一种高强度钢渣砖的生产工艺

技术领域

本发明涉及炼铁瓦斯灰、LF精炼炉除尘灰的资源化利用技术和液态转炉钢渣改质技术三个方面的工艺内容，具体是一种高强度钢渣砖的生产工艺。

背景技术

在LF的冶炼工艺过程中，部分冶金原料中的极细颗粒部分会被除尘系统抽吸到除尘系统的灰仓，成为精炼炉除尘灰的主要部分；另外在LF冶炼的过程中，在电弧区的部分原辅料，金属料在电弧区高温（3000～6000℃）的作用下，发生汽化，在汽化过程中发生一系列的化学反应，化学反应产物进入除尘系统管道后被急速冷却，也进入了除尘灰系统的灰仓，成为除尘灰的一部分。某厂的精炼除尘灰的成分范围W[]%见下表。

精炼炉除尘灰的应用和研究较少。查阅文献（1）中国专利ZL201210399114.9《一种利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺》中有“本发明研究了精炼炉除尘灰的粒度分布特点和成分特点，结合冶金传输理论，构思了精炼炉除尘灰应用于炼钢的新工艺，将精炼炉除尘灰作为钙质脱氧剂直接用于炼钢的新工艺，既满足了炼钢对于钙质脱氧剂的需求，又消除了除尘灰加湿过程中产生毒化物质的危害因素，对于降低炼钢成本和环境保护有显著的作用。”的内容表述；（2）梁军在2013年第6期《工业加热》杂志上公布了题为“LF精炼炉除尘灰的毒化机理和资源化利用工艺”的论文，文中有“根据技术分析，分析了LF精炼炉除尘灰中毒化物质的形成机理，从炼钢的环节入手，采用不加湿工艺，将其成功的应用于电弧炉炼钢的出钢脱氧环节和KR脱硫工艺中间，实践结果表明，LF精炼炉除尘灰，作为脱氧剂和脱硫剂，不仅能够满足资源化利用的工艺目的，而且提高了炼钢脱氧和脱硫的效率，是一种值得推广的先进工艺。”的内容表述；

上述文献中，没有提及利用精炼炉除尘灰生产钢渣砖的工艺方法。

高炉瓦斯泥是高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒，经湿式除尘而得到的产物。高炉瓦斯灰作为钢铁工业的副产品，其主要成分是铁和碳，铁含量大概在30％左右，碳含量在20％左右。同时由于部分高炉使用的铁矿石中含有一定量的有色金属，一些低沸点的有色金属在高炉内挥发后进入高炉煤气，最终以氧化物的形式在瓦斯泥中富集。新疆八一钢铁股份有限公司2500m

高炉瓦斯灰的资源化利用工艺是转底炉和竖炉工艺，对于瓦斯灰进行脱除锌铅钾钠后，剩余的含铁球团返回炼铁工序资源化利用。除此之外，目前还没有一种有效的工艺方法能够有效全量处理高炉瓦斯灰。

查阅文献（1）刘秉国，彭金辉，张利波等人在2007年第5期的《矿业快报》杂志公布了题为“高炉瓦斯泥(灰) 资源化循环利用研究现状”的论文，文中有“1976 年,美国环保机构( EPA) 制定法律,将含铅锌的钢铁厂粉尘划归为K061 类物质(有毒固体废物) ,要求对其中铅、锌等进行回收或钝化处理,否则须密封堆放在指定场地。”的内容表述；（2）贾国利，张丙怀在2007年第5期《中国冶金》杂志上公布了题为“高炉瓦斯灰与煤粉混合喷吹的研究”的论文，文中有“高炉瓦斯灰是高炉冶炼过程中产生的副产品之一,其中含有大量有益的铁和碳。目前,国外有些钢铁企业对其采用填埋方式处理,国内则基本上采取返回烧结再次造块的处理方式。将其与煤粉混合后从风口喷入高炉是利用高炉瓦斯灰的一项很有发展潜力的技术。混合喷吹不仅可有效利用灰中的有用物质,还可达到降低焦比、提高产量、利于炉况稳定顺行的目的”的内容表述。

根据以上的表述可知，迄今为止没有利用炼铁瓦斯灰生产钢渣砖的工艺技术方法。

转炉钢渣是转炉炼钢过程中产生的工业废弃物。转炉钢渣碱度高，钢渣中f-CaO和f-MgO含量高，在资源化利用过程中存在性能不稳定的潜在风险。利用钢渣替代砂石料生产钢渣砖的技术已经很成熟，但是钢渣的比重大，潜在风险还不能通过钢渣处理工艺彻底消除，所以钢渣砖的比重较大，只能够应用于人行道路和底层建筑等领域，并且钢渣砖中使用钢渣的量低于80%，这也是钢渣砖应用过程中的一个短板。

查阅文献（1）吴昊泽，常钧，周宗辉，程新在2009年第5期《砖瓦世界》杂志上公布了题为“加速碳酸化钢渣免烧砖工程性能的研究”的论文中有：“碳酸化钢渣免烧砖强度产生的原因可以归结为：钢渣自身的化学成分和结构、物理机械作用、水化作用、颗粒表面的交换和团料化作用、碳酸化作用和填隙作用等 6个方面。碳酸化养护是将游离氧化物较好的转变为碳酸盐的方式，从而解决了钢渣安定性不良的难题。”（2）顾朱欢，杨钱荣在2017年《粉煤灰》杂志上公布了题为“矿物掺合料对钢渣路面砖性能影响研究”的论文，文中有：“从Cc30普通钢渣路面砖配合比试验结果可知，利用滚筒渣、热闷渣和电炉渣替代混凝土中的碎石或碎屑，混凝土28d抗压强度均有提高。如不考虑对混凝土其他性能的影响，利用钢渣取代50%的碎屑，混凝土强度可提升7.5%～19.5%。其中滚筒渣对混凝土强度影响效果最明显，在取代50%碎屑时混凝土28 d抗压强度提高19.5%，滚筒渣完全取代碎屑时混凝土28 d抗压强度提高32.3%。Cc35透水钢渣路面砖配合比试验结果表明，由于筛除了集料中2.5 mm以下颗粒，增加了混凝土的孔隙率，降低了混凝土的密实度，混凝土抗压强度略有降低。”的内容表述。

根据以上的文献表述可知，目前没有利用精炼渣除尘灰和高炉瓦斯灰同时处理高温液态转炉钢渣的工艺方法，并且处理后的尾渣没有用于生产钢渣砖的工艺介绍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度钢渣砖的生产工艺，可以利用精炼渣除尘灰和高炉瓦斯灰同时处理高温液态转炉钢渣，并且处理后的尾渣可以用于生产钢渣砖，变废为宝，减少环境污染。

本发明采用的技术方案是，一种高强度钢渣砖的生产工艺，实施的工艺方法如下：

1）、采购1～3mm的沸石颗粒拉运到干粉造球生产线待用；

2）、将炼铁瓦斯灰和精炼除尘灰拉运到造球生产线待用；

3）、将炼铁瓦斯灰、精炼除尘灰和沸石颗粒按照质量百分比50：40：10的比例混合均匀后，利用高压干粉造球机将上述三种成分的混合物压制成为15～50mm的球团，拉运到转炉出渣工位待用；

4）、转炉出渣时，按照吨渣100～250kg的用量随渣流加入以上球团，其中：转炉渣温度大于1580℃，吨渣加入200～250kg以上球团；转炉渣温度低于1580℃，吨渣加入100～200kg以上球团；

5）、或者以上球团在转炉出渣结束后，利用装载机等工具，将球团加入装有液态钢渣的渣罐内；

6）、步骤5）的作业结束后，渣罐静置120min左右，炉渣按照热泼渣工艺或者热闷渣工艺处理，渣处理结束后在渣处理生产线通过筛分和磁选的方式回收渣中的Fe、Zn、Pb、Mn重金属，尾渣用于生产钢渣砖；

7）、尾渣生产钢渣砖，采用质量百分比为80%～100%的钢渣做主原料，硅酸盐水泥用量控制在5%，生产工艺按照常规制砖工艺生产。

本发明的技术原理基于钢渣质热耦合技术和冶金传输理论。“钢渣质热耦合技术”的工艺概念，即“高温钢渣所含有的热，能影响钢渣的化学性质和物理性质。反之在改变钢渣化学性质的同时，能够影响系统内钢渣的温度，即钢渣的性质和温度相互影响。在一定的温度条件下，通过改变钢渣的物理性质和化学性质，实现钢渣化学组分的价值挖掘利用和热能的利用，我们称为钢渣质热耦合技术。”这一概念为发明人与宝钢研究院肖永利教授首次提出。本发明的创新点在以下的几点：

1.发明人根据研究发现：钢渣比重较大的原因是钢渣中含铁化合物和含锰的矿物过多造成的。故发明人提出并且实施了利用高炉瓦斯灰和精炼除尘灰中的含碳组分处理转炉钢渣的工艺技术。在此项工艺技术过程中，利用碳元素和碳化物还原钢渣中的Fe

2.发明人发现，液态转炉钢渣中含有一部分弥散的铁液液滴或小铁珠，铁液液滴或小铁珠含有[C]、[Si]、[P]等元素，在高温下是还原性很强的还原性物质，能够与高炉瓦斯灰中的锌铅化合物反应，将高炉瓦斯灰中的锌铅转化为金属液滴，与钢渣中的弥散的铁液液滴或小铁珠熔合，在钢渣磁选生产线被回收去除，同时铁液液滴或小铁珠中的 [Si]、[P]被氧化后，氧化产物能够与钢渣中的f-CaO反应，消除了钢渣的不稳定因素，并且含碳物质与瓦斯灰和钢渣中的氧化铁、氧化铅、铁酸锌、氯化铅等反应后，产生的气泡从钢渣中逸出，在钢渣中形成大量气泡通过产生的贯穿性气孔，这种结构有利于生产钢渣砖提高强度和透水性；

3.发明人发现，钾钠的矿物组织在尾渣中，能激发钢渣的硅酸盐和铝酸盐矿物的水化活性，促进水化反应进行，有利于钢渣生产钢渣砖时提高早期强度，降低生产成本，为提高这种效果，发明人实施了同时利用钢水精炼除尘灰和高炉瓦斯灰改善钢渣性能的工艺方法；

根据以上的科学发现和创新点，发明人实施了利用精炼除尘灰和高炉瓦斯灰协同处理转炉钢渣的以下工艺：

（1）将精炼除尘灰、沸石颗粒与炼铁瓦斯灰按照质量百分比40:10:50的比例混合均匀，利用高压干粉压球机生产成为15～50mm的球团；

（2）转炉出渣过程中，随渣流将以上的球团，按照吨渣100～250kg量加入渣罐，或者渣罐装满转炉液态钢渣后，向渣罐中加入以上的球团；

（3）将以上渣罐静置120min后，将渣罐内的混合物按照热泼渣或热闷渣工艺处理，处理后在破碎→筛分→磁选生产线筛分磁选回收重金属和含铁物料，返回冶金企业作为原料资源化利用，尾渣作为钢渣砖的生产原料生产钢渣砖；

（4）尾渣生产钢渣砖，原料钢渣使用量占比在80%～100%（粒度级配不足时，可添加砂石料满足级配要求），添加5%的硅酸盐水泥在砖机生产线压制成型，采用自然养护或蒸汽养护后，可作为建筑和道路用PC砖销售。

本发明的有益贡献如下：1、利用精炼除尘灰和炼铁瓦斯灰中的还原物质，还原了高炉瓦斯灰和钢渣中的重金属氧化物，减少了钢渣中的RO相，增加了钢渣中的尖晶石相，降低了钢渣的比重，利用尾渣生产的钢渣砖重量减轻25%以上，解决了钢渣砖比重较大的行业难题；2、利用瓦斯灰和精炼炉除尘灰中的矿物组成与转炉钢渣中的f-CaO和f-MgO反应，降低了钢渣中f-CaO和f-MgO的含量，从钢渣矿物结构本身消除了隐患，而不依靠钢渣处理工艺消除f-CaO和f-MgO的危害，从根本上保证了钢渣砖的安全性。3、本发明利用含有钾钠成分的高炉瓦斯灰和精炼炉除尘灰处理转炉钢渣，增加了钢渣中钾钠矿物组织，能够激发尾渣资源化利用过程中的水化反应活性，提高了钢渣砖的早期强度。4、采用本项技术处理的钢渣，增加了钢渣中贯穿性气孔的数量，提高了钢渣砖的透水性，增强了钢渣砖的后期强度。

具体实施方式

本发明的实施工艺以伊犁钢铁的转炉生产线为例说明。该生产线的配置为：转炉+LF钢水精炼+CCM连铸的工艺流程，其中转炉渣的渣量为吨钢120kg，精炼除尘灰的产生量为吨钢30kg，高炉瓦斯灰的产生量为吨钢20kg。一种高强度钢渣砖的生产工艺，实施的工艺方法如下：

1）、采购1～3mm的沸石颗粒拉运到干粉造球生产线待用；

2）、将炼铁瓦斯灰和精炼除尘灰拉运到造球生产线待用；

3）、将炼铁瓦斯灰、精炼除尘灰和沸石颗粒按照质量百分比50：40：10的比例混合均匀后，利用高压干粉造球机将上述三种成分的混合物压制成为15～50mm的球团，拉运到转炉出渣工位待用；

4）、转炉出渣时，按照吨渣100～250kg的用量随渣流加入以上球团，其中：转炉渣温度大于1580℃，吨渣加入200～250kg以上球团；转炉渣温度低于1580℃，吨渣加入100～200kg以上球团；

5）、或者以上球团在转炉出渣结束后，利用装载机等工具，将球团加入装有液态钢渣的渣罐内；

6）、步骤5）的作业结束后，渣罐静置120min左右，炉渣按照热泼渣工艺或者热闷渣工艺处理，渣处理结束后在渣处理生产线通过筛分和磁选的方式回收渣中的Fe、Zn、Pb、Mn重金属，尾渣用于生产钢渣砖；

7）、尾渣生产钢渣砖，采用质量百分比为80%～100%的钢渣做主原料，硅酸盐水泥用量控制在5%，生产工艺按照常规制砖工艺生产即可。