CN114058744B - 一种炉渣改质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种炉渣改质的方法,属于钢渣资源化利用技术领域,方法包括:将炉渣和硅铁混合,获得混合渣;将混合渣和铁包耐材交替平铺于辊压区的渣坑,获得待压层;待压层中,每吨炉渣加入铁包耐材20Kg‑150Kg;将待压层进行辊压,后进行冷却,获得改质炉渣;在转炉终点出钢、钢渣有压热闷处理的位置分别加入了硅铁和铁包耐材实现转炉炉渣的复合改质,在辊压阶段配合氧枪吹氧气氧化硅铁,生成SiO2,与fCaO结合,生成活性矿物硅酸钙;利用废弃铁包耐材中的Al2O3与fCaO炉料结合,生成活性矿物钙铝酸盐,实现提高钢渣胶凝活性的技术目的,同时利用硅铁氧化化学热为改质反应提供热量,降低能耗。
Description
技术领域
本发明属于钢材制备技术领域,特别涉及一种炉渣改质的方法。
背景技术
钢渣产量约占钢产量的12%~15%,过去五年堆弃量在10亿吨以上。存在严峻的占用土地,淤塞河流,破坏生态,污染环境及浪费资源现象。目前钢渣资源化利用主要有以下几种方式:铺路材料、水泥混合材、混凝土掺合料。钢渣中矿物与水泥活性矿物种类接近,然而由于钢渣经历了高温过程,钢渣中钢渣中矿物晶体结构密实,C2S、C3S活性低(2CaO·SiO2、3CaO·SiO2),导致其水化速度很慢,影响钢渣作为胶凝材料全固废胶凝材料中的掺量。为降低钢渣fCaO,提高胶凝活性,提高钢渣资源化利用率,现有技术常采用向热态钢渣中加入含SiO2、Al2O3等改质材料以提高钢渣中的活性物质,目前采用的主要手段有:出渣过程中,向渣包加入改质材料,目的是利用出渣过程液态渣的冲击作用,将改质材料与钢渣混合均匀;将改质材料在渣包外加热为液态,倒入渣包,目的是使改质材料与钢渣充分混合。
钢渣改质的制约因素为改质过程反应所需热量和动力学条件。从现有技术应用情况看,采用出渣过程改质钢渣,动力学条件不足,且无热量补偿;采用机械搅拌混匀钢渣,需要额外增加搅拌装置,增加成本,且搅拌过程热量损失较大;将改质材料在渣包外加热为液态,需要额外增加加热设备,成本较高。试验开展较多,然而工业应用尚无先例,改质后钢渣胶凝活性仍然较低,且成本高,此外多数需要设备投资改造。
例如中国发明专利申请CN102605113B公布了一种钢渣改质的方法,以矿业尾矿进行一定比例的复配、预制,作为高温钢渣改质材料与炼钢终期排放的钢渣混合,利用钢渣余热保持在一定温度下发生二次反应,该方法改质材料的尾矿复配材料的添加方式为:预先将质量百分数为40~60%的尾矿复配料置于渣罐或渣盘中,转炉出渣后,再将剩余的质量百分数为40~60%的尾矿复配料投入渣罐或渣盘,该方法目的是在出渣过程中利用钢渣的冲击作用对改质材料进行混匀。中国发明专利申请CN100357208C公布了一种钢渣改质的方法,加入钢渣改质剂后立即对液体钢渣进行机械搅拌,机械搅拌的特征是搅拌头采用中心带尖端的倒扣的波轮结构,材质为耐火材料,将钢质传动轴包裹在内,搅拌后实现渣铁分离,获得块状铁和改质钢渣,前者用作炼钢的原料,后者用作生产水泥的原料。该方法采用机械搅拌的手段对钢渣与改质材料进行混匀,需要增加额外的搅拌设备,此外该方法无外加热源,无钢渣热量的补偿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炉渣改质的方法,以将钢渣活性指数由50%~70%提高至90%以上,满足钢渣资源化利用的要求。
本发明实施例提供了一种炉渣改质的方法,所述方法包括:
将炉渣和硅铁混合,获得混合渣;
将所述混合渣和铁包耐材交替平铺于辊压区的渣坑,获得待压层;所述待压层中,每吨所述炉渣加入所述铁包耐材20Kg-150Kg;
将所述待压层进行辊压,后进行冷却,获得改质炉渣。
可选的,所述铁包耐材的平铺厚度为10mm-20mm,所述混合渣的平铺厚度为30mm-50mm。
可选的,所述铁包耐材中,Al2O3质量分数>50。
可选的,所述铁包耐材的颗粒度小于2mm。
可选的,所述混合渣中,每吨所述炉渣加入所述硅铁10Kg-100Kg。
可选的,所述辊压过程中伴有吹氧,所述吹氧的吹氧量为100NM3/h-200NM3/h,所述吹氧点位间隔30mm-40mm。
可选的,所述辊压中,钢渣辊往复运行2-6次。
可选的,所述冷却采用喷水冷却,所述喷水冷却的喷水量为20NM3/h-40NM3/h,所述喷水冷却的时间为10min-20min。
可选的,所述辊压过程中,所述待压层的温度为1200℃-1400℃。
可选的,以质量分数计,所述炉渣的成分包括:CaO:40%-60%、SiO2:10%-20%、FeO:10%-20%、MgO:8%-13%、P2O5:1%-3%。
本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本发明实施例提供的炉渣改质的方法,方法包括:将炉渣和硅铁混合,获得混合渣;将所述混合渣和铁包耐材交替平铺于辊压区的渣坑,获得待压层;所述待压层中,每吨所述炉渣加入所述铁包耐材20Kg-150Kg;将所述待压层进行辊压,后进行冷却,获得改质炉渣;在转炉终点出钢后、钢渣有压热闷处理工艺的位置分别加入了硅铁和废弃铁包耐材实现转炉炉渣的复合改质,在辊压阶段配合氧枪吹氧气氧化硅铁,生成SiO2,与fCaO结合,生成活性矿物硅酸钙;利用废弃铁包耐材中的Al2O3与fCaO炉料结合,生成活性矿物钙铝酸盐,综合实现提高钢渣胶凝活性的技术目的,同时利用硅铁氧化化学热为改质反应提供热量,降低能耗。实施后,钢渣活性指数由50%~70%提高至90%以上,满足钢渣资源化利用的要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例,具体阐述本发明,本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解,这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明,而非限制本发明。
在整个说明书中,除非另有特别说明,本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此,除非另有定义,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾,本说明书优先。
除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等,均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题,总体思路如下:
根据本发明一种典型的实施方式,提供了一种炉渣改质的方法,所述方法包括:
S1.将炉渣和硅铁混合,获得混合渣;
具体而言,向渣包底部内加入硅铁,加入量10~30kg/t渣,然后向渣包中排渣。需要说明的是,以质量分数计,硅铁的成分包括:Si>75%。
利用钢渣余热预热硅铁,在出渣过程中,冲击作用下,硅铁在钢渣中均匀分布。
S2.将所述混合渣和铁包耐材交替平铺于辊压区的渣坑,获得待压层;所述待压层中,每吨所述炉渣加入所述铁包耐材20Kg-150Kg;交替平铺时,平铺距离为渣坑长度,平铺厚度为L1混合渣后再平铺另一层厚度L2的铁包耐材,重复进行,直至平铺完整个渣坑,混合渣的平铺长度L1为20cm-50cm,铁包耐材的平铺长度L2为5cm-10cm。需要说明的是,以质量分数计,铁包耐材的成分包括Al2O3>75%。
具体而言,将渣包运送至辊压区,向渣坑内倒渣,并交替平铺铁包废弃耐材,加入量为20~150kg/t渣。
作为一种可选的实施方式,铁包耐材中Al2O3质量分数>50%,破碎至2mm以下,根据钢渣物理化学性质,钢渣中fCaO高温下与Al2O3结合为钙铝酸盐,提高钢渣安定性,增加钢渣胶凝活性。
与现有技术相比,该技术以废弃铁包耐材替代铝质改质材料,对钢渣进行改质处理,实现以废治废。
作为一种可选的实施方式,辊压过程中伴有吹氧,具体而言,吹氧管置于辊上,与滚筒平行布置,吹氧管间隔30~40mm布置,吹氧管直径5~10mm,吹氧量100~200NM3/h。
吹氧作用为将硅铁氧化生成SiO2,释放热量,补偿钢渣改质过程温度损失,降低钢渣碱度,降低钢渣熔点,并与fCaO结合为硅酸盐,提高钢渣安定性,增加钢渣胶凝活性。
该技术与现有技术相比,在辊压过程中吹氧,补偿温度损失,为钢渣改质反应提供了热力学条件。
S3.将所述待压层进行辊压,后进行冷却,获得改质炉渣。
作为一种可选的实施方式,辊压中,钢渣辊往复运行2-6次。
钢渣辊往复运行,将改质材料废弃铁包耐材与钢渣充分混匀,在此过程中辊压区温度为1200~1400℃,有利于钢渣改质反应的进行。
与现有钢渣辊压热闷处理技术相比,该技术开创性地在辊压过程中添加改质材料,利用高温辊压作用,为改质反应提供了动力学条件,对钢渣和改质材料进行充分混匀、改质反应,降低钢渣fCaO,增加钢渣胶凝活性。
作为一种可选的实施方式,停止吹氧,并喷水冷却钢渣。喷水量为:20~40NM3/h,喷水时间为:10~20min。停止喷水,并将改质后钢渣运至热闷罐。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的炉渣改质的方法进行详细说明。
实施例1
转炉溅渣护炉结束,钢渣主要化学成分为:FeO质量分数为18%,CaO质量分数为45%,fCaO质量分数为5%,SiO2质量分数为12%,MgO质量分数为8%,P2O5质量分数为2%。向渣包底加入硅铁1t,向渣包中出渣,出渣总量为10t。将渣包运至辊压区,倒渣,将废弃铁包耐材平铺与所述钢渣交替平铺于渣坑,进行辊压操作,并通过吹氧管吹氧,渣辊往复运行3次,时间15min,吹氧管直径5mm,吹氧量100Nm3/h,吹氧时间为15min,过程中采用红外测温枪对钢渣进行测温,钢渣温度在1250~1280℃。停止吹氧,进行喷水操作,喷水量为20NM3/h,喷水时间为10min,此时钢渣温度降至700℃,运至闷渣罐进行闷渣操作。
实施例2
转炉溅渣护炉结束,钢渣主要化学成分为:FeO质量分数为18%,CaO质量分数为45%,fCaO质量分数为5%,SiO2质量分数为12%,MgO质量分数为8%,P2O5质量分数为2%。向渣包底加入硅铁0.1t,向渣包中出渣,出渣总量为10t。将渣包运至辊压区,倒渣,将废弃铁包耐材平铺与所述钢渣交替平铺于渣坑,进行辊压操作,并通过吹氧管吹氧,渣辊往复运行6次,时间15min,吹氧管直径5mm,吹氧量100Nm3/h,吹氧时间为15min,过程中采用红外测温枪对钢渣进行测温,钢渣温度在1250~1280℃。停止吹氧,进行喷水操作,喷水量为20NM3/h,喷水时间为10min,此时钢渣温度降至700℃,运至闷渣罐进行闷渣操作。
实施例3
转炉溅渣护炉结束,钢渣主要化学成分为:FeO质量分数为18%,CaO质量分数为45%,fCaO质量分数为5%,SiO2质量分数为12%,MgO质量分数为8%,P2O5质量分数为2%。向渣包底加入硅铁0.5t,向渣包中出渣,出渣总量为10t。将渣包运至辊压区,倒渣,将废弃铁包耐材平铺与所述钢渣交替平铺于渣坑,进行辊压操作,并通过吹氧管吹氧,渣辊往复运行2次,时间15min,吹氧管直径5mm,吹氧量100Nm3/h,吹氧时间为15min,过程中采用红外测温枪对钢渣进行测温,钢渣温度在1250~1280℃。停止吹氧,进行喷水操作,喷水量为20NM3/h,喷水时间为10min,此时钢渣温度降至700℃,运至闷渣罐进行闷渣操作。
对比例1
转炉溅渣护炉结束,钢渣主要化学成分为:FeO质量分数为18%,CaO质量分数为45%,fCaO质量分数为5%,SiO2质量分数为12%,MgO质量分数为8%,P2O5质量分数为2%。将渣包运至辊压区,倒渣,进行辊压操作,并通过吹氧管吹氧,渣辊往复运行3次,进行喷水操作,时间15min,喷水量为20NM3/h,喷水时间为10min,此时钢渣温度降至700℃,运至闷渣罐进行闷渣操作。
实验结果如下表所示:
由上表可得,采用本发明实施例提供的方法获得的钢渣中,fCaO质量百分数小于2.5%,钢渣胶凝活性大于70%,满足水泥混合材、混凝土掺合料及固废基胶凝材料的使用要求。
本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少还具有如下技术效果或优点:
(1)本发明实施例提供的方法在转炉终点出钢后、钢渣有压热闷处理工艺位置分别加入了硅铁和废弃铁包耐材实现转炉炉渣的复合改质,在辊压阶段配合氧枪吹氧气氧化硅铁,生成SiO2,与fCaO结合,生成活性矿物硅酸钙;
(2)本发明实施例提供的方法利用废弃铁包耐材中的Al2O3与fCaO炉料结合,生成活性矿物钙铝酸盐,综合实现提高钢渣胶凝活性的技术目的;
(3)本发明实施例提供的方法利用硅铁氧化化学热为改质反应提供热量,降低能耗。本技术实施后,钢渣活性指数由50%~70%提高至90%以上,满足钢渣资源化利用的要求。
最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种炉渣改质的方法,其特征在于,所述方法包括:
将炉渣和硅铁混合,获得混合渣;
将所述混合渣和铁包耐材交替平铺于辊压区的渣坑,获得待压层;所述待压层中,每吨所述炉渣加入所述铁包耐材20kg -150kg ;
将所述待压层进行辊压,后进行冷却,获得改质炉渣;
所述铁包耐材的平铺厚度为10mm-20mm,所述混合渣的平铺厚度为30mm-50mm,所述铁包耐材中,Al2O3质量分数>50%,所述铁包耐材的颗粒度小于2mm;
所述辊压过程中伴有吹氧,所述吹氧的吹氧量为100Nm3 /h-200Nm3 /h,所述吹氧点位间隔30mm-40mm;
所述辊压中,钢渣辊往复运行2-6次;
所述冷却采用喷水冷却,所述喷水冷却的喷水量为20Nm3 /h-40Nm3 /h,所述喷水冷却的时间为10min-20min。
2.根据权利要求1所述的炉渣改质的方法,其特征在于,所述混合渣中,每吨所述炉渣加入所述硅铁10kg -100kg 。
3.根据权利要求1所述的炉渣改质的方法,其特征在于,所述辊压过程中,所述待压层的温度为1200℃-1400℃。
4.根据权利要求1所述的炉渣改质的方法,其特征在于,以质量分数计,所述炉渣的成分包括:CaO:40%-60%、SiO2:10%-20%、FeO:10%-20%、MgO:8%-13%、P2O5:1%-3%。
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