CN112723761A - 一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂、改性工艺及产品 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶炼废料处理、固废资源利用技术领域，尤其涉及一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂、改性工艺及产品，所述熔融钢渣还原重构的全固废改性剂包括：改性剂，所述改性剂为工业固体废弃物组成的混合物，所述改性剂包括大宗工业固废赤泥、电解铝灰、粉煤灰、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石中的一种或几种组成，所述改性剂的主要化学成分按重量百分比为：SiO₂3％‑95％、Al₂O₃5％‑85％、CaO 0.1％‑70％、C 5％‑20％。本发明提供一种消除钢渣建材应用稳定性风险、全量还原回收铁氧化物、显著提升钢渣利用率，并实现赤泥等多行业固废协同消纳的技术、工艺方法具有重要的现实意义。

Description

一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂、改性工艺及产品

技术领域

本发明属于钢铁冶炼废料处理、固废资源利用技术领域，尤其涉及一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂、改性工艺及产品。

背景技术

现有技术和缺陷：

转炉炼钢时产生的钢渣，一般为粗钢产量的15％左右，全国每年钢渣的产排量约1.2亿吨。钢渣含有fCaO等成分用于建材领域影响建材安定性，含有RO相则引起建材制品强度低，钢渣颗粒经常出现渣铁互相包裹导致粉磨电耗高。钢渣的上述特性严重制约了钢渣的利用，至今钢渣的综合利用率仍维持在30％左右，钢渣的高度资源化利用仍然是一个巨大的难题。

现有的钢渣处理工艺(如滚筒、闷罐等)须将熔融钢渣降温至900℃左右，形成固态钢渣才能进行滚筒或闷罐处理，钢渣的热能无法有效利用，能源浪费严重。处理后的钢渣仍含有3％左右的fCaO，无法根除建材安定性问题。根据统计，钢渣原渣中TFe含量平均在30％左右，其中MFe含量约10％左右。现有钢渣处理工艺采用磁选，仅能将金属铁MFe回收，全铁TFe折算回收率仅33％左右，仍有约67％左右的TFe遗留在钢渣尾渣中，形成了巨大的铁资源浪费。

我国工业固废排放量极其庞大，全国每年会产生赤泥1亿吨、铝灰300万吨、粉煤灰6亿吨、铁尾矿约3亿吨，煤矸石3亿吨。相关固废排污企业不仅要提供专用土地建造堆场，还要承担大额的环保排污税，周边环境及居民健康也会受到影响，工业固废大量消纳利用已迫在眉睫。然而，工业固废资源化利用过程中，固废掺量少、制品成本高、性能差、附加值低、市场开拓难等根本问题一直无法解决。

将赤泥等难处理的大宗工业固废应用到钢渣处理工艺，可实现多种大宗固废协同互补消纳，为企业带来显著的经济效益及社会效益。

解决上述技术问题的难度和意义：

因此，基于现有这些问题，提供一种消除钢渣建材应用稳定性风险、全量还原回收铁氧化物、显著提升钢渣利用率，并实现赤泥等多行业固废协同消纳的技术、工艺方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂、改性工艺及产品。全固废改质剂是经烘干破碎、混匀、造粒等工艺处理的电石渣、粉煤灰、赤泥、铝灰、铁尾矿、煤矸石和废石墨等大宗工业固废的一种或几种组成的混合物，主要化学成分按重量百分比满足以下条件SiO₂ 3％-95％、Al₂O₃ 5％-85％、CaO0.1％-70％、C5％-20％。改性剂与转炉熔融钢渣在改质电炉中完成还原重构反应，实现料铁分层并进行出铁、排料处理，获得炼钢用铁水和重构活性料。重构活性料fCaO含量<0.2％，无建材安定性风险，按照国家标准替代水泥使用时，可满足S95级或S105级矿渣粉的技术要求。本发明利用固废处置固废，实现了多行业固废协同消纳。转炉渣的铁相还原成铁水，与现有钢渣处置工艺相比，铁资源增收倍数ω＞2以上，转炉渣的渣相转化为重构活性料，实现了高活性、零安定性风险的建材化处理。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂，所述熔融钢渣还原重构的全固废改性剂包括：改性剂，所述改性剂为工业固体废弃物组成的混合物，所述改性剂包括大宗工业固废赤泥、电解铝灰、粉煤灰、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石中的一种或几种组成，所述改性剂的主要化学成分按重量百分比为：SiO₂ 3％-95％、Al₂O₃ 5％-85％、CaO0.1％-70％、C 5％-20％。

本发明还可以采用以下技术方案：

一种熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺，所述熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺包括以下步骤：先将所用大宗工业固废赤泥、电解铝灰、粉煤灰、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石中的一种或几种，改质剂原料的水分和粒度不满足水分≤1.5％、粒度＜0.5mm时，进行烘干破碎处理，烘干温度为120-500℃，烘干破碎料与其它水分和粒度满足水分≤1.5％、粒度＜0.5mm的改质剂原料共同进入混料机混匀，混匀料经造粒机造粒形成颗粒状改质剂成品。

在上述的熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺中，进一步的，可直接入所述混料机的改性剂原料满足水分≤1.5％、粒度＜5mm；烘干破碎料的水分≤1.5％，粒度＜5mm；所述改质剂成品水分≤1.5％，粒度＜15mm。

在上述的熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺中，进一步的，所述熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺还包括如下步骤：

(1)接渣、加料：接取转炉熔融态钢渣运送投入改质炉中，投入期间将所述改质剂成品按照5％-35％的比例加入到改质炉中，进行还原重构反应，改质炉内熔池温度≥1500℃并保持30min以上；

(2)出铁排渣：还原重构反应完成后，形成铁水和重构活性料两种产品，铁水由改质炉底部排出，重构活性料由改质炉侧部排出；

(3)重构活性料冷却粒化、铁水回用转炉炼钢：将排出的重构活性料运至冷却粒化设施进行处理；铁水回用转炉作炼钢原料。

一种熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺产品，所述熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺产品满足以下条件：

(1)铁水成分满足TFe含量≥92％，转炉熔融钢渣的TFe折算回收率θ≥95％，铁资源增收倍数ω≥2.0；

(2)重构活性料的化学成分按重量百分比，满足TFe含量≤1.5％，重构活性料fCaO含量≤0.2％。

重构活性料粉磨处理后替代水泥，可满足S95级或S105级矿渣粉的技术要求。

综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明以全固废为改质剂原料，对难利用的钢渣进行重构还原，是采用大宗固废消纳钢渣的双赢工艺方法，制造成本低，产品经济价值高，市场竞争能力强。

2、本发明的钢渣中包括各种形态氧化铁在内的全铁，95％以上的全铁被还原成单质铁，与现有钢渣处置工艺相比，铁资源增收倍数ω达2倍以上。

3、传统钢渣处置工艺后的钢渣尾渣，由于含有活性很差的RO相和较高含量的fCaO，建材活性及安定性均很差，利用难度大。本发明获得的重构活性料产品，残余TFe量极低、fCaO含量极低。重构活性料可大比例替代水泥应用于建材领域，为解决现有钢渣处理工艺形成的钢渣尾渣大量堆存问题提供了一种新工艺。

4、本发明采用了烘干破碎、混料及造粒工艺，使各种不同改质剂均匀混合，与熔融钢渣反应更充分。颗粒型改质剂避免了细粉添加飘散损失、改质剂与熔融钢渣的固液两相反应不均匀问题，缩短熔融钢渣还原重构反应时间，降低了还原重构能量消耗。

5、传统钢渣处置工艺，需要将熔融钢渣冷却至800℃左右才能进一步处置，浪费了很多热量。本工艺直接处置转炉倾倒出1500℃以上的熔融钢渣，热量得以利用。

6、本发明对熔融态转炉钢渣进行在线高温改性处理，获得高附加值产品。利用所述大宗工业固废材料配制成的改质剂，与熔融转炉钢渣进行混合，在高温条件下使两者发生化学反应，不仅实现了大宗工业固废消纳处理，而且将钢渣转变成铁水和重构活性料，重构活性料中的fCaO含量极低，无建材安定性风险，建材制品强度高，突破了现有钢渣处理工艺钢渣尾渣利用难的问题。

7、本发明的改性剂与转炉熔融钢渣在改质电炉中完成还原重构反应，实现料铁分层并进行出铁、排料处理，获得炼钢用铁水和重构活性料。重构活性料fCaO含量<0.2％，无建材安定性风险，按照国家标准替代水泥使用时，可满足S95级或S105级矿渣粉的技术要求。本发明利用固废处置固废，实现了多行业固废协同消纳。转炉渣的铁相还原成铁水，与现有钢渣处置工艺相比，铁资源增收倍数ω＞2以上，转炉渣的渣相转化为重构活性料，实现了高活性、零安定性风险的建材化处理。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

熔融钢渣还原重构的全固废改性剂为工业固体废弃物组成的混合物，由赤泥、电解铝灰、粉煤灰、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石中的一种或几种组成。全固废改性剂的主要化学成分按重量百分比为：SiO₂ 3％-95％、Al₂O₃ 5％-85％、CaO 0.1％-70％、C 5％-20％。

全固废改质剂与熔融钢渣实现良好的重构还原反应，需要全固废改质剂组分均匀并具有一定的粒度来保证与熔融钢渣均质化。一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂的改性工艺，测定改质剂所选用原料电石渣、粉煤灰、赤泥、铝灰、铁尾矿、煤矸石和废石墨等的水分和粒度，其中不满足水分≤1.5％、粒度＜5mm的原料，进行烘干破碎处理，根据水分大小控制烘干温度120-500℃之间，其中水分和粒度满足水分≤1.5％、粒度＜5mm的原料无需烘干破碎。将烘干破碎料和水分粒度符合条件料送入混料机混匀，混匀料经造粒机造粒形成颗粒状改质剂成品，改质剂成品水分≤1.5％，粒度＜15mm。

转炉熔融钢渣由转炉倒入渣罐，由渣罐转运并投入改质炉，期间将改质剂成品随渣流加入到改质炉。改质炉提温，促使转炉熔融钢渣与改质剂进行还原重构反应，形成铁水和重构活性料两种产品，铁水由改质炉底部排出，重构活性料由改质炉侧部排出。将排出的重构活性料运至冷却粒化设施进行处理，铁水回用转炉作炼钢原料。

重构活性料粉磨处理后替代水泥，可满足S95级或S105级矿渣粉的技术要求。

检测全固废改质剂所用原料赤泥、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石、粉煤灰和电解铝灰等工业固废的水分和粒度，将符合水分要求但不符合粒度要求的原料通过筛孔为5mm筛网振筛机筛分，大于5mm的筛上料进入破碎机破碎至<5mm，小于5mm的筛下料入混料机。将符合粒度要求但不符合水分要求的原料送入烘干机烘干至水分≤1.5％。将水分粒度均符合要求的原料、烘干破碎料送入混料机，完成全固废改质剂混匀，混匀后的物料进行造粒。最终形成颗粒改质剂成品，颗粒含水量≤1.5％，成品颗粒粒度＜15mm。

其中，破碎机可以选择颚式破碎机、反击式破碎机、冲击式破碎机、对辊破碎机等。烘干机可以选择回转式烘干机、流化床烘干机等。也可以选择选择具备烘干和破碎两种功能的烘干锤式破碎机。

转炉倒出的熔融钢渣，经渣包、渣罐转运至改质炉，并进行保温加热，加热期间将改质剂按照5％-35％的比例加入改质炉中，改质剂加入比例的调整可根据熔池渣体系粘度或熔渣取样分析数据来确定，粘度适中、流动性良好的熔池渣系将有利于渣铁完全分离并促进渣的高活性。熔融钢渣与改质剂发生还原重构反应，形成铁水与熔融重构活性料。铁水由于密度大，沉于熔池底部；熔融重构活性料密度小，浮于铁水上部。整个改质重构过程，以加热补热方式来保持炉内熔池温度≥1500℃。保温加热过程持续30min以上。

改质炉可以是电弧炉、感应电炉等通用加热设备。

本实施例包括以下步骤：

(1)改质剂制备。赤泥、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石、粉煤灰和电解铝灰等工业固废作改质剂原料，按照水分和粒度要求进行分类，将水分或粒度不符合要求的原料送入烘干破碎机进行烘干破碎处理，烘干破碎料与其它水分和粒度均符合要求的原料一起送入混料机进行均匀化混料，混料完成后送入造粒机造粒，最终形成改质剂成品，颗粒含水量≤1.5％，成品颗粒粒度＜15mm。

其中，改质剂原料的水分和粒度满足水分≤1.5％、粒度＜5mm时，无需进行烘干破碎处理。不符合水分和粒度要求的改质剂原料经烘干破碎处理后，其水分和粒度满足水分≤1.5％、粒度＜5mm。

烘干破碎机的热源气流温度在120-500℃之间，可根据入烘干破碎机的改质剂原料水分高低来进行适宜性调整。

改质剂成品的主要化学成分，按质量百分比满足SiO₂3％-95％、Al₂O₃ 5％-85％、CaO 0.1％-70％、碳含量C 5％-20％。

(2)接渣加料。将转炉熔融态钢渣倒入改质炉中进行保温加热，加热期间将改质剂按照5％-35％的比例加入改质炉中，熔融钢渣与改质剂发生还原重构反应，形成铁水与熔融重构活性料。铁水由于密度大，沉于熔池底部；熔融重构活性料密度小，浮于铁水上部。整个改质重构过程，保持炉内熔池温度≥1500℃，且保温30min以上。

改质炉可以是电弧炉、感应电炉等通用加热设备。

熔融钢渣含有的Fe₂O₃、Fe₃O₄和FeO等铁相，与改质剂中的碳发生还原反应，生成铁水。熔融钢渣含有的SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO成分以及P、S杂质等渣相，与改质剂中的SiO₂、Al₂O₃、CaO成分发生重构反应形成新的物相，新物相中不再含有fCaO，主要是与水泥组成相近的硅酸盐矿物、铝酸盐矿物。

还原重构过程中，转炉熔融钢渣的TFe折算回收率θ≥95％。还原重构工艺转炉钢渣TFe折算回收率θ的计算按照公式(1)计算。

其中：TFe₁－熔融钢渣与改性剂构成的渣系全铁含量％；

TFe₂－重构活性料的全铁含量，％。

β＝1-α (1-2)

其中：TFe_α－改质剂成品的全铁含量％；

TFe_β－转炉熔融钢渣的全铁含量，％；

α－改质剂在改质炉总料量中的添加比例；

β－转炉熔融钢渣在改质炉总料量中的添加比例；

作为对比，当采用现有钢渣处理工艺后再磁选铁，磁选铁工艺转炉钢渣的TFe折算回收率γ可按照公式(2)计算。

其中：TFe－转炉钢渣原渣的全铁含量，％；

MFe－重构活性料的全铁含量，％。

铁资源增收倍数ω表征本发明还原重构工艺与现有钢渣磁选铁工艺转炉钢渣TFe回收量的比值，铁资源增收倍数ω的计算按照公式(3)计算。

其中：θ－还原重构工艺转炉钢渣的TFe折算回收率；

γ－磁选铁工艺转炉钢渣的TFe折算回收率。

(3)出铁排料。经充分改质的转炉熔融钢渣，转化成铁水和重构活性料两种产品。铁水和重构活性料由于密度差异，在熔池中形成料铁两层，其中铁水密度大，沉在熔池底部，重构活性料密度小，浮于铁水层上方。铁水由改质炉底部的开口排出，重构活性料由改质炉侧部的开口排出。

(4)重构活性料冷却粒化。排出的熔融重构活性料运至冷却粒化设施，进行急冷淬处理；排出的铁水作为炼钢原料运至转炉进行炼钢。

铁水成分满足TFe含量≥92％。重构活性料的化学成分按重量百分比，满足TFe含量≤1％，重构活性料fCaO含量≤0.2％；重构活性料粉磨处理后替代水泥，可满足S95级以上(含S95级)矿渣粉的技术要求。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：

实施例1

本实施例提供的全固废改质剂各原料组分质量分数比为：赤泥46.01％、废弃土40.52％、电解废石墨13.47％。改质剂原料成分见表1，改质剂配方及成分见表2。

表1改质剂原料成分/％

	C	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	水分	粒度mm
									赤泥	0.00	7.82	23.86	49.07	1.32	0.00	22.04	<0.1
废弃土	0.00	63.63	22.84	2.56	0.24	0.26	15.54	<0.2
									废石墨	78.41	7.93	6.27	2.43	1.17	0.30	1.10	<0.2

表2改质剂配方及化学成分/％

改质剂中的C、SiO₂、Al₂O₃、CaO四个成分含量与改质还原效果紧密相关。而改质剂工业废料原料中MgO含量一般较低，对改质还原效果影响小，Fe₂O₃含量不影响改质还原反应进程。因此，独权仅限定四种。为方便计算转炉钢渣的TFe折算回收率γ、转炉熔融钢渣的TFe折算回收率θ和铁资源增收倍数ω和四元碱度，特列出MgO、Fe₂O₃和TFe含量。

赤泥、废弃土和废石墨的粒度均满足＜5mm的要求，无需进行单独破碎，但赤泥、废弃土的水分显著偏高，需要进入烘干破碎机烘干并破碎干物料。将赤泥、废弃土送入烘干破碎机，烘干温度为250-350℃，出烘干破碎机混合料含水量为1.2％，物料粒度＜5mm。将废石墨与烘干破碎混合料一起送入混料机均匀化混料，混料完成后送入造粒机进行造粒，最终改质剂成品颗粒粒度5～10mm，颗粒含水量0.9％。

转炉出渣时，采用渣罐接渣并运送至改质炉前，测量熔融钢渣温度1550℃，将渣罐熔态钢渣与改质剂同步倒入改质炉中，维持改质炉熔池温度1550℃左右，温度保持30分钟，熔融钢渣与改质剂发生还原重构反应，生成铁水和重构活性料，密度大的铁水沉入熔池底部，密度小的重构活性料位于铁水上部，形成清晰的料铁分界面。将底部铁水由炉底部出铁口排出，重构活性料由炉侧部出料口排出。

转炉排出的熔融态钢渣，经检测其主要化学成分见表3。

表3转炉钢渣化学成分/％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	FeO	MFe	TFe	fCaO
									转炉钢渣	12.16	4.76	42.67	9.05	28.64	7.36	29.63	5.52

当采用现有钢渣处理工艺并进行磁选铁，磁选铁工艺转炉钢渣的TFe折算回收率γ按照公式(2)计算，γ＝7.36/29.63＝24.8％。

实例1中，根据熔池渣系粘度状态确定，改质剂的适宜添加比例为35％，转炉熔融钢渣比例为100％-35％＝65％。熔融钢渣与改性剂构成的渣系全铁含量TFe₁＝16.76％×35％+29.63％×65％＝25.13％，产品铁水与重构活性料的主要化学成分检测结果见表5、表6。

表5铁水化学成分/％

	Fe	C	Si	Mn	P	S
							铁水	93.23	4.19	1.56	0.76	0.04	0.036

表6重构活性料化学成分/％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	TFe	fCaO
							重构活性料	30.71	18.44	44.71	9.92	1.35	0.08

铁水成分TFe含量93.23％，满足TFe含量≥92％的内控指标要求。重构活性料中TFe含量为1.35％，满足TFe≤1.50％的内控指标要求。按照公式(1)计算，还原重构工艺转炉钢渣的TFe折算回收率θ＝(25.13％-1.35％)/25.13％＝94.6％。与现有钢渣处理工艺相比，本发明实施例的铁资源增收倍数ω＝94.6％/24.8％＝3.81。

按照国家标准方法，对重构活性料用作水泥混合材时的胶砂强度及活性指数的测定结果见表7。

表7重构活性料作水泥混合材各龄期强度及活性

重构活性料满足国家标准GB/T 18046-2017中S95级矿渣粉的质量技术要求。重构活性料中fCaO含量低至0.1％以下，无安定性应用风险，能够安全可靠地应用于建材领域。

实施例2

本实施例提供的全固废改质剂各原料组分质量分数比为：煤矸石68.87％、铝灰27.36％、电解废石墨3.77％。改质剂原料成分见表8，改质剂配方及成分见表9。

表8改质剂原料成分/％

	C	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	水分	粒度mm
									煤矸石	14.81	66.58	3.28	2.24	6.36	2.48	1.40	<50
铝灰	0.00	8.79	70.4	0.48	1.02	5.08	1.08	<0.1
									废石墨	78.41	7.93	6.27	2.43	1.17	0.30	1.10	<0.2

表9改质剂配方及化学成分/％

煤矸石、铝灰和废石墨水分均满足＜1.5％的要求，无需进行单独烘干，但煤矸石粒度显著偏大，需要进入烘干破碎机进行破碎。将煤矸石送入烘干破碎机，烘干温度为120-150℃，出烘干破碎机混合料最终含水量为1.04％，最终物料粒度＜5mm。将铝灰、废石墨与破碎煤矸石一起送入混料机均匀化混料，混料完成后送入挤压造粒机进行挤压造粒，最终改质剂成品颗粒粒度5～15mm，颗粒含水量0.96％。

转炉出渣时，采用渣罐接渣并运送至改质炉前，测量熔融钢渣温度1520℃，将渣罐熔态钢渣与改质剂同步倒入改质炉中，将改质炉熔池温度升至1550℃左右，温度保持30分钟，熔融钢渣与改质剂发生还原重构反应，生成铁水和重构活性料，密度大的铁水沉入熔池底部，密度小的重构活性料位于铁水上部，形成清晰的料铁分界面。将底部铁水由炉底部出铁口排出，重构活性料由炉侧部出料口排出。

转炉排出的熔融态钢渣的主要化学成分见表10。

表10转炉钢渣化学成分/％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	FeO	MFe	TFe	fCaO
									转炉钢渣	9.14	4.77	43.64	8.58	25.14	8.37	27.92	6.59

当采用现有钢渣处理工艺并进行磁选铁，磁选铁工艺转炉钢渣的TFe折算回收率γ按照公式(2)计算，γ＝8.37/27.92＝30.0％。

实例2中，根据熔池渣系粘度状态确定，改质剂的适宜添加比例为20％，转炉熔融钢渣比例为100％-20％＝80％。熔融钢渣与改性剂构成的渣系全铁含量TFe₁＝1.24％×20％+27.92％×80％＝22.59％，

产品铁水与重构活性料的主要化学成分检测结果见表11、表12。

表11铁水化学成分/％

	Fe	C	Si	Mn	P	S
							铁水	94.79	4.45	0.35	0.19	0.129	0.024

表12重构活性料化学成分/％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO MgO	TFe	fCaO
						重构活性料	27.78	13.21	57.83 11.67	0.96	0.02

铁水成分TFe含量94.79％，满足TFe含量≥92％的内控指标要求。重构活性料中TFe含量为0.96％，满足TFe≤1.50％的内控指标要求。按照公式(1)计算，还原重构工艺转炉钢渣的TFe折算回收率θ＝(22.59％-0.96％)/22.59％＝93.9％。与现有钢渣磁选铁处理工艺相比，本发明实施例的铁资源增收倍数ω＝93.9％/22.59％＝3.13。

按照国家标准方法，对重构活性料用作水泥混合材时的胶砂强度及活性指数的测定结果见表13。

表13重构活性料作水泥混合材各龄期强度及活性

重构活性料满足国家标准GB/T 18046-2017中S105级矿渣粉的质量技术要求。重构活性料中fCaO含量低至0.1％以下，无安定性应用风险，能够用于安全可靠地应用于建材领域。

实施例3

本实施例提供的全固废改质剂各原料组分质量分数比为：电石渣52.69％、铝灰35.97％、电解废石墨11.34％。改质剂原料成分见表14，改质剂配方及成分见表15。

表14改质剂原料成分/％

	C	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	水分	粒度mm
									电石渣	0.00	4.37	2.91	0.17	68.58	0.08	35.00	<0.2
铝灰	0.00	8.79	70.4	0.48	1.02	5.08	1.08	<0.1
									废石墨	78.41	7.93	6.27	2.43	1.17	0.30	1.10	<0.2

表15改质剂配方及化学成分/％

电石渣、铝灰和废石墨粒度均满足＜5mm的要求，无需进行单独破碎，但电石渣水分显著偏高，需要进入烘干破碎机进行烘干破碎。将煤矸石送入烘干破碎机，烘干温度为350-500℃，出烘干破碎机混合料含水量为1.39％，物料粒度＜5mm。将铝灰、废石墨与烘干电石渣一起送入混料机均匀化混料，混料完成后送入造粒机造粒，最终改质剂成品颗粒粒度5～10mm，颗粒含水量1.09％。

转炉出渣时，采用渣罐接渣并运送至改质炉前，测量熔融钢渣温度1500℃，将渣罐熔态钢渣与改质剂同步倒入改质炉中，将改质炉熔池温度升至1550℃左右，温度保持30分钟，熔融钢渣与改质剂发生还原重构反应，生成铁水和重构活性料，密度大的铁水沉入熔池底部，密度小的重构活性料位于铁水上部，形成清晰的料铁分界面。将底部铁水由炉底部出铁口排出，重构活性料由炉侧部出料口排出。

转炉排出的熔融态钢渣的主要化学成分见表16。

表16转炉钢渣化学成分/％

	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	FeO	MFe	TFe	fCaO
									转炉钢渣	14.62	6.05	40.32	9.10	17.51	7.64	21.26	6.05

当采用现有钢渣处理工艺并进行磁选铁，磁选铁工艺转炉钢渣的TFe折算回收率γ按照公式(2)计算，γ＝7.64/21.26＝35.9％。

实例3中，根据熔池渣系粘度状态确定，改质剂的适宜添加比例为5％，转炉熔融钢渣比例为100％-5％＝95％。熔融钢渣与改性剂构成的渣系全铁含量TFe₁＝0.38％×5％+21.26％×95％＝20.21％，

产品铁水与重构活性料的主要化学成分检测结果见表17、表18。

表17铁水化学成分/％

	Fe	C	Si	Mn	P	S
							铁水	93.33	3.68	1.69	0.85	0.06	0.03

表18重构活性料化学成分/％

铁水成分TFe含量93.33％，满足TFe含量≥92％的内控指标要求。重构活性料中TFe含量为0.70％，满足TFe≤1.50％的内控指标要求。按照公式(1)计算，还原重构工艺转炉钢渣的TFe折算回收率θ＝(20.21％-0.70％)/20.21％＝95.1％。与现有钢渣处理工艺相比，本发明实施例的铁资源增收倍数ω＝95.1％/35.9％＝2.64。

按照国家标准方法，对重构活性料用作水泥混合材时的胶砂强度及活性指数的测定结果见表19。

表19重构活性料作水泥混合材各龄期强度及活性

重构活性料满足国家标准GB/T 18046-2017中S95级矿渣粉的质量技术要求。重构活性料中fCaO含量低至0.12％，无安定性应用风险，能够用于安全可靠地应用于建材领域。

通过实施例1～实施例3，本发明采用一种利用全固废进行熔融钢渣铁还原及其组份重构的改性剂、改性工艺及产品，改质剂原料全部由大宗工业固废组成，依据改质剂原料水分和粒度不同，选择性烘干破碎处理后再混匀，经造粒后得到改性剂。改质剂与转炉排出的熔融钢渣发生还原重构反应，制得铁水及重构活性料两种产品。铁水杂质含量低可回用炼钢，重构活性料fCaO含量低至0.2％以下，无安定性风险，按照国家标准方法替代50％的水泥使用量时，7d强度活性指数70％以上，28d强度指数95％以上。本改性工艺获得的重构活性料符合GB/T 18046-2017中S95级矿渣粉的标准。

综上所述，本发明提供一种利用全固废进行熔融钢渣铁还原及其组份重构的改性剂、改性工业方法及产品，改质剂是由赤泥、铁尾矿和煤矸石等大宗工业制备而成的全固废型改质剂，经烘干破碎、混匀、造粒等工艺处理，加入改质炉中与转炉熔融钢渣完成还原重构反应，实现料铁分层并进行出铁、排料处理，获得炼钢用铁水和重构活性料两种产品。本发明将转炉钢渣的铁相还原成铁水，与现有钢渣处置工艺相比，铁资源增收倍数ω＞2以上，转炉钢渣的渣相转化为重构活性料，实现了高活性、零安定性风险的建材化处理。本发明利用固废处置固废，还实现了多行业固废协同消纳。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种熔融钢渣还原重构的全固废改性剂，其特征在于：所述熔融钢渣还原重构的全固废改性剂包括：改性剂，所述改性剂为工业固体废弃物组成的混合物，所述改性剂包括大宗工业固废赤泥、电解铝灰、粉煤灰、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石中的一种或几种组成，所述改性剂的主要化学成分按重量百分比为：SiO₂ 3％-95％、Al₂O₃ 5％-85％、CaO 0.1％-70％、C 5％-20％。

2.一种熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺，其特征在于：所述熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺包括以下步骤：先将所用大宗工业固废赤泥、电解铝灰、粉煤灰、废弃土、电石渣、铁尾矿、电解废石墨、煤矸石中的一种或几种，改质剂原料的水分和粒度不满足水分≤1.5％、粒度＜0.5mm时，进行烘干破碎处理，烘干温度为120-500℃，烘干破碎料与其它水分和粒度满足水分≤1.5％、粒度＜0.5mm的改质剂原料共同进入混料机混匀，混匀料经造粒机造粒形成颗粒状改质剂成品。

3.根据权利要求2所述的熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺，其特征在于：可直接入所述混料机的改性剂原料满足水分≤1.5％、粒度＜5mm；烘干破碎料的水分≤1.5％，粒度＜5mm；所述改质剂成品水分≤1.5％，粒度＜15mm。

4.根据权利要求2所述的熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺，其特征在于：所述熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺还包括如下步骤：

(1)接渣、加料：接取转炉熔融态钢渣运送投入改质炉中，投入期间将所述改质剂成品按照5％-35％的比例加入到改质炉中，进行还原重构反应，改质炉内熔池温度≥1500℃并保持30min以上；

(2)出铁排渣：还原重构反应完成后，形成铁水和重构活性料两种产品，铁水由改质炉底部排出，重构活性料由改质炉侧部排出；

(3)重构活性料冷却粒化、铁水回用转炉炼钢：将排出的重构活性料运至冷却粒化设施进行处理；铁水回用转炉作炼钢原料。

5.一种熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺产品，其特征在于：所述熔融钢渣还原重构的全固废改性工艺产品满足以下条件：

(1)铁水成分满足TFe含量≥92％，转炉熔融钢渣的TFe折算回收率θ≥95％，铁资源增收倍数ω≥2.0；

(2)重构活性料的化学成分按重量百分比，满足TFe含量≤1.5％，重构活性料fCaO含量≤0.2％。

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