燥、装配成型6个阶段，该方法具体按以下步骤进行：
实施例1：
1）原料制备：将高碳铬铁合金炉渣经跳汰法选取炉渣内的铬铁合金，高碳铬铁合金炉渣是以炭为还原剂还原铬铁矿过程中形成的造岩矿物集合体，其中镁橄榄石及镁铝尖晶石占铬铁炉渣总量的85%。
通过跳汰法选取高碳铬铁合金炉渣中的铬铁合金，剩余的铬铁合金炉渣过振动筛筛选出粒度为20mm，体积密度为3.0g/cm3的颗粒，作为制备转炉挡渣锥用的铬铁渣原料。
2）混合配料：在步骤1）中制备的挡渣锥铬铁渣原料中加入高铝球粉、钒土、硅灰、水泥、活性氧化铝粉、蓝晶石、碳化硅，并混合均匀，其中铬铁渣占20%，高铝球粉占48%，钒土占15%，硅灰占3%，水泥占3%，活性氧化铝粉占5%，蓝晶石占3%，碳化硅占3%。在总量的基础上再外加有机纤维，且有机纤维占总量的0.05%。转炉挡渣锥用的铬铁渣原料的化学组成为：SiO2：23.5%、Al2O3：24.8%、Cr2O3：7.6%、MgO：28.5%、TFe：4.7%，K2O+Na2O+ZnO：0.25%，其余为不可避免的杂质，活性氧化铝粉为α活性氧化铝粉。
3）椎体制作：将步骤2）混合均匀的原料加入搅拌机，并加入水，且加入的水的质量占加入原料的1%，搅拌5min后，将制备的原料装入挡渣锥椎体模具内填平，在振动台上振动密实制作挡渣锥椎体，振动密实过程中出现原料表面不平的情况时需刮平处理。
4）锥杆浇注：采用原有工艺进行浇注挡渣锥锥杆。
5）养生干燥：将步骤3）制备的挡渣锥椎体和步骤4）制备的挡渣锥锥杆在室温下养生24小时后，进行脱模，脱模后继续进行养生干燥，养生时间为120h。
6）装配成型：将步骤5）中养生干燥的挡渣锥椎体和挡渣锥锥杆进行装配，将挡渣锥锥杆插入挡渣锥锥孔内，锥杆尾部焊接卡扣进行固定。装配成型的转炉用挡渣锥单支重量为23kg，密度为3.8g/cm3，在50t氧气顶吹转炉使用，挡渣成功率达到99.8%，未出现爆裂现象。
实施例2：
1）原料制备：将高碳铬铁合金炉渣经跳汰法选取炉渣内的铬铁合金，高碳铬铁合金炉渣是以炭为还原剂还原铬铁矿过程中形成的造岩矿物集合体，其中镁橄榄石及镁铝尖晶石占铬铁炉渣总量的70%。
通过跳汰法选取高碳铬铁合金炉渣中的铬铁合金，剩余的铬铁合金炉渣过振动筛筛选出粒度为5mm，体积密度为3.2g/cm3的颗粒，作为制备转炉挡渣锥用的铬铁渣原料。
2）混合配料：在步骤1）中制备的挡渣锥铬铁渣原料中加入高铝球粉、钒土、硅灰、水泥、活性氧化铝粉、蓝晶石、碳化硅，并混合均匀，其中铬铁渣占30%，高铝球粉占24%，钒土占20%，硅灰占4.5%，水泥占4.5%，活性氧化铝粉占7%，蓝晶石占5%，碳化硅占5%，在总量的基础上再外加有机纤维，且有机纤维占总量的0.1%。转炉挡渣锥用的铬铁渣原料的化学组成为：SiO2：24.5%、Al2O3：25.2%、Cr2O3：8.3%、MgO：29.1%、TFe：4.9%，K2O+Na2O+ZnO：0.43%。其余为不可避免的杂质，活性氧化铝粉为α活性氧化铝粉。
3）椎体制作：将步骤2）混合均匀的原料加入搅拌机，并加入水，且加入的水的质量占加入原料的1.5%，搅拌7min后，将制备的原料装入挡渣锥椎体模具内填平，在振动台上振动密实制作挡渣锥椎体，振动密实过程中出现原料表面不平的情况时需刮平处理。
4）锥杆浇注：采用原有工艺进行浇注挡渣锥锥杆。
5）养生干燥：将步骤3）制备的挡渣锥椎体和步骤4）制备的挡渣锥锥杆在室温下养生24小时后进行脱模，脱模后继续进行养生干燥，养生时间为144h。
6）装配成型：将步骤5）中养生干燥的挡渣锥椎体和挡渣锥锥杆进行装配，将挡渣锥锥杆插入挡渣锥锥孔内，锥杆尾部焊接卡扣进行固定。装配成型的转炉用挡渣锥单支重量为25kg，密度为4.0g/cm3，在100t氧气顶吹转炉使用，挡渣成功率达到99.7%，未出现爆裂现象。
实施例3：
1）原料制备：将高碳铬铁合金炉渣经跳汰法选取炉渣内的铬铁合金，高碳铬铁合金炉渣是以炭为还原剂还原铬铁矿过程中形成的造岩矿物集合体，其中镁橄榄石及镁铝尖晶石占铬铁炉渣总量的90％。
通过跳汰法选取高碳铬铁合金炉渣中的铬铁合金，剩余的铬铁合金炉渣过振动筛筛选出粒度为50mm，体积密度为3.4g/cm3的颗粒，作为制备转炉挡渣锥用的铬铁渣原料。
2）混合配料：在步骤1）中制备的挡渣锥铬铁渣原料中加入高铝球粉、钒土、硅灰、水泥、活性氧化铝粉、蓝晶石、碳化硅，并混合均匀，其中铬铁渣占35%，高铝球粉占19%，钒土占20%，硅灰占4.5%，水泥占4.5%，活性氧化铝粉占7%，蓝晶石占5%，碳化硅占5%，在总量的基础上再外加有机纤维，且有机纤维占总量的0.1%。转炉挡渣锥用的铬铁渣原料的化学组成为：SiO2：24.9%、Al2O3：25.6%、Cr2O3：8.7%、MgO：29.4%、TFe：5.3%，K2O+Na2O+ZnO：0.53%，其余为不可避免杂质，活性氧化铝粉为α活性氧化铝粉。
3）椎体制作：将步骤2）混合均匀的原料加入搅拌机，并加入水，且加入的水的质量占加入原料的2%，搅拌10min后，将制备的原料装入挡渣锥椎体模具内填平，在振动台上振动密实制作挡渣锥椎体，振动密实过程中出现原料表面不平的情况时需刮平处理。
4）锥杆浇注：采用原有工艺进行浇注挡渣锥锥杆。
5）养生干燥：将步骤3）制备的挡渣锥椎体和步骤4）制备的挡渣锥锥杆在室温下养生24小时后，进行脱模，脱模后继续进行养生干燥，养生时间为168h。
6）装配成型：将步骤5）中养生干燥的挡渣锥椎体和挡渣锥锥杆进行装配，将挡渣锥锥杆插入挡渣锥锥孔内，锥杆尾部焊接卡扣进行固定。装配成型的转炉用挡渣锥单支重量为28kg，密度为4.2g/cm3，在120t氧气顶吹转炉使用，挡渣成功率达到99.9%，未出现爆裂现象。

Claims (6)

1.一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，其特征是，包括以下步骤：
1）原料制备：将高碳铬铁合金炉渣经跳汰法选取炉渣内的铬铁合金，将选取的铬铁合金回炉冶炼，冶炼处理后铬铁合金炉渣过振动筛筛选处粒度为5～50mm，体积密度为3.0～3.4g/cm3的颗粒，作为制备转炉挡渣锥用的铬铁渣原料；
2）混合配料：在步骤1）中制备的转炉挡渣锥用的铬铁渣原料中加入高铝球粉、钒土、硅灰、水泥、活性氧化铝粉、蓝晶石、碳化硅，并混合均匀， 其中铬铁渣占20%～40%，高铝球粉占4%～50%，钒土占15%～30%，硅灰占3%～6%，水泥占3%～6%，活性氧化铝粉占5%～10%，蓝晶石占3%～8%，碳化硅占3%～8%，在总量的基础上再外加有机纤维，且有机纤维占总量的0.05%～0.15%；
3）椎体制作：将步骤2）混合均匀的原料加入搅拌机，并加入水，且加入的水的质量占加入原料的1～2%，搅拌5～10min后，将制备的原料装入挡渣锥椎体模具内填平，在振动台上振动密实制作挡渣锥椎体；
4）锥杆浇注：采用原有工艺进行浇注挡渣锥锥杆；
5）养生干燥：将步骤3）制备的挡渣锥椎体和步骤4）制备的挡渣锥锥杆在室温下养生24小时后，进行脱模，脱模后继续进行养生干燥，养生时间为120h～168h；
6）装配成型：将步骤5）中养生干燥的挡渣锥椎体和挡渣锥锥杆进行装配，将挡渣锥锥杆插入挡渣锥锥孔内，锥杆尾部焊接卡扣进行固定。
2.根据权利要求1所述的一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，其特征是：所述步骤1）中的高碳铬铁合金炉渣是以炭为还原剂还原铬铁矿过程中形成的造岩矿物集合体，其中镁橄榄石及镁铝尖晶石占铬铁炉渣总量的70%～90％。
3.根据权利要求1所述的一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，其特征是：所述步骤1）中的转炉挡渣锥用的原料铬铁渣的化学组成为：SiO2：23%～25%、Al2O3：24%～26%、Cr2O3：7%～9%、MgO：28%～30%、TFe：4.5%～5.5%，K2O+Na2O+ZnO：0.21%～0.53%。
4.根据权利要求1所述的一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，其特征是：所述步骤3）中活性氧化铝粉为α活性氧化铝粉。
5.根据权利要求1所述的一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，其特征是：所述步骤6）所述中装配成型的转炉用挡渣锥单支重量为23kg～28kg，密度为3.8～4.2g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种添加铬铁渣配制转炉用挡渣锥的方法，其特征是：所述步骤3）中振动密实过程中出现原料表面不平的情况时需刮平处理。
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