工業(yè)廢渣制備熔渣改質(zhì)劑的生產(chǎn)研究

張夢顯　張延大

摘要：資源化利用工業(yè)廢渣鋁灰，以高壓成型工藝生產(chǎn)熔渣改質(zhì)劑，該改質(zhì)劑質(zhì)地堅硬、不破碎、無粉末，投入鋼水時不起灰塵，利于環(huán)保。將熔渣改質(zhì)劑在轉(zhuǎn)爐出鋼精煉工序中進(jìn)行測試，RH處理前爐渣中（FeO+MnO）平均含量達(dá)到了9.58%，且轉(zhuǎn)爐殘渣中FeO含量平均去除率達(dá)到69.98%。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢渣；鋁灰；溶渣改質(zhì)劑；高壓成型工藝；氧化鐵含量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TF703 文章編號：1009-2374（2015）22-0087-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.043

我國現(xiàn)已成為全球第一的鋁生產(chǎn)和消費大國，每年生產(chǎn)1000多萬噸電解鋁和400多萬噸再生鋁。在鋁冶煉、成型過程中會產(chǎn)生各種副產(chǎn)品，機械成型加工過程產(chǎn)生的鋁屑（或鋁粒、鋁線段）含鋁較高，可達(dá)80%～95%，可直接應(yīng)用。電解鋁或鑄造鋁生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熔渣叫做化學(xué)鋁灰。經(jīng)初步估算，每1t鋁錠或鋁合金錠的成品大約會產(chǎn)生10～15kg鋁灰，也就是說全國每年大約產(chǎn)生鋁灰12～18萬t。因此，尋找經(jīng)濟有效的方法加以利用和治理鋁灰，使之成為循環(huán)經(jīng)濟的再生資源，不僅將提高鋁行業(yè)的經(jīng)濟效益，而且將利于社會的可持續(xù)發(fā)展。消除和控制高氧化性熔渣是純凈鋼冶煉的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熔渣污染鋼水，降低鋼材質(zhì)量，同時侵蝕鋼包，降低包齡，增加耐火材料的消耗。因此，必須使用熔渣改質(zhì)劑，以減少渣中的氧化鐵含量和調(diào)整

成分。

1 工藝設(shè)計

常用改質(zhì)劑主要有以下三種：CaO+CaF2基調(diào)節(jié)劑曾被普遍采用，盡管操作方法簡單、成本低，但渣量大、成渣速度慢，且不能根本解決渣中FeO、MnO對鋼液再氧化的問題；CaC2基是較好的擴散脫氧劑，但在使用過程中，大量的電石用量增加了增碳幾率，對生產(chǎn)超低碳鋼不利；AL基脫氧效果好，但大量使用金屬鋁粉，增加了資源消耗，提高了煉鋼成本。以工業(yè)廢渣制備熔渣改質(zhì)劑，將原料經(jīng)選礦、破碎到要求粒度，按配比進(jìn)行原料混合，均勻后壓制成型。成型設(shè)備壓力設(shè)定為20～40MPa，成型塊體可按粒度要求更換模具，一般規(guī)格為∮15～40mm的類球體。該工藝由于大量使用了鋁灰，為這種工業(yè)廢渣找到了一個新的有效利用

途徑。

2 工藝流程

2.1 配料

鋁灰是熔煉鋁材過程中產(chǎn)生的熔渣和浮皮，通過X射線衍射分析確定鋁灰中主要有Al、α-Al2O3、NaCl、KCl等物相。鋁灰的成分非常復(fù)雜，它與廢鋁的污染物使用的覆蓋劑、造渣劑和精煉劑有直接關(guān)系，與廢鋁的合金成分、爐內(nèi)氣氛也有關(guān)系。石灰是由方解石、石灰石等礦物在回轉(zhuǎn)窯等熱工爐窯中煅燒而成的產(chǎn)品，即將粒度為40mm左右的礦石加熱到1100℃～1200℃，煅燒10～13h，礦石分解放出CO2氣體，生成CaO，石灰原料要求其CaO含量要大于80%。石灰呈白色或灰色塊狀，為便于使用，將塊狀石灰磨細(xì)而得到粉末狀。

螢石是一種常見的等軸晶系鹵化物礦物，它的成分為氟化鈣。螢石的熔點較低，是冶金工業(yè)的常用原料，它能和難熔物質(zhì)化合而降低其熔點，在鋼液中促進(jìn)熔渣流動，使渣和金屬易于分離，在冶煉過程中起到脫硫、脫磷、增強金屬的可煅性和抗張強度等作用。因此，它作為助熔劑被廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉及鐵合金生產(chǎn)、化鐵工藝和有色金屬冶煉等工藝中。

電石即碳化鈣是無機化合物，白色晶體，工業(yè)品為灰黑色塊狀物，斷面為紫色或灰色。遇水立即發(fā)生激烈反應(yīng)，生成乙炔，并放出熱量。碳化鈣是有機合成工業(yè)、鋼鐵脫硫和制造乙炔氣重要的基本化工原料，也用于有機合成、氧炔焊接等。

將活性石灰、電石和螢石等原料粉碎至顆粒度約60～120目；按質(zhì)量百分比，稱取Al含量為45%的鋁灰60kg、Al含量為89%的鋁屑10kg、CaO含量為89%的活性石灰20kg、CaF2含量為80%的螢石5kg、CaC2含量為80%的電石5kg，在封閉式預(yù)混合設(shè)備混合。

2.2 成型

壓球系統(tǒng)最主要的設(shè)備為壓球機，選用高壓壓球機，壓力設(shè)定為20～40MPa。為使粉狀物料在不添加粘結(jié)劑前提條件下壓制成球，必須將粉狀物料混合均勻后進(jìn)行預(yù)壓緊，然后再送入壓球機高壓成型。成型過程共分以下三個階段：（1）混料預(yù)壓階段：按原料配比將各種原料計量混合，然后由碾輥式預(yù)壓機對物料進(jìn)行邊混拌邊壓縮，在原料成分均勻的同時減小了密度。（2）加壓成型階段：成分均勻的原料經(jīng)預(yù)壓后被20℃ 40MPa的壓力強制壓入對輥中間進(jìn)行壓制，完全合模直到成型。（3）成品脫模階段：合模后的產(chǎn)品隨著壓輥的轉(zhuǎn)動，解除了對球坯的壓緊力，球腔連續(xù)分開，由于不平衡力的作用類球體將自動脫模。脫模后的球體通過振動篩將粉末篩出，篩出的粉狀原料可以重新回到生產(chǎn)線進(jìn)行再利用。

壓球系統(tǒng)是整個生產(chǎn)工藝流程的核心，根據(jù)生產(chǎn)實踐總結(jié)需要注意以下問題：（1）原料中切勿混入大塊金屬硬物。為保證壓球機和傳送裝置部件的使用壽命，在混合設(shè)備和預(yù)壓機以及卸料閥等部件上加裝除鐵器，可以達(dá)到事半功倍的效果。（2）正確選用適當(dāng)?shù)妮S承是至關(guān)重要的。壓球機的壓輥安裝在高效而體積小、能自動校準(zhǔn)的球面滾珠軸承上，為確保壓球機更安全地工作，重要的考慮因素包括軸承的設(shè)計、密封、冷卻和潤滑。（3）正確調(diào)控輸送裝置。輸送裝置由調(diào)速電機驅(qū)動，經(jīng)皮帶輪、蝸桿減速器轉(zhuǎn)動將原料強制壓入主進(jìn)料口。由于電磁調(diào)速電機的恒矩特性，當(dāng)螺旋送料機的壓料量與主機所需原料量相等時，可以保持恒定的供料壓力使球團質(zhì)量穩(wěn)定。如果供料量過大則送料裝置過載，供料量過小則難以成球。（4）物料配比的控制。壓球機的成品率不僅與原料的特性有關(guān)，也與各種原料的配比相關(guān)。原料含水率過高時，球體質(zhì)地松軟，達(dá)不到合格硬度；含水率過低則球體易出現(xiàn)裂紋而碎裂。為保證較高的成球率，生產(chǎn)過程中將鋁灰和石灰粒度控制較細(xì)，為120目；而螢石和電石等礦物控制粒度較大，約60目，個別塊體可以在1～2mm并占總質(zhì)量的5%左右，以起到球體的骨架作用。（5）成品的包裝。由于產(chǎn)品成分的特性及工藝條件的限制，熔渣改質(zhì)劑長時間存放會出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。對產(chǎn)品進(jìn)行密封處理，增加打包設(shè)備，存放時間可成倍增加。

3 產(chǎn)品應(yīng)用

制備出的熔渣改質(zhì)劑經(jīng)檢測成分含量為SiO2：4.6%、CaO：25.8%、Al：38.5%、Al2O3：20.9%、CaF2：4.1%、CaC2：4.5%，雜質(zhì)微量。

將熔渣改質(zhì)劑在以下工藝中進(jìn)行應(yīng)用測試。某鋼廠的軸承鋼冶煉工藝：轉(zhuǎn)爐出鋼-鋼包吹氬-加熔渣改質(zhì)劑-RH，將以上熔渣改質(zhì)劑加入到鋼水表面，加入量為1～2kg/t。精煉后取樣檢驗達(dá)到了該鋼種的質(zhì)量要求，RH處理前爐渣中（FeO+MnO）平均含量達(dá)到了9.58%，且轉(zhuǎn)爐殘渣中FeO含量平均去除率達(dá)到69.98%。

4 結(jié)語

以鋁灰為原料通過高壓成型工藝生產(chǎn)熔渣改質(zhì)劑，為這種工業(yè)廢渣找到了一條行之有效的利用途徑，在節(jié)約資源的同時，治理了鋁灰的環(huán)境污染問題。制備出的熔渣改質(zhì)劑，質(zhì)地堅硬，不破碎，投入鋼水時，不起粉塵，利于環(huán)保。鋼中總氧量T[O]是鋼潔凈度的重要標(biāo)識，消除或者控制轉(zhuǎn)爐出鋼時混入鋼包的高氧化性渣是生產(chǎn)潔凈鋼的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，在采取擋渣出鋼的同時，使用熔渣改質(zhì)劑來減少鋼包渣中的氧化鐵含量和調(diào)整渣成分。在轉(zhuǎn)爐出鋼-鋼包吹氬-加熔渣改質(zhì)劑-RH工序中進(jìn)行測試，改質(zhì)效果良好，未見明顯增碳，并且具有顯著的成本優(yōu)勢，利于經(jīng)濟效益的提高。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）