一种高温熔渣连续改质的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电炉熔渣连续改质的工艺方法，特别涉及采用大宗廉价高硅铝工 业原料和含碳工业废料在源头通过自动化设备对电炉炼钢过程排放的高温熔渣进行改质 的方法，以便达到低成本控制冶金渣成分和结构的目的，属于工业废弃物综合利用技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着中国社会经济的发展，钢铁工业作为国家重点基础产业，其钢产量已由2010 年的6. 3亿吨增长到2013年的7. 8亿吨，以钢渣占钢产量的15%~20%计算，全年钢渣的 总产量可达1亿多吨，而其综合利用率仅为45%，到2013年中国累计钢渣储量已超过4亿 吨。数量如此巨大的钢渣不仅占用宝贵的土地资源，还容易引起残留金属元素流失、扬尘污 染、水源污染、土壤碱化等问题，因此钢渣的无害化处理及高效综合利用越来越受到关注。 目前钢渣的处理工艺有冷弃法、余热自解法、水淬法、热泼法、盘泼水冷法、风淬法、焖罐法、 滚筒法、粒化法等，但由于设备投入大，工艺流程复杂，钢渣处理成本高，存在二次污染等因 素，钢渣处理效果并不理想。
[0003] 在源头排放的熔融钢渣热含量高，出炉排渣后的温度维持在1500°C以上，平均热 焓值约为1670MJ/t，相当于40kg重油的燃烧热量，处于品质余热资源。根据计算，中国钢 铁企业每年排放的各种高温钢渣总热量相当于5. 7X 106t标煤燃烧热量，平均回收率不足 26%，而各种熔渣的显热回收率仅为1.6%。因此，高温熔融钢渣热量的回收是亟需解决的 主要问题之一。
[0004] 目前，由于70%左右的钢渣是转炉钢渣，因此多数研宄人员在转炉进行钢渣改 质的研宄。如专利（200610024549. X)以粉煤灰、高炉渣与煤配成改质剂，分别在转炉、 排渣口与渣罐加料，这三种方式都可使钢渣中的f-CaO与f-MgO减少。专利（申请号 200810048602. 9)以高炉渣、石英砂及河沙为原料配成改质剂，铺在渣罐底部，再倒入熔融 转炉钢渣，通过吹氧加热使其充分混合，从而使钢渣中的f-CaO减少，安定性得到改善，适 合用于水泥混合材。专利（申请号200810197070. 5)将粒度小于3mm的钢渣颗粒加入到熔 融高炉渣中，通过化学反应消除钢渣中的残留f-CaO,通过水淬可成为水泥混合材，其钢渣 添加量低于熔融高炉渣的25%~70%。专利（申请号200910039604.6)以电炉还原渣、 煤渣与有机物为改质剂，对熔融转炉钢渣进行改质，从而使得f-CaO含量低于2%，28d活 性指数大于85%，可用作水泥混合材。专利（201010185823.8)专利采用二次熔炼的方法， 将转炉钢渣、焦炭、萤石与河沙于1600°C下冶炼2~4h，冷却后粉碎得到改质钢渣，其中的 f-Ca0降到3wt%以下，达到了水泥混合材的要求。（申请号201110077829. 8)以冶金废水 处理后压滤泥饼、排水沟淤泥和瓦斯泥等低铁废弃物为原料配成改质剂，一部分改质剂直 接铺在渣罐中，另一部分改质剂在熔渣倒入渣罐后再加入，通过改质使得钢渣稳定性与其 铁分回收得到提高。专利（申请号201210049353. 1)以复合尾矿为改质剂，40~60%的改 质剂铺在渣罐中，另外40~60 %的改质剂在排渣之后投入渣罐中，该发明提高了钢渣的易 磨性，废钢总回收率达到95%，磁选后废渣可控、活性提高，可用于水泥混合材。专利（申请 号201410002946. 1)将熔融转炉钢渣与粉煤灰加入回转窑中，通过喷吹煤粉对其补热，温 度稳定在1400°C左右，在回转窑流出的红热改质钢渣经过粒化装置后进行水淬，最后磁选 进行渣铁分离，所得到的改质钢渣可用作硅酸盐水泥混合材。专利（201410276645.8)在转 炉钢渣中加入高硅质材料，在1500°C煅烧后于1250°C高温取样并急冷，通过磁选后分离除 铁，改质钢渣的安定性得到提高，可用作水泥混合材。
[0005] 以上钢渣改质的方法存在以下问题：转炉排渣的工艺为倾倒式，排渣时间短，大部 分改质剂与熔渣很难在短时间内混合均匀；同时转炉冶炼过程采用了溅渣护炉工艺，熔渣 温度降低，碱度增大，导致其与改质剂混合时热量不足，粘度很快增大。可见，转炉渣在熔融 态改质过程中存在诸多难点，难以实现工业化应用。本发明主要针对电炉冶炼过程中的排 渣过程，电炉熔渣排渣前无需溅渣护炉，排放温度高；同时它是连续排渣，流量较稳定，排放 时间大于30min。因此，与转炉渣不同，电炉渣可在排渣过程中连续加入改质剂，而且排渣 口距离渣包的高度一般为2-6米，熔渣排放时的热冲击搅拌可使熔渣与改质剂充分混合； 电炉的排渣温度可达1650°C，其显热品质高，有利于钢渣的改质过程；同时，电炉钢渣的碱 度较转炉钢渣低，改质过程更容易实现。其中，表1为某钢厂转炉钢渣与电炉钢渣的化学组 成。除此之外，根据电炉渣排渣过程的粘度、温度变化特点，本专利提出了电炉渣排渣过程 加入改质剂的控制技巧。
[0006] 虽然目前国内约90%为转炉炼钢，但随着中国经济的飞速发展，钢铁冶炼将步入 循环利用的阶段，炼钢原料的主要来源将由铁水变成废钢；同时，普碳钢已无法满足人们的 日常需求，特种钢材将会飞速发展。因此，我国绿色节能的短流程电炉炼钢必将蓬勃发展。 如果我国电炉炼钢比例达到发达国家50-70 %的比例，如美国的电炉炼钢比例高达60 %， 那么，相应电炉熔渣的排放量将会增加4-6倍，即新增电炉渣5000万吨左右。因此，对源头 改质技术提高电炉渣利用水平的关注显得尤为紧迫。
[0007] 表1某钢厂转炉钢渣、电炉钢渣的化学成分（wt% )
[0008]
【主权项】
1. 一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于，在高温电炉熔渣排放时，配好的改 质剂通过粉料输送系统进行连续给料，使改质剂与熔渣的同时排放并进入渣包内，熔渣的 热冲击搅拌使它与改质剂混合均匀，实现渣包内熔渣的改质，无需外界进行补热；所述高温 熔渣是指连续排放的液态渣是电炉炼钢过程中所排放的熔态钢渣，或者是小型电炉冶炼过 程中排放的熔态还原渣，或是其它冶炼过程连续排放的高温熔渣；高温熔渣与改质剂的质 量比不小于2。
2. 如权利要求1所述的一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于所述改质剂为 高硅铝原料或者其与含碳原料的混合物，其中，改质剂颗粒粒度小于25_，其重量百分比组 成如下：高硅铝原料70~100%，含碳原料为O~30%。
3. 如权利要求2所述的一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于所述高硅铝原 料为：河沙、钾长石、尾矿、粉煤灰、煤矸石中的一种或多种混合物，含碳原料为：焦炭粉、煤 粉中的一种或多种混合物。
4. 如权利要求1所述的一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于所述使改质剂 与熔渣的同时排放是指，根据排放时间将电炉渣排放过程均分为早期、中期和后期三个排 渣阶段，而改质剂在这三个阶段加入数量按照比例1:2:3的比例加入；在早期排渣阶段，对 应数量的改质剂在排澄过程中加入，或者在恪澄排出前提前将不超过一半的数量加到澄包 底部；在后期渣加入过程中，对应数量的改质剂在熔渣排放结束前提前完成加入，或者保留 不超过一半的数量在熔渣排放结束后加于熔渣顶部。
5. 如权利要求1所述的一种高温恪澄连续改质的工艺方法，其特征在于所述粉料输送 系统是指将料仓中的改质剂通过输送设备进行连续给料，其中输送设备的一种是螺旋输送 机。
6. 如权利要求1所述的一种高温熔渣连续改质的工艺方法，其特征在于，所述改质后 的渣包内的熔渣通过水或者空气冷却后，进行磁选回收更多的磁性组分，同时，磁选后的改 质渣性能得到改善，用作微晶玻璃、陶瓷或者水泥混合材或混凝土掺合料产品的原料。
【专利摘要】一种高温熔渣连续改质的工艺方法，属于工业废弃物综合利用技术领域。在高温电炉熔渣排放时，配好的改质剂通过粉料输送系统进行连续给料，使改质剂与熔渣的同时排放并进入渣包内，熔渣的热冲击搅拌使它与改质剂混合均匀，实现渣包内熔渣的改质，无需外界进行补热；所述高温熔渣是指电炉炼钢过程中所排放的熔态钢渣，或者是小型电炉冶炼过程中排放的熔态还原渣，或是其它冶炼过程连续排放的高温熔渣；高温熔渣与改质剂的质量比不小于2。改质剂中高硅铝原料70～100％，含碳原料为0～30％，改质剂颗粒粒度小于25mm。本发明熔渣温度高，碱度低，粘度小，流动性好，加入改质剂少，易于改质，同时无需补热，改质成本低；可将含硅铝、含碳、含铁的废弃物作为部分改质剂，实现废弃物的资源化利用。
【IPC分类】C21C5-54
【公开号】CN104805250
【申请号】CN201510191265
【发明人】李宇, 苍大强, 卢翔, 刘晓明, 代文彬, 王玮, 栾秀莉
【申请人】北京科技大学, 莱芜钢铁集团泰东实业有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月21日