專利名稱：利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及冶金工業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)，具 體涉及一種利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的方法。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)爐渣主要含有CaO、Si02、FeO、Fe203、MnO、A1203、MgO、P205和S等成分，主要來源 于轉(zhuǎn)爐冶煉過程中石灰、白云石、鐵礦石和氧化鐵皮等造渣劑的加入、鐵水與廢鋼中鋁硅錳 等元素的氧化和爐襯耐火材料的侵蝕等。以噸鋼轉(zhuǎn)爐渣排放量為l(Tl5kg計算，2009年世 界轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量為8. 53億噸，約產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐渣1億噸，其中，中國轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量為5億噸，約排放 轉(zhuǎn)爐渣6000萬噸以上。轉(zhuǎn)爐渣的資源化利用對于減輕環(huán)境負荷和冶金工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 目前，轉(zhuǎn)爐渣的資源化利用主要體現(xiàn)在以下幾個方面在鋼鐵生產(chǎn)流程內(nèi)部，主要包括轉(zhuǎn)爐 渣中鋼鐵料的回收后用作轉(zhuǎn)爐廢鋼、利用轉(zhuǎn)爐渣中的CaO、MgO成分部分代替石灰石用作燒 結(jié)熔劑、利用轉(zhuǎn)爐渣的堿性及氧化性用作鐵水預(yù)處理工序的脫硅與脫磷劑及返回轉(zhuǎn)爐用作 造渣劑等。在鋼鐵流程外部，轉(zhuǎn)爐渣主要利用生產(chǎn)水泥、生產(chǎn)鋼渣微粉作為混凝土添加劑、 經(jīng)陳化處理后用作筑路材料和生產(chǎn)建筑材料；另外，在環(huán)保領(lǐng)域，轉(zhuǎn)爐渣可以用作污染凈化 劑處理含銅、鉻、砷等廢水和用作煙氣脫硫劑使用；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，轉(zhuǎn)爐渣可以用作土壤改良 劑和生產(chǎn)磷肥和微量元素肥料等。在轉(zhuǎn)爐渣資源化利用方面，美國、日本和德國的利用率均超過90%以上，而中國目 前轉(zhuǎn)爐渣的利用率僅為10%左右，隨著近年來鋼產(chǎn)量的迅速增長，轉(zhuǎn)爐渣的積累使環(huán)境壓 力越來越大，開發(fā)多種綜合利用技術(shù)是解決問題的關(guān)鍵。在上述轉(zhuǎn)爐渣應(yīng)用技術(shù)中，其中在 鋼鐵流程內(nèi)部的循環(huán)使用是較為合理和經(jīng)濟的，其即可以減少自然礦物原料的消耗，又可 以降低與其相關(guān)的能量消耗，對環(huán)境和資源保護及節(jié)能降耗具有重要意義。但目前為止，工 業(yè)生產(chǎn)中采用的流程內(nèi)利用方法均存在s、P等有害元素循環(huán)富集的問題，特別是對于純凈 鋼的冶煉極為不利，使其應(yīng)用范圍和利用量受到一定限制。鋁渣的主要成分為金屬鋁，A1203，Si、Mg和Fe的氧化物，K、Na、Ca和Mg的氯化物 等，具體成分因工藝過程不同而有所不同。鋁渣的主要來源于以下幾個方面一是原鋁生產(chǎn) 過程中產(chǎn)生的鋁渣，噸鋁鋁渣產(chǎn)量約為3(T50kg，2009年我國原鋁產(chǎn)量為1298. 4萬噸，約產(chǎn) 生鋁渣50余萬噸；二是金屬鋁在重熔、鑄造和加工等過程中產(chǎn)生的鋁渣，該過程鋁渣產(chǎn)量 為噸鋁30 40kg，2009年我國的鋁消費量為1375萬噸，相應(yīng)約產(chǎn)生鋁渣50萬噸左右；三 是再生鋁生產(chǎn)加工過程產(chǎn)生的鋁渣，其噸鋁鋁渣產(chǎn)生量約為15(T250kg，2009年我國再生 鋁產(chǎn)量為310萬噸，約產(chǎn)生鋁渣60余萬噸。作為一種再生資源，鋁渣的資源化利用主要包括金屬鋁回收、燒結(jié)后用于公路路 面鋪設(shè)材料、海底凈化材料、建筑用輕型骨料、墻體砌筑與裝飾材料、合成油墨用氧化鋁、合 成聚合氯化鋁用于工業(yè)廢水和生活廢水處理等及生產(chǎn)棕剛玉和多品種氧化鋁用于鋁冶金 以外多個行業(yè)。但我國目前鋁渣處理技術(shù)落后，資源利用率低，成為環(huán)境負荷增大的來源之一，開發(fā)鋁渣綜合利用技術(shù)，拓展鋁渣資源化利用渠道對于減輕負荷，提高經(jīng)濟效益具有重 要意義。在純凈鋼冶煉中，爐外精煉對于提高鋼水純凈度具有重要意義。特別是在LF精 煉過程中，為實現(xiàn)深脫氧和深脫硫的目標，必須對鋼包渣進行改質(zhì)，改質(zhì)劑和改質(zhì)工藝對 于精煉效果和精煉周期控制至關(guān)重要。預(yù)熔精煉渣具有成分均勻、熔點低、熔速快和硫容 高等特點，與還原劑和石灰配合使用，可實現(xiàn)快速造渣和深度脫硫，利于促進非金屬夾雜 物的吸收，大大縮短的精煉周期，目前已廣泛應(yīng)用于鋼包精煉過程中。為減少含氟渣對鋼 包耐火材料的侵蝕和對環(huán)境的污染，主要成分為12Ca0 7A1203或3Ca0 A1203的預(yù)熔精 煉渣在工業(yè)生產(chǎn)者使用最為廣泛，目前，該種類預(yù)熔精煉渣多以自然礦物為原料制備。中 國專利 200910227945. 6,200610011709. 7 和 200610024191. 0 均以含 CaO、A1203、MgO 的石 灰石、高鋁礬土和鎂砂等作為原材料經(jīng)配料、混料、熔煉、破碎制備預(yù)熔精煉渣。中國專利 200610039275. 1采用石灰和高純度A1203配加降低熔點的調(diào)渣劑生產(chǎn)超純凈鋼用預(yù)熔精煉 渣，以上方法均采用自然礦物作為原材料，不利于自然資源的保護，且能耗較高。中國專利 03143306. 5采用的是燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)過程中深度脫硅工藝伴生的鋁酸三鈣固溶體為基 料，配加水合鋁硅酸鈉、方解石、鎂砂等材料制備精煉渣，雖然使用了工業(yè)渣料，但還是配加 了約30%的自然礦物。

發(fā)明內(nèi)容
針對轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣利用的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉 渣的方法。目的是充分利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣中的有效成分，完全代替自然礦物制備預(yù)熔精煉 渣，同時解決轉(zhuǎn)爐渣在鋼鐵流程內(nèi)部循環(huán)使用P元素的富集問題。本發(fā)明的實質(zhì)是利用轉(zhuǎn)爐渣中的CaO和鋁渣中的A1203，并利用鋁渣中的金屬鋁還 原轉(zhuǎn)爐渣中的Fe203、FeO、MnO、P205和Si02生成A1203，制備Ca0_Al203型預(yù)熔精煉渣。利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣中的MgO，保證預(yù)熔精煉渣具有一定的MgO含量，從而有利于減 少鋼包耐火材料的熔損；通過鋁渣中金屬鋁的還原作用，顯著降低轉(zhuǎn)爐渣中Fe203、FeO和 MnO的含量，從而降低轉(zhuǎn)爐渣的氧化性，降低轉(zhuǎn)爐渣中Si02的含量，提高其堿度，從而保證所 制備的預(yù)熔渣具有良好的脫硫熱力學(xué)條件；通過鋁渣中金屬鋁的還原作用，還原轉(zhuǎn)爐渣中 的p205，其生成的單質(zhì)P部分以蒸汽形式隨煙塵溢出，部分進入還原產(chǎn)物Fe-Si-Mn合金中， 從而顯著降低所制備的預(yù)熔渣的磷含量，有效地解決了轉(zhuǎn)爐渣在鋼鐵流程內(nèi)循環(huán)使用存在 的P富集問題。另外，轉(zhuǎn)爐渣在空氣條件下加熱熔融過程中，其中部分硫以硫蒸汽的形式溢 出，部分進入金屬相中，從而有效降低了所制備預(yù)熔渣的硫含量。熔煉溫度高于K、Na、Ca和 Mg的氯化物的沸點，在高溫熔煉過程中，鋁渣中該類物質(zhì)將以蒸汽的形式溢出熔渣，從而不 會對鋼包精煉過程造成影響。以轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的具體工藝過程如下
(1)原料的選取采用的原料為轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣。轉(zhuǎn)爐渣一般含有Ca0、Si02、Mg0、Al203、 Fe203、Fe0、Mn0、P205和微量的S等，但在實際工業(yè)生產(chǎn)中，由于轉(zhuǎn)爐吹煉工藝和造渣制度及 渣處理工藝的不同，其成分在一定范圍內(nèi)波動。本發(fā)明對轉(zhuǎn)爐渣成分沒有特殊要求，既可以 是熱潑渣，也可以是水淬渣，是否經(jīng)過鋼鐵料回收均可。通常轉(zhuǎn)爐渣成分如表1所示。表1轉(zhuǎn)爐渣化學(xué)成分(質(zhì)量％)
權(quán)利要求
一種利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的方法，其特征在于步驟如下(1)原料的選取采用的原料為轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣，要求鋁渣中金屬鋁含量按質(zhì)量比大于或等于20%；(2)配料轉(zhuǎn)爐渣與鋁渣質(zhì)量比為(2.0~2.5)1；(3)預(yù)熔精煉渣的熔煉將轉(zhuǎn)爐渣在高溫爐內(nèi)熔化，溫度控制為1500~1600℃，待轉(zhuǎn)爐渣完全熔清后，分三批次加入鋁渣，各批次之間的時間間隔為3~5min，每加入一批鋁渣均用氮氣攪拌；(4)渣鐵分出待最后批次鋁渣加入并攪拌均勻后，靜置20~30min，熔池內(nèi)渣鐵實現(xiàn)分離，實施渣鐵分出操作；(5)渣鐵處理將所制備的預(yù)熔精煉渣冷卻至常溫，破碎至粒度范圍為5~30mm，進行包裝。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的方法，其特征在于步驟 (3)中，分三批次加入鋁渣，各批次加入量按質(zhì)量比分別為總加入量的50%、25%和25%。
3.按照權(quán)利要求1所述的利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的方法，其特征在于步 驟(4)中，實施渣鐵分出操作，高溫爐配備有底出裝置，先出鐵后出渣。
4.按照權(quán)利要求1所述的利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的方法，其特征在于步 驟(4)中，實施渣鐵分出操作，高溫爐無底出裝置，先出渣后出鐵。
全文摘要
一種利用轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣制備預(yù)熔精煉渣的方法，原料的選取要求鋁渣中金屬鋁含量按質(zhì)量比大于或等于20%；按轉(zhuǎn)爐渣與鋁渣質(zhì)量比為(2.0~2.5)1配料；預(yù)熔精煉渣的熔煉溫度控制為1500~1600℃，待轉(zhuǎn)爐渣完全熔清后，分三批次加入鋁渣，待最后批次鋁渣加入并攪拌均勻后，靜置20~30min，熔池內(nèi)渣鐵實現(xiàn)分離，實施渣鐵分出操作；將所制備的預(yù)熔精煉渣冷卻至常溫，破碎至粒度范圍為5~30mm，進行包裝。本發(fā)明在保證精煉效果的基礎(chǔ)上，完全使用工業(yè)渣料作為原料，既保護了自然礦產(chǎn)資源，又拓寬了轉(zhuǎn)爐渣和鋁渣的資源化利用途徑，部分實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐渣在鋼鐵流程內(nèi)部的循環(huán)使用。
文檔編號C21C7/076GK101984088SQ20101054581
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者劉承軍, 姜茂發(fā), 閔義 申請人:東北大學(xué)