CN104831006A - 一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法 - Google Patents

Abstract

一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法,包括以下步骤：将钢厂连铸结束后残留在钢包内的精炼废渣倒入集渣罐，调整温度、化学成分和粘度，将集渣罐倾斜，使液态精炼废渣均匀下流，同时下流体下方用压缩空气喷嘴对准流动的精炼废渣喷吹，使精炼废渣喷溅到空气中迅速冷却，冷却后即得到中空的颗粒状精炼废渣，收集后进行除铁、筛分、检测、包装，即得到最终的钢水覆盖剂；所述温度调整为1500~1580℃；所述粘度控制为0.05~1.50Pa.S；所述精炼废渣中加入矿相稳定剂，所述矿相稳定剂为Na₂O，Na₂O含量为精炼废渣质量百分比的0.5~3.0wt%。充分利用精炼废渣的余热，回收利用工艺简单、产品附加值高，能较好地改善钢厂环保，实现节能减排。

Description

一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法

技术领域  

本发明涉及一种冶金炉渣综合利用新方法，特别涉及一种精炼废渣的回收综合利用生产钢水覆盖剂的新方法。

背景技术

在对钢水进行精炼、合金化过程中，都要在精炼炉中加入精炼渣，加入量一般在10~25kg/t钢，连铸结束后，这些精炼渣就变成精炼废渣，精炼废渣是冶金过程主要的固体废弃物之一，全国每年新增精炼废渣1500万吨以上。

精炼废渣是指钢水连铸结束后，残余在钢包内的这部分液态炉渣，其数量约为10~25公斤/吨钢，其理化指标如表一所示。钢厂一般将这部分炉渣与其它炉渣混在一起，运往渣场当作固体废弃物处理。

 表1  精炼废渣的典型成份范围（%）

表2  精炼废渣的典型矿相

经观察研究，这部分精炼废渣还存在很高的利用价值。[1] 余热。连铸完毕时，这部分精炼废渣还呈液态存在，温度约在1350~1500℃。[2] 脱硫。由于精炼结束后，炉渣中的FeO含量小于1.0%，氧活度很低，碱度一般在3.0以上，硫容量很高，一般精炼渣的脱硫能力还有50~70%没有得到利用。[3] 吸附夹杂。精炼废渣在成份和矿相上与预熔渣很相似，具有很强的夹杂吸附能力。[4] 其化学成份与碱性钢水覆盖剂的化学成份相似，只需稍作调整或无需调整即可符合碱性钢水覆盖剂的化学成份要求。

以前，冶金工作者也一直致力于对上述精炼废渣进行回收利用，到目前为止，精炼废渣回收利用的主要方向为：[1]做钢渣水泥或水泥添加剂。中国专利CN1014704B 公开了一种钢渣利用方法，其在钢渣中加入硅酸盐、异极矿等改良剂后用作水泥原料或添加剂。其工艺复杂，利用价值低。[2] 在钢铁企业内部进行回用，主要利用其中的铁和熔剂成分，目前主要用作烧结熔剂，化渣剂，保护渣等。美国专利US6179895B1和US6174347B1公开了一种利用回收精炼炉渣做中间包覆盖剂的方法，该方法只是将回收精炼炉渣筛分、混合后直接利用，铺展性不良，体积密度过大，起不到保温的作用，会导致中间包很快结壳，生产无法继续进行。美国专利US6189818B1公开了一种利用回收利用精炼炉渣的方法，该方法将液态精炼渣倒到激冷板上凝固、冷却、破碎、筛分后，继续用做精炼合成渣。中国专利CN1597997公开了一种炼钢炉渣梯级利用方法，钢铁冶炼过程中，将后步工序产出的炉渣加入调整剂后逐级返回应用到前面工序。 [3] 作为陶瓷及建筑材料。中国专利CN1966456公开了一种利用钢铁厂生产钢铁的废炉渣（水渣）作建筑陶瓷产品的原料的方法，属陶瓷原料领域。[4]其它用途。中国专利CN101259987公开了一种利用高炉渣制备微晶玻璃的方法，将高炉渣粉碎过筛后，加入其它原料，制成微晶玻璃。其只能用高炉炉渣且生产工艺也很复杂。

综上所述，近几年对精炼废渣的综合利用研究已出现了许多成果，但不同程度地存在利用工艺复杂、利用成本高、利用产品附加值低等不足。据统计，各钢厂的高炉渣利用率已超过85%，精炼废渣的综合利用率还不到10%。中国专利CN200810244441.0公开的一种利用回收精炼渣制备保护渣的方法，该方法是待精炼废渣冷却粉化后回收，将回收的精炼废渣成份调整后，加入添加剂制浆，然后进行喷雾造粒，该方法尽管产品附加值较好，但该方法没能利用好精炼废渣的余热，在制浆和喷雾造粒过程中，由于需添加必须的粘结剂和添加剂，这客观上造成了二次污染。中国专利 CN1970197公开了一种高碱度球状中空型中间包覆盖剂，其采用预熔、高碱度、无碳的原料，通过喷雾造粒工艺，生产中间包覆盖剂，其原料中有部分采用LF精炼渣，并要求粒度200目通过率不低于96%，但未公开具体使用方法。专业人员一般习惯称准备加入LF炉内用于精炼的渣料为LF炉精炼渣，使用后的炉渣称为精炼废渣或回收精炼渣；而且只有通过破碎、雷蒙等工艺才能获得粒度200目通过率不低于96%的细粉，这种工艺混入了其它杂质，增加了使用成本，而且破坏了精炼废渣的晶格结构。采用预熔的原料也大大增加生产成本。

钢水覆盖剂是指精炼结束后，加在钢包和中间包内钢水表面之上的覆盖剂，主要起保温作用，碱性钢水覆盖剂更有利于吸附夹杂，防止二次氧化。目前生产碱性钢水覆盖剂大都采用喷雾造粒工艺，这种工艺生产出来的覆盖剂在每个颗粒的中间是空心的，这种空心结构大大降低了产品体积密度，加强了覆盖剂的保温性能。

熔体喷吹造粒技术是将熔化的物料通过压缩空气喷吹生产空心球，主要用于氧化铝刚玉空心球的生产，中国专利 CN1789197A公开了一种利用熔体喷吹造粒技术生产刚玉空心球的方法，该方法熔体是提纯的Al₂O₃，可视为单相熔体，喷吹温度是1900~2400℃，喷嘴直径是30~60mm，对熔体粘度未作要求。目前未发现将此技术用于钢水覆盖剂的生产，这是因为，刚玉熔体的化学成份比较单一，矿相也没什么变化。生产钢水覆盖剂的物料熔体性能与氧化铝熔体性能有很大的不同，其中含有较高的CaO和 SiO2，整个熔体属四元以上的物相，矿相变化达几十种之多，简单像喷吹氧化铝熔体那样喷吹钢水覆盖剂或精炼废渣熔体，根本得不到合适的空心球产品。要想通过熔体喷吹造粒技术生产出合格的空心球状钢水覆盖剂来，必须对生产钢水覆盖剂的物料熔体做深入、***的理论和实验研究，找出合适的喷吹工艺参数来。如果此项研究成功，则可省去将预熔原料破碎、磨粉、加粘结剂、制浆、喷雾造粒等一系列工艺过程，充分利用精炼废渣的熔融余热，既节省了大量能源和成本，还减少了上述工艺过程对覆盖剂的污染，生产工艺简洁易行。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种充分利用精炼废渣的余热，回收利用工艺简单、产品附加值高，能较好地改善钢厂环保，实现节能减排的回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法。

为实现本发明目的，提供了以下技术方案：一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法,其特征在于包括以下步骤：将钢厂连铸结束后残留在钢包内的精炼废渣倒入集渣罐，调整温度、化学成分和粘度，将集渣罐倾斜，使液态精炼废渣均匀下流，同时下流体下方用压缩空气喷嘴对准流动的精炼废渣喷吹，使精炼废渣喷溅到空气中迅速冷却，冷却后即得到中空的颗粒状精炼废渣，收集后进行除铁、筛分、检测、包装，即得到最终的钢水覆盖剂；

 所说的温度调整是因为实际生产中，因各项工艺参数的调整或波动，每炉钢连铸结束时精炼废渣的温度不尽相同，而研究表明，合适的精炼废渣温度对喷吹能否得到理想的中空覆盖剂非常重要，温度太高，浪费燃料的同时会使喷吹得到的颗粒太小，甚至得到的是实心颗粒；温度太低，会使喷吹无法进行，喷吹得到的将是实心颗粒。合适的温度调整为1500~1580℃。

  本发明所述的调整粘度是因为精炼废渣的粘度对喷吹能否得到理想的中空钢水覆盖剂至关重要，这是本发明的核心之一。粘度是液态炉渣的一个重要物理性质，它跟炉渣的化学组成、温度、矿相等因素有关，粘度不合适，无论粘度偏高或偏低，喷吹后都形不成理想的中空状颗粒，研究表明，针对液态精炼废渣，合适的粘度范围是：0.05~1.50Pa.S，最佳的粘度范围是：0.10~0.50Pa.S，粘度可通过温度和化学成分调整。

所述精炼废渣中加入矿相稳定剂，所述矿相稳定剂为Na₂O，Na₂O含量为精炼废渣质量百分比的0.5~3.0wt%。

作为优选，压缩空气喷嘴为一组三排并列紧密排在一起的独立喷嘴，每排的喷嘴位置错开设置，喷嘴的直径3~5mm；这个直径能保证喷吹得到的颗粒直径分布在0.5~4.0mm的比例最大；喷嘴的个数由集渣罐的流渣口宽度决定，确保两边均比渣流宽度宽出50~100mm，喷嘴与水平线夹角成40~60度夹角。这样保证喷吹出的小颗粒在空中有最长的冷却时间。

作为优选，压缩空气喷嘴的压缩空气的压力控制在6~10kg/cm²。

作为优选，集渣罐形状如钢厂的铁水周转包，内砌有耐火砖衬，砖衬耐火度要求大于1700℃，其容量以装完每包精炼废渣后，渣面留有500~800mm自由空间。这样可保证调整成份的空间，并且在调整温度时，火焰喷枪不露在包外。

为实现本发明目的，提供了另一种技术方案：一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法,其特征在于包括以下步骤：将钢厂连铸结束后残留在钢包内的精炼废渣倒入集渣罐，调整温度、化学成分和粘度，将集渣罐倾斜，使液态精炼废渣均匀下流，同时下流体下方用压缩空气喷嘴对准流动的精炼废渣喷吹，使精炼废渣喷溅到空气中迅速冷却，冷却后即得到中空的颗粒状精炼废渣，收集后进行除铁、筛分、检测、包装，即得到最终的钢水覆盖剂；

 所述温度调整为1500~1580℃；

 所述粘度控制为0.05~1.50Pa.S；

 所述精炼废渣的化学成份按质量百分比为：CaO 42~52wt%, SiO₂5~10 wt%,  MgO 5~8 wt%, Al₂O₃20~30 wt%, FeO ≤1.5 wt%, CaF₂ ≤5.0 wt%, Na₂O 0.5~3.0 wt%, P≤0.5 wt%, S≤0.5 wt% 。

本发明所述的调整化学成分是因为实际生产中，因钢种及各项工艺参数的调整或波动，每炉钢连铸结束时精炼废渣的化学成分不尽相同，大多数情况可直接应用做钢水覆盖剂，如果出现精炼废渣现场快速分析成分与钢水覆盖剂目标值要求有差别的情况，按缺什么补什么、缺多少补多少的原则，对差别组分进行调整、补充，然后用煤气或天然气喷枪加热到目标温度。本发明所述典型碱性钢水覆盖剂的化学成份不是唯一的限定，具体的碱性钢水覆盖剂的化学成份可根据用户的技术要求，按上述补缺原则而相应确定。

本发明所说的矿相稳定剂是指Na₂O ，这是本发明的又一核心。Na₂O 在覆盖剂中通常是作为熔剂引入的，主要用于调节熔点，本发明发现其具有稳定矿相的作用，将Na₂O 作为矿相稳定剂引入本发明中。研究表明，液态精炼废渣喷吹成中空颗粒的最大困难是精炼废渣中含有大量的C₂S （硅酸二钙），在缓慢冷却到525℃时发生α′-C₂S  （硅酸二钙）晶相向γ-C₂S 晶相的转变，体积膨胀12%，导致精炼废渣粉化。为解决此技术难题，本发明引入矿相稳定剂Na2O，实验研究发现，加入Na₂O 后，C₂S 晶相变得相对稳定了，C₂S 晶相区变宽了，并向低温区扩大，喷吹后，在空气激冷条件下，得到的基本都是空心颗粒，最佳的Na₂O含量是0.5~3.0wt%，这使得采用喷吹工艺喷吹多相熔体如液态精炼废渣来生产空心球颗粒产品变成可行。如果不加入矿相稳定剂Na₂O，喷吹所得到的颗粒中很大比例是呈破碎状的，不成颗粒的细粉所占比例也大大增加。

本发明所说的除铁是将冷却好的空心颗粒收集起来，在筛分前通过磁铁将其中的铁粒或带铁的颗粒清除干净，回收的铁粒直接回炉进行利用。

本发明所说的筛分是指将除铁后的空心颗粒进行筛分，取其中直径在0.5~4.0mm范围内的部分用作钢水覆盖剂，筛余部分当固体废弃物处理。选取直径0.5~4.0mm是因为要保证颗粒在钢水表面的辅展效果和保温性能，这个粒度分布范围最理想。

本发明的有益效果：一是实现了节能减排和循环经济。将原来当成废料处理的精炼废渣转变成高附加值的冶金辅助材料，同时减少了钢厂的粉尘污染，改善了工作环境。二是成本极低。与常规用预熔渣作原料生产钢水覆盖剂相比，省去了预熔、破碎、雷蒙、喷雾造粒等工序，充分利用了精炼废渣的余热，据测算，每使用一吨液态精炼废渣，能节省燃料成本800元，节省加工成本300元，年产500万吨钢的中型钢厂，每年产生精炼废渣10万吨以上，按80%的利用率，年可节约成本8800万，加上回收渣中残铁的效益和减少处理固体废弃物的成本，年经济效益可超过一亿元。三是生产的钢水覆盖剂性能更优越。这是因为，预熔原料经破碎、雷蒙等外力使原料破碎到100目以下，通过外加粘接剂喷雾造粒成球。一方面，上术工艺使许多矿相晶格结构遭到破坏，被破坏的晶格使成品的空心球体易破裂，导致使用效果降低；另一方面，喷雾造粒工艺需外加多种添加剂和粘接剂，这本身就是一个污染源。 通过本发明的工艺对液态精炼废渣直接进行喷吹造粒，没有任何添加剂，矿相和组成与精炼渣基本相同，在冶金功能上体现出明显的优越性。区分中空钢水覆盖剂是喷雾造粒生产的还是熔体直接喷吹造粒生产的，只要看钢水覆盖剂中有没有添加剂或粘接剂的成分就行了。

附图说明

图1是本发明的喷嘴正面示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例子来对本发明进一步说明。

实施例1：

将连铸结束后钢包内残余的精炼废渣倒入集渣罐，运至喷吹车间，测得温度1515℃，测得粘度0.30 Pa.S，化学分析精炼废渣成份如下表（%）：

上述化学分析结果符合钢水覆盖剂的化学成份要求，本身含有0.50%的Na₂O，称得本罐精炼废渣熔体重量为1.62吨，测得的精炼废渣温度、粘度符合喷吹条件，采用8 kg/cm²的压缩空气进行喷吹，喷嘴与水平线夹角成50度夹角，喷嘴直径3.5mm，并列3排各10个喷嘴，总宽度600mm。喷吹结束后冷却到室温，收集后用磁铁进行除铁，含铁颗粒返回钢厂利用，其余部分进行筛分，将筛分得到0.5~4.0mm范围内的部分包装，用作钢水覆盖剂，其化学成分与上表相同。筛余部分当作固体废料处理。

实施例2：将连铸结束后钢包内残余的精炼废渣倒入集渣罐，运至喷吹车间，测得温度1390℃，化学分析精炼废渣成份如下表（%）。

上述化学分析结果不符合钢水覆盖剂要求，测得的精炼废渣温度偏低，称得本罐精炼废渣熔体重量为1.23吨，补充石英砂60kg，镁砂50kg，Na₂O 30kg，用煤气喷枪加热，测得温度1550℃，测得粘度0.08 Pa.S，符合喷吹要求，采用10 kg/cm²的压缩空气进行喷吹，喷嘴与水平线夹角成45度夹角，喷嘴直径4.0mm，并列3排各10个喷嘴，总宽度600mm。喷吹结束后冷却到室温，收集后用磁铁进行除铁，含铁颗粒返回钢厂利用，其余部分进行筛分，将筛分得到0.5~4.0mm范围内的部分包装，用作钢水覆盖剂，其化学成分见下表。筛余部分当作固体废料处理。

实施例3：将连铸结束后钢包内残余的精炼废渣倒入集渣罐，运至喷吹车间，测得温度1460℃，化学分析精炼废渣成份如下表（%）。

上述化学分析结果不符合钢水覆盖剂要求，称得本罐精炼废渣熔体重量为1.25吨，补充石灰170kg，补充Na₂O 40kg，用煤气喷枪加热，测得温度1580℃，测得粘度0.05 Pa.S，符合喷吹要求，采用6 kg/cm²的压缩空气进行喷吹，喷嘴与水平线夹角成40度夹角，喷嘴直径3.0mm，并列3排各10个喷嘴，总宽度600mm。喷吹结束后冷却到室温，收集后用磁铁进行除铁，含铁颗粒返回钢厂利用，其余部分进行筛分，将筛分得到0.5~4.0mm范围内的部分包装，用作钢水覆盖剂，其化学成分见下表。筛余部分当作固体废料处理。

CaO	SiO2	MgO	Al2O3	FeO	CaF2	Na2O	P	S
									46.35	9.83	7.74	28.38	0.78	2.80	2.81	0.28	0.35

 实施例4：将连铸结束后钢包内残余的精炼废渣倒入集渣罐，运至喷吹车间，测得温度1405℃，化学分析精炼废渣成份如下表（%）。

CaO	SiO2	MgO	Al2O3	FeO	CaF2	Na2O	P	S
									51.5	11.00	8.60	19.70	0.80	0.80	--	0.44	0.47

上述化学分析结果不符合钢水覆盖剂要求，称得本罐精炼废渣熔体重量为1.75吨，补充矾土170kg，补充Na₂O 40kg，用天然气喷枪加热，测得温度1500℃，测得粘度0.50 Pa.S，符合喷吹要求，采用7 kg/cm²的压缩空气进行喷吹，喷嘴与水平线夹角成45度夹角，喷嘴直径3.0mm，并列3排各10个喷嘴，总宽度600mm。喷吹结束后冷却到室温，收集后用磁铁进行除铁，含铁颗粒返回钢厂利用，其余部分进行筛分，将筛分得到0.5~4.0mm范围内的部分包装，用作钢水覆盖剂，其化学成分见下表。筛余部分当作固体废料处理。

Claims (5)

1.一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法,其特征在于包括以下步骤：将钢厂连铸结束后残留在钢包内的精炼废渣倒入集渣罐，调整温度、化学成分和粘度，将集渣罐倾斜，使液态精炼废渣均匀下流，同时下流体下方用压缩空气喷嘴对准流动的精炼废渣喷吹，使精炼废渣喷溅到空气中迅速冷却，冷却后即得到中空的颗粒状精炼废渣，收集后进行除铁、筛分、检测、包装，即得到最终的钢水覆盖剂；

   所述温度调整为1500~1580℃；

   所述粘度控制为0.05~1.50Pa.S；

   所述精炼废渣中加入矿相稳定剂，所述矿相稳定剂为Na₂O，Na₂O含量为精炼   废渣质量百分比的0.5~3.0wt%。

2.根据权利要求1所述的一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法，其特征在于压缩空气喷嘴为一组三排并列紧密排在一起的独立喷嘴，每排的喷嘴位置错开设置，喷嘴的直径3~5mm；喷嘴的个数由集渣罐的流渣口宽度决定，确保两边均比渣流宽度宽出50~100mm；喷嘴与水平线夹角成40~60度夹角。

3.根据权利要求2所述的一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法，其特征在于压缩空气喷嘴的压缩空气的压力控制在6~10kg/cm²。

4.根据权利要求1所述的一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法，其特征在于集渣罐形状如钢厂的铁水周转包，内砌有耐火砖衬，砖衬耐火度要求大于1700℃，其容量以装完每包精炼废渣后，渣面留有500~800mm自由空间。

5.一种回收精炼废渣生产钢水覆盖剂的方法,其特征在于包括以下步骤：将钢厂连铸结束后残留在钢包内的精炼废渣倒入集渣罐，调整温度、化学成分和粘度，将集渣罐倾斜，使液态精炼废渣均匀下流，同时下流体下方用压缩空气喷嘴对准流动的精炼废渣喷吹，使精炼废渣喷溅到空气中迅速冷却，冷却后即得到中空的颗粒状精炼废渣，收集后进行除铁、筛分、检测、包装，即得到最终的钢水覆盖剂；

   所述温度调整为1500~1580℃；

   所述粘度控制为0.05~1.50Pa.S；

   所述精炼废渣的化学成份按质量百分比为：CaO 42~52wt%, SiO₂ 5~10 wt%,  MgO 5~8 wt%, Al₂O₃ 20~30 wt%, FeO ≤1.5 wt%, CaF₂ ≤5.0 wt%, Na₂O 0.5~3.0 wt%, P≤0.5 wt%, S≤0.5 wt% 。