一种处理烧结除尘灰和连铸中间包废弃涂料的方法

技术领域

本发明涉及一种处理烧结除尘灰和连铸中间包废弃涂料的方法。

背景技术

我国钢铁生产以高炉-转炉长流程为主，烧结矿约占高炉炉料的70%～75%。在烧结过程中粉尘的产生量约占烧结矿总量的1%～2%。在烧结过程中产生的除尘灰，分为工艺除尘灰和环境除尘两大类，烧结环境除尘灰有害物质含量少，可返回烧结厂资源化利用，烧结工艺除尘灰含有有害物质，不宜返回烧结厂资源化利用。

烧结工艺除尘灰分为机头除尘灰和机尾除尘灰两种。我国钢铁工业规模庞大，不同钢铁厂烧结配料不同，产生的烧结除尘灰成分也不尽相同，但基本类似，西北某厂的烧结工艺灰的成分见下表：

从上表可知，烧结工艺除尘灰的基本特点是Pb、Zn、K、Na含量高，这些元素是影响高炉顺行的有害物质，所以烧结工艺除尘灰的资源化利用是行业的难题。查阅文献（1）郭玉华，马忠民，王东锋等人在2014年第1期《烧结球团》杂质上公布了题为“烧结除尘灰资源化利用新进展”的论文。文中有“当前，国内烧结除尘灰绝大部分还是返回烧结利用，由于其固有的弊端，其中的有害元素没有路径排出，必将对烧结矿质量，进而对高炉炼铁造成负面影响。”的内容表述；（2）康凌晨，张垒，张大华等人在2015年第3期《工业安全与环保》杂志上公布了题为“烧结机头电除尘灰的处理与利用”的论文，文中有“当前，烧结机头电除尘灰的处理与利用已经取得了很多进展，但仍存在不少问题。整体上讲，现有技术对除尘灰的处理缺乏系统的解决方案，对于各种金属资源的利用局限于某个点而缺少对多种资源同时利用的统一考虑和合理化方案。”的内容表述；（3）彭程，范建峰在2019年第2期《钢铁》杂志上公布了题为“宝钢转底炉工艺技术发展”的论文，文中有“钢铁生产工艺过程中，会产生大量的尘泥，每生产1 t钢材要产生超过100 kg 的含铁尘泥。这些尘泥中含有大量有价值的铁资源，但尘泥中也含有锌、钾、钠、铅和氯等有害元素，如果直接返回钢铁生产主工艺中会给钢铁生产带来较大危害，有必要将这些有害杂质去除后再返回到钢铁生产工艺中。转底炉工艺通过高温固态还原反应可以有效脱除尘泥中的锌、钾、钠、铅和氯等有害元素，生产的DRI返回钢铁生产，产生的蒸汽返回生产蒸汽管网，生产的锌粉作为锌冶炼原料，实现了含铁含锌尘泥资源综合利用。”的内容表述。

从以上的文献中可知，目前还没有利用钢渣质热耦合技术资源化利用烧结工艺除尘灰的工艺方法。

钢水的精炼，通常是指转炉（电炉）粗炼钢水，在出钢过程中，对钢水脱氧合金化后，并进一步调整钢水的成分和温度范围，对钢水进行深脱氧、脱硫、脱气、去除夹杂物等操作，以提高钢水的洁净度，满足钢材的性能要求，这些炼钢的工艺称为钢水的炉外精炼或二次精炼工艺，简称精炼工艺。钢水精炼渣是钢水精炼过程中产生的废弃物，不同企业的精炼渣，成分范围各有不同，但主要物质含量大致接近，某厂不同脱氧模式的精炼渣成分的组成见下表：

钢水精炼结束后，钢包内的钢水在浇注结束后，精炼渣和钢包内残余钢水称为精炼渣铸余，一起倒入渣罐，成为钢渣的一种。这种钢渣与转炉钢渣的性质有着不同的性质。由于多炉精炼渣铸余倒在一个渣罐中，不同炉次的残余钢水，相互熔合为一个大块渣钢，冷却后需要切割等加工处理后，方能返回炼钢利用。

查阅文献（1）任雪，李辽沙在2009年第4期《安徽工业大学学报》上公布了题为“LF炉精炼渣资源化特性”的论文，文中有“LF炉精炼渣中C12A7的活性较高，且两个矿相均夹杂一定的f-CaO，使得晶体结构中空隙较大，极易通过化学手段破坏原有结构，为其直接进行酸碱处理提供了必要条件。使用工业废酸酸解LF炉精炼渣，所得含Al

根据以上的文献可知，目前还没有利用精炼渣协同处理连铸机中间包废弃涂料和烧结工艺除尘灰的工艺方法。

中间包是炼钢工艺流程中的一个耐火材料容器。在生产过程中，中间包首先接受从钢包中浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中浇铸成钢坯。

连铸机中间包使用的耐火材料大多数是镁质涂料，其主成分为氧化镁，在中间包涂料中的质量百分数在75%以上。连铸机中间包内衬按照材质主要分为镁钙质、镁铝质、干式料三大类。不论哪一种中间包涂料，使用前采用粘结剂，将镁质耐火材料在中间包内壁上涂抹成型，或采用模具振动成型，然后烘烤作为耐材使用。

连铸机在作业过程中，中间包涂料有一部分在钢水的物理冲刷作用下进入钢液，成为夹杂物上浮于中间包表面的渣层内，或者留在钢液内，这一部分占中间包涂料的三分之一，其余三分之二的涂料随着中间包一个浇次的结束被倾翻到中间包翻包区，成为一种炼钢的废弃物。由于这种废弃物，在翻包使用过程中，中间包覆盖剂渣中含有Al、K、Na离子的氧化物混入其中，这个因素会降低这种废弃物的熔点。所以中间包废弃的涂料难以作为耐火材料循环使用。

查阅文献（1）中国专利：ZL201310433091.3，《一种用于转炉炼钢的镁球及其生产工艺》中有“本发明涉及炼钢连铸机使用的中间包废弃干式料、配加部分的助熔剂和粘结剂，制作成镁球在转炉炼钢过程中使用，用于替代或者配加白云石使用，实现炼钢厂内部废弃物的厂内循环利用，对于炼钢厂优化炼钢成本，改进钢铁企业的生产环境有极大的促进作用。”的内容表述；（2）钟文斌在2015年第1期的《甘肃冶金》杂志上公布了题为“板坯连铸机废弃中间包涂料制备镁球炼钢的工艺实践”的论文，文中有“中间包废弃涂料属于难于利用的放弃耐火材料，将其制作为炼钢镁球，解决了炼钢固废的利用问题。”的内容表述。除上述文献外，未见关于中间包废弃涂料资源化利用的工艺方法。

综上所述，目前行业还没有利用精炼渣协同处理烧结工艺除尘灰和连铸机中间包废弃涂料的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理烧结除尘灰和连铸中间包废弃涂料的方法，可以将烧结工艺除尘灰和中间包废弃涂料的各种组分，转化为镁质水泥熟料、硅酸盐水泥熟料、陶瓷烧结相，整体作为尾渣资源化利用。

本发明采用的技术方案是，一种处理烧结除尘灰和连铸中间包废弃涂料的方法，按照下列步骤实施：

1）、将烧结工艺除尘灰、中间包废弃涂料和含碳大于80%的石墨混合均匀后，加入盐卤MgCl

2）、将以上的球团拉运到精炼渣铸余倒渣工艺点待用；

3）、向空渣罐内加入以上球团，球团加入量以球团铺展平均厚度在15～30cm之间为准，然后向球团上部倒入第一炉精炼渣铸余，倒渣结束后再向精炼渣铸余上部加入上述相同厚度的球团，然后再倒入下一炉精炼渣铸余；

4）、重复以上操作，等待渣罐装满后，将渣罐拉运到钢渣处理区域，静置120min后，倒出渣罐内的精炼渣铸余，缓冷4小时后，按照精炼渣的处理工艺，挑选其中的大块铸余渣钢，尾渣在钢渣磁选生产线磁选回收粒钢，之后剩余的尾渣作为建材、水泥生产、路桥建设等领域的原料资源化利用。

本发明研究了精炼渣，中间包废弃涂料和烧结工艺除尘灰的特点，与宝钢研究院的肖永利教授首次提出“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。”

利用钢渣质热耦合技术，将连铸机中间包涂料和烧结工艺除尘灰配加一定比例的含碳材料，使用盐卤（MgCl

本发明的重要创新点有以下的几点：

（1）本发明以烧结工艺除尘和连铸机中间包废弃涂料为主原料，配加含碳材料，使用盐卤（MgCl

（2）在精炼渣铸余提供的热力学条件下，烧结工艺除尘灰中的Fe、Zn、Pb被含碳材料还原为金属，也可以与铸余钢水中的[Si]、[C]、[Al]、[P]等元素还原，形成的金属液滴或者金属颗粒，能够熔入精炼渣铸余中残留的钢水后被回收利用。

（3）以盐卤为粘结剂，盐卤中的氯离子和烧结工艺除尘灰中的氯离子，存在于尾渣中，能够与废弃涂料中的MgO形成潜在的镁质水泥结构，有利于精炼渣和废弃涂料在建材、水泥、道路建设等领域的资源化利用，提高固废的资源化利用价值。

（4）利用精炼渣铸余的热力学特点还原烧结除尘灰的重金属氧化物，这一反应为吸热反应，在精炼渣铸余中进行的还原反应，在精炼渣的覆盖作用下，避免铅和锌还原后以蒸汽的形式向环境大气中扩散，起到安全富集金属铅和锌的工艺目的。

（5）以上的创新组合优化了尾渣的胶凝性质，尾渣资源化利用后，水化反应形成水化反应产物，起到成矿封存有害物质的功能，消除了烧结除尘灰中没有参与反应的有害物质对于环境的危害。

本发明的有益作用如下：1、本技术能够在钢铁企业内部全量解决烧结工艺除尘灰和中间包废弃涂料的资源化利用难题，实现固废资源化利用。2、目前烧结工艺除尘规模化利用工艺是建设转底炉工程或者竖炉工程，对于烧结除尘灰造球后实施高温煅烧工艺，在完成球团脱铅、脱锌、脱除钾钠的工艺任务后，返回烧结资源化利用。这两种工艺装备投资大，占地多，配套工艺环节多，建设周期长。本发明利用精炼渣铸余协同处理烧结工艺除尘灰和中间包废弃涂料，投资不足转底炉项目的百分之一，适用于紧凑型钢厂和中小型钢铁企业解决烧结除尘灰和废弃中间包涂料的资源化利用难题；3、本发明在资源化利用烧结工艺除尘灰和连铸机中间包废弃涂料的同时，产生的尾渣，主要是镁质水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥熟料成分，有利于尾渣的资源化利用，并且减轻了精炼渣铸余粉化后污染环境的问题。

具体实施方式

本发明以某厂70吨转炉生产线为例说明。该生产线转炉生产的钢水在LF精炼炉精炼，产生的精炼渣吨钢12kg，钢包残留铸余钢水每炉150kg左右。

一种处理烧结除尘灰和连铸中间包废弃涂料的方法，按照下列步骤实施：

1）、将烧结工艺除尘灰、中间包废弃涂料和含碳大于80%的石墨混合均匀后，加入盐卤MgCl

2）、将以上的球团拉运到精炼渣铸余倒渣工艺点待用；

3）、向空渣罐内加入以上球团，球团加入量以球团铺展平均厚度在15～30cm之间为准，然后向球团上部倒入第一炉精炼渣铸余，倒渣结束后再向精炼渣铸余上部加入上述相同厚度的球团，然后再倒入下一炉精炼渣铸余；

4）、重复以上操作，等待渣罐装满后，将渣罐拉运到钢渣处理区域，静置120min后，倒出渣罐内的精炼渣铸余，缓冷4小时后，按照精炼渣的处理工艺，挑选其中的大块铸余渣钢，尾渣在钢渣磁选生产线磁选回收粒钢，之后剩余的尾渣作为建材、水泥生产、路桥建设等领域的原料资源化利用。