CN114180976B - 利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，包括如下步骤：1)废镁铬砖处理；2)配料：将废镁铬料颗粒及细粉与焦粉、沥青、氮化硅铁、白泥、碳化硅原料混合配制原料；3)混碾：将原料与液态结合剂混合均匀，待泥料塑性马夏值检测合格后方可下料；4)成型包装；5)困泥：将炮泥自然放置得到炮泥成品；6)装泥：将成品炮泥装入泥炮机中；7)出铁：将填满炮泥的铁口通道钻开，使得炽热的渣铁从炮泥通道中流出；8)堵口：当高炉中渣铁出尽时，将泥炮机中的炮泥打入铁口通道中，再次将铁口封住；9)重复上述步骤7)和8)，即可实现废镁铬砖在得到重复利用的同时将废镁铬砖颗粒中Cr6+元素在高炉热还原气氛下还原成无毒无害的Cr3+元素。

Description

利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法
技术领域
本发明涉及处理废镁铬砖技术领域，具体涉及一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法。
背景技术
镁铬砖以氧化镁(MgO)和三氧化二铬(Cr2O3)为主要成分，方镁石和尖晶石为主要矿物组分的耐火材料制品。这类耐火砖耐火度高，高温强度大，抗渣侵蚀性强，热稳定性优良，具有优良的高温力学性能，
二次精炼技术是钢铁行业提高钢材质量常采用的技术，而RH炉是二次精炼技术中生产高质量钢材不可或缺的重要设备之一。钢铁行业发展要求RH炉的冶金功能向多样化、高效率发展，其精炼条件十分苛刻(温度高达1700℃、真空度高达10Pa以下、时间短不超过40min)，高速循环流动钢液对砖衬造成巨大冲刷破坏作用，同时熔渣易沿着砖缝和孔隙渗透到砖衬中，对砖衬造成严重侵蚀，引起砖衬温度波动并造成结构剥落，从而影响了RH炉寿命。
水泥窑烧成带是水泥窑中温度最高点的反应带，高温火焰温度约为1700℃，被加热的水泥物料在1300℃～1500℃之间，水泥窑烧成带经受着十分苛刻的高温、转动、化学侵蚀、急冷急热等综合因素叠加破坏作用，因此对内衬材料要求十分苛刻。
镁铬砖具有优良的高温性能，在RH精炼炉和水泥窑这种条件苛刻的环境中广泛应用，在高温或碱性使用环境下，三价Cr3+会转变为Cr6+，Cr6+为致癌物质且易溶于水，Cr2O3可以气相存在，会随烟气排入空气中污染环境。为了防止Cr6+公害，世界发达国家如日本、欧美等已立法禁止使用镁铬砖，正加大投入和研发力度来研制镁铬砖的替代品，国内也在研制无铬砖替代镁铬砖，但由于使用效果等原因，目前还不能完全替代。因此，用后废镁铬砖处理成为急需解决的一个问题。
废镁铬砖如果随意丢弃、露天堆放，Cr6+元素会进入地下水系统，污染地下水源，给自然环境带来危害，已经造成了非常严重的后果，给一些周边的人们带来了不可磨灭的伤害。国内外有采用水泥将废镁铬砖密封填埋的，防止Cr6+元素污染水源和空气，但这种方法占用了大量的土地资源，以及造成了废砖资源的浪费。目前，国内一般将废镁铬砖破碎成颗粒，或者磨成粉料后部分替代电熔镁砂，再添加到镁铬砖、镁铬火泥、镁铬散装材料等碱性耐火材料中，在炼钢环节中再次利用，但这种处理方法未从根本上解决Cr6+元素问题，在生产使用过程中依然会对环境及工人身体健康造成影响。
鞍钢股份有限公司发明了一种废镁铬砖处理方法，在冶炼含铬钢的过程中加入由用后废镁铬砖加工的颗粒，将镁铬砖中的氧化铬还原为金属铬进入钢液，实现钢水的铬合金化，完全或部分代替铬铁合金，降低含铬钢的冶炼成本，同时实现废弃镁铬砖的资源化利用。
炼铁高炉是将铁矿石冶炼还原为金属铁的重要设备，高炉生产所用的原料是含铁的矿石，包括烧结矿、球团矿和天然富矿石；燃料主要是焦炭。通过上料系统和炉顶装料系统按一定料批、装入顺序从炉顶装入炉内，从风口鼓入经热风炉加热到1000～1300℃的热风，炉料中的焦炭在风口前与鼓入热风中的氧发生燃烧反应，产生高温和还原性气体，这些还原性气体在上升过程中加热缓慢下行的炉料，并将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。整个高炉内部为还原性气氛。
炮泥是一种用来封堵出铁口的耐火材料，出铁时铁口中心炮泥被钻头钻开，炽热的铁水和熔渣从铁口流出，使铁口炮泥承受1500℃以上高温。当铁渣出完，用炮泥重新堵铁口时，旧炮泥接触新堵口的炮泥，温度从1500℃急速降到100℃左右，这样反复作用。炮泥的好坏直接影响高炉安全、环保、产量等，因此对炮泥用耐火原料要求很高，目前炮泥主要原材料为刚玉、碳化硅、焦炭等。
然而，现有技术并未探讨废镁铬砖在炮泥中的运用，至于对其进行改进是否可以满足炮泥的使用要求及其从根本上解决Cr6+元素问题不得而知。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，该利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法区别于传统的直接破碎后重新添加进镁铬砖中继续利用，在于：将废镁铬砖破碎后制造成高炉出铁口用炮泥，利用高炉内部高温还原性气氛，将废镁铬砖中有毒有害的六价铬元素(Cr6+)还原成无毒无害的三价铬元素(Cr3+)，从根本上解决了六价铬元素(Cr6+)对环境污染问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，包括如下步骤：
一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，包括如下步骤：
1)废镁铬砖处理：对废镁铬砖进行预处理，得到处理后的废镁铬料颗粒及细粉；
2)配料：将废镁铬料颗粒及细粉与焦粉、沥青、氮化硅铁、白泥、碳化硅按设计比例混合配制原料；
3)混碾：将配制好的原料与液态结合剂一起混合均匀，待泥料塑性马夏值检测合格后方可下料；
4)成型包装：将混碾好的泥料成型为炮泥，包装后码放整齐；
5)困泥：将成型好的炮泥，在仓库里自然放置一段时长，得到炮泥成品；
6)装泥：将成品炮泥发往高炉现场，使用前将炮泥一坨坨依次装入泥炮机中；
7)出铁：将填满炮泥的铁口通道钻开，使得炽热的渣铁从炮泥通道中流出；
8)堵口：当高炉中渣铁出尽时，将泥炮机中的炮泥打入铁口通道中，再次将铁口封住；
9)重复上述步骤7)和8)，即可实现废镁铬砖在得到重复利用的同时将废镁铬砖颗粒中Cr6+元素在高炉热还原气氛下还原成无毒无害的Cr3+元素。
优选的是，所述步骤1)中，废镁铬砖的预处理步骤包括：废镁铬砖拆除、分类拣选、破粉碎、除去杂质、均化、颗粒整形、筛分、干燥。
优选的是，所述步骤1)中，废镁铬料颗粒及细粉的粒度分布为：粒度≤0.088mm，质量占比20～40％；0.088mm＜粒度≤1mm，质量占比10～20％；1mm＜粒度≤3mm，质量占比20～40％；3mm＜粒度≤5mm，质量占比10～20％。采用由大到小依次降低的废镁铬料颗粒及细粉的粒度，可保证废镁铬砖粒度稳定，使炮泥具有最紧密的粒度堆积和良好可塑性。
优选的是，废镁铬料颗粒及细粉的化学成及含量为MgO：40～60％，Cr2O3：10～22％，H2O≤1％。保证废镁铬砖化学成分稳定，避免出现废镁铬砖上残留的渣铁和杂物没有清理干净，影响炮泥使用质量。
优选的是，所述步骤2)和步骤3)中各组分的重量百分比为20～50％废镁铬料颗粒及细粉，5～15％焦粉，5～15％碳化硅，5～15％氮化硅铁，1～8％沥青，5～15％白泥，外加8～15％的液态结合剂。
优选的是，所述步骤3)中，要求泥料混合均匀，不得有浮游粉尘。
优选的是，所述步骤3)中，泥料混碾时间不低于35分钟，泥料温度控制在50～70℃。
优选的是，所述步骤3)中，泥料的马夏值控制在0.2～1.5Mpa。
优选的是，所述步骤3)中，液态结合剂选自蒽油、焦油和树脂。
优选的是，所述步骤4)中，将混碾好的泥料通过压力、挤出方式成型为圆柱体或长方体炮泥，长度范围在10～30mm，用塑料膜包装，码放整齐。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一、本发明的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法采用废镁铬砖作为原料制造的炮泥产品，由于主要原料为废镁铬砖，镁铬原料抗渣侵蚀性强，热稳定性优良，具有优良的高温力学性能，加上配合碳化硅以及氮化硅铁，使得镁铬系炮泥具有优良的抗渣铁冲刷性能，可以满足炮泥的使用要求，这样废镁铬砖可以循环利用，节约了资源。而且炮泥作为消耗品，利用量大，对废镁铬砖的需求量大。
其二、本发明在废镁铬砖可以得到循环利用的同时，还能利用高炉中高温还原性气氛，在持续开堵铁口过程中，不断反应，将炮泥中废镁铬砖中有毒有害的六价铬Cr6+元素不断还原成无毒无害的三价铬Cr3+元素，这点在试验室中模拟高炉中热还原气氛得到了证明，即节约了资源，又从根本上解决了废镁铬砖中Cr6+元素问题。
具体实施方式
下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
实施例1：
本发明提供一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，包括以下步骤：
1)废镁铬砖处理：对废镁铬砖进行预处理，得到处理后的废镁铬砖颗粒及细粉；
较佳地，废镁铬砖的预处理步骤包括：废镁铬砖拆除、分类拣选、破粉碎、除去杂质、均化、颗粒整形、筛分、干燥。
处理后的废镁铬砖颗粒及细粉具有以下特点：
废镁铬砖颗粒及细粉的粒度分布为5-3mm、3-1mm、1-0m、≤0.088mm。其中，5-3mm、3-1mm、1-0m为废镁铬砖颗粒的粒度分布，≤0.088mm为废镁铬砖细粉的粒度分布。
废镁铬砖颗粒及细粉的化学成及含量为MgO：40％～60％，Cr2O3：10％～22％，H2O≤1％。
2)配料：将废镁铬料颗粒及细粉与焦粉、沥青、氮化硅铁、白泥、碳化硅原料按设计比例混合配制原料；
表1
序号 原料名称 粒度 加入量(％) 备注
1 废镁铬砖颗粒 5-3mm 5
2 废镁铬砖颗粒 3-1mm 20
3 废镁铬砖颗粒 1-0mm 10
4 废镁铬砖细粉 ≤0.088mm 15
5 碳化硅 200目 15
6 氮化硅铁 200目 10
7 焦粉 1-0mm 10
8 沥青 1-0mm 5
9 白泥 200目 10
10 焦油 液态 12 外加
3)混碾：将配制好的原料与液态结合剂一起混合均匀，待泥料塑性马夏值检测合格后方可下料；原料与液态结合剂一起混合时，要求泥料混合均匀，不得有浮游粉尘。泥料混碾时间45分钟，泥料温度控制在60℃。泥料的马夏值控制在1.0Mpa。液态结合剂为焦油。
4)成型包装：将混碾好的泥料成型为炮泥，包装后码放整齐；
将混碾好的泥料通过压力、挤出方式成型为圆柱体或长方体炮泥，长度范围在200mm，用塑料膜包装，码放整齐。
5)困泥：将成型好的炮泥，在仓库里自然放置15天，得到炮泥成品；
6)装泥：将成品炮泥发往高炉现场，使用前将炮泥一坨坨依次装入泥炮机中；
7)出铁：将填满炮泥的铁口通道钻开，使得炽热的渣铁从炮泥通道中流出；
较佳地，采用开口机配合钻杆、钻头将填满炮泥的铁口通道钻开，在此过程中，炮泥中废镁铬砖颗粒中六价铬Cr6+元素在高炉热还原气氛下还原成无毒无害的三价铬Cr3+元素。
8)堵口：当高炉中渣铁出尽时，将泥炮机中的炮泥打入铁口通道中，再次将铁口封住；
9)重复上述步骤7)和8)，重复上开口、出铁、堵口过程，根据高炉大小，操作模式不同，每天出铁次数为8～22次，消耗炮泥2～6吨。
实施例2：
本发明提供一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，包括以下步骤：
1)废镁铬砖处理：对废镁铬砖进行预处理，得到处理后的废镁铬砖颗粒及细粉；
较佳地，废镁铬砖的预处理步骤包括：废镁铬砖拆除、分类拣选、破粉碎、除去杂质、均化、颗粒整形、筛分、干燥。
处理后的废镁铬砖颗粒及细粉具有以下特点：
废镁铬砖颗粒及细粉的粒度分布为5-3mm、3-1mm、1-0m、≤0.088mm。
废镁铬砖颗粒及细粉的化学成及含量为MgO：40％～60％，Cr2O3：10％～22％，H2O≤1％。
2)配料：将废镁铬料颗粒及细粉与焦粉、沥青、氮化硅铁、白泥、碳化硅原料按设计比例混合配制原料；
表2
序号 原料名称 粒度 加入量(％) 备注
1 废镁铬砖颗粒 5-3mm 5
2 废镁铬砖颗粒 3-1mm 20
3 废镁铬砖颗粒 1-0mm 10
4 废镁铬砖细粉 ≤0.088mm 10
5 碳化硅 200目 15
6 氮化硅铁 200目 10
7 焦粉 1-0mm 10
8 沥青 1-0mm 5
9 白泥 200目 15
10 焦油 液态 12 外加
3)混碾：将配制好的原料与液态结合剂一起混合均匀，待泥料塑性马夏值检测合格后方可下料；原料与液态结合剂一起混合时，要求泥料混合均匀，不得有浮游粉尘。泥料混碾时间45分钟，泥料温度控制在60℃。泥料的马夏值控制在1.0Mpa。液态结合剂为焦油。
4)成型包装：将混碾好的泥料成型为炮泥，包装后码放整齐；
将混碾好的泥料通过压力、挤出方式成型为圆柱体或长方体炮泥，长度范围在200mm，用塑料膜包装，码放整齐。
5)困泥：将成型好的炮泥，在仓库里自然放置15天，得到炮泥成品；
6)装泥：将成品炮泥发往高炉现场，使用前将炮泥一坨坨依次装入泥炮机中；
7)出铁：将填满炮泥的铁口通道钻开，使得炽热的渣铁从炮泥通道中流出；
较佳地，采用开口机配合钻杆、钻头将填满炮泥的铁口通道钻开，在此过程中，炮泥中废镁铬砖颗粒中六价铬Cr6+元素在高炉热还原气氛下还原成无毒无害的三价铬Cr3+元素。
8)堵口：当高炉中渣铁出尽时，将泥炮机中的炮泥打入铁口通道中，再次将铁口封住；
9)重复上述步骤7)和8)，重复上开口、出铁、堵口过程，根据高炉大小，操作模式不同，每天出铁次数为8～22次，消耗炮泥2～6吨。
实施例3：
本发明提供一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，包括以下步骤：
1)废镁铬砖处理：对废镁铬砖进行预处理，得到处理后的废镁铬砖颗粒及细粉；
较佳地，废镁铬砖的预处理步骤包括：废镁铬砖拆除、分类拣选、破粉碎、除去杂质、均化、颗粒整形、筛分、干燥。
处理后的废镁铬砖颗粒及细粉具有以下特点：
废镁铬砖颗粒及细粉的粒度分布为5-3mm、3-1mm、1-0m、≤0.088mm。
废镁铬砖颗粒及细粉的化学成及含量为MgO：40％～60％，Cr2O3：10％～22％，H2O≤1％。
2)配料：将废镁铬料颗粒及细粉与焦粉、沥青、氮化硅铁、白泥、碳化硅原料按设计比例混合配制原料；
表3
序号 原料名称 粒度 加入量(％) 备注
1 废镁铬砖颗粒 5-3mm 5
2 废镁铬砖颗粒 3-1mm 20
3 废镁铬砖颗粒 1-0mm 10
4 废镁铬砖细粉 ≤0.088mm 5
5 碳化硅 200目 15
6 氮化硅铁 200目 10
7 焦粉 1-0mm 15
8 沥青 1-0mm 5
9 白泥 200目 15
10 焦油 液态 12 外加
3)混碾：将配制好的原料与液态结合剂一起混合均匀，待泥料塑性马夏值检测合格后方可下料；原料与液态结合剂一起混合时，要求泥料混合均匀，不得有浮游粉尘。泥料混碾时间45分钟，泥料温度控制在60℃。泥料的马夏值控制在1.0Mpa。液态结合剂为焦油。
4)成型包装：将混碾好的泥料成型为炮泥，包装后码放整齐；
将混碾好的泥料通过压力、挤出方式成型为圆柱体或长方体炮泥，长度范围在200mm，用塑料膜包装，码放整齐。
5)困泥：将成型好的炮泥，在仓库里自然放置15天，得到炮泥成品；
6)装泥：将成品炮泥发往高炉现场，使用前将炮泥一坨坨依次装入泥炮机中；
7)出铁：将填满炮泥的铁口通道钻开，使得炽热的渣铁从炮泥通道中流出；
较佳地，采用开口机配合钻杆、钻头将填满炮泥的铁口通道钻开，在此过程中，炮泥中废镁铬砖颗粒中六价铬Cr6+元素在高炉热还原气氛下还原成无毒无害的三价铬Cr3+元素。
8)堵口：当高炉中渣铁出尽时，将泥炮机中的炮泥打入铁口通道中，再次将铁口封住；
9)重复上述步骤7)和8)，重复上开口、出铁、堵口过程，根据高炉大小，操作模式不同，每天出铁次数为8～22次，消耗炮泥2～6吨。
性能测试：
将实施例1～3的炮泥捣打成40*40*160mm的条样，在1500℃埋碳气氛下烧个小时，检测体积密度、气孔率、耐压强度，结果见下表：
表4
序号 检测项目 实施例1 实施例2 实施例3
1 体积密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.02 1.98 1.95
2 气孔率(％) 28.5 29.2 29.7
3 耐压强度(Mpa) 10.8 10.5 9.8
目前，对高炉炮泥要求为体积密度≥1.85g/cm3，气孔率≤30％，耐压强度≥8Mpa，本发明制成的硅石低成本炮泥完全满足以上性能指标。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的为现有技术。

Claims (10)

1.一种利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)废镁铬砖处理：对废镁铬砖进行预处理，得到处理后的废镁铬料颗粒及细粉；
2)配料：将废镁铬料颗粒及细粉与焦粉、沥青、氮化硅铁、白泥、碳化硅按设计比例混合配制原料；
3)混碾：将配制好的原料与液态结合剂一起混合均匀，待泥料塑性马夏值检测合格后方可下料；
4)成型包装：将混碾好的泥料成型为炮泥，包装后码放整齐；
5)困泥：将成型好的炮泥，在仓库里自然放置一段时长，得到炮泥成品；
6)装泥：将成品炮泥发往高炉现场，使用前将炮泥一坨坨依次装入泥炮机中；
7)出铁：将填满炮泥的铁口通道钻开，使得炽热的渣铁从炮泥通道中流出；
8)堵口：当高炉中渣铁出尽时，将泥炮机中的炮泥打入铁口通道中，再次将铁口封住；
9)重复上述步骤7)和8)，即可实现废镁铬砖在得到重复利用的同时将废镁铬砖颗粒中Cr6+元素在高炉热还原气氛下还原成无毒无害的Cr3+元素。
2.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤1)中，废镁铬砖的预处理步骤包括：废镁铬砖拆除、分类拣选、破粉碎、除去杂质、均化、颗粒整形、筛分、干燥。
3.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤1)中，废镁铬料颗粒及细粉的粒度分布为：粒度≤0.088mm，质量占比20～40％；0.088mm＜粒度≤1mm，质量占比10～20％；1mm＜粒度≤3mm，质量占比20～40％；3mm＜粒度≤5mm，质量占比10～20％。
4.根据权利要求1或2或3所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：废镁铬料颗粒及细粉的化学成及含量为MgO：40～60％，Cr2O3：10～22％，H2O≤1％。
5.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤2)和步骤3)中各组分的重量百分比为20～50％废镁铬料颗粒及细粉，5～15％焦粉，5～15％碳化硅，5～15％氮化硅铁，1～8％沥青，5～15％白泥，外加8～15％的液态结合剂。
6.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤3)中，要求泥料混合均匀，不得有浮游粉尘。
7.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤3)中，泥料混碾时间不低于35分钟，泥料温度控制在50～70℃。
8.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤3)中，泥料的马夏值控制在0.2～1.5MPa。
9.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤3)中，液态结合剂选自蒽油、焦油和树脂。
10.根据权利要求1所述的利用炼铁高炉处理废镁铬砖的方法，其特征在于：所述步骤4)中，将混碾好的泥料通过压力、挤出方式成型为圆柱体或长方体炮泥，长度范围在10～30mm，用塑料膜包装，码放整齐。
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