CN113234891A - 一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，所述铝灰是铝电解过程中产生的浮渣，将风干的铝灰配加石灰石后磨成细颗粒，与粘结剂和水搅拌均匀，用模具挤压成型后干燥处理，制成脱氧造渣剂。在出钢过程中分批加入脱氧造渣剂，利用出钢时的动力学条件快速成渣，降低钢中氧含量。本发明利用铝灰中的金属铝及其氧化物，对钢液进行脱氧造渣，不仅能减轻制铝行业负担，提高钢厂经济效益，还能改善生态环境，具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，属于炼钢过程废弃物综合利用领域。
背景技术
在铝电解过程中，为防止原铝氧化，通常加入氟氯化物作为净化剂或覆盖剂，熔剂具有很强的吸附溶解能力，氧化铝等杂质上浮溶解后形成的浮渣称为铝灰。铝灰主要分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰是原生铝生产铝过程中产生的铝渣，主要成分为金属铝和铝氧化物。国内外为了提取一次铝灰中高价值的金属铝，开发了炒灰法、压榨回收法及球磨筛分法等技术，但仍无法高效环保地利用一次铝灰。
全国每年铝灰的产量高达85-130万吨，由于没有成熟完善的处理技术，各大铝厂主要采用堆场存放。铝灰堆场不但占用大量耕地，加重企业负担，而且会污染环境。铝灰中的盐分导致土壤盐碱化，钡铬铅等重金属污染地下水，AlN与水反应产生氨气污染空气，2019版的《国家危险废物名录》已明确将工业铝灰列为危废。随着社会对环保要求越来越高，开发无害化铝灰应用处理技术已经迫在眉睫。
炼钢终点通常“碳低氧高”，出钢过程需要对钢液进行脱氧合金化，脱氧剂消耗大，生产成本高。铝灰中的金属Al含量高，能显著降低炉渣氧化性，降低钢中氧含量。金属Al氧化生成的Al2O3和铝灰中的Al2O3，与石灰形成低熔点的CaO-Al2O3系渣，促进钢包渣充分熔化。铝灰中的AlN高温分解产生氮气，会造成钢液增氮，但对于氮含量要求一般的钢种，铝灰无疑是一种优质的脱氧造渣剂。冶金行业吞吐量大，如果能在炼钢过程中利用铝灰，将有利于大规模回收利用铝灰。目前钢铁年产能约10亿吨，吨钢消耗2kg铝灰时，每年就能消化200万吨铝灰。这不仅能减轻制铝行业负担，提高钢厂经济效益，还能改善生态环境，具有重要的现实意义。
专利CN107739776A公开了一种钙铝复合脱氧剂，通过电炉熔化铝灰、白灰和镁，以解决现有钙铝复合脱氧剂加入钢水时产生燃烧粉尘、脱氧脱硫效果差的问题。然而，铝灰熔化势必会造成铝灰中金属铝的氧化，降低脱氧效果。
发明内容
为实现铝灰的无害化处理及应用，充分发挥铝灰在炼钢过程中的作用，本发明提供一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，包括将风干的铝灰和石灰石以1：1.7-2.1比例混合，研磨成粒度≤5mm的细颗粒后与粘结剂、水搅拌均匀，用模具挤压成型后干燥处理，用作出钢过程中的脱氧造渣剂。
优选的，所述铝灰主要成分按质量百分比计：Al：28-35％、Al2O3：46-58％、SiO2：3-7％。
优选的，所述搅拌过程中，水以喷雾形式加入，加入量≤3％，粘结剂为无机粘结剂，加入量为2-5％。
优选的，所述出钢过程中，脱氧造渣剂分批加入钢包中，其中20-40％在出钢前加入，剩余部分在出钢10-30％时加入。根据钢中氧含量，脱氧造渣剂加入量
其中，Q为脱氧造渣剂加入量，kg/t；[O]为钢中氧含量，ppm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)通过配加石灰石和研磨搅拌工序，稳定铝灰成分范围，便于炼钢过程中操作和质量的稳定控制；
(2)通过模具挤压成型，避免粉剂在炼钢过程中的直接使用，减少车间扬尘现象，满足料仓储存和自动化加料模式；
(3)通过脱氧造渣剂原料比例和出钢过程加入量的控制，生成低熔点渣相，促进早化渣、化好渣；
(4)通过炼钢过程大规模回收利用铝灰，减轻制铝行业负担，提高钢厂经济效益，实现变废为宝，且改善生态环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为CaO-SiO2-Al2O3渣系在不同温度下的液相区。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
本实施方式提供了一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，具体按照以下步骤进行：
将风干的铝灰和石灰石以1：1.7-2.1比例混合，研磨成粒度≤5mm的细颗粒后与粘结剂、水搅拌均匀，用模具挤压成型后干燥处理，制成脱氧造渣剂。脱氧造渣剂分批加入钢包中，其中20-40％在出钢前加入，剩余部分在出钢10-30％时加入，根据钢中氧含量，脱氧造渣剂加入量
(其中，Q为脱氧造渣剂加入量，kg/t；[O]为钢中氧含量，ppm。)
进一步的，所述铝灰主要成分按质量百分比计：Al：28-35％、Al2O3：46-58％、SiO2：3-7％。
更进一步的，所述搅拌过程中，水以喷雾形式加入，加入量≤3％，粘结剂为无机粘结剂，加入量为2-5％。
实施例
以下通过实施例，进一步对本发明的具体实施方式予以介绍。当然，实施例仅为本实施方式所含众多变化实施例中的一部分，而非全部。
实施例1
铝灰堆场风干后的铝灰主要成分按质量百分比计：Al：28-35％、Al2O3：46-58％、SiO2：3-7％。铝灰与配加的石灰石比例为1：1.7，通过粉碎机制成≤5mm的细颗粒，加入粘结剂和水后，在搅拌器中搅拌均匀。水以喷雾形式加入，加入量为2％。混匀的原料通过高压力成型机压制成球，干燥后用作出钢过程中的脱氧造渣剂。
通过计算，脱氧造渣剂成分按质量百分比计：Al：10.4-13％、Al2O3：17-21.5％、SiO2：1.1-2.6％、CaO：32.7％。在转炉出钢前，向钢包加入30％脱氧造渣剂，剩余部分在出钢20％时加入，脱氧造渣剂加入量为5.4kg/t，利用出钢时的动力学条件快速成渣。转炉出钢至精炼，钢中氧含量由522ppm降低至41ppm。
实施例2
铝灰堆场风干后的铝灰主要成分按质量百分比计：Al：28-35％、Al2O3：46-58％、SiO2：3-7％。铝灰与配加的石灰石比例为1：1.9，通过粉碎机制成≤5mm的细颗粒，加入粘结剂和水后，在搅拌器中搅拌均匀。水以喷雾形式加入，加入量为2％。混匀的原料通过高压力成型机压制成球，干燥后用作出钢过程中的脱氧造渣剂。
通过计算，脱氧造渣剂成分按质量百分比计：Al：9.7-12.1％、Al2O3：15.9-20％、SiO2：1-2.4％、CaO：34.1％。在转炉出钢前，向钢包加入30％脱氧造渣剂，剩余部分在出钢20％时加入，脱氧造渣剂加入量为6kg/t，利用出钢时的动力学条件快速成渣。转炉出钢至精炼，钢中氧含量由583ppm降低至51ppm。
实施例3
铝灰堆场风干后的铝灰主要成分按质量百分比计：Al：28-35％、Al2O3：46-58％、SiO2：3-7％。铝灰与配加的石灰石比例为1：2.1，通过粉碎机制成≤5mm的细颗粒，加入粘结剂和水后，在搅拌器中搅拌均匀。水以喷雾形式加入，加入量为2％。混匀的原料通过高压力成型机压制成球，干燥后用作出钢过程中的脱氧造渣剂。
通过计算，脱氧造渣剂成分按质量百分比计：Al：9-11.3％、Al2O3：14.8-18.7％、SiO2：1-2.3％、CaO：35.2％。在转炉出钢前，向钢包加入30％脱氧造渣剂，剩余部分在出钢20％时加入，脱氧造渣剂加入量为5.8kg/t，利用出钢时的动力学条件快速成渣。转炉出钢至精炼，钢中氧含量由562ppm降低至55ppm。
通过以上实施例并结合附图可以看出，三元相图中间区域存在大片低熔点区域。本发明在给定铝灰成分条件下，通过控制铝灰和石灰石的配比，使目标渣相中(％CaO)/(％Al2O3)接近1，从而降低渣系熔点，起到早化渣、化好渣的效果。相比金属铝脱氧，使用本文脱氧造渣剂后，吨钢成本降低1.6元以上，钢中氧含量脱除率在90％以上，同时吨钢消耗铝灰约2kg，充分发挥了铝灰在炼钢过程中的作用，为实现铝灰的无害化处理及应用提供可能。这不仅减轻制铝行业负担，提高钢厂经济效益，实现变废为宝，还能改善生态环境。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，其特征在于：将风干的铝灰和石灰石以1：1.7-2.1比例混合，研磨成粒度≤5mm的细颗粒后与粘结剂、水搅拌均匀，用模具挤压成型后干燥处理，用作出钢过程中的脱氧造渣剂。
2.根据权利要求1所述的一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，其特征在于：所述铝灰为电解铝过程中产生的浮渣，主要成分按质量百分比计：Al：28-35％、Al2O3：46-58％、SiO2：3-7％。
3.根据权利要求1所述的一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，其特征在于：所述的搅拌过程中，水以喷雾形式加入，加入量≤3％，粘结剂为无机粘结剂，加入量为2-5％。
4.根据权利要求1所述的一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，其特征在于：脱氧造渣剂分批加入钢包中，其中20-40％在出钢前加入，剩余部分在出钢10-30％时加入，加入量根据钢中氧含量确定。
5.根据权利要求4所述的一种铝灰用作炼钢脱氧造渣剂的再利用方法，其特征在于：脱氧造渣剂加入量
其中Q为脱氧造渣剂加入量，kg/t；[O]为钢中氧含量，ppm。
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