一种转炉用低成本新型复合高效发热剂及其制备方法

1.本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种转炉用低成本新型复合高效发热剂。


背景技术：

2.随着炼铁工艺进步及转炉用金属料的变化，目前转炉用金属原料出现铁水含硅量降低、废钢比增加的特点，由此带来吹炼初期转炉内热量不足、化渣慢、冶炼时间长、脱硫脱磷能力下降、钢水终点含氧高等一系列问题，在转炉吹炼初期快速升高炉内温度促进造渣料迅速成渣以进行渣金间反应是解决这一系列问题的关键。使用发热剂是快速升高转炉炉温的重要辅助手段，其制作方法一般是以发热物质为主要原料，配加添加剂调整成分和密度，并用一定量的粘结剂将其制备成型使用。根据使用的发热物质的有效元素不同，转炉用发热剂一般分为碳质、硅质和铝质发热剂，铝质发热剂中的发热物质一般为金属铝，其具有发热量大、对应发热剂使用效率高的优点，但由于金属铝价格较高，限制了其大量使用。另外，从环保及资源再利用角度出发，发热剂原料使用可回收物料也成为一种趋势。
3.目前开发和使用的转炉发热剂种类很多，但在原料成本、使用效果等方面普遍存在以下问题：
4.一、是发热效率不足、原料成本偏高，虽然使用可回收物料作为转炉发热剂原料是一种发展趋势，但目前开发的转炉发热剂均以碳质(如废电极粉、焦炭粉)或硅质(如工业硅粉和碳化硅粉等切割废料)废弃物为发热剂原料，由于这些碳质和硅质废弃物有效组分及发热量偏低，往往需要另外添加价格昂贵的金属或合金硅铝以增加发热量和使用效率，例如专利号为cn102534091a公开的一种炼钢用发热剂及其生产方法，其添加剂为以下1
‑
2种：硅粉、铝粉、硅铁粉，这些金属和合金硅铝的加入其目的是为了增加发热量，其考虑到利用光伏切割废料(金属硅和碳化硅)和工业碳化硅来作为发热的功能时，发热量还不够，故添加了硅粉、铝粉、硅铁粉这类价格昂贵的金属或合金中的一种或者两种来辅助发热，而铝灰虽然同样也是废弃物，但是其含有15％
‑
20％的金属铝，无需担心其发热量不够的问题。
5.二是发热剂用途单一，生成物对转炉造渣不利，目前广泛开发使用的碳质、硅质转炉发热剂一般仅考虑提高转炉炉温，并没有过多关注反应生成的二氧化硅等酸性物质对后续转炉造渣过程的影响，在转炉生产过程中加入大量的造渣材料造碱性转炉渣是炼钢工艺的关键环节，上述碳、硅质发热剂产生的酸性二氧化硅等物质会带来转炉渣碱度及对应脱硫脱磷能力降低的问题，需要加入更多的石灰调整酸碱度，对应造渣量、耗热量等均会相应增大，不利于转炉的造渣过程。
6.三是现有粘结剂的使用降低发热剂有效组分含量，制备转炉发热剂往往需要使用一定量的粘结剂将发热剂成型，以降低使用过程中产生的粉尘并改善炉前操作环境，目前使用的粘结剂包括两大类，一类是以水玻璃、水泥为代表的含大量硅质的无机粘结剂，这类粘结剂使用后会带入酸性二氧化硅，另一类是以甲基纤维素、淀粉等为代表的有机粘结剂，在发热剂使用过程中挥发掉，但很明显无论使用以上哪类粘结剂其在发热剂组成中均有一定重量占比，但带入的物质往往不是转炉渣的有效成分甚至会增加转炉的造渣负担，这使
得现有粘结剂的使用降低了发热剂的有效组分含量。
7.因此如何充分利用可回收物料降低发热剂成本，提高有效组分含量和发热量，选择合适的调节剂和粘结剂种类,并且制备的发热剂加入转炉在能起到迅速升高转炉温度的同时促进转炉造渣料快速成渣，降低转炉造渣负担的复合作用是目前亟需解决的问题。
8.我国是世界上最主要的铝生产大国，产量占全球比重超过50％，铝灰为铝发生熔融、电解的工序中产生的主要副产品，其主要成分为氧化铝、一定的金属铝和其他杂质，其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1％～12％，因此将铝灰作为废弃物丢弃不仅造成铝资源浪费还会带来一系列环境问题，根据《国家危险废物名录》(2016年)将铝灰归属有色金属冶炼废物，寻找经济有效的方法加以利用对提高铝行业的经济效益，实现资源的有效循环利用，以及经济、社会的可持续发展均产生重要的影响。铝灰中含有一定量的金属铝(10％～20％),目前的再利用方式均是通过高温及加熔剂的方式将铝灰中的金属铝分离出来加以利用，这种方式一是金属铝的分离过程投入大，二是分离出金属铝后尾灰的丢弃和填埋仍然带来资源浪费和环境污染问题，对铝灰进行全利用并避免尾灰的产生是提高其利用率、避免资源浪费和环境问题的有效手段。铝灰中的金属铝的氧化过程会释放出大量的热：
9.4al+3o2＝2al2o3‑
3339.6kj/mol
10.因此铝灰可作为转炉发热剂有效的发热物质，并且金属铝氧化生成的氧化铝与铝灰中最主要的组分氧化铝一起，对后续的转炉造渣过程能起到调整炉渣成分和流动性，增加炉渣吸附夹杂的作用，对快速造渣和改善转炉渣脱硫脱磷性能均很有帮助。(12cao.7al2o3精炼渣吸附非金属夹杂物的试验研究安徽冶金201601曹余良：增加氧化铝含量可明显增加钢渣间的界面张力，有助于转炉冶炼生成的夹杂物的上浮去除)。铝灰作为转炉发热剂的主要原料成分，具有发热量大、添加量少、对炉渣副作用小、铝灰利用率高等优点，对环境保护、资源的高效利用和经济可持续发展具有重要的意义。
11.以铝灰为主要原料制备的发热剂具有密度小的特点，需加入添加剂调整比重，选用铁矿石作为比重调整剂在增加发热剂比重，促进发热剂与熔体充分接触反应的同时，带入的氧化铁还有维持铁在渣铁间的平衡，降低铁液中铁的氧化量、减少铁损的作用，另外铁氧化物还可明显降低炉渣的熔点，是避免转炉造渣生成难容的c2s正硅酸钙最有效的手段之一，对高碱度转炉渣的化渣过程极为有利，铁氧化物对造渣过程的影响如图1所示。
12.石灰石是用量最大的廉价工业岩石，具有很强的亲水性，是一种典型的含钙系粘结剂，目前在制备碱性球团或熔剂性球团中得到应用(丁少红等，马钢竖炉石灰石球团试验研究，球团技术，2004，4：18～22)(田筠清等，使用石灰石生产低硅碱性球团矿试验，中国冶金，2004(28)4:13～20)，其主要成分为碳酸钙，在转炉高温下分解为氧化钙和气体二氧化碳。在起到粘结作用的同时，其有效组分氧化钙为转炉渣重要组分，避免了其他系列粘结剂带入杂质的问题，同时也起到提前造渣及降低渣量的作用，提高发热剂的有效组分含量。
13.同时，并没有任何设备用于配合本发明的一种转炉用低成本新型复合高效发热剂的生产工艺，严格按照本发明的工艺要求进行生产，无法实现生产过程的自动化、可控化操作。


技术实现要素：

14.本发明的目的是提供一种成本低廉、制备工艺简单的转炉用低成本新型复合高效发热剂的思路和制备方法，充分利用铝工业可回收废弃物和成本低、来源广的矿物，在不外加硅铝金属或合金的情况下，制备的发热剂加入转炉起到快速升高转炉温度并促进转炉造渣的复合作用，同时本发明为了配合其生产的工艺，提高生产的效率，故提供了研混一体机用于实现生产的自动化、可控化操作。
15.一种转炉用低成本新型复合高效发热剂，其组成原料包括有铝灰、比重调节料以及粘结剂，所述比重调节料为铁矿石，所述粘结剂为石灰石。
16.作为优选，其原料的重量占比如下：
17.铝灰重量占比为20％～50％；
18.铁矿石重量占比为40％～60％；
19.石灰石重量占比为10～20％。
20.作为优选，其具体步骤如下：
21.s1：称取相应重量占比的铝灰、铁矿石以及石灰石；
22.s2：将步骤s1中所称取的铁矿石、石灰石放入研混一体机进行破碎研磨为粉末颗粒；
23.s3：将所称取的铝灰与步骤s2中进行破碎研磨的铁矿石、石灰石加入水进行混合并搅拌均匀为混合原料；
24.s4：将步骤s3中的混合原料进行造球或者压球成型为发热剂生球；
25.s5：将步骤s4中的发热剂生球进行烘干处理为成品发热剂。
26.作为优选，步骤s1中的铝灰、铁矿石以及石灰石的重量占比分别为20％～50％、40％～60％以及10％～20％。
27.作为优选，步骤s2中所述粉末颗粒的粒度≤1mm。
28.作为优选，步骤s3中所加入的水占铝灰、铁矿石以及石灰石总重量的8％～12％。
29.作为优选，步骤s4中将混合原料进行造球或者压球成型的设备为圆盘造球机或压球机，所造发热剂生球的直径位于8mm和18mm之间。
30.作为优选，步骤s5中烘干处理的时间为1～3小时，温度为200℃～240℃。
31.作为优选，步骤s5中所制备的成品发热剂含水量<0.5％。
32.作为优选，所述研混一体机包括有架体，所述架体上固定有研磨混合本体以及分式研磨进料区，所述研磨混合本体包括有研磨预混机构以及混合搅拌机构，所述混合搅拌机构包括有加水区以及搅拌区，所述搅拌区与所述研磨预混机构相连通。
33.作为优选，所述分式研磨进料区包括有进料仓以及横向布置于进料仓内的输送绞龙，所述进料仓与输送绞龙之间形成便于原料通过的输送通道，所述输送通道与原料接触的面均为粗糙面，通过输送绞龙的旋转推动动作进行强迫输送，在强迫输送的过程中不断被粗糙面进行挤压研磨，所述输送绞龙输送终端的一侧上开设有料仓出料口，所述输送绞龙靠近所述料仓出料口的一端上固定有圆锥台状的料仓研磨头，所述料仓出料口的形状大小与所述料仓研磨头相配合用于进一步研磨原料；
34.所述研磨预混机构包括有混合研磨桶体，所述混合研磨桶体内可转动连接有旋转轴，所述旋转轴上方固定有上研磨片，其下方固定有下研磨片，所述旋转轴上位于所述上研
磨片与下研磨片之间开设有螺纹且其上螺纹连接有移动研磨片，所述混合研磨桶体其底部为半球状，其上开设有筛孔。
35.本发明的有益效果是：
36.(1)本发明公开了一种转炉用低成本新型复合高效发热剂及其制备方法，利用铝工业中的主要可回收废弃物铝灰作为发热物质，来源广、成本低的铁矿石和石灰石做调节剂和粘结剂，在不额外添加金属和合金的条件下，利用铝灰中含有的金属铝的高发热性提高发热剂的发热效率，铁矿石和石灰石在作为调节剂和粘结剂的同时，还起到促进转炉造渣、降低转炉渣量等作用，该方法原料来源广泛、成本低廉，制备工艺简单、产品发热效率高的，制备的产品对实现铝灰等可回收废弃物高效、大量、低成本的应用及促进转炉升温、造渣及冶炼过程具有积极的效果。
37.(2)本发明公开了研混一体机用于配合一种转炉用低成本新型复合高效发热剂的制备方法，按照其制备方法的工艺以及要求实现了研磨加水混合，大大提高了生产效率，且通过研混一体机使得该环节的量可控，颗粒大小可控，且整个设备实现了环环相扣，在研磨的同时亦可实现搅拌的过程，大大节约了生产时间，解决了传统的工艺步骤必须在研磨后才能进行加水混合。
38.(3)本发明公开了一种转炉用低成本新型复合高效发热剂及其制备方法，将称重后的铁矿石、石灰石以及铝粉分别加入分式研磨进料区内，在输送绞龙的旋转推动动作进行强迫输送，在强迫输送的过程中不断被粗糙面进行挤压研磨破碎，再通过料仓研磨头进行研磨后出料，用于实现少量分散式均匀落料，不同的原料分别从不同的料仓进料口进入，实现分开式分散式少量进料的同时还能够实现研磨的作用，其分开式少量进料的过程更加利于原料的均匀混合以及进一步研磨和筛分。
附图说明
39.图1为铁氧化物对造渣过程的影响示意图；
40.图2为本发明一种转炉用低成本新型复合高效发热剂的制备方法工艺流程图；
41.图3为本发明的研混一体机结构示意图；
42.图4为本发明的图3的a处放大结构示意图；
43.图5本发明的分式研磨进料区结构示意图。
44.图中：分式研磨进料区3、输送绞龙31、料仓研磨头32、研磨预混机构1、混合研磨桶体11、旋转轴12、上研磨片13、下研磨片14、移动研磨片15、筛孔16、进风孔17、透气盖18、刷体19、混合搅拌机构2、加水区5、储水罐51、加压泵52、搅拌区6、搅拌杆61、刮边板62、出料口63。
具体实施方式
45.下面结合附图对本发明作以下进一步说明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
47.一种转炉用低成本新型复合高效发热剂，其组成原料包括有铝灰、比重调节料以及粘结剂，所述比重调节料为铁矿石，
48.所述粘结剂为石灰石；
49.其原料的重量占比如下：
50.铝灰重量占比为20％～50％；
51.铁矿石重量占比为40％～60％；
52.石灰石重量占比为10～20％。
53.一种转炉用低成本新型复合高效发热剂的制备方法，其具体步骤如下：
54.s1：称取重量占比为20％～50％的铝灰、重量占比为40％～60％的铁矿石以及重量占比为10％～20％石灰石；
55.s2：将步骤s1中所称取的铁矿石、石灰石通过研混一体机进行破碎研磨为粉末颗粒，所述粉末颗粒的粒度≤1mm，即使在生产过程中会混入粒度>1mm的粉末颗粒，但是其重量占比不得超过所述粉末颗粒总重量的5～10％；
56.s3：向研混一体机中经过步骤s2破碎研磨后的铁矿石和石灰石的粉末颗粒中加入步骤s1中所称取的铝灰以及水进行混合并搅拌均匀为混合原料，所加入的水占铝灰、铁矿石以及石灰石总重量的8％～12％；
57.s4：将步骤s3中的混合原料进行造球或者压球成型为发热剂生球，进行造球或者压球成型的设备为圆盘造球机或压球机，所造发热剂生球的直径位于8mm和18mm之间。
58.s5：将步骤s4中的发热剂生球进行烘干处理为成品发热剂，烘干处理的时间为1～3小时，温度为200℃～240℃且所制备的成品发热剂含水量<0.5％。
59.所述研混一体机包括有架体，所述架体上固定有研磨混合本体以及分式研磨进料区3，所述分式研磨进料区3分别用于石灰石、铁矿石以及铝灰进料，所述研磨混合本体包括有研磨预混机构1以及混合搅拌机构2；
60.所述分式研磨进料区3包括有进料仓以及横向布置于进料仓内的输送绞龙31，所述进料仓与输送绞龙31之间形成便于原料通过的输送通道，所述输送通道与原料接触的面均为粗糙面，所述粗糙面作为优选可以为锯齿状，破碎与研磨的效果更佳，通过输送绞龙31的旋转推动动作进行强迫输送，在强迫输送的过程中不断被粗糙面进行挤压研磨，所述输送绞龙31输送终端的一侧上开设有料仓出料口，所述输送绞龙31靠近所述料仓出料口的一端上固定有圆锥台状的料仓研磨头32，所述料仓研磨头32的尺寸沿着原料的输送方向逐渐减小，所述料仓出料口的形状大小与所述料仓研磨头32相配合用于进一步研磨原料；
61.所述研磨预混机构1包括有混合研磨桶体11，所述混合研磨桶体11内通过转动电机可转动连接有旋转轴12，所述旋转轴12上方固定有上研磨片13，其下方固定有下研磨片14，所述旋转轴12上位于所述上研磨片13与下研磨片14之间开设有螺纹且其上螺纹连接有
移动研磨片15，旋转电机转动带动旋转轴12转动，旋转轴12在转动地过程中带动移动研磨片15进行上下移动，当移动至最上端时与上研磨片13相贴合，当移动至最下端时与下研磨片14相贴合，从而能够将粒度>1mm的粉末颗粒进行充分地研磨，所述混合研磨桶体11其底部为半球状，其上开设有筛孔16，所述筛孔16的直径为1mm，从而保证铁矿石和石灰石研磨后的颗粒粒度小于1mm，且其半球状的结构更利于落料地分散性，更利于后期的混合，提高搅拌效率，混合研磨桶体11上靠近所述筛孔16处开设有进风孔17，所述进风孔17向所述筛孔16方向倾斜，高压气体从进风孔17进入，将混合研磨桶体11内的粉末颗粒吹起，并从顶部的透气盖18流出，高压气体的进入不仅能够让沉积在底部粒度>1mm的粉末颗粒全部吹起进行再次研磨，同时还能够防止筛孔16堵住，所述高压气体通过控制系统控制，定时开启一次，所述旋转轴12上固定有刷体19，用于进一步防止筛孔16堵住，以及在旋转的过程中将底部的粉末颗粒带动起来；
62.所述混合搅拌机构2包括有加水区5以及搅拌区6，所述搅拌区6与所述研磨预混机构1相连通，所述搅拌区6包括有搅拌杆61以及刮边板62，通过刮边板62将粘附在混合搅拌机构2上的粉末颗粒进行刮除，所述加水区5包括有储水罐51，所述储水罐51内设有液位计，所述储水罐51通过进水管连接有喷头，所述喷头固定于所述混合搅拌机构2内，所述进水管上分别安装有加压泵52、水阀和流量计，所述混合搅拌机构2底部开设有出料口63，所述出料口63上设有控制阀，用于控制是否出料，所述混合搅拌机构2的底部亦设置有透气盖18便于进入混合搅拌机构2内的风流出。
63.具体操作：将称重后的铁矿石、石灰石以及铝粉分别加入分式研磨进料区3内，在输送绞龙31的旋转推动动作进行强迫输送，在强迫输送的过程中不断被粗糙面进行挤压研磨破碎，再通过料仓研磨头32进行研磨后出料，用于实现少量分散式均匀落料，不同的原料分别从不同的料仓进料口进入，经过研磨再少量分散式落料，原料落料的速度与其所占的重量比相接近或者相等，铝灰落入混合搅拌机构2内，铁矿石和石灰石落入混合研磨桶体11内不仅实现了初步预混合的效果，同时在不断落料的过程中进行研磨与筛分，颗粒粒度小于1mm的粉末通过筛孔16呈扩散分散地方式进入混合搅拌机构2内，更加利于提高搅拌混合的效率，并通过加水区5喷入定量的水，将水、石灰石、铁矿石以及铝灰进行充分地搅拌，本发明的研混一体机大大提高了生产的效率，同时对于原料以及水的添加均是全自动可控地，更加方便便捷。
64.实施例1
65.利用铝灰、铁矿石和石灰石制备转炉用低成本新型复合高效发热剂，其中铝灰的重量百分比为20％、铁矿石的重量百分比为60％、石灰石的重量百分比为20％。
66.其中铝灰化学组成及质量百分比为：w(al)为19.86％,w(al2o3)为47.24％，其余成分为sio2、cao、mgo、feo、mno、na2o及不可避免的杂质。按本发明的制备方法将上述原料经磨细、混合、成型、烘干制备成发热剂。
67.实施例2
68.利用铝灰、铁矿石和石灰石制备转炉用低成本新型复合高效发热剂，其中铝灰的重量百分比为30％、铁矿石的重量百分比为53％、石灰石的重量百分比为17％。
69.其中铝灰化学组成及质量百分比为：w(al)为19.86％,w(al2o3)为47.24％，其余成分为sio2、cao、mgo、feo、mno、na2o及不可避免的杂质。按本发明的制备方法将上述原料经磨
细、混合、成型、烘干制备成发热剂。
70.实施例3
71.利用铝灰、铁矿石和石灰石制备转炉用低成本新型复合高效发热剂，其中铝灰的重量百分比为40％、铁矿石的重量百分比为47％、石灰石的重量百分比为13％。
72.其中铝灰化学组成及质量百分比为：w(al)为13.31％,w(al2o3)为53.68％，其余成分为sio2、cao、mgo、feo、mno、na2o及不可避免的杂质。按本发明的制备方法将上述原料经磨细、混合、成型、烘干制备成发热剂。
73.实施例4
74.利用铝灰、铁矿石和石灰石制备转炉用低成本新型复合高效发热剂，其中铝灰的重量百分比为50％、铁矿石的重量百分比为40％、石灰石的重量百分比为10％。
75.其中铝灰化学组成及质量百分比为：w(al)为13.31％,w(al2o3)为53.68％，其余成分为sio2、cao、mgo、feo、mno、na2o及不可避免的杂质。按本发明的制备方法将上述原料经磨细、混合、成型、烘干制备成发热剂。
76.将上述实施案例制得的发热剂在国内某120吨转炉进行试验，每组实施例现场试验10炉，同时与其目前使用的碳硅质发热剂做对比，效果如下表1所示：
77.表1不同实施例制得的发热剂使用效果
[0078][0079]
上述试验在相同钢种及冶炼条件下进行。
[0080]
由以上实施例可知，使用本发明开发的低成本复合高效转炉发热剂，与原碳硅质发热剂相比较，在加入量相同的情况下，升温效果更优、成本更低，并且转炉化渣时间缩短、脱硫等冶炼效果增加等优点，是一种转炉用低成本复合高效发热剂。
[0081]
综上所述，本专利提出的转炉用低成本新型复合高效发热剂及其制备方法，铝灰含量20～50％、铁矿石40～60％、石灰石10～20％，所有原料均为来源广、成本低的可回收废弃物或矿物，上述原料按本专利提出的制备方法制备后，在不额外添加金属和合金的条件下，不仅发热量大、成本低，并带来转炉化渣快。该方法原料来源广泛、成本低廉，制备工艺简单、产品发热效率高的，制备的产品对实现铝灰等可回收废弃物高效、大量、低成本的应用及促进转炉升温、造渣及冶炼过程具有切实意义。
[0082]
以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术
人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。