专利名称：一种以冶金废料为原料的转炉冷却剂及其制造方法
技术领域：
本发明属于冶金废弃物循环利用领域，尤其涉及一种以冶金废弃物为原 料的转炉冷却剂及其制造方法。
背景技术：
在转炉炼钢过程中为了造好渣，早化渣及控制钢水适宜温度，需要加冷 却、助熔剂。
传统的冷却、助熔剂，包括块状铁矿石、废钢、萤石、石灰等。以块状 铁矿石为冷却助熔剂时，由于块状铁矿石含铁量低，主要成份为难还原的氧 化铁，而且多为酸性矿，不但金属收得率低，还会使渣量增加，炉衬寿命降 低，也起不到较好的助熔剂作用；以废钢、石灰和萤石为冷却、助熔剂时， 一方面厂内废钢供应不足，外购时价格变化较大，成本较高，另一方面石灰 和萤石的大量加入不仅增加了成本，而且不符合转炉冶炼少渣操作的技术发 展趋势，不利于钢水质量控制。
随着钢铁企业对节能减排的日益重视，冶金废料加工产品作为转炉冷却、 助熔剂利用，既节约了冶金废弃物企业外循环利用所需的设备、场地投资， 又减少了废物排放量，经济效益和环保效益明显，具有很好的推广前景。
目前， 一些以冶金废料为原料制成的转炉冷却剂和转炉化渣助熔剂，都 存在一定的不足。如申请号为99112573.8，名为"转炉冷却、助熔剂"的中国专 利，以铁鳞、炼钢污泥、粘结剂为原料，制作方法按比例混合配料，经磨机 粉碎至<32目，压球成型即成品。该专利类似于当前钢铁企业采用的铁皮球(以 轧钢铁鳞、转炉泥等为原料加粘结剂制成)，在实际转炉冶炼中加入时，因其 本身FeO含量较高，转炉冶炼时易引起喷溅，跑渣、溢渣现象严重，影响冶炼操作，限制了铁皮球的加入量。而且该产品加工过程中需要将铁鳞等原料
破碎至<32目，增加了工艺成本。申请号为CN101270403A，名为"炼钢转炉 化渣助熔剂"的中国专利，以重量比为100:50 120:50 120的废钢渣、氧化 铁皮和锰矿粉为原料，与粘合剂搅拌混合均匀，压制成形。该产品只作为化 渣助熔剂使用，加入量较少，难以消化大量冶金废弃物资源，而且其制成品 消耗一定的锰矿粉，增加了成本。
而其他一些利用铁精矿等为原料开发的冷固团块，可用做转炉冷却剂， 如申请号为200480023510.5，名为"自还原、冷固团i央"的中国专利利用铁精矿、 含碳还原剂及具有特殊要求的粘结剂制成团块后再在高炉炼铁、非高炉炼铁 以及各种炼钢炉炼钢用，但是该发明所用的原料都是精料，并且对原料的粒 度有一定的要求，原料成本、加工成本均较高。另外，以上各专利都不能代 替目前钢厂紧缺的废钢资源使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以冶金废料为原料的转炉冷却剂及其制造方 法，可代替普通废钢，成本低，效果好，并可克服现有冷却、助熔剂存在的 不足，解决钢铁厂含碳含铁废料不能高效利用，而炼钢厂由于外购废钢引起 成本迅速上升等问题。
本发明是利用各种现有钢铁生产过程中所产生的含碳含铁废弃物，经烘 干压块后代替转炉冶炼所需普通废钢使用。本发明处理的含碳含铁团块因配 入含碳废料(瓦斯灰、瓦斯泥、高炉灰、焦灰)而引入了一定的细碳粉，具 有自还原的特点，在不添加其他还原剂的条件下，在转炉中可将原料中的铁 氧化物自还原出铁来，同时不影响转炉内的热环境，对转炉内炼钢反应过程 影响较小。这样就解决了其他含铁废料制成的转炉冷却剂中由于FeO含量较 高，转炉冶炼时易引起喷溅，跑渣、溢渣现象严重，而影响了冶炼操作的问 题，从而提高了冷却剂的加入量。
本发明是一种以冶金废料为原料的转炉冷却剂，其制造方法是这样实现的
(1)配料根据要处理的各种含碳含铁废料，包括铁鳞、含碳废料(瓦 斯灰、瓦斯泥、高炉灰、焦灰)、含铁废料(铁红、转炉泥、转炉除尘灰、二 次除尘灰)，根据其主要成分进行配料计算，使含碳含铁团块中主要化学成分 的重量百分比满足以下条件碳含量为5% 25%， TF^50%， S^).50%， PS0.50%。
若碳含量过低，则不能满足团块自还原的需要；而碳含量过大，将导致 转炉中碳增加，容易形成过量的泡沫渣，跑渣、溢渣现象严重，影响转炉冶 炼操作，而且团块中的碳由含碳废料引入，碳含量的增加必然导致S、 P含量 升高，TFe含量下降，经济效益降低。而TFe含量高，则成品的金属收得量 也较高，保证经济效益。S、 P含量的限制是为了保证含碳含铁团块加入转炉 后不会引起钢水硫、磷含量升高，影响钢水质量。
根据铁氧化物的逐级还原反应可计算所需要的理论碳量C 8 (即理论上可 将含碳含铁团块中的铁氧化物还原出来，由含碳废料引入的碳量)，按照如下 反应计算
3Fe203+C=2Fe304+CO (1) Fe304+C=3FeO+CO (2) FeO+C=Fe+CO (3)
含碳含铁团块中的碳由含碳废料的配入量来调节。
含碳含铁团块中的碳含量需要一定的过剩系数Ke，是指实际含碳含铁混
合料中的碳含量C《与铁氧化物还原反应理论需要的碳量C 3的比值C《/C s。 如果过剩系数过低不能满足铁氧化物自还原的需要；过剩系数过大，将导致 碳含量增加时引起的一系列问题出现，如容易形成过量的泡沫渣，跑渣、溢 渣现象严重，影响转炉冶炼操作，而且碳含量由含碳废料引入，碳含量的增 加必然导致S、 P含量升高，TFe含量下降，经济效益降低。
原料的配料原则为由铁鳞充当含碳含铁团块的骨架，是形成团块并保证强度的必要原料；含碳废料中含有一定的碳，是实现含碳含铁团块高效率 自还原反应的必要条件；其它含铁废料主要起细料的填充作用，并保证含碳 含铁团块有足够高的TFe含量。
实践证明，上述含碳含铁团块作为转炉冷却剂时，碳含量在5% 25%范 围内效果最佳。
(2)混料制团块先将含碳废料和含铁废料中的湿料烘干，经破碎机破 碎后，再与铁鳞等干料送入混合机混合并配入粘结剂，使混匀物料中的碳含 量为5% 25%， TFe^50%， S^O.50%, P^).50%。混匀物料再送入混碾机内， 然后送入对辊压球机，压团压力设定为250KN，将混合料压制成团块，压出 的团块送入孔径为15mm的筛分机进行筛选，将筛选合格的团块送入烘干炉 中烘干，即可得到成品团块。筛下〈15mm的团块返回混碾机再利用。
所述的粘结剂为冷固结常用的粘结剂，可以是硅酸钠水溶液或硅酸钾水 溶液，也可以是其它能够使本发明团块达到2m落下强度^5次，平均抗压强 度21500N的粘结剂。其中硅酸钠水溶液或硅酸钾水溶液加入量为混匀物料重 量百分比的4°/。 15%。
含碳含铁团块成品粒度范围为15mm 70mm，其中粒度小于15mm的细 粉，按重量计不大于5%。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果
本发明是综合利用现有钢铁生产过程中所产生的各种含碳含铁废弃物， 原料干湿均可，湿料经烘干后经破碎机破碎后，再与干料、粘结剂混匀，然 后由对辊压球机压制成团块，烘干后即得成品，可代替转炉冶炼所需普通废 钢。产品全部使用钢铁生产中产生的废料，加工流程短，成本低，使用方法 灵活，可加入量大，金属收得率高，化渣效果好，同时达到8 16'C的温降， 接近废钢的冷却效果，对现场操作影响较小，不仅降低了冶金炉料消耗，而 且减少了废弃物排放量，提高了废弃物综合利用水平，经济效益和环保效益 明显，具有很好的推广使用价值。
具体实施例方式
本发明的转炉冷却剂，其物化性能技术标准见表l。
表1含碳含铁团块物化性能技术标准
项目技术指标
TFe250.00%
碳过剩系数Kc0.7 1.8
SSO.50%
PSO.50%
水分SI.5%
2m落下强度25次
抗压强度21500N
实施例1
含碳含铁团块以钢铁厂废弃物铁鳞、瓦斯泥、高炉灰、转炉泥为原料，
原料成分见表2。
_表2含碳含铁团块的原料成分_
iiii ^ Fe2o3 ^i
含碳含铁团块的配料方案见表3。
表3含碳含铁团块配料方案
干配比 _混合料成分/%_ K
/% ~~~TFe/% ^ §^ c
制造方法先将瓦斯泥和转炉泥在链板机烘干炉(或栅板机烘干炉)中 烘干，烘干炉中的烘干温度为150°C、烘干时间为180min;经破碎机破碎后， 再与铁鳞、高炉灰送入混合机混合，并加入模数为4、重量百分比为5%的硅 酸钠水溶液搅拌5min，混匀物料再送入混碾机内混碾5min，然后送入对辊压 球机，压团压力设定为60KN，将混合料压制成团块，压出的团块送入孔径为 15mm的筛分机进行筛选，将筛选合格的团块送入烘干炉中烘干，烘干炉中
69.0958.350.3433.380.1150.0150.013
31.7310.710.1833.4333.600.7730.053
23.416.720.1025.9849.550.5280.046
58.5954.265.6515.342.7930.0980.078
54.12 13.89 0.210 0.037 1.03
统
泥灰泥
斯炉炉
o o o
12 2
铁
泥泥灰
斯炉炉
瓦皆新
8的团块烘干温度为110°C、烘干时间为240min即可得到成品团块。筛下< 15mm的团块返回混碾机再利用。
含碳含铁团块成品粒度范围约为15mm 70mm,其中粒度小于15mm的 细粉，按重量计约为1.9%。含碳含铁团块成品含水量为1.0%。
成品含碳含铁团块的强度为2m落下强度约6次，抗压强度平均为1770N。 落下强度和抗压强度完全满足炼钢高位料仓向转炉供料的要求。
实施例2
含碳含铁团块以钢铁厂废弃物铁鳞、高炉灰、转炉泥为原料，原料成分 见表4。
表4含碳含铁团块的原料成分
名称TFeFeOMFeFe203CSP
铁鳞69.0958.350.3433.380.1150.0150.013
高炉灰23.416.720.1025.9849.550.5280.046
转炉泥58.5954.265.6515.342.7930.0980.078
含碳含铁团块配料方案见表5。
_表5含碳含铁团块配料方案_
~"~^ 干配比~ 混合料成分/% ~~^~ _/% TFe/% C/% S/% P/% e
高炉灰 30 53.29 15.480.1860.036 1.17
转炉泥_^_
制造方法先将转炉泥在链板机烘干炉(或栅板机烘干炉)中烘干，烘 干炉中的烘干温度为300°C、烘干时间为100min，经破碎机破碎后，再与铁 鳞、高炉灰送入混合机混合，并加入模数为2、重量百分比为6%的硅酸钾水 溶液搅拌5min，混匀物料再送入混碾机内混碾5min，然后送入对辊压球机， 压团压力设定为60KN，将混合料压制成团块，压出的团块送入孔径为15mm 的筛分机进行筛选，将筛选合格的团块送入烘干炉中烘干，烘干炉中的团块 烘干温度为200°C、烘干时间为lOOmin即可得到成品团块。筛下〈15mm的 团块返回混碾机再利用。含碳含铁团块成品粒度范围约为15mm 70mm，其中粒度小于15mm的 细粉，按重量计约1.9%。含碳含铁团块成品含水量为0.8%。
成品含碳含铁团块的强度为2m落下强度约6次，抗压强度平均为1790N。 落下强度和抗压强度完全满足炼钢高位料仓向转炉供料的要求。
实施例3
含碳含铁团块以钢铁厂废弃物铁鳞、瓦斯泥、转炉除尘灰和焦灰为原料, 原料成分见表6。
表6含碳含铁团块的原料成分
名称TFeFeOMFeFe203CSP
铁鳞69.0958.350.3433.380.1150.0150.013
瓦斯泥25.836.29/29.9139.520.9770.057
转炉除尘灰60.4972.50/5.861.740.0510.12
焦灰0.86//1.2384.120.71/
含碳含铁团块配料方案见表7。
表7含碳含铁团块配料方案
原料干配比混合料成分/%!<■
/%TFe/%C/%S/%P/%
铁鳞50
瓦斯泥 转炉除尘灰15 2553.6314.830.2380.0451.13
焦灰10
制造方法先将瓦斯泥在链板机烘干炉(或栅板机烘干炉)中烘干，烘
干炉中的烘干温度为220°C、烘干时间为100min，经破碎机破碎后，再与铁 鳞、转炉除尘灰、焦灰送入混合机混合，并加入模数为3、重量百分比为5% 的硅酸钠水溶液搅拌5min，混匀物料再送入混碾机内混碾5min，然后送入对 辊压球机，压团压力设定为70KN，将混合料压制成团块，压出的团块送入孔 径为15mm的筛分机进行筛选，将筛选合格的团块送入烘干炉中烘干，烘干 炉中的团块烘干温度为180°C、烘干时间为150min即可得到成品团块。筛下 <15mm的团块返回混碾机再利用。
含碳含铁团块成品粒度范围约为15mm 70mm，其中粒度小于15mm的
10细粉，按重量计约为1.9%。含碳含铁团块成品含水量为0.6%。
成品含碳含铁团块的强度为2m落下强度约7次，抗压强度平均为1890N。 落下强度和抗压强度完全满足炼钢高位料仓向转炉供料的要求。
实施例4
含碳含铁团块以钢铁厂废弃物铁鳞、焦灰、转炉泥为原料，原料成分见表8。
表8含碳含铁团块的原料成分
名称TFeFeO MFeFe203 CSP
铁鳞 焦灰 转炉泥69.09 0.86 60.4958.35 0.34 / / 72.50 0.1833.38 0.115 1.23 84.12 5.86 1.7350.015 0.71 0.0510.013 / 0.120
含碳含铁团块的配料方案见表9。
表9含碳含铁团块配料方案
原料干配比混合料成分/%
/%TFe/%C/% S/%P/%
铁鳞 焦灰 转炉泥50 15 3555.8513.28 0.1320.0491,0
制造方法先将转炉泥在链板机烘干炉(或栅板机烘干炉)内烘干，烘
干温度为300°C、烘干时间为lOOmin，经破碎机破碎后，再与铁鳞、焦灰送 入混合机混合，并加入模数为3、重量百分比为5%的硅酸钾水溶液搅拌5min， 混匀物料再送入混碾机内，然后送入对辊压球机，压团压力设定为60KN，将 混合料压制成团块混碾5min，压出的团块送入孔径为15mm的筛分机进行筛 选，将筛选合格的团块送入烘干炉中烘干，烘干炉中的团块烘干温度为300°C、 烘干时间为60min即可得到成品团块。筛下〈15mm的团块返回混碾机再利 用。
含碳含铁团块成品粒度范围约为15mm 70mm，其中粒度小于15mm的 细粉，按重量计约为1.8%。含碳含铁团块成品含水量为0.5%。
成品含碳含铁团块的强度为2m落下强度约7次，抗压强度平均为18卯N。 落下强度和抗压强度满足炼钢高位料仓向转炉供料的要求。实施例5
含碳含铁团块以钢铁厂废弃物铁鳞、瓦斯灰和转炉泥为原料，原料成分
见表10。
表10含碳含铁团块的原料成分
名称 TFeFeO MFeCSP
铁鳞 72.29 转炉泥 58.49 瓦斯灰 35.4167.97 14.81 65.5 0.55 10.75 1.16o細 1.74 29.570.012 0.051 0.24o扁 0.12 0.043
含碳含铁团块的配料方案见表11。
表11含碳含铁团块配料方案
后M 干配比 原料混合料成分/%Kc
TFe/%C/% S/%P/%铁鳞 40 转炉泥 35 瓦斯灰 2558.248.01 0.0830細0.7
制造方法先将转炉泥在链板机烘干炉(或栅板机烘干炉)内烘干，烘
干温度为300°C、烘干时间为100min，经破碎机破碎后，再与铁鳞、瓦斯灰 送入混合机混合，并加入模数为3、重量百分比为11%的硅酸钾水溶液搅拌 5min，混匀物料再送入混碾机内，然后送入对辊压球机，压团压力设定为 60KN，将混合料压制成团块混碾5min，压出的团块送入孔径为15mm的筛 分机进行筛选，将筛选合格的团块送入烘干炉中烘干，烘干炉中的团块烘干 温度为260'C、烘干时间为90min即可得到成品团块。筛下〈15mm的团块返
回混碾机再利用。
含碳含铁团块成品粒度范围约为15mm 70mm，其中粒度小于15mm的 细粉，按重量计约为1.2%。含碳含铁团块成品含水量为0.4%。
成品含碳含铁团块的强度为2m落下强度约9次,抗压强度平均为1970N。 落下强度和抗压强度满足炼钢高位料仓向转炉供料的要求。
实施例6
含碳含铁团块以钢铁厂废弃物铁鳞、焦灰、转炉泥为原料，原料成分见
12表12。
表12含碳含铁团块的原料成分名称 TFeFeO MFe CSP
铁鳞 71.09 焦灰 0.86 转炉泥 61.4958.350.34 0.115 / / 84.12 72.5 0.6 1.7350.015 0.71 0.0510.013 0.02 0.12
含碳含铁团块的配料方案见表13。
表13含碳含铁团块配料方案
原料 TKtt混合料成分/%Kc
TFe/% C/% S/%P/%铁鳞 40 焦灰 25 转炉泥 3550.1721.68 0.2010.0471.8
制造方法先将转炉泥在链板机烘干炉(或栅板机烘干炉)内烘干，烘
干温度为300°C、烘干时间为lOOmin，经破碎机破碎后，再与铁鳞、焦灰送 入混合机混合，并加入模数为3、重量百分比为14%的硅酸钾水溶液搅拌 5min，混匀物料再送入混碾机内，然后送入对辊压球机，压团压力设定为 60KN,将混合料压制成团块混碾5min，压出的团块送入孔径为15mm的筛 分机进行筛选，将筛选合格的团块送入烘干炉中烘干，烘干炉中的团块烘干 温度为28(TC、烘干时间为80min即可得到成品团块。筛下〈15mm的团块返 回混碾机再利用。
含碳含铁团块成品粒度范围约为15mm 70mm，其中粒度小于15mm的 细粉，按重量计约为1.0%。含碳含铁团块成品含水量为0.3%。
成品含碳含铁团块的强度为2m落下强度约11次，抗压强度平均为 2130N。落下强度和抗压强度满足炼钢高位料仓向转炉供料的要求。
1权利要求
1.一种以冶金废料为原料的转炉冷却剂，其特征在于它是一种以铁鳞、含碳废料、含铁废料为原料外加粘结剂配制成的含碳含铁团块，其主要化学成分的重量百分比满足以下条件碳含量为5％～25％，TFe≥50％，S≤0.50％，P≤0.50％。
2. 根据权利要求1所述的转炉冷却剂，其特征在于含碳废料为瓦斯灰、瓦斯 泥、高炉灰、焦灰中的一种或一种以上的混合物；含铁废料为铁红、转炉泥、 转炉除尘灰、二次除尘灰中的一种或一种以上的混合物。
3. 根据权利要求1所述的转炉冷却剂，其特征在于成品含碳含铁团块的强度 为2m落下强度^5次，抗压强度平均为21500N，成品含水量$1.5%。
4. 根据权利要求l所述的转炉冷却剂，其特征在于粘结剂选用模数为2 4的 硅酸钠水溶液或硅酸钾水溶液。
5. 根据权利要求1所述的转炉冷却剂，其特征在于含碳含铁团块的成品粒度 范围为15mm 70mm，其中粒度小于15mm的细粉，按重量计不大于5%。
6. —种用于权利要求1 5中任意一项所述的转炉冷却剂的制造方法，其特 征在于先将含碳废料和含铁废料中的湿料烘干，经破碎机破碎后，再与铁鳞 等干料送入混合机混合并配入粘结剂，混匀物料再送入混碾机内，然后送入 对辊压球机，将混合料压制成团块，压出的团块经筛分机筛选，将筛选合格 的团块送入烘干炉中烘干，即可得到成品团块。
7. 根据权利要求6所述的转炉冷却剂的制造方法，其特征在于(1) 对辊压球机压团压力S50KN;(2) 团块在烘干炉中的烘干温度为110 30(TC、烘干时间为60 240min;(3) 湿料中瓦斯泥在烘干炉中的烘干温度为U0 25(TC、烘干时间为 150 240min;转炉泥在烘干炉中的烘干温度为110 300°C、烘干时间为60 240min;(4) 筛下团块返回混碾机再利用。
8.根据权利要求6或7所述的转炉冷却剂的制造方法，其特征在于:(1) 粘结剂加入量为混匀物料重量百分比的4% 15%;(2) 筛分机筛孔孔径为15mm;(3) 烘干炉选用链板机烘干炉或栅板机烘干炉。
全文摘要
本发明提供一种以冶金废料为原料的转炉冷却剂及其制造方法，冷却剂是一种以铁鳞、含碳废料、含铁废料为原料外加粘结剂配制成的含碳含铁团块，其主要化学成分的重量百分比满足以下条件碳含量为5％～25％，TFe≥50％、S≤0.50％，P≤0.50％。制造方法是先将含碳废料和含铁废料中的湿料烘干，经破碎机破碎后，再与铁鳞等干料送入混合机混合并配入粘结剂混合均匀，混匀物料再送入混碾机内，然后送入对辊压球机，将混合料压制成团块，压出的团块经筛分机筛选，将筛选合格的团块送入烘干炉中烘干，即可得到成品。本发明的转炉冷却剂全部使用钢铁生产中产生的废料，可代替普通废钢用于转炉冶炼，不需使用任何专用还原设备，流程短，成本低，使用方法灵活，加入量大，回收率高，对现场操作影响较小，经济效益和环保效益明显，具有很好的推广使用价值。
文档编号C22B1/14GK101560583SQ20091001160
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月16日 优先权日2009年5月16日
发明者于淑娟, 侯洪宇, 刘万山, 唐复平, 孙加俏, 张新义, 徐永鹏, 杨大正, 王向锋, 王文仲 申请人:鞍钢股份有限公司