CN117867267A - 一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团及制备方法，涉及钢铁冶炼技术领域。为了解决尾渣只能较便宜的当做废物处理卖掉，大大限制了在建筑材料中的应用，导致尾渣的附加值较低，经济效益较小，资源浪费严重，且不能回收利用，易造成环境污染的问题；一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团，包括转炉生石灰和铁粉，将转炉生石灰与铁粉混匀，采用压球机压制成球，干燥后直接加入转炉，替代90%以上的块状石灰；通过将预熔球团直接加入转炉中，在高温区会快速自熔形成铁酸盐，完成矿化过程，可以从根本上解决钢渣中游离CaO的形成，提高了生产效率，控制加入速度和加入量，可以减少能源的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团及制备方法.
背景技术
钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，其产生量约为粗钢产量的10%-15%。然而，目前我国钢渣利用率较低，仅为29.5%，大量钢渣的堆存不仅占用土地资源，而且易造成环境污染。钢渣资源化利用率低的首要原因是其安定性不良问题。通常认为f-CaO、f-MgO和RO相(二价金属氧化物组成的连续固溶体)等非稳定性物质是影响钢渣安定性的主要因素。当钢渣用于水泥混凝土、道路、土木工程等领域时，这些非稳定性物质会与水发生反应，生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，导致体积膨胀，造成严重的工程质量问题，对人们的生命安全产生极大隐患。
钢渣从转炉排出后，在空气中冷却形成一种坚硬的材料，是一种很好的路用材料。钢渣基本呈黑灰色，外观像结块的水泥熟料，其中夹带一些Fe颗粒，硬度大，密度为1700～2000kg/m3。钢渣化学成分随冶炼的矿物成分、燃料、助熔剂及熔化的金属而变化，其主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO及少量MgO、CaS、FeO、MnO等成分。
钢渣具有粉化膨胀的特性，主要原因是钢渣中的游离氧化钙（f-CaO）遇水生成氢氧化钙，体积增大1～2倍。因此，f-CaO是判断钢渣稳定性的重要指标。
据测试，一般转炉钢渣的f-CaO含量在20%以上。钢渣中f-CaO的产生主要有2个来源：①在炼钢过程中加入石灰石、白云石等物质以除去碳、磷、硫等杂质，石灰石等物质在高温煅烧(死烧)过程中将参与生成硅酸盐、铝酸盐和铁铝酸盐等活性矿物组分，也有部分石灰被矿物组分覆盖，阻止其进一步反应，导致石灰部分残留形成f-CaO；②热渣中的C3S极不稳定,在1250℃降至1100℃的过程中会由稳定相转变成亚稳定相，C3S分解成C2S和CaO，形成次生CaO。
目前，行业内，解决渣中游离CaO的方法，都是集中在转炉冶炼过程控制和末端处理（即钢渣处理）。国内钢渣主要处理工艺有：热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法。其中热闷法最为常用。然而，目前我国钢渣利用率较低，仅为29.5%，大量钢渣的堆存不仅占用土地资源，而且易造成环境污染。
目前，转炉炼钢中的造渣工艺主要采用石灰和轻烧白云石为主要造渣原料，由于转炉工艺特点，冶炼温度很高，死烧石灰生成在所难免，钢渣处理耗时费力，普通工艺处理，钢渣中游离氧化钙含量很难降到3%以下，导致尾渣只能较便宜的当做废物处理卖掉，大大限制了在建筑材料中的应用，导致尾渣的附加值较低，经济效益较小，资源浪费严重，且不能回收利用，易造成环境污染。仅在转炉冶炼工序，很难从根本上解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团及制备方法，通过将预熔球团直接加入转炉中，可以从根本上解决钢渣中游离CaO的形成，提高了生产效率，控制加入速度和加入量，可以减少能源的消耗，同时，预熔球团的熔化过程也可以节约能源，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团，包括转炉生石灰和铁粉：
将转炉生石灰和铁粉按照一定比例混合并压制制成压球，压球的粒度直径范围为10mm-50mm；其中，铁粉与生石灰的质量比为1.0-3.0；
将所述压球矿化后生成铁酸盐固结，形成预熔球团；其中，所述铁酸盐固结由CaO·Fe2O3和2CaO·Fe2O3构成。
进一步的，所述生石灰的质量要求为：
CaO≥0.85；
粒度0-3mm≥90%。
进一步的，所述铁粉的质量要求为：
TFe≥0.62；
SiO2≤0.05；
品位≥当前品位；
其他成分≤当前其他成分；
粒度≤当前粒度。
本发明提供另一种技术方案，一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：原材料制备：基于对铁粉的质量要求和生石灰的质量要求按照1:3的比例准备铁粉和生石灰；
步骤二：混合压制：将制备的转炉生石灰与铁粉混和均匀，采用压球机压制成压球；
步骤三：高温焙烧：在带式焙烧机上进行焙烧，使压球中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐固结；
步骤四：冷却：将压好的预熔球团进行干燥，将冷却后的预熔球团直接加入转炉中，替代块状石灰，为高炉带入氧元素。
进一步的，针对步骤二中混合压制，具体步骤为：
将制备好的转炉生石灰和铁粉分别进行称量，并按照原材料制备的比例混合均匀，将混合好的铁粉和生石灰通过搅拌机进行充分搅拌，确保两者混合均匀；
将搅拌好的混合料通过压球机进行压制成球，在压球过程中，控制压球机的压力和转速，并在压制成型的压球中进行抽检，确保预熔球团的粒度和强度符合要求。
进一步的，针对步骤三中高温焙烧，具体步骤为：
将压好的预熔球团放入带式焙烧机中，进行焙烧，焙烧温度控制在900-1100℃范围内，确保物料充分反应；
在焙烧过程中，压球中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐；
反应完成后，物料在带式焙烧机上冷却并固结，将固结后的物料从带式焙烧机上收集下来。
进一步的，针对步骤四中冷却，具体步骤为：
将焙烧好的固结进行自然干燥或200℃以下通风干燥，其中，干燥时间根据实际情况而定，确保物料充分干燥；
将干燥好的预熔球团进行冷却，生成一定大小的的预熔球团；
将预熔球团直接加入转炉中，同时，控制加入速度和加入量，确保物料充分熔化并起到微调转炉渣的作用；
在转炉中，预熔球团中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐；
在转炉中，预熔球团被熔化成铁酸盐，并与其他原料一起进行反应，同时，生石灰中的氧元素被带入高炉中。
进一步的，针对步骤四中冷却后直接加入转炉，还包括：在转炉运行过程中，密切关注物料熔化情况和渣的成分变化，根据实际情况进行调整和控制，确保转炉的正常运行和钢水的质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.预熔球团是冷料，加入转炉可以起到冷却剂的作用，可以部分或完全替代废钢等冷料，铁粉中铁是以氧化物形态存在，和生石灰制球后，加入转炉，可以为高炉带入氧元素，等于给转炉提供了新的氧来源，可以提高转炉冶炼效率，将预熔球团粒度控制在10-50mm，可以直接在转炉冶炼过程中加入，而不会被转炉烟气吸走，预熔球团在吹炼过程中可以分批加入，加入量按照转炉炉渣碱度控制，用废钢和块状生石灰微调热量和碱度，操作灵活方便。
2.通过将预熔球团直接加入转炉中，可以起到提高金属收得率的作用，可以减少物料的处理时间和操作步骤，且预熔球团中铁粉与粉状生石灰已经过充分混合，在高温区会快速自熔形成铁酸盐，完成矿化过程，可以避免大颗粒生石灰被高温再次煅烧为死烧石灰，化渣更彻底完全，可以从根本上解决钢渣中游离CaO的形成，提高了生产效率，控制加入速度和加入量，可以减少能源的消耗，同时，预熔球团的熔化过程也可以节约能源。
3.通过密切关注物料熔化情况和渣的成分变化，可以根据实际情况进行调整和控制，从而确保钢水质量的稳定性和可靠性，提高产品的质量和性能，满足客户的需求，及时调整和控制转炉的运行参数，可以减少设备磨损和故障的发生，从而延长设备的使用寿命，降低生产成本和维护成本，提高企业的经济效益，优化转炉的运行参数和控制渣的成分变化，可以降低能耗和排放，减少对环境的影响。
附图说明
图1为本发明的用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决尾渣只能较便宜的当做废物处理卖掉，大大限制了在建筑材料中的应用，导致尾渣的附加值较低，经济效益较小，资源浪费严重，且不能回收利用，易造成环境污染的技术问题，请参阅图1，本实施例提供以下技术方案：
一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团，包括转炉生石灰和铁粉：
将转炉生石灰和铁粉按照一定比例混合并压制制成压球，压球的粒度直径范围为10mm-50mm；其中，铁粉与生石灰的质量比为1.0-3.0；
生石灰的质量要求为：CaO≥0.85；粒度0-3mm≥90%；
在本实施例中，生石灰的主要成分是氧化钙，生石灰的CaO含量应不低于0.85，以保证在生产过程中生石灰的质量和性能，生石灰的粒度应控制在0-3mm的范围内，并且其中不少于90%的颗粒应在这个范围内，这样的粒度分布有助于保证生石灰的均匀性和流动性，使其在应用中能够更好地发挥效果；
铁粉的质量要求为：TFe≥0.62；SiO2≤0.05；品位≥当前品位；其他成分≤当前其他成分；粒度≤当前粒度；
在本实施例中，除了上述提到的TFe和SiO2含量以及品位的要求，铁粉的质量要求还包括其他成分和粒度的要求，对于其他成分，越低越好，因为它们可能会影响铁粉的纯度和质量，例如，其他金属元素或杂质可能会影响铁粉的磁性、强度、韧性等性能，因此，铁粉生产过程中需要严格控制原材料的质量和加工工艺，以确保铁粉中其他成分含量较低，另外，铁粉的粒度越细越好，因为细粒度的铁粉具有更高的表面积和反应活性，可以更好地与其它原料混合和反应，从而制造出更致密、更细粒的钢材或合金，此外，细粒度的铁粉还具有更好的流动性，便于自动化生产过程中运输和操作；
将压球矿化后生成铁酸盐固结，形成预熔球团；其中，铁酸盐固结由CaO·Fe2O3和2CaO·Fe2O3构成。
在本实施例中，预熔球团是冷料，加入转炉可以起到冷却剂的作用，可以部分或完全替代废钢等冷料，铁粉中铁是以氧化物形态存在，和生石灰制球后，加入转炉，可以为高炉带入氧元素，等于给转炉提供了新的氧来源，可以提高转炉冶炼效率，将预熔球团粒度控制在10-50mm，可以直接在转炉冶炼过程中加入，而不会被转炉烟气吸走。区别于传统的直接添加烧结矿，且粒度太大，无法直接入炉，若加入烧结矿筛下物，则因其粒度太细，直接加入会被转炉烟气吸走，收得率很低，在铁水包中加入，因加入后铁水温度降低，影响冶炼前期温度，加入量受限；而预熔球团在吹炼过程中可以分批加入，加入量按照转炉炉渣碱度控制，用废钢和块状生石灰微调热量和碱度，操作灵活方便。
为了更好的展现用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的生成过程，本发明提供一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法，请参阅图1，包括以下步骤：
步骤一：原材料制备：基于对铁粉的质量要求和生石灰的质量要求按照1:3的比例准备铁粉和生石灰；
在本实施例中，为了满足不同用途和使用条件的要求，生石灰的质量要求需要考虑氧化钙的含量和生石灰的粒度，铁粉的质量要求需要综合考虑TFe和SiO2含量、品位以及其他成分和粒度等因素，生产过程中需要严格控制原材料质量和加工工艺，以确保生石灰和铁粉的质量符合要求，转炉炼钢靠纯氧从转炉顶部或底部吹炼铁水成钢的，转炉需要用氧气来完成铁水脱碳，铁粉中铁是以氧化物形态存在，和生石灰制球后，加入转炉，可以为高炉带入氧元素，等于给转炉提供了新的氧来源，可以提高转炉冶炼效率；
步骤二：混合压制：将制备的转炉生石灰与铁粉混和均匀，采用压球机压制成压球；
针对步骤二中混合压制，具体步骤为：
将制备好的转炉生石灰和铁粉分别进行称量，并按照原材料制备的比例混合均匀，将混合好的铁粉和生石灰通过搅拌机进行充分搅拌，确保两者混合均匀；
将搅拌好的混合料通过压球机进行压制成球，在压球过程中，控制压球机的压力和转速，并在压制成型的压球中进行抽检，确保预熔球团的粒度和强度符合要求；
在本实施例中，使用粉状生石灰代替块状石灰可以显著降低成本，粉状生石灰的生产成本较低，其生产过程中不需要进行破碎和筛选等工序，从而减少了生产环节和设备投入；因为其体积小、密度大，可以减少运输车辆的装载量，降低运输成本，预熔球团制作工艺简单，成分设计合理，采用压球机将生石灰和铁粉压制成球可以提高生产效率，将生石灰和铁粉快速、均匀地混合在一起，形成球状物料，并在压制成型的压球中进行抽检，以保证球团的强度和密度，此外，球状物料在转炉中熔化速度更快，可以缩短熔化时间，提高生产效率；
步骤三：高温焙烧：在带式焙烧机上进行焙烧，使压球中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐固结；
针对步骤三中高温焙烧，具体步骤为：
将压好的预熔球团放入带式焙烧机中，进行焙烧，焙烧温度控制在900-1100℃范围内，确保物料充分反应；
在焙烧过程中，压球中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐；
反应完成后，物料在带式焙烧机上冷却并固结，将固结后的物料从带式焙烧机上收集下来；
在本实施例中，采用带式焙烧机可以连续地将压好的球团进行焙烧和冷却，提高了生产效率，焙烧温度控制在900-1100℃范围内，相对于其他焙烧方式，具有较低的能耗，适用于大规模生产，满足不同规模企业的需求，实现自动化控制和操作，减少了人工干预和操作失误的可能性，高温焙烧使压球中的铁氧化物与生石灰反应生成铁酸盐，这些化合物具有较高的强度和稳定性，使得焙烧后的压球结块具有更好的机械强度和耐久性，高温焙烧过程中，铁氧化物与生石灰反应生成铁酸盐，同时释放出氧气，氧气与铁氧化物进一步反应生成更高价态的铁氧化物，使更多的铁元素被固定在结块中，提高了铁的回收率；
步骤四：冷却：将压好的预熔球团进行干燥，将冷却后的预熔球团直接加入转炉中，替代块状石灰，为高炉带入氧元素；
在本实施例中，由于生石灰和铁粉都是粉状物料，经过充分混匀，加入转炉后，遇高温，就会生成铁酸盐，不存在大粒度生石灰高温再次煅烧，可从根本上解决生石灰烧死问题，从而改善化渣条件，解决渣中游离CaO疑难问题，同时，若需要，还可以在压球中填加含MgO熔剂，制作复合镁质机预熔球团，MgO熔剂可以降低熔渣中的钙硅比，从而减少石灰消耗，降低生产成本，与铁水中的硫反应生成硫化镁，从而降低铁水中的硫含量，提高脱硫效率，改善渣的流动性，使渣更容易从转炉中排出，减少堵炉和结渣的可能性；进一步的，通过添加MgO熔剂，可以调整渣的成分和性质，从而改善钢水的质量，提高产品的性能和稳定性；此外，采用预熔球团加入转炉可以减少粉尘的飞扬，进一步改善环境，采用球状物料加入转炉可以更好地控制加入速度和加入量，减少操作人员的工作量，提高工作效率；
在本实施例中，为了验证将预熔球团替代块状石灰，解决钢渣中游离CaO的形成的作用，设计对照实验进行比较，实验组和对照组在转炉炼钢中的表现如下：
在实验组中，粉状石灰和铁粉被混合并压制成球，然后采用自然干燥或200℃以下的通风干燥。这些球状物直接加入转炉，替代了大部分的块状石灰，实验组能够更有效地与钢渣反应，减少了游离CaO的形成，由于采用了粉状石灰和压球工艺，实验组在提高炼钢效率和降低成本方面优于对照组1和对照组2，实验组的球状石灰在转炉内的反应性能和扩散性能优于对照组3，对照组3由于采用了不适当的干燥方式，影响了石灰的性能，通过调整块状石灰的添加量，实验组成功实现了对转炉渣的微调，这表明实验组的方案具有较好的灵活性和可调控性，在实验条件下，实验组能够有效地替代90%以上的块状石灰，同时保持良好的冶金效果和操作稳定性。
在本实施例中，针对步骤四中冷却，具体步骤为：
将焙烧好的固结进行自然干燥或200℃以下通风干燥，其中，干燥时间根据实际情况而定，确保物料充分干燥；将干燥好的预熔球团进行冷却，生成一定大小的的预熔球团；将预熔球团直接加入转炉中，同时，控制加入速度和加入量，确保物料充分熔化并起到微调转炉渣的作用；在转炉中，预熔球团中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐；在转炉中，预熔球团被熔化成铁酸盐，并与其他原料一起进行反应，同时，生石灰中的氧元素被带入高炉中；
在本实施例中，通过将预熔球团直接加入转炉中，预熔球团加入转炉后，预熔球团中的铁氧化物在氧化铁水中的碳时，同时自身铁元素会被还原，等于增加了金属料，可以起到提高金属收得率的作用，可以减少物料的处理时间和操作步骤，且预熔球团中铁粉与粉状生石灰已经过充分混合，预熔球团加入转炉后，在高温区会快速自熔形成铁酸盐，完成矿化过程，可以避免大颗粒生石灰被高温再次煅烧为死烧石灰，化渣更彻底完全，可以从根本上解决钢渣中游离CaO的形成，提高了生产效率，控制加入速度和加入量，可以减少能源的消耗，同时，预熔球团的熔化过程也可以节约能源。
针对步骤四中冷却后直接加入转炉，还包括：在转炉运行过程中，密切关注物料熔化情况和渣的成分变化，根据实际情况进行调整和控制，确保转炉的正常运行和钢水的质量；
在本实施例中，预熔球团制作工艺简单，成分设计合理，与转炉配加高碱度烧结矿相比，优势明显，转炉加高碱度烧结矿会造成渣量激增，铁损增加，而且高碱度烧结矿碱度比转炉要求的炉渣碱度低很多，还需要额外增加生石灰用量，增加冶炼成本，而预熔球团可以很好的解决此问题，通过密切关注物料熔化情况和渣的成分变化，可以根据实际情况进行调整和控制，从而确保钢水质量的稳定性和可靠性，提高产品的质量和性能，满足客户的需求，及时调整和控制转炉的运行参数，可以减少设备磨损和故障的发生，从而延长设备的使用寿命，降低生产成本和维护成本，提高企业的经济效益，优化转炉的运行参数和控制渣的成分变化，可以降低能耗和排放，减少对环境的影响。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团，其特征在于：包括转炉生石灰和铁粉：
将转炉生石灰和铁粉按照一定比例混合并压制制成压球，压球的粒度直径范围为10mm-50mm；其中，铁粉与生石灰的质量比为1.0-3.0；
将所述压球矿化后生成铁酸盐固结，形成预熔球团；其中，所述铁酸盐固结由CaO·Fe2O3和2CaO·Fe2O3构成。
2.如权利要求1所述的一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团，其特征在于：所述生石灰的质量要求为：
CaO≥0.85；
粒度0-3mm≥90%。
3.如权利要求2所述的一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团，其特征在于：所述铁粉的质量要求为：
TFe≥0.62；
SiO2≤0.05。
4.一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法，用于制备权利要求3所述的用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：原材料制备：基于对铁粉的质量要求和生石灰的质量要求按照1:3的比例准备铁粉和生石灰；
步骤二：混合压制：将制备的转炉生石灰与铁粉混和均匀，采用压球机压制成压球；
步骤三：高温焙烧：在带式焙烧机上进行焙烧，使压球中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐固结；
步骤四：冷却：将压好的预熔球团进行干燥，将冷却后的预熔球团直接加入转炉中，替代块状石灰，为高炉带入氧元素。
5.如权利要求4所述的一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法，其特征在于：针对步骤二中混合压制，具体步骤为：
将制备好的转炉生石灰和铁粉分别进行称量，并按照原材料制备的比例混合均匀，将混合好的铁粉和生石灰通过搅拌机进行充分搅拌，确保两者混合均匀；
将搅拌好的混合料通过压球机进行压制成球，在压球过程中，控制压球机的压力和转速，并在压制成型的压球中进行抽检，确保预熔球团的粒度和强度符合要求。
6.如权利要求5所述的一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法，其特征在于：针对步骤三中高温焙烧，具体步骤为：
将压好的预熔球团放入带式焙烧机中，进行焙烧，焙烧温度控制在900-1100℃范围内，确保物料充分反应；
在焙烧过程中，压球中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐；
反应完成后，物料在带式焙烧机上冷却并固结，将固结后的物料从带式焙烧机上收集。
7.如权利要求6所述的一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法，其特征在于：针对步骤四中冷却，具体步骤为：
将焙烧好的固结进行自然干燥或200℃以下通风干燥，其中，干燥时间根据实际情况而定，确保物料充分干燥；
将干燥好的预熔球团进行冷却，生成一定大小的的预熔球团；
将预熔球团直接加入转炉中，同时，控制加入速度和加入量，确保物料充分熔化并起到微调转炉渣的作用；
在转炉中，预熔球团中的铁氧化物与生石灰反应，生成铁酸盐；
在转炉中，预熔球团被熔化成铁酸盐，并与其他原料一起进行反应，同时，生石灰中的氧元素被带入高炉中。
8.如权利要求7所述的一种用于降低钢渣中游离氧化钙的预熔球团的制备方法，其特征在于：针对步骤四中冷却后加入转炉，还包括：在转炉运行过程中，密切关注物料熔化情况和渣的成分变化，根据实际情况进行调整和控制，确保转炉的正常运行和钢水的质量。
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