CN112939489A

CN112939489A - 一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法

Info

Publication number: CN112939489A
Application number: CN202110118234.6A
Authority: CN
Inventors: 王秀龙; 张明飞; 胡芝娟
Original assignee: Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co Ltd
Current assignee: Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明属于钢铁冶炼废料处理、固废资源利用技术领域，尤其涉及一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，所述利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法包括以下步骤：将赤泥烘干处理至水分<3％，采用造粒机造粒，造粒料成品粒度5‑15mm。将造粒料赤泥、转炉熔融钢渣、焦炭加入到熔融还原炉中，通过石墨电极加热，对钢渣进行熔炼得到铁水和重构活性料。本发明提供一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其是采用赤泥对熔融还原炉处理熔融钢渣时所需造渣碱度进行控制，具有固体废弃物再利用、节约资源、成本低、产品附加值高等特点的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法。

Description

一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼废料处理、固废资源利用技术领域，尤其涉及一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法。

背景技术

现有技术和缺陷：

转炉炼钢时产生的钢渣，一般为粗钢产量的15％左右，全国每年钢渣的产排量约1.2亿吨。现有的钢渣处理工艺(如滚筒、闷罐等)是将转炉熔融钢渣降温打散碎块化处理，再磁选回收铁。现有钢渣处理工艺并未将转炉熔融钢渣热能很好地加以利用，磁选后的钢渣尾渣含有铁氧化物、fCaO和RO相，一方面无法回收的铁氧化物造成铁资源的巨大浪费，另一方面尾渣建材化应用时受fCaO安定性、RO相强度活性低等问题制约，钢渣尾渣仍无法大比例高度利用。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，每生产1吨氧化铝排放1.0～1.8吨赤泥。据统计2020年赤泥产生量已达到1亿吨左右，累积堆存超过11亿吨，占地超过12万亩。由于缺乏经济可行的赤泥资源综合利用技术，大量赤泥只能依靠长期堆存处理，不但占用大量土地，还存在赤泥库溃坝、土壤及水污染等风险，最大限度地资源化利用赤泥已刻不容缓。

赤泥成分具有高铁、高碱等特点，也极大限制了其用作水泥生产及混凝土工程。

现有熔融还原炉主要处理冷态冶金渣，在熔融还原炉的操作中，加入改质剂调节渣系碱度，为了适应熔分还原改性工艺造渣碱度的需要，常规做法是在入炉料中加入天然原料如硅石等，这种方法既消耗硅石等天然资源，又浪费了能源。

因此，寻找一种能够在线处理转炉熔融钢渣，采用固体废物替代硅石等天然原料，以用于熔融还原炉控制造渣碱度的需要是本领域亟待解决的重点问题。

解决上述技术问题的难度和意义：

因此，基于现有这些问题，提供一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其是采用赤泥对熔融还原炉处理熔融钢渣时所需造渣碱度进行控制，多种固体废弃物互补利用，具有固废资源消纳量大、原料成本低、产品附加值高等特点，利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其是采用赤泥对熔融还原炉处理熔融钢渣时所需造渣碱度进行控制，将转炉钢渣和赤泥中现有处理工艺无法回收铁氧化物还原成铁水回收，并获得可替代水泥的安定性好、活性高的重构活性料，也为解决赤泥大量堆存提供了一种工艺处理方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，所述利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法包括以下步骤：

对赤泥进行烘干处理，烘干至水分<3％，采用造粒机造粒，造粒粒度5～15mm，以赤泥的总重量计，所述赤泥含有SiO₂ 5-25％、Al₂O₃ 5-25％、CaO 0.1-10％、TFe 20-40％、R₂O0.1-8.0％，所述R₂O为K₂O+Na₂O含量，即碱含量；

将赤泥与转炉熔融钢渣、焦炭加入到熔融还原炉中，通过石墨电极加热，对转炉熔融钢渣进行熔炼得到铁水和重构活性料。

造粒赤泥颗粒料用作转炉钢渣造渣调质，所述重构活性料可以代替水泥用于建材。石墨电极加热主要是由于熔融还原炉大多为电弧炉形式，加热形式采用的是石墨电极。转炉熔融钢渣，在线即指的是转炉出来的熔融态钢渣，不是冷却后的钢渣。造粒赤泥颗粒料用作转炉熔融钢渣造渣调质，所述重构活性料活性高，可以大比例代替水泥用于建材。

本发明还可以采用以下技术方案：

在上述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法中，进一步的，所述赤泥的添加量占入炉料总质量的65％以下。

在上述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法中，进一步的，所述赤泥添加量占入炉料总质量的25-50％。

赤泥添加量可以根据熔分还原改性生产的造渣碱度要求进行控制，本发明为保证赤泥与转炉熔融钢渣形成的入炉料熔渣体系，具有良好的流动性和传质能力，调整入炉料碱度至0.7～1.5，入炉料碱度以(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)的四元碱度数值表示。

在上述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法中，进一步的，所述焦炭的添加量Q由配碳系数k和焦炭碳含量α来确定，Q＝k/α。

在上述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法中，进一步的，所述转炉熔融钢渣在熔分还原造渣改质时的温度为1500℃以上。

在上述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法中，进一步的，所述转炉钢渣在熔分还原造渣改质时的温度为1500℃～1600℃。

在上述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法中，进一步的，所产生的重构活性料碱度为0.70-1.50，重构活性料的碱度以(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)的四元碱度数值表示。

综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明将赤泥添加到熔融还原炉中调节熔融钢渣造渣碱度，节约了硅石等天然资源，为解决赤泥大量堆存提供了一种工艺处理方法。在线处理熔融钢渣，赤泥和熔融钢渣中含有的铁氧化物均被还原成铁水，铁资源回收量大，同时获得一种可替代水泥用的重构活性料。熔融钢渣所含有的热能被充分用作还原重构。

2、赤泥因碱高无法很好地用于水泥生产，本发明赤泥中的碱R₂O在熔融造渣过程中与转炉熔融钢渣渣系形成固溶体矿物，将赤泥中可水溶性的碱固化保留，制备的重构活性料强度高，消除了赤泥碱高建材化应用难问题。

3、造粒赤泥颗粒料可使转炉熔融钢渣熔渣体系粘度降低、流动性变好，传质过程加快，是一种效果优良的碱度调节剂。

具体实施方式

本发明包括以下步骤：将高含水量的赤泥送入烘干机烘干处理，烘干后的赤泥水分<3％。烘干赤泥投入造粒机造粒，造粒粒度5～15mm。以赤泥的总重量计，所述赤泥含有SiO₂ 5-25％、Al₂O₃ 5-25％、CaO0.1-10％、Fe₂O₃ 30-50％、R₂O 0.1-8.0％，所述R₂O为(K₂O+Na₂O)含量，即碱含量。

将造粒赤泥颗粒料与转炉熔融钢渣、焦炭加入到熔融还原炉中，造粒赤泥颗粒料对转炉熔融钢渣进行调质，焦炭与转炉熔融钢渣及赤泥中的铁氧化物发生还原反应。整个熔炼过程中采用石墨电极加热补热方式，维持炉内熔池温度1500℃～1600℃。熔炼完成后得到铁水和重构活性料。重构活性料可以大比例代替水泥用于建材。

采用渣包接取转炉熔融钢渣后，倒入熔融还原炉，倒入过程中将造粒赤泥颗粒料随渣流混合，形成入炉料熔池，将石墨电极伸入熔池中加热至1500℃以上，配以焦炭作还原剂，从炉顶部加料口加入熔池。单组分转炉熔融钢渣由于渣系粘度大、流动性差、传质难，很难与还原剂进行反应。加入赤泥后，与转炉熔融钢渣发生一系列物理化学反应，形成粘度低、流动性好的新渣系，还原剂与新渣系中的铁氧化物发生反应，将其还原成单质铁，以铁水的形式沉于熔池底部，其它渣系成分形成重构活性料，浮于铁水层上方。最终定时从铁口排放出铁水、从料口排放出重构活性料。重构活性料粉磨至合适细度后替代水泥用于建材。

赤泥添加量可以根据熔融还原改性生产的造渣碱度要求进行控制，赤泥与转炉熔融钢渣形成的入炉料碱度调整至0.8～1.5范围内，熔渣体系具有良好的流动性和传质能力。

焦炭与入炉料铁氧化物发生的氧化还原反应主要有下式：

2FeO+C＝2Fe+CO₂ (1)

2Fe₂O₃+3C＝4Fe+3CO₂ (2)

根据式(1)、式(2)可获知，获取每kg铁水TFe所需的碳配入量k＝0.107～0.160kg，k值可根据入炉料取样化学分析Fe₂O₃、FeO含量或生产经验取值。焦炭中的碳含量为α，则每kg铁水TFe所需的焦炭配入量Q为：

Q＝k/α(3)

其中，k为配碳系数，α为焦炭碳含量。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：

实施例1

实施例1提供了一种使用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其包括以下步骤：

(1)对赤泥进行烘干处理，将原赤泥水泥20.0％烘干至3.0％，采用造粒机造粒，造粒粒度5～15mm；

(2)造粒赤泥颗粒料通过上料系统储存于转炉顶料仓，将转炉熔融钢渣运送投入到熔融还原炉，投入时将造粒赤泥颗粒料随渣流按一定比例混合。入炉料的主要成分及比例、碱度等见表1。

(3)降下石墨电极，对熔融还原炉内的入炉料加热，加热期间投入焦炭还原剂对熔融钢渣进行熔炼，得到铁水和重构活性料。

表1为转炉熔融钢渣和改质剂赤泥的主要化学成分及入炉料碱度。

表1转炉熔融钢渣及赤泥成分/wt％

按上述比例将转炉熔融钢渣与赤泥混合，加权铁含量为转炉熔融钢渣和赤泥中铁含量进入炉料的铁含量之和，以TFe计为27.55％×36.91％+34.35％×63.09％＝31.84％，以产出1000kg铁水为基准计算，实施例1的入炉料总重量为1000/31.84％＝3141kg，其中转炉熔融钢渣加入量为：3141×36.91％＝1159kg、赤泥：3141×63.09％＝1981kg。

焦炭作为还原剂，从炉顶装入熔融还原炉。焦炭碳含量α＝76％，取值k＝0.123，焦炭配入量Q＝0.162kg/kg.TFe，以产出1000kg铁水为基准计算，焦炭配入量为162kg。焦炭与转炉熔融钢渣、赤泥中的铁氧化物发生还原反应，将铁氧化物转化成铁水，沉于改性炉底部。入炉料SiO₂、Al₂O₃、CaO和MgO成分发生重构反应，生成重构活性料，浮于铁水层上方。反应完成后，从铁口排放出铁水，从料口排出重构活性料。铁水可以回用转炉炼钢，重构活性料可以替代水泥用于建材。

熔炼过程中的工艺技术参数：还原重构时，熔融还原炉熔池温度保持在1500℃～1600℃之间；最终重构活性料的碱度控制在0.70-1.50之间，炉渣碱度以四元碱度(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)计算。

实施例1的重构活性料主要化学成分如表2，碱度为0.78。

表2重构活性料碱度及化学成分/wt％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	TFe	R<sub>2</sub>O	碱度
								重构活性料	17.78	34.96	34.68	6.49	0.21	2.64	0.78

表3重构活性料抗压强度及活性指数

实施例1中，将重构活性料磨细至比表面积400±20m²/kg，重构活性料替代50％的基准水泥时，28d抗压强度很高，活性指数达到107％，满足S95级矿粉的国家标准要求，可大比例替代水泥用于建材领域。

实施例2

实施例2提供了一种使用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其包括以下步骤：

(1)对赤泥进行烘干处理，将原赤泥水泥19.0％烘干至2.8％，采用造粒机造粒，造粒粒度5～15mm；

(2)造粒赤泥颗粒料通过上料系统储存于转炉顶料仓，将转炉熔融钢渣运送投入到熔融还原炉，投入时将造粒赤泥颗粒料随渣流按一定比例混合。入炉料的主要成分及比例、碱度等见表4。

表4为转炉熔融钢渣和改质剂赤泥的主要化学成分及入炉料碱度。

表4转炉熔融钢渣及赤泥成分/wt％

按上述比例将转炉熔融钢渣与赤泥混合，加权铁含量为转炉熔融钢渣和赤泥中铁含量进入炉料的铁含量之和，以TFe计为24.91％×61.76％+21.64％×38.24％＝23.66％，以产出1000kg铁水为基准计算，实施例2的入炉料总重量为1000/23.66％＝4227kg，其中转炉熔融钢渣加入量为：4227×61.76％＝2611kg、赤泥：4227×38.24％＝1616kg。

焦炭作为还原剂，从炉顶装入熔融还原炉。焦炭碳含量α＝80％，取值k＝0.117，焦炭配入量Q＝0.147kg/kg.TFe，以产出1000kg铁水为基准计算，焦炭配入量为147kg。焦炭与转炉熔融钢渣、赤泥中的铁氧化物发生还原反应，将铁氧化物转化成铁水，沉于改性炉底部。入炉料SiO₂、Al₂O₃、CaO和MgO成分发生重构反应，生成重构活性料，浮于铁水层上方。反应完成后，从铁口排放出铁水，从料口排出重构活性料。铁水可以回用转炉炼钢，重构活性料可以替代水泥用于建材。

熔炼过程中的工艺技术参数：还原重构时，熔融还原炉熔池温度保持在1500℃～1560℃之间；最终重构活性料的碱度控制在0.70-1.50之间，炉渣碱度以四元碱度(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)计算。

实施例2的重构活性料主要化学成分如表5，碱度为1.12。

表5重构活性料碱度及化学成分/wt％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	TFe	R<sub>2</sub>O	碱度
								重构活性料	25.76	21.02	43.64	8.72	0.55	2.63	1.12

表6重构活性料抗压强度及活性指数

实施例2中，将重构活性料磨细至比表面积400±20m²/kg，重构活性料替代50％的基准水泥时，28d抗压强度很高，活性指数达到104％，满足S95级矿粉的国家标准要求，可大比例替代水泥用于建材领域。

实施例3

实施例3提供了一种使用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其包括以下步骤：

(1)对赤泥进行烘干处理，将原赤泥水泥23.0％烘干至2.5％，采用造粒机造粒，造粒粒度5～15mm；

(2)造粒赤泥颗粒料通过上料系统储存于转炉顶料仓，将转炉熔融钢渣运送投入到熔融还原炉，投入时将造粒赤泥颗粒料随渣流按一定比例混合。入炉料的主要成分及比例、碱度等见表7。

表7为转炉熔融钢渣和改质剂赤泥的主要化学成分及入炉料碱度。

表7转炉熔融钢渣及赤泥成分/wt％

按上述比例将转炉熔融钢渣与赤泥混合，加权铁含量为转炉熔融钢渣和赤泥中铁含量进入炉料的铁含量之和，以TFe计为30.27％×70.55％+31.78％×29.45％＝30.72％，以产出1000kg铁水为基准计算，实施例3的入炉料总重量为1000/30.72％＝3255kg，其中转炉熔融钢渣加入量为：3255×70.55％＝2297kg、赤泥：3255×29.45％＝959kg。

焦炭作为还原剂，从炉顶装入熔融还原炉。焦炭碳含量α＝82％，取值k＝0.134，焦炭配入量Q＝0.163kg/kg.TFe，以产出1000kg铁水为基准计算，焦炭配入量为163kg。焦炭与转炉熔融钢渣、赤泥中的铁氧化物发生还原反应，将铁氧化物转化成铁水，沉于改性炉底部。入炉料SiO₂、Al₂O₃、CaO和MgO成分发生重构反应，生成重构活性料，浮于铁水层上方。反应完成后，从铁口排放出铁水，从料口排出重构活性料。铁水可以回用转炉炼钢，重构活性料可以替代水泥用于建材。

熔炼过程中的工艺技术参数：还原重构时，熔融还原炉熔池温度保持在1520℃～1580℃之间；最终重构活性料的碱度控制在0.70-1.50之间，炉渣碱度以四元碱度(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)计算。

实施例3的重构活性料主要化学成分如表8，碱度为1.46。

表8重构活性料碱度及化学成分/wt％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	TFe	R<sub>2</sub>O	碱度
								重构活性料	27.82	15.90	52.26	11.40	0.12	2.55	1.46

表9重构活性料抗压强度及活性指数

实施例3中，将重构活性料磨细至比表面积400±20m²/kg，重构活性料替代50％的基准水泥时，28d抗压强度很高，活性指数达到107％，满足S95级矿粉的国家标准要求，可大比例替代水泥用于建材领域。

通过这些结果可以看出，采用赤泥来调节熔融还原炉的造渣碱度可以获得良好的效果。

综上所述，本发明提供一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其是采用赤泥对熔融还原炉处理熔融钢渣时所需造渣碱度进行控制，具有固体废弃物再利用、节约资源、成本低、产品附加值高等特点的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其特征在于：所述利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其特征在于：所述赤泥的添加量占入炉料总质量的65％以下。

3.根据权利要求2所述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其特征在于：所述赤泥添加量占入炉料总质量的25-50％。

4.根据权利要求1所述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其特征在于：所述焦炭的添加量Q由配碳系数k和焦炭碳含量α来确定，Q＝k/α。

5.根据权利要求1所述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其特征在于：所述转炉熔融钢渣在熔分还原造渣改质时的温度为1500℃以上。

6.根据权利要求5所述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其特征在于：所述转炉钢渣在熔分还原造渣改质时的温度为1500℃～1600℃。

7.根据权利要求1所述的利用赤泥在线调节熔融还原炉造渣碱度的方法，其特征在于：所产生的重构活性料碱度为0.70-1.50，重构活性料的碱度以(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)的四元碱度数值表示。