CN112342338A - 一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，包括如下步骤：在不锈钢冶炼过程中，将造渣原料分批次加入到冶炼炉内，使造渣原料溶解于钢渣中；其中，第一批次造渣原料采用石灰和白云石，后批次造渣原料采用白云石和低熔点的复合渣料。该方法显著消除渣中游离CaO的存在，并消除CaO边界析出的含铬的CaCr2O4和MgO相，同时复合渣料中的Al2O3还能起到改质不锈钢渣的作用，改善了不锈钢渣中铬的赋存状态，实现铬向稳定的尖晶石相富集，从而多纬度降低不锈钢冶炼过程产生电炉钢渣中铬的污染。

Description

一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法
技术领域
本发明属于电炉炼钢技术领域，具体涉及一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，不锈钢产量不断升高，并同时伴随大量电炉不锈钢渣的产生。截止2018年，我国不锈钢的产量突破3000万吨，同比增长12%，按照每生产1吨钢会产生0.25吨不锈钢渣来计算，每年可产生约750万吨的电炉不锈钢渣，且不断呈上升趋势。在不锈钢冶炼过程中，需要向熔渣中添加一定量的石灰，以实现钢液脱磷和脱硫的目的。当石灰加入到熔融的钢渣中时，CaO会与熔渣中的SiO2生成高熔点的硅酸二钙相，从而抑制石灰的持续溶解，导致钢渣中会存在一定量的未熔石灰相。同时从实验结果发现，当CaO加入到熔融的不锈钢渣时，会在未熔的CaO界面析出针状的CaCr2O4，同时也会析出含铬的MgO相。CaCr2O4是一种酸溶性物质，稳定性较差，在酸性条件下易发生溶出。同时MgO也是一种不稳定相，在热焖处理过程中，由于未溶石灰的消解而产生体积膨胀，引起扬尘，从而将含铬的污染物以细小颗粒物的形式带入到空气中，从而对钢铁企业周边的居民健康带来很大的影响。除此之外，不锈钢渣中的铬还可赋存于多种不稳定的物相中，在热焖打水过程中，会发生铬的溶出，从而危害环境。因此，开发出一种控制电炉不锈钢渣铬污染的方法，对于促进不锈钢的绿色冶炼有重要意义。
针对上述问题，中国专利CN110357459A提供了一种控制含铬钢渣中铬污染风险的方法，该方法需首先将CaO进行研磨处理，并进行强化搅拌，促进CaO在熔渣中的溶解，从而消除游离CaO的存在，并在出渣过程中加入改质剂，从而实现铬的无害化。该方法虽能有效降低铬的污染风险，但并不能完全实现CaO的溶解，因此不可避免会产生CaCr2O4和含铬的MgO相，在钢渣热焖时仍会带来环境污染。
发明内容
本发明的目的是克服现有电炉不锈钢冶炼过程中存在未溶解的CaO，而产生CaCr2O4和含铬的MgO相，在钢渣热焖时带来环境污染的问题。
为此，本发明提供了如下技术方案：
一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，包括如下步骤：
在不锈钢冶炼过程中，将造渣原料分批次加入到冶炼炉内，使造渣原料溶解于钢渣中；其中，第一批次造渣原料采用石灰和白云石，后批次造渣原料采用白云石和低熔点的复合渣料。
进一步的，所述第一批次造渣原料加入量不超过造渣原料总质量的60%。
进一步的，所述复合渣料为12CaO·7Al2O3或3CaO·Al2O3。
进一步的，所述复合渣料为包含12CaO·7Al2O3或/和3CaO·Al2O3的物质。
进一步的，所述后批次造渣原料所需白云石和复合渣料的用量根据造渣所需的碱度和MgO含量要求，利用物料平衡计算得到。
进一步的，所述后批次造渣原料在第一批次造渣原料的石灰和白云石完全溶解后再加入。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法中先加入石灰和白云石作造渣原料，由于前期熔渣碱度低，有利于CaO的迅速溶解，可使造渣原料在低碱度下充分溶解，随着渣碱度的提高，CaO溶解难度增大，然后加入预熔的复合渣料替代传统的石灰进行冶炼，显著消除渣中游离CaO的存在，并消除CaO边界析出的含铬的CaCr2O4和MgO相，减少热焖过程中含铬物质随扬尘排放至大气中，满足绿色发展的要求。
(2)本发明提供的这种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法采用的复合渣料中的Al2O3还能起到改质不锈钢渣的作用，改善了不锈钢渣中铬的赋存状态，实现铬向稳定的尖晶石相富集，从而多纬度降低了不锈钢冶炼过程产生电炉钢渣中铬的污染。
(3)本发明提供的这种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法处理后的不锈钢渣满足资源化利用的标准，可应用于水泥、路基材料等产品中。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本发明提供了一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，具体过程如下：
在不锈钢冶炼过程中，将造渣原料分批次加入到冶炼炉内，使造渣原料溶解于钢渣中；其中，第一批次造渣原料采用石灰和白云石，后批次造渣原料采用白云石和低熔点的复合渣料。
具体的，复合渣料为12CaO·7Al2O3或3CaO·Al2O3；还可以是包含12CaO·7Al2O3或/和3CaO·Al2O3的物质。
在不锈钢冶炼过程中，由于前期熔渣碱度低，第一批次造渣原料以传统的石灰（CaO）和白云石加入，该第一批次造渣原料加入量不超过造渣原料总质量的60%，有利于CaO的迅速溶解；而随着渣碱度的提高，CaO溶解难度增大，后批次造渣原料改用复合渣料和白云石替代传统石灰（CaO）和白云石，并依据造渣所需的碱度和MgO含量要求，通过物料平衡计算求出冶炼过程中复合渣料和白云石的用量。该方法显著消除渣中游离CaO的存在，并消除CaO边界析出的含铬的CaCr2O4和MgO相，同时复合渣料中的Al2O3还能起到改质不锈钢渣的作用，改善了不锈钢渣中铬的赋存状态，实现铬向稳定的尖晶石相富集，从而多纬度降低不锈钢冶炼过程产生电炉钢渣中铬的污染。
下面以具体实施例说明采用本发明的电炉冶炼不锈钢方法对钢渣中铬溶出量控制的效果。
实施例1：
取传统采用石灰作造渣原料进行不锈钢冶炼过程中产生的不锈钢渣，并对此不锈钢渣的成分及微观形貌进行分析，结果发现在此不锈钢渣成分存在一定量的游离CaO，且在未熔CaO周围析出了CaCr2O4和含铬MgO。依据行业标准HJ/T 299-2007“固体废弃物浸出毒性浸出方法”，取50g该渣样加入到pH值为3.2的硫酸硝酸混合液（硫酸和硝酸质量比为2:1）中，液固比设定为10:1，在翻转式振荡器中以30rpm的条件下振荡18h，浸出实验结束后，进行真空抽滤得到滤液，采用ICP-OES对浸出液中的总铬浓度进行测定；测定结果表明，采用传统石灰作造渣原料进行不锈钢冶炼的方式条件下不锈钢渣中铬的溶出量达到5.32mg/L。
而采用本发明上述控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，以不锈钢渣中MgO含量为8%计算造渣原料的加入量，第一批次造渣原料（石灰和白云石）加入量为造渣原料总要求加入量的60%，第二批次造渣原料以复合渣料（12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3）和白云石进行加入，不锈钢冶炼过程中其它条件控制同上述传统不锈钢冶炼过程一致。冶炼结束后，同样取渣样进行成分及微观形貌进行分析，并进行浸出实验检测。分析检测结果表明，采用本发明的控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法得到的不锈钢渣中无明显的CaCr2O4和含铬MgO存在，且不锈钢渣中铬的浸出量下降到0.18 mg/L。
实施例2：
取电炉冶炼不锈钢过程中采用石灰作造渣原料产生的不锈钢渣，并对此不锈钢渣的成分及微观形貌进行分析，分析可知，不锈钢渣成分存在一定量的游离CaO。依据行业标准HJ/T 299-2007“固体废弃物浸出毒性浸出方法”，取50g该渣样加入到pH值为3.2的硫酸硝酸混合液（硫酸和硝酸质量比为2:1）中，液固比设定为10:1，在翻转式振荡器中以30rpm的条件下振荡18h，浸出实验结束后，进行真空抽滤得到滤液，采用ICP-OES对浸出液中的总铬浓度进行测定，测定结果表明，采用石灰作造渣原料进行电炉不锈钢冶炼的方式条件下不锈钢渣中铬的溶出量达到4.68mg/L。
而采用本发明上述控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，以不锈钢渣中MgO含量为8%计算造渣原料的加入量。第一批次造渣原料（石灰和白云石）加入量为造渣原料总要求加入量的50%，第二批次造渣原料以复合渣料（12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3）和白云石进行加入，不锈钢冶炼过程中其它条件控制同上述电炉不锈钢冶炼过程一致。冶炼结束后，取渣样进行物相分析，并进行浸出实验检测。分析检测结果表明，采用本发明的控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法得到不锈钢渣中无明显的CaCr2O4和含铬MgO存在，且铬的浸出量下降到0.08mg/L。
综上所述，本发明提供的这种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法显著消除渣中游离CaO的存在，并消除CaO边界析出的含铬的CaCr2O4和MgO相，同时复合渣料中的Al2O3还能起到改质不锈钢渣的作用，改善了不锈钢渣中铬的赋存状态，实现铬向稳定的尖晶石相富集，从而多纬度降低不锈钢冶炼过程产生电炉钢渣中铬的污染。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，其特征在于，包括如下步骤：
在不锈钢冶炼过程中，将造渣原料分批次加入到冶炼炉内，使造渣原料溶解于钢渣中；其中，第一批次造渣原料采用石灰和白云石，后批次造渣原料采用白云石和低熔点的复合渣料。
2.如权利要求1所述的一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，其特征在于：所述第一批次造渣原料加入量不超过造渣原料总质量的60%。
3.如权利要求1所述的一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，其特征在于：所述复合渣料为12CaO·7Al2O3或3CaO·Al2O3。
4.如权利要求1所述的一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，其特征在于：所述复合渣料为包含12CaO·7Al2O3或/和3CaO·Al2O3的物质。
5.如权利要求1所述的一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，其特征在于：所述后批次造渣原料所需白云石和复合渣料的用量根据造渣所需的碱度和MgO含量要求，利用物料平衡计算得到。
6.如权利要求1所述的一种控制钢渣中铬污染的电炉冶炼不锈钢方法，其特征在于：所述后批次造渣原料在第一批次造渣原料的石灰和白云石完全溶解后再加入。
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