专利名称：提高高钛型高炉渣粒渣性能的液渣风淬处理方法
技术领域：
本发明涉及提高高钛型高炉渣粒渣性能的方法，具体涉及提高高钛型高炉渣粒渣性能的液渣风淬处理方法。属于用钒钛磁铁矿高炉炼铁后的高钛渣综合利用的技术领域。
背景技术：
现有技术中，对一般的(不含二氧化钛的)液态高温高炉渣，由于其用途的不同，主要处理工艺有如下三种(1)急冷工艺。一般采用水淬方式实现。方法有炉前水冲渣法、池式法、大沉淀池法、RaSa法等。炉前水冲渣法为热熔渣被高压水急冷直接散落于流渣沟内，再流入水池。为目前最普遍应用之方法，其投资少、成本低。
(2)慢冷工艺。主要有热泼法、堤式法、机器浇铸法、戈特曼法。
(3)半急冷工艺。是将热熔渣经机械与水共同作用而急冷形成的一层坚硬多孔的矿渣。其冷却强度介于急冷和慢冷工艺之间。得到的矿渣比重小，常称为膨胀矿渣。
对一般的高炉渣，依据不同的处理工艺，其综合利用的主要方法为(1)矿渣水泥。包括矿渣硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、无熟料矿渣水泥、纯矿渣粉作油井水泥。(2)矿渣砖和湿碾矿渣混凝土制品。包括矿渣砖、湿碾矿渣混凝土。(3)矿渣碎石。(4)膨胀矿渣轻骨料。(5)矿渣微晶玻璃。(6)农业肥料。(7)矿渣铸石。(8)矿渣棉和连续纤维等。
目前对一般的铁矿，通过烧结或球团等造块方法进行高炉炼铁所产生的高炉渣，目前基本上已经全部获得利用。以前在美国等国家，高炉渣主要用于修建高速公路等。而目前在我国则主要用于生产水泥和混凝土等。
我国西南的攀枝花--西昌地区蕴藏着极为丰富的钒钛磁铁矿资源，探明的储量超过100亿吨，保有储量33.88亿吨，是国内仅次于鞍钢地区的重要铁矿资源。更为重要的是攀西地区的钒钛磁铁矿还是世界闻名的复合共生矿，其钒钛资源不仅在国内占据了绝对地位，在世界上也是屈指可数的。其铁储量占我国的20％；TiO2占我国的90％以上；V2O5占我国的80％，这是我国的一笔宝贵财富。
我国从1958年开始对攀枝花钒钛磁铁矿进行选矿和小高炉试验，经过十几年不断地探索和试验，制定出选矿-烧结-高炉冶炼高钛型铁(钒)精矿-提钒-转炉炼钢的生产工艺流程，终于在1970年建成了攀枝花钢铁公司的第一座高炉，1971年第一座转炉也投入了生产，由此标志着我国掌握了冶炼攀枝花钒钛磁铁矿的生产技术。攀钢投产后，主要以钢铁生产为主，兼顾提钒。经过1980年代后期及1990年代的改扩建，攀钢的钢产量已经达到了310万吨规模，成为我国西部地区最大的钢铁联合企业。除钢铁以外，每年还生产11万吨钒渣(按V2O510％折算)、2800吨高钒铁、2000吨V2O5、10万吨钛精矿和0.4万吨钛白粉。
在攀钢公司30多年的高炉炼铁生产中，其产生的含TiO2的22％-25％左右的高钛型高炉渣采用用水急冷的处理工艺(主要为炉前水冲渣法，部分采用池式法)进行处理。由于渣中的高TiO2造成渣的活性低，进行综合利用比较困难。
重庆大学曾在20世纪70年代-80年代深入研究了高钛型高炉渣用作水泥混合材的问题，发现在水泥中只能添加8％-10％以下的炉渣，且还不能生产高标号的水泥。另外，高炉渣目前也有极少部分被用于制作微粉等材料。但这些利用只是攀枝花高炉渣中的极少部分，不能从根本上解决高钛型高炉渣的综合利用问题。
对攀枝花的高钛型高炉渣的综合利用，许多年来国家也投入了大量的研究力量，对此问题进行攻关，虽然在局部范围内取得了一些如上所述的研究成果，但直到目前为止，尚未寻找到一个在技术和经济上均可行的方法，尚未寻找到对攀钢高钛型高炉渣进行大规模利用的有效方法。可以说这是多年来困扰我国冶金科技和工程技术界的一大难题。
由于攀枝花的高钛型高炉渣不能获得利用，因此从钛资源利用的角度看，每年均有很大的损失；而且由于炉渣堆积所造成的环境污染和经济损失也十分巨大。攀钢目前每年炼铁排放出的高钛型高炉渣有300万吨左右，自建厂以来，目前的堆积已达数千万吨的巨大数量。堆积的巨大数量的高炉渣造成了严重的环境污染。目前，攀钢的两个渣场(巴关河渣场和西渣场)高炉渣已几乎堆满，如果要新建一个新的渣场，其投资将在2~3亿元以上。如果不建新的渣场，又势必影响到攀钢的正常生产。因此对攀钢含钛高炉渣的综合利用的研究具有重要科学意义和工程应用背景。
从攀钢铁厂建厂以来，所产生的液态炽热的高钛型高炉渣，均采用炉前水冲渣法等急冷工艺处理，获得细粒状高炉渣(部分炉渣采用池式法，有一定的渣棉产生)。此种处理方法限制了高钛型高炉渣的大规模利用和生产高质量的产品。
攀枝花的粒化高炉渣也可用于制作低标号(C20以下)的混凝土，而代替河砂使用。C20以下(包括C20)的混凝土只能用于建筑物的墙面材料，不能用作路面等能够承受一定重量和压力的材料，因而使用水急冷获得的粒化高钛型高炉渣的大规模使用受到了很大限制而达不到大规模利用的目的。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种提高高钛型高炉渣粒渣性能的液渣风淬处理方法，对高钛型高炉渣进行风淬处理，显著提高粒化的高炉渣强度，达到用于生产C30以上的较高强度混凝土的目的，以利于高钛型高炉渣的大规模综合利用。
本发明的目的是这样实现的提高高钛型高炉渣粒渣性能的液渣风淬处理方法，其特征在于采用压缩空气气吹法冷却和破碎液态的高钛型高炉渣，包括如下步骤1、将液态高钛型高炉液渣注入渣斗中；2、液态高钛型高炉渣由渣孔中流出，沿成斜面的溜槽流出；同时，由喷嘴喷出一定压力的压缩空气对沿溜槽端部流出的液渣进行急冷和施压，碎成细小颗粒；所述细小颗粒粒度为0.15-4.5mm。
3、细小颗粒在集渣槽上空下落过程中继续冷却，最后通过集渣槽收集渣粒。
为便于风淬处理液渣和增加处理能力并保持处理后粒渣的性能稳定，渣斗底部的流渣孔设计为矩形。为与矩形的流渣孔配合，所用喷嘴采用扁形喷嘴，其喷射角度要较大并配合流渣孔的形状，并将喷嘴前端与溜槽出料孔相距2-10cm，以使所有下流的液渣均能被压缩空气所冲击和冷却。
相比现有技术，本发明具有如下优点(1)现有对液态高钛型高炉渣的处理为用水急冷，没有采用风淬(压缩空气喷吹)冷却和粒化的方法。
(2)对高钛型高炉渣采用压缩空气急冷与粒化，获得的粒渣具有强度高、不易破碎的优点；坚固性指标、压碎性指标等性能都能达到国标(GB·T·14684-2001)规定的混凝土用人工砂的要求；粒渣的级配也符合要求，处于用于混凝土用砂的优选颗粒级配区2区。
(3)用压缩空气气吹冷却和粒化高钛渣，克服了原来用水急冷带来的渣的强度低、受压时粒渣易破碎的缺点，为利用高钛渣制作较高标号的混凝土创造了条件。
(4)本发明对高钛型高炉渣的大规模全量利用、提高综合利用的附加值；对减轻和消除高钛型高炉渣的堆放引起的环境污染，具有重要的环境生态效益；不需要或者延缓对高钛型高炉渣堆放修建新渣场，从而节约巨额渣场新建及使用费用等均具有重要意义。
(5)实现显著提高粒化的高炉渣强度，达到了可用于生产C30以上的较高强度混凝土产品的目的，从而找到一条可以大规模利用高钛型高炉渣的方法。
图1是本发明高钛型高炉渣的风淬方法示意图。
具体实施例方式
参见图1，提高高钛型高炉渣粒渣性能的液渣风淬处理方法，采用压缩空气气吹法冷却和破碎液态的高钛型高炉渣，包括如下步骤1)将液态高钛型高炉渣装入渣罐1中，再将渣罐1中的液渣注入渣斗2中；2)液态高钛型高炉渣由渣斗2底部的渣孔中流出，沿成斜面的溜槽3流出；同时，由喷嘴4喷出压缩空气对沿溜槽3端部流出的液渣进行急冷和施压，碎成不细小颗粒；根据处理液渣量的不同调整压缩空气的压力，空气压力为0.1-0.4Mp为宜，使液渣颗粒度为0.15-4.5mm，以0.3-1.5mm为主，最大不超过4.5mm；3)细小颗粒在集渣槽6上空下落过程中继续冷却，最后通过集渣槽6收集渣粒。
渣斗底部的流渣孔设计为矩形，所用喷嘴采用扁形喷嘴；根据处理量将喷嘴前端与溜槽出料孔的距离适当调整，以相距2-10cm为宜。图中，5是工作平台。
由于液渣的粘度与温度有密切的关系，温度越低，其粘度越大，渣的流动性越差。为保证液渣风淬处理工艺的稳定性，在处理前最好将渣罐和渣斗预热。
设置渣斗的目的是稳定处理过程中液渣的流量，渣斗实际上是一个稳定流量的中间过渡装置。渣斗底部的孔是根据流量的大小而设计的，孔的大小与所处理的液渣的能力(数量)直接相关，为便于风淬处理液渣和增加处理能力并保持处理后粒渣的性能稳定，渣斗底部的流渣孔设计为长方形状。为与长方形状的流渣孔配合，所用喷嘴采用扁形喷嘴，其喷射角度要较大并配合流渣孔的形状，并将喷嘴前端与溜槽前端的高度调整到最佳以使所有下流的液渣均能被压缩空气所冲击和冷却。经渣斗流出的高炉渣，被高速的压缩空气流股击碎，在表面张力的作用下被击碎的渣滴很快收缩凝固成球形颗粒撒落在渣槽中。
高钛型高炉液渣在相同的温度下，其粘度比普通渣高得多，流动性较差，因而在实际处理时渣斗等流渣孔的设计比较关键；另外，冷却后渣的矿相组成与普通高炉矿渣也有明显差别。因此，喷吹压缩空气的喷嘴结构参数和工艺参数的确定也很重要。
具体实施例高钛型高炉渣的部分风淬实验工艺参数见表1。
表1高钛型高炉渣的部分风淬实验工艺参数
在表1的工艺参数下，对得到的粒状渣进行了质量检验。质量检验主要包括坚固性和压碎性指标两种。对粒渣的颗粒级配的检验按国家标准建筑用砂最新规定“GB·T·14684-2001”执行。风淬高钛型高炉粒渣的筛分析结果见表2。
表2风淬高钛型高炉粒渣的级配
表2表明，高钛渣风淬处理后的渣粒处于国标的级配2区。
属于中砂(国标中规定，粗砂μf＝3.7～3.1，中砂μf＝3.0～2.3，细砂μf＝2.2～1.6)。
风淬粒渣的坚固性用硫酸钠溶液检验。试样经5次循环(浸泡20小时后放入温度为105±5℃的烘箱中烘烤4小时即完成第一次循环，待试样冷却至20~25℃后，即开始第二次循环，从第二次循环开始浸泡和烘烤时间均为4小时，第五次循环完后，将试样置于20~25℃的清水中洗净硫酸钠，再在105±5℃的烘箱中烘至恒重)后，试样的重量损失为3.4％。国标规定对于有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求的混凝土用砂或有腐蚀介质或经常处于水位变化区的地下结构混凝土用砂，其坚固性重量损失率应小于8％；其它条件下使用的混凝土其坚固性重量损失率应小于10％。可见，攀钢高炉风淬渣的坚固性达到国标GB·T·14684-2001规定的I类坚固性指标以上，其坚固性指标很好。
风淬粒渣的压碎性试验。按规定将准备好的试样筛分成300~600μm、600μm~1.18mm、1.18~2.36mm和2.36~4.75mm四个粒级。取单粒级试样330克倒入已组装成的受压钢模内，整平钢模内的试样的表面，将加压块放入圆筒内并转动一周使之与试样均匀接触；将装好的试样的受压钢模置于压力机的支承板上，对准压板的中心后，开动机器以每秒钟500N的速度加荷。加荷至25KN时稳荷5s后，以同样速度卸荷。取下受压模，移去加压块，倒出压过的试样，然后用该粒级的下限筛进行筛分称出试样的筛余量G1和通过量G2，计算出该粒级的压碎指标为Yi=G2G1+G2×100%]]>式中Yi为第i单粒级压碎指标值。风淬粒渣的压碎性指标试验结果见表3。
表3风淬粒渣的压碎性指标试验结果
可见，风淬粒渣的压碎性指标达到国标(GB·T·14684-2001)规定最大粒级压碎性指标值≤30％的要求以上。
综上可见，采用压缩空气处理高钛渣，得到的风淬粒状高炉渣的级配、坚固性指标、压碎性指标等的都能达到国标(GB·T·14684-2001)规定的混凝土用人工砂的要求，并处于混凝土用砂的优选颗粒级配区2区。
使用本发明方法，并结合国内相关企业采用钒钛矿冶炼的高炉，在距离高炉炉前一定距离内的合适位置布置相关设备，即可实现高钛渣液渣的气淬粒化冷却，并获得有良好质量指标的粒渣，从而可以大规模利用高钛型高炉渣。
权利要求
1.提高高钛型高炉渣粒渣性能的液渣风淬处理方法，其特征在于采用压缩空气气吹法冷却和破碎液态高钛型高炉渣，包括如下步骤1)将液态高钛型高炉液渣注入渣斗中；2)液态高钛型高炉渣由渣孔中流出，沿成斜面的溜槽流出；同时，由喷嘴喷出压缩空气对沿溜槽端部流出的液渣进行急冷和施压，碎成不细小颗粒；3)细小颗粒在集渣槽上空下落过程中继续冷却，最后通过集渣槽收集渣粒。
2.根据权利要求1所述的液渣风淬处理方法，其特征在于所述空气压力为0.1-0.4Mp，使液渣颗粒粒度为0.15-4.5mm。
3.根据权利要求1所述的液渣风淬处理方法，其特征在于沿成斜面的溜槽流出的液渣呈扁平状，与扁形喷嘴相对，喷嘴前端与溜槽出料孔相距2-10cm。
全文摘要
提高高钛型高炉渣粒渣性能的液渣风淬处理方法，其特征在于采用压缩空气气吹法冷却和破碎液态的高钛型高炉渣，获得的粒渣具有强度高、不易破碎的优点；坚固性指标、压碎性指标都能达到国标(GB·T·14684－2001)规定的混凝土用人工砂的要求；粒渣的级配也符合要求，处于用于混凝土的用砂的优选颗粒级配区2区；克服了原来用水急冷带来的渣的强度低、受压时粒渣易破碎的缺点，为利用高钛渣制作较高标号的混凝土创造了条件。对高钛型高炉渣的大规模全量利用、提高综合利用的附加值；对减轻和消除高钛型高炉渣的堆放引起的环境污染，具有重要的环境生态效益。
文档编号C21B3/08GK1900324SQ200610054490
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月26日 优先权日2006年7月26日
发明者陈登福, 温良英, 白晨光, 孙善长, 董凌燕, 邱贵宝, 刘清才 申请人:重庆大学