CN111809006B - 一种细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，先向钢包炉钢渣中加入适量的晶粒长大抑制剂，升温使钢包炉钢渣处于熔融液态；在渣液通过溜槽流出过程中，采用高压高速空气对钢包炉钢渣进行风淬急冷处理；采用旋转冷却筒收集经风淬处理的钢包炉钢渣颗粒，并进行外筒水循环二次冷却；最后，收集处理后的钢包炉钢渣。本发明通过对熔融钢包炉钢渣进行一次风淬冷却、二次外筒水循环冷却，并辅以晶粒长大抑制剂的作用，使得处理后的钢包炉钢渣中游离氧化镁的平均尺寸减小1个数量级，保持较小的尺寸和较高的活性，非常有助于提高钢包炉钢渣作为胶凝材料用于建筑材料时的体积稳定性，促进其建材资源化高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及钢包炉精炼渣的资源利用技术领域，更具体地说，涉及一种细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法。
背景技术
钢包炉精炼渣是采用钢包精炼炉进行废钢或粗钢精炼过程产生的冶炼副产品，据统计，每精炼1t钢水，需要排放20-50kg的钢包炉钢渣。随着我国钢铁正在加速进入折旧时代以及我国对特殊钢/优质钢的巨大需求，废钢和粗钢的精炼需求逐年快速增长(2017年我国废钢折旧量和粗钢产量分别达2亿吨和8.3亿吨<中国钢铁协会、国家***数据>)，随之也产生大量钢包炉钢渣。目前，只有少量钢包炉钢渣作为冶金返回料(如助熔剂和造渣料)得以回收利用，其余绝大部分精炼渣排放堆积，利用率很低，不仅占用大量土地，而且造成环境污染。
从化学与矿物组成来看，钢包炉钢渣以CaO、Al2O3、SiO2为主，其矿物主要为七铝十二钙(C12A7)、硅酸二钙(C2S)和铝酸三钙(C3A)等，而这些矿物正是铝酸盐水泥、硅酸盐水泥的重要胶凝矿物。因而，钢包炉钢渣有作为胶凝材料在建筑材料中应用的巨大潜力。然而，目前钢包炉钢渣中含C12A7和C2S等胶凝矿物这一重要价值目前并未得到有效利用，其中一个主要原因就是高温熔融下钢包炉钢渣会形成在自然冷却过程中会形成一些结晶致密且晶粒粗大的过烧游离MgO、CaO，不仅水化过程很缓慢，而且f-CaO和f-MgO在后期水化反应生成Mg(OH)2和Ca(OH)2会产生显著的体积膨胀(体积分别增加148％和98％)，严重影响材料的体积稳定性。尤其过烧f-MgO的后期水化非常缓慢，会持续几年甚至十几年，是是引起冶金渣胶凝材料体积安定性不良的主要原因。
因此，消除或消减钢包炉钢渣的体积安定性不良的风险是推进其建材资源化利用的首要关键，而改善钢包炉钢渣中的f-MgO、f-CaO的结构特征(致密性、晶粒、缺陷)，提高其活性，并降低其含量等措施是提高钢包炉钢渣体积稳定性的重要途径。
目前，由于废钢及粗钢精炼企业并未对排出的钢包炉钢渣进行专门处理，普遍采用自然冷却方式使其降温后排出堆积，造成其中f-MgO结晶致密且晶粒粗大；对于转炉钢渣，目前普通采用热焖处理工艺来提前消解转炉钢渣中部分f-CaO和f-MgO，降低其含量，但该方法中的水会与部分胶凝矿物提前发生水化反应，会一定程度上降低了钢渣的活性，尤其钢包炉钢渣中的C12A7矿物与水反应迅速，若采用该方法会明显降低钢包炉钢渣的胶凝活性，故不适用于本发明所针对的钢包炉钢渣。为此，本发明提出了一种将熔融液态钢包炉钢渣通过一次风淬冷却、二次外筒水循环冷却，并辅以晶粒长大抑制剂的作用，来细化钢包炉钢渣中的f-MgO尺寸，提高其活性，以消减其对钢包炉钢渣的体积安定性的不良影响。
发明内容
本发明的目的在于消除或消减钢包炉钢渣中f-MgO对其体积安定性不良的风险，提供了一种细化钢包炉精炼渣中游离氧化镁尺寸的处理方法，可显著减小钢包炉钢渣中f-MgO的尺寸，改善其水化活性，大大提高钢包炉钢渣的体积安定性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，所述方法包括以下步骤：
S1向钢包炉钢渣中加入晶粒长大抑制剂，并升温使钢包炉钢渣处于熔融液态的渣液；
S2在渣液通过溜槽流出过程中，采用高压高速空气对渣液进行风淬急冷处理；
S3采用旋转冷却筒收集经风淬处理后渣液所形成的钢包炉钢渣颗粒；
S4利用旋转冷却筒的外筒对筒中的钢包炉钢渣颗粒进行水循环二次冷却；
S5收集经过水循环二次冷却处理后的钢包炉钢渣颗粒。
优选的，所述的晶粒长大抑制剂为LiF、NaF中的一种或两种，掺加量为0.2-3％。
优选的，所述高压高速空气由空气压缩机与拉瓦尔喷嘴组成的装置或者为空气喷射器来产生；所述风淬急冷处理中的高压高速空气的压力为0.6-1.6MPa。
优选的，所述旋转冷却筒相对于水平面倾斜5-15°设置。
优选的，所述旋转冷却筒的转速为10-60r/min
需要进一步说明的是，本发明所采用的旋转冷却筒至少由筒体、淋水机构、转动电机、负压机构、物料入口、出口槽与支座构成。
进一步的，所述筒体设置于所述支座上，所述筒体的一端设有物料入口，另一端设有出口槽；所述筒体由外筒与内筒组成，所述外筒与所述内筒之间形成有水喷淋空间，所述淋水机构设置于所述水喷淋空间内，用于向所述水喷淋空间喷淋冷却水；所述负压机构设置于所述内筒中，可使所述内筒产生负压，将钢包炉钢渣颗粒于所述内筒中快速向所出口槽流动；所述转动电机的与所述筒体连接，使所述筒体转动。
本发明有益效果在于：
1、本发明通过对熔融钢包炉钢渣进行一次风淬冷却、二次外筒水循环冷却，并辅以晶粒长大抑制剂的作用，使得处理后的钢包炉钢渣中游离氧化镁的平均尺寸减小1个数量级的显著效果，非常有助于提高钢包炉钢渣作为胶凝材料用于建筑材料时的体积稳定性，促进其建材资源化高效利用。
2、针对一次风淬处理后的钢包炉钢渣仍普遍具有几百摄氏度温度的情况，本发明提出并采用二次外筒水循环冷却的新方法，创造性地使用旋转冷却筒将风淬后的钢包炉钢渣收集并进一步快速水对其进行非接触式水冷却，不仅处理效率高，避免了钢包炉钢渣与水接触，从而降低其水化性能的风险，保证了其胶凝活性。更重要的是，此处理过程是在一个相对封闭的环境进行中，减少冷却过程中的粉尘飞扬等环境污染，更加环保。
3、本发明在细化钢包炉钢渣中游离氧化镁的处理中，由于采用了快速冷却的方法，因而处理后的钢包炉钢渣的胶凝活性也得到了显著的提高，更加促进了其在建筑材料中的应用。
4、相对于普通的处理方法，本发明充分结合风淬(一次快速风冷)和水淬(外筒非接触式二次水冷)的优点，处理效果更高。
5、本发明在处理钢包炉钢渣中还使用了晶粒长大抑制剂，在钢包炉钢渣冷却过程中可进一步抑制精炼渣中游离氧化镁的晶粒长大，细化其尺寸，具有创新性。
附图说明
图1为对照组与本发明实施例1的钢包炉钢渣中f-MgO的形貌与尺寸对比；
图2为对照组与本发明实施例2的钢包炉钢渣中f-MgO的形貌与尺寸对比；
图3为本发明的细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图3所示，本发明为一种细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，所述方法包括以下步骤：
S1向钢包炉钢渣中加入晶粒长大抑制剂，并升温使钢包炉钢渣处于熔融液态的渣液；
S2在渣液通过溜槽流出过程中，采用高压高速空气对渣液进行风淬急冷处理；
S3采用旋转冷却筒收集经风淬处理后渣液所形成的钢包炉钢渣颗粒；
S4利用旋转冷却筒的外筒对筒中的钢包炉钢渣颗粒进行水循环二次冷却；
S5收集经过水循环二次冷却处理后的钢包炉钢渣颗粒。
优选的，所述的晶粒长大抑制剂为LiF、NaF中的一种或两种，掺加量为0.2-3％。
优选的，所述高压高速空气由空气压缩机与拉瓦尔喷嘴组成的装置或者为空气喷射器来产生；所述风淬急冷处理中的高压高速空气的压力为0.6-1.6MPa。
优选的，所述旋转冷却筒相对于水平面倾斜5-15°设置。
优选的，所述旋转冷却筒的转速为10-60r/min
需要进一步说明的是，本发明所采用的旋转冷却筒至少由筒体、淋水机构、转动电机、负压机构、物料入口、出口槽与支座构成。
进一步的，所述筒体设置于所述支座上，所述筒体的一端设有物料入口，另一端设有出口槽；所述筒体由外筒与内筒组成，所述外筒与所述内筒之间形成有水喷淋空间，所述淋水机构设置于所述水喷淋空间内，用于向所述水喷淋空间喷淋冷却水；所述负压机构设置于所述内筒中，可使所述内筒产生负压，将钢包炉钢渣颗粒于所述内筒中快速向所出口槽流动；所述转动电机的与所述筒体连接，使所述筒体转动。
实施例1
首先，向钢包炉钢渣中加入0.5％的NaF，并升温1450℃使钢包炉钢渣处于熔融液态；接着，在渣液通过溜槽流出过程中，采用喷出压力为0.8MPa的高压高速空气对钢包炉钢渣进行风淬急冷处理；然后，采用相对于水平面倾斜10°且转速为48r/min的旋转冷却筒收集经风淬处理的钢包炉钢渣颗粒，并进行外筒水循环二次冷却；最后，收集处理后的钢包炉钢渣颗粒。
实施例2
首先，向钢包炉钢渣中加入0.5％的LiF，并升温1500℃使钢包炉钢渣处于熔融液态；接着，在渣液通过溜槽流出过程中，采用喷出压力为1.0MPa的高压高速空气对钢包炉钢渣进行风淬急冷处理；然后，采用相对于水平面倾斜10°且转速为48r/min的旋转冷却筒收集经风淬处理的钢包炉钢渣颗粒，并进行外筒水循环二次冷却；最后，收集处理后的钢包炉钢渣颗粒。
以未处理的钢包炉钢渣为对照组，对上述实施例1、2所获得的钢包炉钢渣中游离氧化镁的形貌与尺寸进行观察，并将其与对照组的钢包炉钢渣中游离氧化镁进行对比，结果如图1和图2所示。
由图1、图2可以看出，未处理的对照组的钢包炉钢渣中f-MgO以四边菱形和不规则状分布，其尺寸处于20-45μm范围；与此相比，本发明实施例1、2所得到的钢包炉钢渣中f-MgO以不规则的颗粒状分布，其尺寸明显较小，处于2-3.5μm范围内。由此说明，本发明的处理方法可使钢包炉钢渣中f-MgO的尺寸显著减小，大约降低一个数量级，而这种小尺寸的f-MgO的死烧或过烧程度低，水化活性较高，在胶凝材料早期水化时就能水化消解，非常有利于降低f-MgO对胶凝材料安定性的不良影响，提高其体积稳定性。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1向钢包炉钢渣中加入晶粒长大抑制剂，并升温使钢包炉钢渣处于熔融液态的渣液；
S2在渣液通过溜槽流出过程中，采用高压高速空气对渣液进行风淬急冷处理；
S3采用旋转冷却筒收集经风淬处理后渣液所形成的钢包炉钢渣颗粒；
S4利用旋转冷却筒的外筒对筒中的钢包炉钢渣颗粒进行水循环二次冷却；
S5收集经过水循环二次冷却处理后的钢包炉钢渣颗粒。
2.根据权利要求1所述的细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，其特征在于，所述的晶粒长大抑制剂为LiF、NaF中的一种或两种，掺加量为0.2-3％。
3.根据权利要求1所述的细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，其特征在于，所述高压高速空气由空气压缩机与拉瓦尔喷嘴组成的装置或者为空气喷射器来产生；所述风淬急冷处理中的高压高速空气的压力为0.6-1.6MPa。
4.根据权利要求1所述的细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，其特征在于，所述旋转冷却筒相对于水平面倾斜5-15°设置。
5.根据权利要求1所述的细化钢包炉钢渣中游离氧化镁尺寸的方法，其特征在于，所述旋转冷却筒的转速为10-60r/min。
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