CN100534939C

CN100534939C - 一种钢渣处理添加剂

Info

Publication number: CN100534939C
Application number: CNB200610024549XA
Authority: CN
Inventors: 陈荣欢
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: CN101033117A

Abstract

一种钢渣处理添加剂，其包含：75～100%的粉煤灰或煤渣，0～15%的高炉渣和0～10%的煤；该粉煤灰或煤渣包含：0～15%的CaO，40～60%的SiO₂和15～35%的Al₂O₃；该高炉渣包含：30～45%的CaO，25～40%的SiO₂，10～20%的Al₂O₃和5～15%的MgO；煤中的固定碳含量大于65%。本发明提供的钢渣处理添加剂，在吹炼结束后，利用高温钢渣的显热，对熔融状态下的钢渣进行处理，可有效减少钢渣中F.CaO和F.MgO的含量，解决了钢渣体积不安定的问题。本发明工艺操作简单，处理效果好，处理效率高，不产生二次污染，提高了金属资源的回收率，具有良好的推广和应用前景。

Description

一种钢渣处理添加剂

技术领域

本发明涉及一种钢渣处理添加剂。

背景技术

目前，在转炉工艺下，铁水和废钢加入转炉，铁水中的硅、锰、铁和磷等元素在氧气射流作用下氧化，与加入的氧化钙(石灰)、氧化镁(轻烧白云石)等造渣材料经过一系列复杂的化学反应后形成转炉钢渣。由于传质等条件的限制，在吹炼结束时仍有部分氧化钙和氧化镁未能参与造渣反应，以游离状态残存于钢渣中。

研究表明，对于筑路等相关行业使用的钢渣，要求其中的游离氧化钙的含量小于5％；混凝土、水泥等相关行业使用的钢渣，要求其中的游离氧化钙的含量小于3％。如DB31/T82-1999《沥青混合料路面及道路基层用钢渣》规定沥青混合料路面用的钢渣的游离氧化钙含量小于3.0％，道路基层用的钢渣的游离氧化钙含量小于5.0％。文献《转炉钢渣的工程利用》(宝钢技术1994/03)中阐述了只要控制钢渣中的游离氧化钙，使其含量降低到3％以下，就可加速或提前分解稳定，用于工程填筑，同样能保证工程质量，对厂区环保和绿化亦无不利影响。

当转炉钢渣在吹炼结束后，一般含有5～10％的游离氧化钙及少量的游离氧化镁。残留在钢渣中的游离氧化钙和氧化镁遇水后，会产生下列反应：

CaO+H₂O＝Ca(OH)₂ ①

MgO+H₂O＝Mg(OH)₂ ②

反应①、②的发生会使钢渣体积产生膨胀，因此转炉钢渣必须经过消化处理，降低游离氧化钙和游离氧化镁的含量，消除其体积不稳定性后才能应用于筑路和混凝土等行业。

现有的钢渣处理工艺方法主要有如下几种：

1、自然堆放：即将钢渣置于渣场，通过和大气中的水分和雨水的反应作用，以使钢渣中的CaO和MgO产生水化反应，使其消解。

2、钢渣加水处理：和方法1类似，通过人工喷水，使钢渣中的CaO和MgO产生水化反应并消解。该工艺方法目前被广泛采用。

3、钢渣蒸汽处理：相比上述所说的加水消解钢渣中的CaO和MgO的工艺方法，本方法的处理效率高，用水量少。并且，也已经存在了在此基础上开发的高压蒸汽钢渣处理工艺(SKAP)，其可使消解的效率进一步提高。

4、通过控制造渣工艺来控制转炉终渣的化学成分，以此来降低钢渣中的游离氧化钙的含量：

如特开平10-121121中报道的，在转炉吹炼中控制含CaO，SiO₂和Al₂O₃物料的投入量来控制终渣的成分，如下：CaO％/SiO₂％≥2.2和CaO％/(SiO₂％+Al₂O₃％)≤2.0，由此，钢渣可以消除体积膨胀性；

考虑到游离氧化镁的因素，特开2001-64714通过物料投入进一步将终渣控制为：CaO％/SiO₂％≥2.2，CaO％/(SiO₂％+Al₂O₃％)≤2.0，12％≤MgO≤30％以及(CaO％+MgO％)/SiO₂％≥2.2，处理后钢渣水浸膨胀率低于1.5％；

另外，特开2002-212621中，将铁水或钢水精练产生的含有氧化钙的熔渣加入转炉做为石灰源，将终渣控制为(CaO％+SiO₂％)≤80％，1.0≤CaO％/SiO₂％≤3.8，并在钢渣冷却过程中1264℃～400℃时以高于0.2℃/min的速度冷却，该条件下得到的钢渣水浸膨胀性低于1.5％。

上述所有的工艺方法中，方法1、2和3均是利用游离氧化钙和氧化镁的水解反应对钢渣进行消解处理。其中工艺方法1的处理效率很低，钢渣经常经过一年以上的堆放后仍然达不到要求，而且占用场地，产生污染。而工艺方法2和3中，水或蒸气量大，影响作业环境，降低钢结构和吊车寿命，劳动条件差，渣盘寿命低，对游离氧化钙的消解处理也不太理想，且浪费大量的水资源。

而工艺方法4虽然可以控制钢渣中的游离氧化钙的含量，但由于造渣材料是在吹炼中加入，将对造渣过程产生负面影响，使得造成的炉渣对去除磷和硫等杂质的能力降低，以及引起对转炉炉衬的侵蚀。

另外，粉煤灰或煤渣都是煤燃烧后的残渣。目前，对它们研究利用的报道也较多，其中不乏将钢渣和它们混合在一起应用于建材生产、筑路等相关行业的报道。如文献《钢渣粉和粉煤灰对钢渣混凝土力学性能的影响特点》(粉煤灰综合利用2004/01)就探讨了钢渣粉和粉煤灰等量取代水泥后，钢渣混凝土的力学属性变化特点和规律；《粉煤灰钢渣混凝土在道路路面中的运用》(公路1998/10)阐述了由粉煤灰和钢渣两种工业废渣分别代替20％的水泥和15％的砂子制成的混凝土，可用于特重型交通的城市主干道和一级公路的混凝土路面；《10.0MPa钢渣煤渣小型空心砌块》(建筑砌块与砌块建筑1999/01)阐述的是利用钢渣煤渣经多方协作试验，研制成了小型空心砌块；等等。但这些文献中涉及的钢渣都是经过消解处理的钢渣，探讨的是将经过消解处理后的钢渣与粉煤灰或煤渣等工业固废如何综合利用的问题；而且，如何避免因钢渣中游离氧化钙和氧化镁的存在，带来的体积不安定性是目前这些应用研究中要着力解决的一个首要问题。

在钢渣利用研究中，归纳起来有两个方面：第一个方面的研究是基于钢渣经过消解处理后，体积已经安定的，即钢渣中的游离氧化钙已经小于3.0～5.0％；目前，这个方面的研究很成熟，体积已经安定的钢渣高附加值利用不成问题；而第二个方面的研究就是体积不安定的钢渣如何加以利用以及如何快速解决钢渣的体积安定性问题；但目前这个方面的研究进展缓慢，效果不是很理想，需要着力解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢渣处理添加剂，其可控制钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁的生成，从而减少了钢渣终渣中游离氧化钙(F.CaO)和游离氧化镁(F.MgO)含量。

为达到上述目的，本发明提供一种钢渣处理添加剂，其包含75～100％的粉煤灰或煤渣，还包含0～15％的高炉渣(BF渣)和0～10％的煤；

所述的粉煤灰是煤燃烧后剩余的灰份，其包含40～60％的SiO₂和15～35％的Al₂O₃，还包含0～15％的CaO；

所述的煤渣是煤燃烧后剩余的残渣，其包含40～60％的SiO₂和15～35％的Al₂O₃，还包含0～15％的CaO；

所述的高炉渣为高炉炼铁后排放的固体废渣，其包含30～45％的CaO，25～40％的SiO₂，10～20％的Al₂O₃和5～15％的MgO；

所述的煤中的固定碳含量大于65％，为钢渣处理添加剂提供一定含量的还原剂碳(C)。

本发明所述的钢渣处理添加剂，由粉煤灰(或煤渣)、高炉渣和煤按本发明的配合比要求混合均匀后，制成粒度为3～30mm的颗粒，这样既不影响造渣反应的速度，也不会因颗粒的粒度太小而造成粉尘污染。

本发明提供的钢渣处理添加剂，其添加工艺有以下三种：

1、转炉出钢结束后，钢渣处理添加剂通过炉顶料仓，加入转炉内的钢渣中；

2、转炉出钢结束后，钢渣由转炉倒入渣包中，在此过程中通过流槽加入钢渣处理添加剂；

3、钢渣处理添加剂预先置于渣包内，转炉出钢结束后，钢渣直接倒入渣包中。

使用本发明提供的钢渣处理添加剂，具有以下优点：

1、本发明提供的钢渣处理添加剂，是在吹炼结束后对钢渣进行处理的，因此对转炉的正常生产不产生影响。同时，利用高温钢渣的显热，向熔融状态下的钢渣中加入以粉煤灰、高炉渣和煤为原料制成的本发明提供的钢渣处理添加剂对转炉钢渣进行高温化学处理，大大减少了钢渣中游离氧化钙(F.CaO)和游离氧化镁(F.MgO)的含量，从根本上解决了钢渣体积不安定的问题。

2、处理效率高，也可以避免加水和蒸汽处理时产生的蒸汽对设备造成腐蚀，并且污染环境，节约了大量水资源。

3、本发明的主要成分是粉煤灰、高炉渣，这些原料来源广，价格低廉，用来处理钢渣体现了“以废治废”的固废资源化的思想。

4、另外，本发明的钢渣处理添加剂中加入了少量的煤，同时粉煤灰(或煤渣)中也含有少量未烧完的游离碳，由于碳具有一定的还原性，高温下加入熔融钢渣中，可以置换出渣中部分金属元素，提高了渣中金属元素的回收利用率。

具体实施方式

由于转炉钢渣中游离氧化钙是来自两方面的：其一是吹炼中的石灰和轻烧白云石始终未能溶解的部分，称为未溶石灰；其二是钢渣在冷却过程中，由于碱度(CaO％/SiO₂％)较高，渣中3CaO·SiO₂相变析出游离氧化钙，称为析出石灰。渣中游离氧化镁则是来源于少量未参与造渣反应的轻烧白云石和吹炼中炉渣因碱度升高后氧化镁的过饱和析出。

转炉吹炼结束出完钢后，钢渣的温度大约在1600℃左右，呈熔融状态。利用钢渣高温显热，向熔融状态下的钢渣中加入一定量的本发明提供的钢渣处理添加剂进行二次造渣反应，就可以消除钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁，其化学反应式为：

SiO₂+nCaO＝nCaO·SiO₂ ③

Al₂O₃十mCaO＝mCaO·Al₂O₃ ④

经反应③、④所述的造渣反应后，钢渣的熔点可进一步降低，不会对后续的渣处理工艺产生影响。另外，钢渣处理添加剂中配入了少量煤，同时粉煤灰(或煤渣)中也含有少量未烧完的游离碳，由于碳具有一定的还原性，高温下加入熔融钢渣中，可以置换出渣中部分金属元素，提高了渣中金属元素的回收利用率，其化学反应式为：C+2FeO＝2Fe+CO₂。

以下通过6个具体实施例，进一步说明本发明和本发明的优点：

表1为本发明的钢渣处理添加剂的6个实施例，以及该6个实施例分别应用于钢渣处理前和处理后渣中游离氧化钙和游离氧化镁含量的对比情况。

表1、各实施例的组成及处理前后钢渣中F.CaO和F.MgO的含量

表1中所列的实施例1和实施例4，采用上述的第一种添加工艺，即在转炉出钢结束后，将钢渣处理添加剂通过炉顶料仓，加入转炉内的钢渣中。

表1中所列的实施例2和实施例6，采用上述的第二种添加工艺，即在转炉出钢结束后，在钢渣由转炉倒入渣包中的过程中通过流槽加入钢渣处理添加剂。

表1中所列的实施例3和实施例5，采用上述的第三种添加工艺，即将钢渣处理添加剂预先置于渣包内，在转炉出钢结束后，钢渣直接倒入渣包中。

由表1可知，钢渣经本发明的钢渣处理添加剂处理以后，渣中的游离氧化钙(F.CaO)和游离氧化镁(F.MgO)的含量都降低到5％以下，如此一来，钢渣不需要再经过消解处理就可以直接用于筑路、混凝土等行业。本发明工艺操作简单，处理效果好，处理效率高，不产生二次污染，提高了金属资源的回收率，具有良好的推广和应用前景。

Claims

1.一种钢渣处理添加剂，特征在于，其包含：75～95％的粉煤灰，3～15％的高炉渣，还包含2～10％的煤；该粉煤灰包含40～60％的SiO₂和15～35％的Al₂O₃，还包含0～15％的CaO；该高炉渣包含30～45％的CaO，25～40％的SiO₂，10～20％的Al₂O₃和5～15％的MgO；所述的煤中的固定碳含量大于65％。

2.一种钢渣处理添加剂，特征在于，其包含：75～95％的煤渣，3～15％的高炉渣，还包含2～10％的煤；该煤渣包含40～60％的SiO₂和15～35％的Al₂O₃，还包含0～15％的CaO；该高炉渣包含30～45％的CaO，25～40％的SiO₂，10～20％的Al₂O₃和5～15％的MgO；所述的煤中的固定碳含量大于65％。

3.如权利要求1或2所述的钢渣处理添加剂，其特征在于，所述的钢渣处理添加剂的粒度为3～30mm；其添加处理的工艺为：转炉出钢结束后，钢渣处理添加剂通过炉顶料仓，加入转炉内的钢渣中；或转炉出钢结束后，钢渣由转炉倒入渣包中，在此过程中通过流槽加入钢渣处理添加剂；或钢渣处理添加剂预先置于渣包内，转炉出钢结束后，钢渣直接倒入渣包中。