專利名稱：一種鋼渣處理添加劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼渣處理添加劑。
背景技術：
目前，在轉爐工藝下，鐵水和廢鋼加入轉爐，鐵水中的硅、錳、鐵和磷等元素在氧氣射流作用下氧化，與加入的氧化鈣(石灰)、氧化鎂(輕燒白云石)等造渣材料經過一系列復雜的化學反應后形成轉爐鋼渣。由于傳質等條件的限制，在吹煉結束時仍有部分氧化鈣和氧化鎂未能參與造渣反應，以游離狀態殘存于鋼渣中。
研究表明，對于筑路等相關行業使用的鋼渣，要求其中的游離氧化鈣的含量小于5％；混凝土、水泥等相關行業使用的鋼渣，要求其中的游離氧化鈣的含量小于3％。如DB31/T82-1999《瀝青混合料路面及道路基層用鋼渣》規定瀝青混合料路面用的鋼渣的游離氧化鈣含量小于3.0％，道路基層用的鋼渣的游離氧化鈣含量小于5.0％。文獻《轉爐鋼渣的工程利用》(寶鋼技術1994/03)中闡述了只要控制鋼渣中的游離氧化鈣，使其含量降低到3％以下，就可加速或提前分解穩定，用于工程填筑，同樣能保證工程質量，對廠區環保和綠化亦無不利影響。
當轉爐鋼渣在吹煉結束后，一般含有5～10％的游離氧化鈣及少量的游離氧化鎂。殘留在鋼渣中的游離氧化鈣和氧化鎂遇水后，會產生下列反應CaO+H2O＝Ca(OH)2①MgO+H2O＝Mg(OH)2②反應①、②的發生會使鋼渣體積產生膨脹，因此轉爐鋼渣必須經過消化處理，降低游離氧化鈣和游離氧化鎂的含量，消除其體積不穩定性后才能應用于筑路和混凝土等行業。
現有的鋼渣處理工藝方法主要有如下幾種1、自然堆放即將鋼渣置于渣場，通過和大氣中的水分和雨水的反應作用，以使鋼渣中的CaO和MgO產生水化反應，使其消解。
2、鋼渣加水處理和方法1類似，通過人工噴水，使鋼渣中的CaO和MgO產生水化反應并消解。該工藝方法目前被廣泛采用。
3、鋼渣蒸汽處理相比上述所說的加水消解鋼渣中的CaO和MgO的工藝方法，本方法的處理效率高，用水量少。并且，也已經存在了在此基礎上開發的高壓蒸汽鋼渣處理工藝(SKAP)，其可使消解的效率進一步提高。
4、通過控制造渣工藝來控制轉爐終渣的化學成分，以此來降低鋼渣中的游離氧化鈣的含量如特開平10-121121中報道的，在轉爐吹煉中控制含CaO，SiO2和Al2O3物料的投入量來控制終渣的成分，如下CaO％/SiO2％≥2.2和CaO％/(SiO2％+Al2O3％)≤2.0，由此，鋼渣可以消除體積膨脹性；考慮到游離氧化鎂的因素，特開2001-64714通過物料投入進一步將終渣控制為CaO％/SiO2％≥2.2，CaO％/(SiO2％+Al2O3％)≤2.0，12％≤MgO≤30％以及(CaO％+MgO％)/SiO2％≥2.2，處理后鋼渣水浸膨脹率低于1.5％；另外，特開2002-212621中，將鐵水或鋼水精練產生的含有氧化鈣的熔渣加入轉爐做為石灰源，將終渣控制為(CaO％+SiO2％)≤80％，1.0≤CaO％/SiO2％≤3.8，并在鋼渣冷卻過程中1264℃～400℃時以高于0.2℃/min的速度冷卻，該條件下得到的鋼渣水浸膨脹性低于1.5％。
上述所有的工藝方法中，方法1、2和3均是利用游離氧化鈣和氧化鎂的水解反應對鋼渣進行消解處理。其中工藝方法1的處理效率很低，鋼渣經常經過一年以上的堆放后仍然達不到要求，而且占用場地，產生污染。而工藝方法2和3中，水或蒸氣量大，影響作業環境，降低鋼結構和吊車壽命，勞動條件差，渣盤壽命低，對游離氧化鈣的消解處理也不太理想，且浪費大量的水資源。
而工藝方法4雖然可以控制鋼渣中的游離氧化鈣的含量，但由于造渣材料是在吹煉中加入，將對造渣過程產生負面影響，使得造成的爐渣對去除磷和硫等雜質的能力降低，以及引起對轉爐爐襯的侵蝕。
另外，粉煤灰或煤渣都是煤燃燒后的殘渣。目前，對它們研究利用的報道也較多，其中不乏將鋼渣和它們混合在一起應用于建材生產、筑路等相關行業的報道。如文獻《鋼渣粉和粉煤灰對鋼渣混凝土力學性能的影響特點》(粉煤灰綜合利用2004/01)就探討了鋼渣粉和粉煤灰等量取代水泥后，鋼渣混凝土的力學屬性變化特點和規律；《粉煤灰鋼渣混凝土在道路路面中的運用》(公路1998/10)闡述了由粉煤灰和鋼渣兩種工業廢渣分別代替20％的水泥和15％的砂子制成的混凝土，可用于特重型交通的城市主干道和一級公路的混凝土路面；《10.0MPa鋼渣煤渣小型空心砌塊》(建筑砌塊與砌塊建筑1999/01)闡述的是利用鋼渣煤渣經多方協作試驗，研制成了小型空心砌塊；等等。但這些文獻中涉及的鋼渣都是經過消解處理的鋼渣，探討的是將經過消解處理后的鋼渣與粉煤灰或煤渣等工業固廢如何綜合利用的問題；而且，如何避免因鋼渣中游離氧化鈣和氧化鎂的存在，帶來的體積不安定性是目前這些應用研究中要著力解決的一個首要問題。
在鋼渣利用研究中，歸納起來有兩個方面第一個方面的研究是基于鋼渣經過消解處理后，體積已經安定的，即鋼渣中的游離氧化鈣已經小于3.0～5.0％；目前，這個方面的研究很成熟，體積已經安定的鋼渣高附加值利用不成問題；而第二個方面的研究就是體積不安定的鋼渣如何加以利用以及如何快速解決鋼渣的體積安定性問題；但目前這個方面的研究進展緩慢，效果不是很理想，需要著力解決。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鋼渣處理添加劑，其可控制鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂的生成，從而減少了鋼渣終渣中游離氧化鈣(F.CaO)和游離氧化鎂(F.MgO)含量。
為達到上述目的，本發明提供一種鋼渣處理添加劑，其包含75～100％的粉煤灰或煤渣，還包含0～15％的高爐渣(BF渣)和0～10％的煤；所述的粉煤灰是煤燃燒后剩余的灰份，其包含40～60％的SiO2和15～35％的Al2O3，還包含0～15％的CaO；所述的煤渣是煤燃燒后剩余的殘渣，其包含40～60％的SiO2和15～35％的Al2O3，還包含0～15％的CaO；所述的高爐渣為高爐煉鐵后排放的固體廢渣，其包含30～45％的CaO，25～40％的SiO2，10～20％的Al2O3和5～15％的MgO；所述的煤中的固定碳含量大于65％，為鋼渣處理添加劑提供一定含量的還原劑碳(C)。
本發明所述的鋼渣處理添加劑，由粉煤灰(或煤渣)、高爐渣和煤按本發明的配合比要求混合均勻后，制成粒度為3～30mm的顆粒，這樣既不影響造渣反應的速度，也不會因顆粒的粒度太小而造成粉塵污染。
本發明提供的鋼渣處理添加劑，其添加工藝有以下三種1、轉爐出鋼結束后，鋼渣處理添加劑通過爐頂料倉，加入轉爐內的鋼渣中；2、轉爐出鋼結束后，鋼渣由轉爐倒入渣包中，在此過程中通過流槽加入鋼渣處理添加劑；3、鋼渣處理添加劑預先置于渣包內，轉爐出鋼結束后，鋼渣直接倒入渣包中。
使用本發明提供的鋼渣處理添加劑，具有以下優點1、本發明提供的鋼渣處理添加劑，是在吹煉結束后對鋼渣進行處理的，因此對轉爐的正常生產不產生影響。同時，利用高溫鋼渣的顯熱，向熔融狀態下的鋼渣中加入以粉煤灰、高爐渣和煤為原料制成的本發明提供的鋼渣處理添加劑對轉爐鋼渣進行高溫化學處理，大大減少了鋼渣中游離氧化鈣(F.CaO)和游離氧化鎂(F.MgO)的含量，從根本上解決了鋼渣體積不安定的問題。
2、處理效率高，也可以避免加水和蒸汽處理時產生的蒸汽對設備造成腐蝕，并且污染環境，節約了大量水資源。
3、本發明的主要成分是粉煤灰、高爐渣，這些原料來源廣，價格低廉，用來處理鋼渣體現了“以廢治廢”的固廢資源化的思想。
4、另外，本發明的鋼渣處理添加劑中加入了少量的煤，同時粉煤灰(或煤渣)中也含有少量未燒完的游離碳，由于碳具有一定的還原性，高溫下加入熔融鋼渣中，可以置換出渣中部分金屬元素，提高了渣中金屬元素的回收利用率。
具體實施例方式
由于轉爐鋼渣中游離氧化鈣是來自兩方面的其一是吹煉中的石灰和輕燒白云石始終未能溶解的部分，稱為未溶石灰；其二是鋼渣在冷卻過程中，由于堿度(CaO％/SiO2％)較高，渣中3CaO·SiO2相變析出游離氧化鈣，稱為析出石灰。渣中游離氧化鎂則是來源于少量未參與造渣反應的輕燒白云石和吹煉中爐渣因堿度升高后氧化鎂的過飽和析出。
轉爐吹煉結束出完鋼后，鋼渣的溫度大約在1600℃左右，呈熔融狀態。利用鋼渣高溫顯熱，向熔融狀態下的鋼渣中加入一定量的本發明提供的鋼渣處理添加劑進行二次造渣反應，就可以消除鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂，其化學反應式為SiO2+nCaO＝nCaO·SiO2③Al2O3+mCaO＝mCaO·Al2O3④經反應③、④所述的造渣反應后，鋼渣的熔點可進一步降低，不會對后續的渣處理工藝產生影響。另外，鋼渣處理添加劑中配入了少量煤，同時粉煤灰(或煤渣)中也含有少量未燒完的游離碳，由于碳具有一定的還原性，高溫下加入熔融鋼渣中，可以置換出渣中部分金屬元素，提高了渣中金屬元素的回收利用率，其化學反應式為C+2FeO＝2Fe+CO2。
以下通過6個具體實施例，進一步說明本發明和本發明的優點表1為本發明的鋼渣處理添加劑的6個實施例，以及該6個實施例分別應用于鋼渣處理前和處理后渣中游離氧化鈣和游離氧化鎂含量的對比情況。
表1、各實施例的組成及處理前后鋼渣中F.CaO和F.MgO的含量表1中所列的實施例1和實施例4，采用上述的第一種添加工藝，即在轉爐出鋼結束后，將鋼渣處理添加劑通過爐頂料倉，加入轉爐內的鋼渣中。
表1中所列的實施例2和實施例6，采用上述的第二種添加工藝，即在轉爐出鋼結束后，在鋼渣由轉爐倒入渣包中的過程中通過流槽加入鋼渣處理添加劑。
表1中所列的實施例3和實施例5，采用上述的第三種添加工藝，即將鋼渣處理添加劑預先置于渣包內，在轉爐出鋼結束后，鋼渣直接倒入渣包中。
由表1可知，鋼渣經本發明的鋼渣處理添加劑處理以后，渣中的游離氧化鈣(F.CaO)和游離氧化鎂(F.MgO)的含量都降低到5％以下，如此一來，鋼渣不需要再經過消解處理就可以直接用于筑路、混凝土等行業。本發明工藝操作簡單，處理效果好，處理效率高，不產生二次污染，提高了金屬資源的回收率，具有良好的推廣和應用前景。
權利要求
1.一種鋼渣處理添加劑，特征在于，其包含75～100％的粉煤灰；該粉煤灰包含40～60％的SiO2和15～35％的Al2O3。
2.如權利要求1所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，該添加劑還包含0～15％的高爐渣；該高爐渣包含30～45％的CaO，25～40％的SiO2，10～20％的Al2O3和5～15％的MgO。
3.如權利要求1或2所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，該添加劑還包含0～10％的煤；所述的煤中的固定碳含量大于65％。
4.如權利要求3所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，所述的粉煤灰還包含0～15％的CaO。
5.如權利要求4所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，所述的鋼渣處理添加劑的粒度為3～30mm。
6.一種鋼渣處理添加劑，特征在于，其包含75～100％的煤渣；該煤渣包含40～60％的SiO2和15～35％的Al2O3。
7.如權利要求6所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，該添加劑還包含0～15％的高爐渣；該高爐渣包含30～45％的CaO，25～40％的SiO2，10～20％的Al2O3和5～15％的MgO。
8.如權利要求6或7所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，該添加劑還包含0～10％的煤；所述的煤中的固定碳含量大于65％。
9.如權利要求8所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，所述的煤渣還包含0～15％的CaO。
10.如權利要求9所述的鋼渣處理添加劑，其特征在于，所述的鋼渣處理添加劑的粒度為3～30mm。
全文摘要
一種鋼渣處理添加劑，其包含75～100％的粉煤灰或煤渣，0～15％的高爐渣和0～10％的煤；該粉煤灰或煤渣包含0～15％的CaO，40～60％的SiO
文檔編號C04B5/06GK101033117SQ200610024549
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月9日 優先權日2006年3月9日
發明者陳榮歡 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司