一种转炉生产协同飞灰资源化利用的方法与流程

1.本发明涉及一种转炉生产协同飞灰资源化利用的方法。


背景技术：

2.背景技术1：生活垃圾焚烧处理后的固体残渣占垃圾总量的30%-35%，其中底灰占25%-30%，飞灰占2%-5%。垃圾焚烧飞灰是指垃圾焚烧厂烟气净化系统捕集物以及烟道和烟囱底部沉降的残留物，其中含有一定数量的二恶英、可溶性重金属及盐，属于国家《国家危险废弃物名录》中hw18类危险废物（772-002-18生活垃圾焚烧飞灰），需要预先无害化处理后才能够安全填埋。目前对于飞灰的资源化利用已有研究见于文献与报道。查阅文献（1）罗任宏在2019年第4期《环境影响评价》杂志上，公布了题为“生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用概况”的论文，文章中有“国内外垃圾焚烧飞灰在水泥、混凝土、陶瓷轻骨料、建筑材料方面的资源化利用已经展开，飞灰作为一种新型材料，可考虑为替代筑路材料的部分基材，但还需获得相关政策的支持，后续还需进一步研究”的内容表述；（2）杜渐在2017年第4期《河南建材》杂志上，公布了题为“水泥固化技术用于垃圾焚烧飞灰的处理”的论文，文中有“用硅酸盐水泥对城市垃圾焚烧产生的飞灰进行固化，分析了飞灰掺量对固化强度、重金属浸出性能的影响，结果表明:飞灰经硅酸盐水泥固化后，固化体抗压强度随飞灰掺量增大而减小；随着硅酸盐水泥用量的减少，pb和cd等重金属离子更容易从固化体中浸出，为提高固化效果，需要进一步提高水泥浆体的密实度。”的内容表述；（3）樊彦玲、郑鹏辉、祝文，在2020年第4期《资源节约与环保》杂志上，公布了题为“垃圾焚烧飞灰无害化与资源化治理技术综述”的论文，文中有“我国对于垃圾焚烧飞灰无害化与资源化利用尚处于起步阶段，不少技术难点尚未攻破，如水泥固化增容量大、化学药剂稳定法二噁英类物质未得到彻底破坏，熔融法对重金属效果不稳定且费用高，水热处理技术效果不稳定等，而资源化再利用并未广泛应用。”的内容表述。
3.根据以上公开的文献可知，目前还没有利用转炉炼钢协同飞灰资源化利用的工艺方法。
4.背景技术2：转炉的冶炼关键部分在于炉内的吹炼。转炉吹氧冶炼分为3个阶段：1、转炉开吹后3～5min是铁水中的硅锰磷大量氧化的阶段，称为硅锰氧化期；2、转炉铁水中的硅锰磷大量氧化后，转炉熔池的温度提升，开始脱碳反应，这一阶段称为碳氧反应期，由于转炉钢水的脱碳反应，产生的co/co2气泡，逸出过程中，将铁水中分压较小的[h]、[n]合并入co/co2气泡中，达到去除的目的，同时气泡逸出过程中，小气泡粘附夹杂物上浮进入炉渣，这些功能是提升转炉钢水质量的重要保证，所以这一阶段也称为脱碳精炼期；3、转炉脱碳结束，需要调整温度和终点成分，脱碳结束后3min左右的阶段，称为冶炼终点控制期；在转炉冶炼终点控制期结束后，炉渣-钢液之间的碳氧反应还没有达到平衡，此时仍然有碳氧反应产生的气泡，使炉渣泡沫化程度严重。转炉在冶炼终点，需要测温取样，要将转炉向出渣方向倾翻75～90
°
，倒出部分的炉渣，进行测温取样操作（也有采用副枪系统的转炉，不进行测温取样，直接在吹炼结束以后，不取样，直接倒炉出钢。），
由于转炉在吹炼终点，炉渣泡沫化程度严重，不论哪一种方式，在转炉倾动的时候，炉内泡沫化严重的炉渣会从炉口溢出，不采取措施，需要等待炉渣的泡沫化程度衰减到一定的程度，才能够倾翻炉体，进行测温取样或者出钢操作，否则有的炉渣会从炉口溢到炉前平台或者溢出到准备出钢的钢包内、或者钢包车上面、造成意外的事故。为了解决这种矛盾，转炉在吹炼终点，加入部分的消泡剂消泡，解决以上矛盾，这种消泡剂在转炉通常称为压渣剂。压渣剂的机理是基于对炉渣进行消泡来实现的。消泡的基本原理有两种：物理消泡和化学消泡。物理消泡是通过加入消泡剂冲击泡沫渣，促进泡沫渣的气泡破裂；化学消泡是通过碳氧反应产生的气体，进入泡沫渣中的气泡中，增加气泡内气体的压力，促使泡沫渣中的泡沫破裂达到消泡的目的。
[0005]
检索文献披露：（1）龚洪君在《四川冶金》2009年第31卷第1期发表的论文“废钢渣用于转炉炼钢压渣调渣的实践与分析”一文中间有“采用废钢渣结合碳质材料压渣调渣, 可以获得较好的溅渣护炉效果, 缩短了溅渣时间, 部分炉次实现了不倒炉直接出钢, 不倒炉直接出钢率达到了78.6% , 为新转炉自动化炼钢创造了有利的条件。”的内容表述。（2）孙贵平、马志伟、任剑波在《知识经济》杂志2012（7）发表的论文“压渣球在转炉炼钢中的应用”一文中间有“，适量的压渣球选择在倒炉或出钢前加入工艺简单，能有效抑制炉渣泡沫化现象，减少倒渣损铁，对低碳高（feo）出钢炉次，渣中（feo）降低较为明显。并且使用压渣球后炼钢周期缩短，作业环境改善，溅渣用渣量能够满足。目前已在我厂其他转炉推广使用。”的内容表述。（3）许开立、董连兴、刘世洲在《炼钢》1993（1）发表的论文“压渣稻壳块的研制和工业试验”有“压渣剂具有在吹炼终点时能消除泡沫渣, 可抑制或消除溢渣、喷渣、喷溅现象, 保证安全生产”的内容表述。（4）吴汉元在2014年第6期《工业加热》杂志上，公布了题为“镁质压渣剂在转炉炼钢过程中的开发和应用”，文中有“这种压渣剂的生产，主要将废弃的耐火材料(mgo 含量为78%)拉运到生产厂区，首先挑拣出其中的工业垃圾和含铁的原料以后，使用颚式破碎机，破碎成＜50 mm 的颗粒，然后再在雷蒙磨内，加工成＜3mm的粉末，然后添加石灰石粉末，使用钢渣粉压球机或者耐火材料压球机压制成30
±
5mm的球体，在30～50℃的条件下烘干后，在转炉生产过程中使用。”的内容表述。
[0006]
根据以上的文献论述可知，目前还没有利用飞灰作为转炉压渣剂资源化利用的先例。
[0007]
背景技术3：转炉溅渣护炉工艺是转炉出钢后，用高压n2将炉内的炉渣溅到炉壁上形成一定厚度的溅渣层，在下一炉钢的冶炼中这一溅渣层起到减轻炉衬侵蚀的作用，可以大幅度提高炉衬寿命。因此，溅渣层炉渣的物理化学性质，对溅渣层的抗蚀性能和炉渣与炉衬的粘附作用，以及起渣孕育时间长短有着重要的影响。为了获得较好的溅渣护炉效果，转炉溅渣护炉工艺实施前，需要向转炉炉内加入焦丁和镁质材料（白云石、菱镁矿、镁球等），降低炉渣中的feo,增加炉渣中mgo的浓度，以获得较好的溅渣护炉效果。
[0008]
查阅文献（1）赵鸣, 王双龙, 王宏盛在2008年第3期《包钢科技》杂志上公布了题为“210 t 转炉溅渣护炉用改性料应用研究”的论文，文中有：“采用改性料溅渣后，炉衬的厚度增加，改善了炉体的状况，为转炉的高效稳定生产创造了良好的条件”的内容表述；（2）陈元学，张义才在2009年第6期《炼钢》杂志上，公布了题为“复吹转炉溅渣护炉工艺优化”的论文，文中有“将轻烧镁粉和脱氧剂按一定比例制成改渣剂，在高氧化性炉渣中加入改渣剂，可以提高炉渣熔点，提高溅渣层的抗高温侵蚀能力。”的内容表述；
根据以上的文献可知，目前还没有使用废弃镁碳砖生产转炉溅渣护炉改性剂的工艺方法。
[0009]
技术背景4：铝灰是电解铝、铸造铝和其他铝行业在生产或使用和回收过程中产生的，含有金属铝和其他成分的固体物质。一次铝灰中主要组成及其含量（质量百分数）的基本范围：金属铝10%～30%；氮化铝7%～20%；氧化铝，20%～40%；二氧化硅、氧化镁、氧化铁含量在3%～15%；碱金属钾、钠、钙和镁的氯化物及其他微量氟化物含15%～30%。
[0010]
铝灰经过筛分或炒铝作业，提取了大部分铝灰中的金属铝后的剩余铝灰称为二次铝灰，二次铝灰中含有5%左右的金属铝、氮化铝7%～20%、氧化铝含量超过40%，并且含有易溶性的氟化物和氯化物。目前国家危险废物名录（2021年版）已经将二次铝灰列为危险废弃物。
[0011]
查阅文献（1）李玲玲、袁宋明、袁靳强在2018年第8期的《无机盐工业》杂志上公布了题为“铝灰回收利用的研究进展”的论文，文中有“针对未经处理的铝灰会造成严重的环境污染的问题，结合当前技术的特点，分析指出：湿法较火法在二次铝灰回收处理中更具优势，不含盐火法处理铝灰和处理铝灰过程中产生气体的回收是今后的研究热点。铝灰可作为生产耐火材料、建筑材料和环境材料的原料。铝灰间的异质性决定了铝灰处理需要系统的综合处理方法”的内容表述；（2）李远兵，孙莉等人在2008年第6期《中国有色冶金》杂志上公布了题为“铝灰的综合利用”的论文，文中有“铝灰中含有许多会对环境直接或间接造成危害的物质，直接丢弃会造成环境污染。铝灰又是一种具有综合利用价值的可再生资源，从中可以回收铝、盐，氧化铝，也可以合成净水剂，还可以用于耐火材料、路用及建筑材料、炼钢脱硫剂等方面。铝灰的回收利用方法很多，应根据实际情况尽可能综合处理，按照高回收率、较高经济效益和不造成二次污染的原则进行选择。”的内容表述。
[0012]
根据以上文献可知，目前没有利用二次铝灰生产转炉溅渣护炉改性剂的工艺方法。


技术实现要素：

[0013]
本发明的目的在于提供一种转炉生产协同飞灰资源化利用的方法，采用创新的工艺方法，将飞灰、二次铝灰与炼钢厂的废弃镁碳砖颗粒生产成为转炉使用的炉渣改质剂，在转炉吹炼终点作为转炉泡沫渣的压渣剂使用，在起到对转炉泡沫渣进行压渣消泡的同时，优化了转炉钢渣溅渣护炉的工艺性能，环保效果突出。
[0014]
本发明采用的技术方案是，一种转炉生产协同飞灰资源化利用的方法，按照下列步骤实施：一、首先将炼钢厂废弃的镁碳砖，利用破碎机破碎成粒度10-15mm的颗粒拉运到干粉造球生产线待用；二、将电解铝厂产生的二次铝灰，拉运到干粉造球生产线待用；三、将城市垃圾焚烧厂产生的飞灰拉运到干粉造球生产线待用；四、将所述的飞灰、二次铝灰、废弃镁碳砖颗粒、按照质量百分比65:15:25的比例混合均匀后，采用高压干粉压球机压制成为粒径为30-50mm的球团，拉运到钢铁厂转炉生产线待用；五、转炉冶炼终点倒炉出渣前，加入以上球团：对于泡沫渣压渣消泡，加入量为每
吨钢水3-5kg；然后按照正常冶炼工艺进行出钢作业；转炉出钢工艺结束后，无需对于炉渣进行改质，可直接进行溅渣护炉工艺，转炉其余的冶炼工艺不变。
[0015]
发明人通过研究发现了以下的科学现象：1、转炉冶炼后期的炉渣氧化性强，碱度高，是飞灰无害化转化的最佳工艺平台。尤其是飞灰中的重金属pb、zn、cd这三种容易气化的重金属元素，在炉渣呈现强氧化性和炉渣高度泡沫化的条件下，利用合适的还原性材料，能够使其大部分进入钢液，少部分存留在钢渣中，实现有害物质的无害化转化；2、转炉冶炼后期的泡沫渣所具有的高碱性，强氧化性的特点，能够使飞灰中的二恶英等发生不可逆的分解反应，并且二恶英中的氯能够以氯化物的形式存在于钢渣中，有利于消除钢渣中f-mgo的不稳定因素；3、利用铝灰和炼钢厂废弃的镁碳砖大颗粒，作为转炉溅渣护炉的材料资源化利用，能够消除铝灰中有害物质的反应性（aln）和毒性(易溶性氟化物)，实现废弃镁碳砖潜在价值的最大化利用；4、飞灰中的氯离子，在炉渣凝固过程中，能够与转炉钢渣中的f-mgo发生化学反应，提高转炉钢渣的胶凝活性。
[0016]
根据以上的发现，发明人以飞灰为主原料，将炼钢厂废弃的镁碳砖破碎成为10～15mm的颗粒作为骨料，二次铝灰为辅料，生产成为30-50mm的球团，在转炉冶炼后期，作为炼钢的辅料使用，在转炉倒炉倒渣出钢前加入，起到压渣消泡的作用，在完成压渣消泡的同时，完成了对于炉渣的改质，有利于转炉出钢后溅渣护炉工艺的实施。本项目技术在资源化利用飞灰和二次铝灰的同时，优化了转炉炉渣调质的工艺内容，最终飞灰大部分组成转化为具有硅酸盐水泥和镁质水泥熟料特征的钢渣，作为建材行业、道路建设领域、水泥生产的原料资源化利用，实现了炼钢行业协同处理危废的融合发展。
[0017]
本发明的创新点如下：1、发明人利用转炉冶炼后期泡沫渣的特点和溅渣护炉的工艺要求，利用转炉炼钢的热力学条件和动力学条件，资源化利用了飞灰和二次铝灰，在资源化利用的同步，完成了飞灰和二次铝灰的无害化转化，属于行业首创技术；2、发明人发现炼钢厂废弃的镁碳砖，晶粒结构粗大，缺少在溅渣护炉工艺条件下能够发生冶金化学反应的活性，将这种特性保留，破碎到10～15mm，在氧化性较强的转炉液态炉渣中，镁碳砖小颗粒将发生表面的脱碳反应，镁碳砖小颗粒形成“孤岛”效应，表面形成的孔隙有利于溅渣护炉工艺的实施；3、二次铝灰中的金属铝和氮化铝，能够与飞灰中的重金属ni、cu、cr等反应，能够将这些重金属还原为液态金属，进入钢液，实现飞灰贵重重金属价值最大化的利用；4、利用二次铝灰中的氮化铝、金属铝和镁碳砖中的碳，降解泡沫渣中的氧化铁，有利于压渣过程中的消泡。在完成压渣消泡的操作后，二次铝灰中的氧化铝以及金属铝和氮化铝反应生成的氧化铝，能够与转炉炉衬中的mgo反应，也能够与镁碳砖小颗粒中的mgo反应，形成镁铝尖晶石相，有助于增强转炉渣与炉衬的粘附力，提高了溅渣护炉的工艺效果；5、利用飞灰碱度较低的特点，降低了转炉钢渣的碱度，消除了转炉钢渣中部分f-cao和f-mgo的危害，实现在资源化利用飞灰的同时，优化了转炉钢渣的性能，保障了转炉钢渣资源化利用过程中的安全性。
[0018]
6、利用飞灰中的氯离子，与炉渣中的f-mgo，能够合成具有镁质水泥的胶凝材料特性，有助于钢渣的资源化利用。
[0019]
本发明的有益贡献如下：1、利用危险废弃物生产炼钢熔剂用于优化转炉钢渣的性能，在炼钢资源化利用的同步，实现了飞灰和铝灰的无害化转化，节约了危险废弃物的处理成本，解决了目前飞灰大多数用于填埋处理引起的占地矛盾，对于社会的发展意义重大；2、转炉炼钢资源化利用飞灰和二次铝灰，有助于降低钢渣中f-cao和f-mgo的含量，对于钢渣资源化利用的安全稳定性，有积极的意义，能够减少或消除钢渣资源化利用后产生的不稳定因素。
[0020]
实施方式本发明的实施例以中国宝武集团伊犁钢铁股份有限公司转炉生产线为例说明。一种转炉生产协同飞灰资源化利用的方法，按照下列步骤实施：一、首先将炼钢厂废弃的镁碳砖，利用破碎机破碎成粒度10-15mm的颗粒拉运到干粉造球生产线待用；二、将电解铝厂产生的二次铝灰，拉运到干粉造球生产线待用；三、将伊宁市垃圾焚烧厂产生的飞灰拉运到干粉造球生产线待用；四、将所述的飞灰、二次铝灰、废弃镁碳砖颗粒、按照质量百分比65:15:25的比例混合均匀后，采用高压干粉压球机压制成为粒径为30-50mm的球团，拉运到伊钢转炉生产线待用；五、转炉冶炼终点倒炉出渣前，加入以上球团：对于泡沫渣压渣消泡，加入量为每吨钢水3-5kg；然后按照正常冶炼工艺进行出钢作业；转炉出钢工艺结束后，无需对于炉渣进行改质，可直接进行溅渣护炉工艺，转炉其余的冶炼工艺不变。

技术特征：
1.一种转炉生产协同飞灰资源化利用的方法，其特征在于按照下列步骤实施：1）、首先将炼钢厂废弃的镁碳砖，利用破碎机破碎成粒度10-15mm的颗粒拉运到干粉造球生产线待用；2）、将电解铝厂产生的二次铝灰，拉运到干粉造球生产线待用；3）、将城市垃圾焚烧厂产生的飞灰拉运到干粉造球生产线待用；4）、将所述的飞灰、二次铝灰、废弃镁碳砖颗粒、按照质量百分比65:15:25的比例混合均匀后，采用高压干粉压球机压制成为粒径为30-50mm的球团，拉运到钢铁厂转炉生产线待用；5）、转炉冶炼终点倒炉出渣前，加入以上球团：对于泡沫渣压渣消泡，加入量为每吨钢水3-5kg；然后按照正常冶炼工艺进行出钢作业；转炉出钢工艺结束后，无需对于炉渣进行改质，可直接进行溅渣护炉工艺，转炉其余的冶炼工艺不变。

技术总结
本发明公开了一种转炉生产协同飞灰资源化利用的方法，涉及转炉炼钢与飞灰、二次铝灰的资源化利用三个技术领域。本发明利用转炉的工艺环节，采用创新的工艺方法，将飞灰、二次铝灰与炼钢厂的废弃镁碳砖颗粒生产成为转炉使用的炉渣改质剂，在转炉吹炼终点作为转炉泡沫渣的压渣剂使用，在起到对转炉泡沫渣进行压渣消泡的同时，优化了转炉钢渣溅渣护炉的工艺性能，有利于转炉出钢后溅渣护炉工艺的实施，同时优化了转炉钢渣资源化利用的性能，为中国钢铁工业规模化处理垃圾焚烧后产生的飞灰和电解铝企业产生的二次铝灰，开发了一种极具竞争力的工艺方法，彰显不同技术领域交叉创新的技术优势。术优势。


技术研发人员：刘文胜 刘宏博 俞海明 王强 刘仁博 谭广志 宿宁
受保护的技术使用者：中国环境科学研究院
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/24