CN111944946B - 一种除尘灰冷压块及其制备方法和应用 - Google Patents

一种除尘灰冷压块及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及炼钢废料资源化利用技术领域，具体公开一种除尘灰冷压块及其制备方法和应用。除尘灰冷压块，包括以下质量份数的组分：转炉除尘灰70‑80份，氧化铁皮10‑15份，冶炼废渣10‑20份和粘合剂4‑6份。所述除尘灰冷压块可以通过静压或振压两种方法制备得到，可用于作为转炉炼钢的造渣剂、助熔剂、氧化剂、冷却剂、脱硫剂和脱磷剂。本发明的除尘灰冷压块具有成型率高、密度和强度高、粘合剂用量少、分化率低以及压制过程无需蒸养或其它养护过程的特点。

Description

一种除尘灰冷压块及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及炼钢废料资源化利用技术领域，尤其涉及一种除尘灰冷压块及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国冶金行业的快速发展，钢铁企业生产过程中所产生的粉尘对环境的影响也越来越受到人们的重视。尤其在转炉冶炼的过程中，会产生大量的灰尘，对于这些灰尘，目前一般采用两种方法进行处理，一种为湿法除尘，并产生含铁的尘泥，也称为污泥；另一种为干法除尘，最终产生的是除尘粗灰及细灰。由于干法除尘对细小粉尘控制能力更强，且通过干法收集的转炉除尘灰是一种良好的冶金二次资源，TFe含量可以达到50％以上，可以作为转炉冶炼中的助熔剂和氧化剂。同时转炉除尘灰还含有一定量的碱性氧化物(CaO、MgO等)，也可以作为造渣剂使用。因此，充分回收利用这些转炉除尘灰，不仅有利于环保、实现资源的可持续发展，还有助于降低生产成本、提高钢厂经济效益。随着我国冶金行业的迅速发展，以及人们环保意识的增强，转炉除尘灰的高效利用得到人们的广泛关注。
由于转炉除尘灰的粉尘颗粒极其细小，无法直接使用，传统的方式是将收集到的转炉除尘灰与一定量的粘合剂混合后挤压制成球团进行回炉利用。但是传统的制备方法得到的回炉冶炼用冷固球团的强度低、粉化率高，其由高位料仓向转炉内投放过程中极易被吹散和带出，不仅严重影响转炉除尘灰的二次利用效率，还会造成二次污染。若增加粘合剂的用量或者更换、优化粘合剂的成分又容易带入对钢铁生产不利的物质，影响炼钢的质量。因此，目前的冷固球团技术虽然对炼钢除尘灰进行有效的回炉重新利用，但是受除尘灰本身的性质和其它原因的影响，冷固球团中除尘灰的含量比较低，且需要添加大量的胶黏剂，且效果并不理想，在钢厂实际生产应用中存在诸多不便。
发明内容
针对现有利用转炉除尘灰制成的回炉冶炼用球团强度低、粉化率高，除尘灰利用率低以及容易产生二次污染的问题，本发明提供一种除尘灰冷压块及其制备方法和应用。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种除尘灰冷压块，包括以下质量份数的组分：
转炉除尘灰70-80份，氧化铁皮10-15份，冶炼废渣10-20份和粘合剂4-6份。
本发明提供的除尘灰冷压块利用特定配比的转炉除尘灰、氧化铁皮和冶炼废渣为原料，并加入特定含量的粘合剂而得到，具有成型率高、粉化率低、压制过程无需蒸养或其它养护过程的特点，避免产生二次污染。转炉除尘灰和氧化铁皮均为炼钢过程中产生的废弃物，其中，冶炼废渣为炼钢产生的废渣，其主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO(镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔体)和游离石灰，将冶炼废渣与转炉除尘灰和氧化铁皮按特定比例混合制成冷压块进行回炉冶炼，一方面可以代替部分炼钢原料的加入，降低原料成本(炼钢原料加入质量降低22-25％，炼钢原料包括铁水、废钢、造渣剂和冷却剂)；另一方面特定比例的转炉除尘灰、氧化铁皮和冶炼废渣在加水后相互之间会通过物理和化学作用产生一定强度的胶结，增加冷压块的强度，极大降低粘合剂的加入量，并显著提高除尘灰的容纳量，避免了对炼钢不利的元素进入转炉中影响转炉冶炼。利用本发明特定配比的转炉除尘灰、氧化铁皮和冶炼废渣结合，在回炉冶炼中兼具助熔剂、氧化剂、造渣剂和脱磷剂的作用，且与单独利用转炉除尘灰作为原料相比，显著增加Fe的提炼效率，并使还原铁的产能达到10％以上。
优选的，所述粘合剂包括以下质量份数的组分：
硅酸钙8-10份，硅酸镁2-3份，氧化钙1-2份，氧化镁1-2份和三氧化二铝1-2份。上述粘合剂的组分和配比可以代替传统使用的水泥发挥作用，并且避免因水泥的加入而引入有害元素。且上述粘合剂中各组分的配比可以保证冷压块的碱性度、提升冷压块中除尘灰的容纳量，并在炼钢过程中随着转炉的炉渣排出，实现与钢水的有效分离，不会引入其他有害元素。
优选的，所述转炉除尘灰由质量比为4.5-5.5:1的细灰和污泥组成；所述细灰为转炉冶炼的过程中通过干法除尘收集的除尘灰；所述污泥为转炉冶炼的过程中通过湿法除尘得到的污泥，所述污泥中水的质量含量为20-30％。
污泥中除含有收集的转炉除尘灰之外，还含有大量的水，转炉除尘灰通过湿法除尘得到的污泥本身具有一定的胶黏作用，可以进一步降低粘合剂的用量、提高冷压块的强度、降低回炉过程中的粉化率。
优选的，所述冶炼废渣的粒径为5-10mm。通过加入特定比例的粒径为5-10mm的冶炼废渣，可以进一步提高冷压块压制成型的强度、降低粉化率。
优选的，所述冶炼废渣的含铁量为30-45％，可使用含铁量为30-45％的钢渣。
优选的，所述除尘灰冷压块为大小为(220-260)mm×(100-130)mm×(50-60)mm的矩形砖块。上述大小的矩形砖块相比于传统的冷固球团具有高容纳量且不易松散的优势，降低转炉除尘灰等废料回炉过程中的粉化率、避免产生二次污染，并有效提高转炉除尘灰等废料的回炉利用率。
优选的，还包括2-6份的氧化铁红。
优选的，还包括0.2-0.4份的改性聚羧酸盐和0.1-0.3份的硼酸。
改性聚羧酸盐对于碳酸钙等成垢盐类和无机矿物质具有良好的分散作用，能够高效分散所遇到的无机微粒，且可抗拒PH的影响，且改性聚羧酸盐分子主链上接有许多个有一定长度和刚度的支链(侧链)，在主链和支链上都含有大量带电的磺酸盐基团，使除尘灰等、氧化铁皮和冶炼废渣中的大量无机颗粒通过物理和化学作用的与粘合剂牢固结合，并加快冷压块的凝结速度。硼酸的加入可以与冷压块原料中的氧化钙反应形成硼酸钙，一方面可以提高冶炼废渣的碱性度，利于炼钢，不会产生不利影响；另一方面，特定量的改性聚羧酸盐和硼酸的结合可以进一步增加冷压块在压制过程中强度的提升速度，缩短压制时间，极大提高冷压块的生产效率。此外硼酸的加入还可以极大缩短甚至免去冷压块制作过程中混合料的消解时间，进一步提升冷压块的制作效率。
本发明还提供所述除尘灰冷压块的制备方法，该制备方法至少包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将所述组分混合均匀，得到混合料；
b、在所述混合料中加入水，搅拌均匀后得到湿料；
c、将所述湿料放入模具中加压成型，干燥得到所述除尘灰冷压块。
相对于现有技术，本发明提供的除尘灰冷压块的制备方法简单，通过简单的加压设备和模具即可完成，与冷固球团生产工艺中的挤压成球过程相比，具有操作简单、压制强度高、用时短、容纳量高以及成品粉化率低的优势。
优选的，步骤b中，所述水的加入量相当于所述混合料质量的5-10％。
优选的，步骤b中，加入水后放置2-10h。加水后放置2-10h可以进一步保证混合料中氧化钙的充分消解。
优选的，步骤c中，所述加压成成型过程分三次进行，第一次加压成型的压力为240-250Mpa，持续加压时间为1-5s；第二次加压成型的压力为280-290Mpa，持续加压时间为3-5s；第三次加压成型的压力为320-340Mpa，持续加压时间为3-5s。物料的密度与强度变化成正比，通过简单的提高压制的压力来增加物料成型的密度进而增加物料成型后的使用强度是常规的操作，但是当物料通过压制达到特定密度后，很难再提升其密度和强度。本申请通过上述三次分开的压制工艺，同时控制压强的梯度增压速率，可以使本申请除尘灰冷压块的密度在达到一定程度后发生质的改变，即最后一次压制过程其密度变化较小，但是其使用强度却极大改变，从而使所得冷压块的强度显著提高。
优选的，步骤c中，所述干燥的温度为15-40℃、湿度≤10％、时间≥2d。
本发明还提供所述除尘灰冷压块的另一种制备方法，该制备方法至少包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将所述组分混合均匀，得到混合料；
b、在所述混合料中加入水，搅拌均匀后得到湿料；
c、将所述湿料置于模具中振动压实，干燥后得到所述除尘灰冷压块。
优选的，步骤b中，所述水的加入量相当于混合料质量的5-10％。
优选的，步骤b中，加入水后放置2-10h。
优选的，步骤c中，所述振动压实的振动频率为50-70Hz、压力为20-30MPa，时间为4-6s。
优选的，步骤c中，所述干燥的温度为15-40℃、湿度≤10％、时间≥2d。
本发明还提供所述的除尘灰冷压块在作为转炉炼钢的造渣剂、助熔剂、氧化剂、冷却剂、脱硫剂和脱磷剂中的应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种除尘灰冷压块，由以下质量份数的组分组成：
转炉除尘灰70份，氧化铁皮10份，冶炼废渣10份和粘合剂4份。其中，粘合剂由以下质量份数的组分组成：硅酸钙8份，硅酸镁2份，氧化钙1份，氧化镁1份和三氧化二铝1份；转炉除尘灰由质量比为4.5:1的细灰和污泥组成；细灰为转炉冶炼的过程中通过干法除尘收集的除尘灰；污泥为转炉冶炼的过程中通过湿法除尘得到的污泥，污泥中水的质量含量为23％；冶炼废渣为粒径为5-10mm、含铁量为31％的钢渣；除尘灰冷压块大小为240mm×115mm×53mm的矩形砖块。
本实施例中的除尘灰冷压块的制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将上述组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的5％的水，搅拌均匀并放置2h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中加压成型，其中，加压成型过程分三次进行，第一次加压成型的压力为240Mpa，持续加压时间为1s，冷压块的密度为2.14g/cm3、抗压强度为8.2MPa；第二次加压成型的压力为280Mpa，持续加压时间为3s，冷压块的密度为2.97g/cm3、抗压强度为10.3MPa；第三次加压成型的压力为320Mpa，持续加压时间为3s，冷压块的密度为3.14g/cm3、抗压强度为15.3MPa，加压完成后在温度为15℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
实施例2
一种除尘灰冷压块，由以下质量份数的组分组成：
转炉除尘灰70份，氧化铁皮10份，冶炼废渣10份，氧化铁红2份，改性聚羧酸盐XT-2000 0.2份，硼酸0.1份和粘合剂4份。其中，粘合剂由以下质量份数的组分组成：硅酸钙8份，硅酸镁2份，氧化钙1份，氧化镁1份和三氧化二铝1份；转炉除尘灰由质量比为4.5:1的细灰和污泥组成；细灰为转炉冶炼的过程中通过干法除尘收集的除尘灰；污泥为转炉冶炼的过程中通过湿法除尘得到的污泥，污泥中水的质量含量为23％；冶炼废渣为粒径为5-10mm、含铁量为31％的钢渣；除尘灰冷压块大小为240mm×115mm×53mm的矩形砖块。
本实施例中的除尘灰冷压块的制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将上述组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的5％的水，搅拌均匀并放置2h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中加压成型，其中，加压成型过程分三次进行，第一次加压成型的压力为240Mpa，持续加压时间为1s，冷压块的密度为2.14g/cm3、抗压强度为8.2MPa；第二次加压成型的压力为280Mpa，持续加压时间为3s，冷压块的密度为2.97g/cm3、抗压强度为10.3MPa；第三次加压成型的压力为320Mpa，持续加压时间为3s，冷压块的密度为3.14g/cm3、抗压强度为15.3MPa，加压完成后在温度为15℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
实施例3
一种除尘灰冷压块，由以下质量份数的组分组成：
转炉除尘灰75份，氧化铁皮12份，冶炼废渣15份，氧化铁红4份，改性聚羧酸盐XT-2000 0.3份，硼酸0.2份和粘合剂5份。其中，粘合剂由以下质量份数的组分组成：硅酸钙9份，硅酸镁2.5份，氧化钙1.5份，氧化镁1.5份和三氧化二铝1.5份；转炉除尘灰由质量比为5:1的细灰和污泥组成；细灰为转炉冶炼的过程中通过干法除尘收集的除尘灰；污泥为转炉冶炼的过程中通过湿法除尘得到的污泥，污泥中水的质量含量为23％；冶炼废渣为粒径为5-10mm、含铁量为31％的钢渣；除尘灰冷压块大小为240mm×115mm×53mm的矩形砖块。
本实施例中的除尘灰冷压块的制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将上述组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的6％的水，搅拌均匀并放置3h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中加压成型，其中，加压成型过程分三次进行，第一次加压成型的压力为245Mpa，持续加压时间为2s，冷压块的密度为2.21g/cm3、抗压强度为8.7MPa；第二次加压成型的压力为285Mpa，持续加压时间为4s，冷压块的密度为3.01g/cm3、抗压强度为11.2MPa；第三次加压成型的压力为330Mpa，持续加压时间为4s，冷压块的密度为3.27g/cm3、抗压强度为17.6MPa，加压完成后在温度为20℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
实施例4
一种除尘灰冷压块，由以下质量份数的组分组成：
转炉除尘灰80份，氧化铁皮15份，冶炼废渣20份，氧化铁红6份，改性聚羧酸盐XT-2000 0.4份，硼酸0.3份和粘合剂6份。其中，粘合剂由以下质量份数的组分组成：硅酸钙10份，硅酸镁3份，氧化钙2份，氧化镁2份和三氧化二铝2份；转炉除尘灰由质量比为5.5:1的细灰和污泥组成；细灰为转炉冶炼的过程中通过干法除尘收集的除尘灰；污泥为转炉冶炼的过程中通过湿法除尘得到的污泥，污泥中水的质量含量为29％；冶炼废渣为粒径为5-10mm、含铁量为37％的钢渣；除尘灰冷压块大小为240mm×115mm×53mm的矩形砖块。
本实施例中的除尘灰冷压块的制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将上述组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的10％的水，搅拌均匀并放置10h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中加压成型，其中，加压成型过程分三次进行，第一次加压成型的压力为250Mpa，持续加压时间为5s，冷压块的密度为2.37g/cm3、抗压强度为9.6MPa；第二次加压成型的压力为290Mpa，持续加压时间为5s，冷压块的密度为2.98g/cm3、抗压强度为11.3MPa；第三次加压成型的压力为340Mpa，持续加压时间为5s，冷压块的密度为3.18g/cm3、抗压强度为15.5MPa，加压完成后在温度为30℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
实施例5
利用振压法制备与实施例1中组分相同的除尘灰冷压块，具体制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将除尘灰冷压块的各组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的8％的水，搅拌均匀并放置2h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中振动压实，振动压实的振动频率为60Hz、压力为25MPa，时间为5s，振压完成后在温度为15℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
实施例6
利用振压法制备与实施例2中组分相同的除尘灰冷压块，具体制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将除尘灰冷压块的各组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的8％的水，搅拌均匀并放置2h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中振动压实，振动压实的振动频率为60Hz、压力为25MPa，时间为5s，振压完成后在温度为15℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
实施例7
利用振压法制备与实施例3中组分相同的除尘灰冷压块，具体制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将除尘灰冷压块的各组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的5％的水，搅拌均匀并放置3h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中振动压实，振动压实的振动频率为50Hz、压力为20MPa，时间为4s，振压完成后在温度为20℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
实施例8
利用振压法制备与实施例4中组分相同的除尘灰冷压块，具体制备方法包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将除尘灰冷压块的各组分混合均匀，得到混合料；
b、在混合料中加入相当于混合料质量的10％的水，搅拌均匀并放置10h，得到湿料；
c、将湿料放入砖模中振动压实，振动压实的振动频率为70Hz、压力为30MPa，时间为6s，振压完成后在温度为30℃、湿度为10％条件下干燥2d，得到除尘灰冷压块。
对实施例1-6中得到的除尘灰冷压块的各项性能进行检测，检测结果如下：
抗压强度 粉化率 密度 含水率
实施例1 13.9MPa 0.031％ 2.79g/cm<sup>3</sup> 1.4％
实施例2 15.3MPa 0.021％ 3.14g/cm<sup>3</sup> 1.3％
实施例3 17.6MPa 0.019％ 3.27g/cm<sup>3</sup> 1.6％
实施例4 15.5MPa 0.020％ 3.18g/cm<sup>3</sup> 1.4％
实施例5 12.7MPa 0.033％ 2.53g/cm<sup>3</sup> 1.6％
实施例6 13.9MPa 0.029％ 2.59g/cm<sup>3</sup> 1.4％
实施例7 14.2MPa 0.023％ 2.61g/cm<sup>3</sup> 1.5％
实施例8 13.3MPa 0.022％ 2.60g/cm<sup>3</sup> 2.0％
粉化率为：将除尘灰冷压块运输至转炉高位料仓并加入转炉后从除尘灰冷压块上脱落并被吹出的粉尘的质量/加入转炉中的除尘灰冷压块的总质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种除尘灰冷压块，其特征在于：包括以下质量份数的组分：
转炉除尘灰70-80份，氧化铁皮10-15份，冶炼废渣10-20份和粘合剂4-6份；还包括0.2-0.4份的改性聚羧酸盐和0.1-0.3份的硼酸；
所述粘合剂包括以下质量份数的组分：硅酸钙8-10份，硅酸镁2-3份，氧化钙1-2份，氧化镁1-2份和三氧化二铝1-2份；
所述除尘灰冷压块的制备方法，包括以下工艺步骤：
a、按质量配比将所述组分混合均匀，得到混合料；
b、在所述混合料中加入水，搅拌均匀后得到湿料；
c、将所述湿料放入模具中加压成型，干燥后得到所述除尘灰冷压块；
步骤b中，所述水的加入量相当于所述混合料质量的5-10%；加入水后放置2-10h；
步骤c中，所述加压成型过程分三次进行，第一次加压成型的压力为240-250MPa ，持续加压时间为1-5s；第二次加压成型的压力为280-290MPa ，持续加压时间为3-5s；第三次加压成型的压力为320-340MPa ，持续加压时间为3-5s。
2.如权利要求1所述的除尘灰冷压块，其特征在于：所述转炉除尘灰由质量比为4.5-5.5:1的细灰和污泥组成；所述细灰为转炉冶炼的过程中通过干法除尘收集的除尘灰；所述污泥为转炉冶炼的过程中通过湿法除尘得到的污泥，所述污泥中水的质量含量为20-30%。
3.如权利要求1所述的除尘灰冷压块，其特征在于：所述冶炼废渣的粒径为5-10mm；和/或
所述冶炼废渣的含铁量为30-45%；和/或
所述除尘灰冷压块大小为（220-260）mm×（100-130）mm×（50-60）mm的矩形砖块。
4.如权利要求1所述的除尘灰冷压块，其特征在于：还包括2-6份的氧化铁红。
5.权利要求1-4任一项所述的除尘灰冷压块在作为转炉炼钢的造渣剂、助熔剂、氧化剂、冷却剂、脱硫剂和脱磷剂中的应用。
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