一种AOD炉用化渣剂及其制备方法与流程

一种aod炉用化渣剂及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及炼钢二次资源再利用技术领域，尤其是涉及一种aod炉用化渣剂及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着环保要求越来越严格，绿色冶炼和超低碳排放要求的推进，对炼钢二次资源的有效合理利用也提上了日程。目前对特钢电渣锭脱模后的渣帽渣皮仅仅处理二次利用的初级阶段，即简单回收堆放或者初步破碎后将大块物料拣选用于生产低性能、低性价比的砖。该种方式拣选后产生的细小颗粒、粉尘类废弃物直接堆放或者填埋处理，达不到二次资源的充分利用。
3.与此同时，随着我国炼钢业的发展以及国际铁矿石资源的日益紧张，废钢在炼钢过程中的使用量不断增加。但是，在转炉及电炉冶炼时，冶炼炉渣内含有大量的多种氧化物和少量硫化物，有些情况下含有少量的氟化物和碳化物的熔体，尤其在顶吹转炉冶炼中，冶炼时间很短，因其必须做到快速成渣，使炉渣尽快具有适当的碱度、氧化性和流动性，以便迅速把炉渣中磷、硫、硅等杂质都消除到所炼钢种规定的要求以下，避免炉渣溢出和喷溅。目前采用的方法是在冶炼中加入萤石等化渣剂，以促进炉渣的熔化。但萤石会严重侵蚀精炼炉的耐火炉衬，导致精炼炉寿命降低和环境污染，增加钢铁料消耗量，而且近年来受萤石资源短缺的影响，萤石价格有一定的增长，从一定程度上增加了炼钢企业的生产成本。
4.本发明本着将渣帽渣皮二次资源合理、充分利用的目的，在对其分析研究和大量试验的基础上，成功研制出了一种将渣帽渣皮用于生产aod炉用化渣剂的方法。使用该方法生产的aod炉用化渣剂，不仅使渣帽渣皮二次资源得到了全面利用，还可以替代部分的萤石产品，减少了萤石矿的开采。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种aod炉用化渣剂及其制备方法，所制备得到的化渣剂可完全满足现有炼钢使用过程中的工艺要求，并可以以0.8-1.5:1的比例替代部分萤石资源，大大降低了不锈钢冶炼的成本。
6.本发明提供一种aod炉用化渣剂，包括以下重量分数的原料：渣皮渣帽45-85份、碱性无机盐5-26份、化渣材料9-27份和粘结剂0.3-2.8份；其中，所述渣皮渣帽为特钢电渣锭脱结晶器膜产生的渣皮渣帽；所述化渣材料包括电解铝后的冰晶石粉二次资源、石灰石、煤粉和氧化铁粉中的任意一种或多种。
7.氩氧脱碳炉(简称aod转炉)是不锈钢冶炼的主要装置，其核心操作在于脱碳保铬。因aod转炉在氧化阶段存在碳铬竞争氧化，为减少铬的氧化，需通过向熔池中吹入氧气和惰性气体的混合气体来降低co分压，促使脱碳反应的顺利进行。此外，aod炉在冶炼过程还会加入大量的石灰和渣料，而冶炼炉渣内含有大量的多种氧化物、少量硫化物、少量的氟化物和碳化物的熔体，因冶炼时间很短，必须做到快速成渣，使炉渣尽快具有适当的碱度、氧化
性和流动性，以便迅速把炉渣中磷、硫、硅等杂质都消除到所炼钢种规定的要求以下。因此，冶炼中需要加入化渣剂，以促进炉渣的熔化。
8.本发明创造性地提出了选用渣皮渣帽生产aod化渣剂，一方面，渣皮渣帽中含有铬元素，根据铬饱和度计算，使用含有铬元素的渣皮渣皮生产aod化渣剂可以抑制铬烧损，提高铬收得率；另一方面，萤石化渣剂是利用氟化钙作为减温剂降低石灰熔点以达到化渣的效果，但该化渣剂产生的渣易低温结壳，出渣和后期渣处理麻烦。本发明aod化渣剂包括渣皮渣帽、碱性无机盐、化渣材料和粘结剂，其中，碱性无机盐主要为碱性无机钠盐，化渣材料主要包括电解铝后的冰晶石粉二次资源、石灰石、煤粉和氧化铁粉，即利用碱性无机钠盐中的钠元素和化渣材料中的氧化铝与aod炉中的石灰反应生成以铝酸钙为主的复合钙酸盐类低熔点物质，使炉渣熔点降至1320-1450℃，以便快速形成均匀的液态渣，同时化渣后渣的流动性和铺展性较好。相比于利用氟化钙作为减温剂降低石灰熔点以达到化渣的效果的萤石化渣剂化渣效果更为显著、优异。
9.此外，因渣皮渣帽中al2o3含量＞50％，当化渣材料中不含有al2o3时，也可以达到钠元素、氧化铝与aod炉中的石灰反应生成以铝酸钙为主的复合钙酸盐类低熔点物质的目的。
10.作为本技术方案优选地，本发明所使用的碱性无机盐主要为碱性无机钠盐，以为复合钙酸盐类低熔点物质的生成提供必要的钠元素，具体可选择硝酸钠、碳酸钠和氯化钠中的任意一种或多种。
11.本发明对于粘结剂的使用种类不作严格限定，可选用改性淀粉、水玻璃或冶金用无硫粘合剂等，在上述技术方案的基础上，所采用的粘结剂具体包括以下重量分数的原料：高分子有机物50-60份、钠基膨润土20-30份和分散剂25-30份，其中，所述高分子有机物包括工业淀粉、羧甲基纤维素钠和工业糊精中的任意一种或多种；所述分散剂包括水玻璃、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵盐混合物和硅尘粉中的任意一种或多种。
12.冰晶石粉作为电解铝的“助熔剂”，不仅不会给产物引入杂质，而且能够保持电解质成分的稳定性。而电解铝后的冰晶石粉二次资源中含有氧化铝、碳、氧化钙和铁等成分，对其进行无害化的综合回收，实现效益最大化也是电解铝行业关注的重点。本发明在aod炉用化渣剂的制备中，选用电解铝后的冰晶石粉二次资源作为化渣材料，不仅实现了对冰晶石粉二次资源的回收利用，而且为化渣剂的制备提供了必要有益成分。具体地，本发明所用电解铝后的冰晶石粉二次资源按重量百分比包括：al2o3＞20％，cao＞10％，c 4-10％和tfe 0-20％；而所述煤粉中c含量大于50％；所述氧化铁粉中tfe含量大于55％。
13.具体地，本发明所制备得到的aod炉用化渣剂按重量百分比包括：al2o3＞40％，na 6-10％，cao 4-10％、c 0-10％和tfe 0-7％。
14.本发明还提供了上述aod炉用化渣剂的制备方法，包括以下步骤：
15.将渣皮渣帽预处理后与碱性无机盐、化渣材料和粘结剂搅拌均匀，通过冷压球团成型，制备得到aod炉用化渣剂。
16.作为本技术方案优选地，所述预处理具体包括：将渣皮渣帽初破后进行一次筛分，剩余物进行二次筛分，将二次筛分筛上物经二次破碎得到的小于10mm的粉料与初破得到的小于10mm的细粉料混合，得到预处理后的渣皮渣帽。其中，渣皮渣帽初破后进行一次筛分得到的大块物料(大于50mm)可用于生产汤道砖或耐火砖的部分替代物，具体可替代含三氧化
二铝的刚玉类物质。
17.作为本技术方案优选地，所述初破使用的破碎机为锤式破碎机，所述二次破碎使用的破碎机为颚式破碎机；所述混合时，为避免扬尘，使用卧式双轴强力混合机。
18.作为本技术方案优选地，所述搅拌时，使用轮碾搅拌机，以提高搅拌混合效果。
19.作为本技术方案优选地，所述冷压球团成型时，将搅拌混匀的物料置于中压压球机中，并控制压力为3-12mpa，得到粒径为8-55mm的冷压球团。
20.本发明的aod炉用化渣剂及其制备方法，至少具有以下技术效果：
21.1、本发明利用特钢电渣锭脱结晶器膜产生的渣皮渣帽生产aod炉用化渣剂的方法，不仅能够使渣皮渣帽的利用率由原来的35-51％提高至95％以上，降低渣皮渣帽库存堆放的压力和粉尘污染，而且可以减少化渣剂开发中对萤石资源的需求量，具有明显的经济效益和社会效益，可以满足绿色冶炼的需求，极具推广价值；
22.2、本发明的aod炉用化渣剂，通过在特钢炼钢aod炉使用过程跟踪和大量数据验证，其可完全满足现有炼钢使用过程中的工艺要求，并可以以0.8-1.5:1的比例替代部分萤石资源，大大降低了不锈钢冶炼的成本。
具体实施方式
23.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
24.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
25.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
26.实施例1
27.将特钢电渣完毕后电渣锭脱结晶器模剩下的渣皮和渣帽进行统一收集，然后通过锤式破碎机进行初步破碎，通过一次筛分得到大颗粒物料(大于50mm)和筛下料(小于50mm)；将筛下料进行二次筛分得到颗粒物料(大于10mm)和细粉料(小于10mm)，将颗粒物料进行二次破碎后得到的细粉料(小于10mm)与初破的细粉料通过双轴卧式强力混合机混匀装入吨袋备用。
28.实施例2
29.按照渣帽渣皮混合物58％、硝酸钠18％、化渣材料(电解铝后的冰晶石粉二次资源)23％、粘结剂(工业淀粉50份、钠基膨润土20份和水玻璃25份)1％的比例通过原料仓和输送皮带输入轮碾搅拌机共计500kg，加水比例0.5％，充分搅拌3分钟，然后通过皮带输送机输送至中压压球机进行冷压球团成型，并控制中压压球机压力为5mpa，球窝尺寸为15-50mm)，最后得到尺寸为15-50mm的球团产品，将其分装置两个中型包装袋中，分别为200kg、
300kg。
30.对该球团产品进行取样分析，研究其中氧化铝、氧化钙等有益元素含量。
31.实施例3
32.按照渣帽渣皮混合物45％、氯化钠20％、化渣材料(电解铝后的冰晶石粉二次资源)27％、粘结剂(质量比为1:1的羧甲基纤维素钠和工业糊精的混合物60份、钠基膨润土30份和六偏磷酸钠30份)0.5％的比例通过原料仓和输送皮带输入轮碾搅拌机共计500kg，加水比例0.8％，充分搅拌3分钟，然后通过皮带输送机输送至中压压球机进行冷压球团成型，并控制中压压球机压力为8mpa，球窝尺寸为15-50mm)，最后得到尺寸为15-50mm的球团产品，将其分装置两个中型包装袋中，分别为200kg、300kg。
33.对该球团产品进行取样分析，研究其中氧化铝、氧化钙等有益元素含量。
34.实施例4
35.按照渣帽渣皮混合物85％、碳酸钠5％、化渣材料(煤粉和氧化铁粉的质量比为1：2)9％、粘结剂(工业淀粉55份、钠基膨润土20份和水玻璃25份)2.8％的比例通过原料仓和输送皮带输入轮碾搅拌机共计500kg，加水比例1.0％，充分搅拌3分钟，然后通过皮带输送机输送至中压压球机进行冷压球团成型，并控制中压压球机压力为12mpa，球窝尺寸为15-50mm)，最后得到尺寸为15-50mm的球团产品，将其分装置两个中型包装袋中，分别为200kg、300kg。
36.对该球团产品进行取样分析，研究其中氧化铝、氧化钙等有益元素含量。
37.实施例5
38.按照渣帽渣皮混合物58％、硝酸钠18％、化渣材料(电解铝后的冰晶石粉二次资源)23％、粘结剂(工业淀粉)1％的比例通过原料仓和输送皮带输入轮碾搅拌机共计500kg，加水比例0.8％，充分搅拌3分钟，然后通过皮带输送机输送至中压压球机进行冷压球团成型，并控制中压压球机压力为10mpa，球窝尺寸为15-50mm)，最后得到尺寸为15-50mm的球团产品，将其分装置两个中型包装袋中，分别为200kg、300kg。
39.对该球团产品进行取样分析，研究其中氧化铝、氧化钙等有益元素含量。
40.表2实施例2-5所制备得到化渣剂中的有益成分分析
[0041][0042]
对照例1
[0043]
以传统萤石资源作为化渣剂。
[0044]
对照例2
[0045]
未加入碱性无机盐，其他同实施例2。
[0046]
为进一步验证本发明实施例2-5及对照例1-2中所得化渣剂的化渣效果，在40顿aod炉中均加入了200kg化渣剂，以对其化渣时间进行测试。
[0047]
表3化渣时间
[0048][0049]
结合表3可知，本发明所制备得到的化渣剂化渣时间在3-5min，其化渣时间略优于萤石资源，但本发明所制备得到的化渣剂化渣效果明显优于萤石资源，其中，对照例2所得到化渣剂化渣时间有较大幅度降低的原因可能是因为钠元素含量偏低，影响了复合钙盐类低熔点物质的生成。此外，在按照特钢现有炼钢工艺技术要求将实施例2所制得的化渣剂分别取200kg(0.83:1)和300kg(1.25:1)替代240kg萤石加入aod炉进行化渣使用，吨钢成本可分别达到节约7.5元和3.5元。
[0050]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。