一种冷压赤泥球团的制备工艺及其产品和用途的制作方法

本发明涉及冶炼添加剂领域，具体涉及一种炼钢中使用的化渣剂和压渣剂。

背景技术：

冶金行业是我国工业部门原材料的密集消费者，同时也是大量粉状废料的生产者；其中我国氧化铝行业年产工业废渣-赤泥约1亿吨，赤泥累计堆存量已高达5亿吨。目前，赤泥的综合利用途径虽然多种多样，但综合利用率仅5％左右，余下赤泥大多采用直接堆存的处理方式，这样不仅浪费资源，更会危害环境。因此，如何将赤泥资源合理优化并高效利用是许多研究学者所关注的问题。

赤泥中含有氧化铁、氧化铝、氧化钙等有用资源，可以将其应用于钢铁冶炼中。然而由于它们颗粒较小，若直接回收入炉会恶化炉况，需要首先进行造块处理，使这些物料的物理化学性质和冶金性能满足入炉冶炼所需要求。

常规工艺中通常是采用高温烧结和冷压成型的方式制块获得赤泥球团。如中国专利申请cn103725825a中公开了一种以铝工业赤泥为基体的转炉炼钢脱磷剂及其制备方法，其采用高温固结方法对赤泥、石灰、白云石、粘结剂等原料进行造块处理，造块过程中需要高温焙烧，使得造块工艺需要较多的能源消耗。而冷压成型的制块工艺相比高温烧结的制块工艺而言，虽然在生产工艺和设备要求上更加简单、运行成本更低，如中国专利文献cn106148683a、cn103602805b、cn205907310u中，公开了采用冷压成型的造块工艺制备赤泥球团的方法，该方法中需要先对原料进行高温干燥以降低赤泥中的水分，或对制备得到的球体进行烘干处理提高球体的抗压强度；因此，导致成本耗费增加。且，该方法采用的冷压成型的造块工艺中，通常还需要添加粘接剂以提高成型后球体的抗压强度和成球率，进而减少返料率；但该添加了粘接剂的冷压成型的制块工艺的一次成球率也仅在50％-70％之间，所制球团的抗压强度也并不理想。因此，赤泥球团的制备方法有待进一步改进。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的冷压成型工艺制备得到的赤泥球团的能耗高、抗压强度低的缺陷，从而提供一种无需任何燃料且无需粘接剂也可获得较高的抗压强度的冷压赤泥球团的制备工艺及其产品和用途。

一种冷压赤泥球团的制备工艺，包括：

预处理：获得含赤泥的原料，该赤泥的含水量为20％-25％，在原料中加入矿物发热剂，混合均匀后进行熟化使含水量降到5.5％-15％，最终获得混合料；

冷压处理：将混合料进行冷压成型制成赤泥球团，冷压成型时，对辊间最大压力为800t-1000t，最大线压比为8.00-10.00t/cm，线速度为0.50-0.80m/s。

所述矿物发热剂以质量百分比计，包括40.00％-60.00％的cao和40.00％-60.00％的mgo。

所述混合料的原料包括除尘灰、赤泥和矿物发热剂；所述赤泥的含量为预处理步骤中添加的所有原料总重量的50％以上；

当含赤泥的原料仅仅只有赤泥时，经过熟化步骤后再添加除尘灰混合均匀获得混合料；

当含赤泥的原料包括除尘灰和赤泥时，经过熟化步骤后即可获得混合料。

所述赤泥过3mm筛，且使小于2mm的赤泥颗粒占比达到90％以上；所述除尘灰过0.106mm筛。

所述赤泥为拜耳法赤泥，所述除尘灰为高炉除尘灰。

所述混合料进行冷压成型之前还经过预压排空的步骤。

所述预压排空步骤中，物料进入时的孔隙率为34％-45％，预压排空过程中处于最小间隙区的物料孔隙率为12％-17％。

所述赤泥球团的长、宽、高分别为38-42mm、38-42mm、18-22mm。

一种化渣剂，包括如下重量百分比的原料：

赤泥82.00％-92.00％；

矿物发热剂3.00％-9.00％；

除尘灰5.00％-9.00％。

所述矿物发热剂以质量百分比计，包括40.00％-60.00％的cao和40.00％-60.00％的mgo。

所述赤泥过3mm筛，且使小于2mm的赤泥颗粒占比达到90％以上；所述除尘灰过0.106mm筛；

所述赤泥为拜耳法赤泥，所述除尘灰为高炉除尘灰。

一种压渣剂，包括如下重量百分比的原料：

赤泥52.00％-58.00％；

矿物发热剂2.00％-4.00％；

除尘灰38.00％-46.00％。

所述矿物发热剂以质量百分比计，包括40.00％-60.00％的cao和40.00％-60.00％的mgo。

所述赤泥过3mm筛，且使小于2mm的赤泥颗粒占比达到90％以上；所述除尘灰过0.106mm筛；

所述赤泥为拜耳法赤泥，所述除尘灰为高炉除尘灰。

一种化渣剂在转炉炼钢中的应用，该化渣剂的加入量为5-10kg/吨钢。

一种压渣剂在转炉炼钢中的应用，用于压渣消泡，该压渣剂的加入量为1.0-1.5kg/吨钢。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种冷压赤泥球团的制备工艺，包括预处理获得混合料的步骤，以及采用混合料进行冷压处理的步骤。在预处理步骤中首先采用矿物发热剂对含赤泥的原料进行处理，其中的矿物发热剂和赤泥混合后，可以使矿物发热剂与赤泥中的水分进行放热反应，进而使赤泥中的一部分水分作为该放热反应的原料实现赤泥中的水分的消耗；同时，放热反应放出的大量热量还能促进赤泥中水分的蒸发速率，经过一段时间的熟化操作后，随着赤泥温度的升高，其热毛细力增大，进而促进赤泥与空气界面的蒸发传热，因而可以进一步降低赤泥中的水分含量；因此，本发明在无需外源燃料的情况下即可有效使赤泥中的水分含量从20％-25％降低到5.5％-15％，有效降低能耗。在混合料进行冷压处理的步骤中，采用对辊间最大压力为800t-1000t，最大线压比为8.00-10.00t/cm，线速度为0.50-0.80m/s的冷压成型条件对混合料进行处理，该处理方式破坏混合料中粉体颗粒间的摩擦力和机械咬合力，进而形成的“拱桥效应”，物料中各颗粒向着自己有利方向移动，重新排列，以减少粉料颗粒之间的孔隙度，增大颗粒间接触面，使颗粒之间的相互作用力不断增加；当随着外界压力不断增大，颗粒之间相互作用力、团块密度及强度也随之增大，最后形成具有一定大小、密度和强度的球团，本发明中该矿物发热剂同时也具有粘结功能，在无需另外添加粘结剂的情况下，通过上述冷压条件的配合也可制成抗压强度达到500n/个以上的赤泥球团；并且通过冷压条件的设置，还能进一步降低水分含量，可以形成尺寸、水分含量、抗压强度均合格的赤泥球团。综上可知：本发明中赤泥球团全部采取冷加工的制作方式，工艺流程简单，不消耗任何燃料，不添加其他粘结剂，也不产生任何废物，生产成本低廉，节能环保，强度高，质量好，能承受球团生产、运输及应用过程中受到的外力挤压。

2.本发明提供的一种冷压赤泥球团的制备工艺中进一步优化了原料粒径的优化，以及在冷压成型之前增加了预压排空的步骤，具体的，原料粒径优化中，赤泥过3mm筛，且使小于2mm的赤泥颗粒占比达到90％以上；所述除尘灰过0.106mm筛。通过上述参数和工艺步骤的优化，通过预压排空步骤可以预先排除物料中多余的空气，可以使冷压处理后的赤泥球团产品质量更加均匀，成球率更高，其成球率可达90％以上。

3.本发明提供的一种冷压赤泥球团的制备工艺中进一步优化了矿物发热剂的组成，以及赤泥和除尘灰的种类选择。具体的，本发明中赤泥为拜耳法赤泥，除尘灰为高炉除尘灰，矿物发热剂以质量百分比计，包括40.00％-60.00％的cao和40.00％-60.00％的mgo；通过上述组成和配比的优化，可以有效制备出适用于转炉炼钢中的化渣剂和压渣剂。

4.本发明提供了一种转炉炼钢用的压渣剂，其原料组成为赤泥52.00％-58.00％，矿物发热剂2.00％-4.00％，除尘灰38.00％-46.00％；该压渣剂中进一步优化了原料的组成和种类，采用上述原料制备得到的赤泥球团作为转炉炼钢的压渣剂时，在转炉的冶炼温度下，除尘灰中的碳与渣中氧化铁反应，产生co/co2气体，气体在溢出的过程中，进入泡沫渣中间的气泡，气泡内气体压力随之增加，造成泡沫渣破裂，反应方程式如下：

2feo+c→2fe+co2(g)↑，

feo+fe2o3+4c+→3fe(s)+4co(g)↑；

而赤泥中的sio2和al2o3能够与渣中的高熔点物质硅酸三钙和ro相反应，形成低熔点的物质，减少有助于炉渣起泡的高熔点悬浮物质点，有利于消泡，起到压渣作用，其反应方程式如下：

sio2+3cao·sio2+mgo·2feo→fe2o3·2cao+mgo·cao·sio2，

3cao·sio2+mal2o3→ncao·mal2o3·sio2；

因此，本发明制备得到的压渣剂可替代传统的压渣使用，节约成本，除尘灰中大部分碳被作为还原剂使用，其中的含铁物质被还原成为金属铁，进入铁液转化为钢水，实现了固废中内有价值的最大化。

5.本发明提供了一种转炉炼钢用的化渣剂，其原料组成为赤泥82.00％-92.00％，矿物发热剂3.00％-9.00％，除尘灰5.00％-9.00％；该化渣剂中进一步优化了原料的组成和种类，采用上述原料制备得到的赤泥球团作为转炉炼钢的化渣剂时，其具体机理如下：

炼钢就是炼渣，炼制高碱性、低熔点渣系及营造强氧化冶炼气氛对于去除钢水中的杂质元素十分重要。而拜耳法赤泥具有高碱特性，同时含有丰富的na2o和al2o3，二者具有快速化渣并促进石灰溶解的作用，如图3和图4所示，图3和图4为na2o和al2o3对cao-feo-sio2渣系在1400℃下液相面积的影响，除可作为助溶剂外，赤泥的加入还为铁水脱磷提供良好的热力学条件，脱磷效果显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1的工艺流程图；

图2是本发明实施例2的工艺流程图；

图3为na2o对cao-feo-sio2渣系在1400℃下液相面积的影响示意图；

图4为al2o3对cao-feo-sio2渣系在1400℃下液相面积的影响示意图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

一种压渣剂，按重量计，原料包括赤泥55.00％、矿物发热剂3.00％、除尘灰42.00％。其中，赤泥为拜耳法赤泥，主要成份含量分别为fe2o332.66％、al2o320.30％、sio213.21％、na2o7.43％和cao2.01％；赤泥中的含水量为24％。该除尘灰为高炉除尘灰，其主要成份含量为c29.56％、t-fe(总铁)32.37％、al2o33.17％。

上述压渣剂的具体制备过程如图1所示，具体如下：

①制备满足粒度要求的赤泥与除尘灰。赤泥破碎、过筛。赤泥过3mm筛，使小于2mm的赤泥颗粒占比90％以上，除尘灰过0.106mm筛。

②将上述质量配比的赤泥、矿物发热剂与除尘灰均匀混合制成混合料。

③混合料熟化12h使含水量降低到7.4％。

④通过高压压球机将混合料压制成长、宽各40mm，高20mm左右的赤泥球团。高压压球机将混合料压制的步骤包括预压排空步骤，以及冷压处理步骤；具体的，本实施例中的高压压球机包括两组对琨，一组对琨用于预压排空，另一组对琨用于冷压处理。其中，预压排空步骤中物料进入预压排空用的对琨时的孔隙率为34％，处于两辊间最小间隙区的物料孔隙率为12％；冷压处理步骤中，对辊间最大压力为800t，最大线压比为8t/cm，线速度为0.6m/s。

⑤赤泥球团需经筛分并检验合格后即为压渣剂；筛分后的筛下物可以返回到高压压球机中进行再次冷压成型。

实施例2

一种化渣剂，按重量计，原料包括赤泥87.00％、矿物发热剂6.00％、除尘灰7.00％。其中，赤泥为拜耳法赤泥，主要成份含量分别为fe2o332.66％、al2o320.30％、sio213.21％、na2o7.43％和cao2.01％；赤泥中的含水量为23％。该除尘灰为高炉除尘灰，其主要成份含量为c29.56％、t-fe32.37％、al2o33.17％；矿物发热剂包括50.00cao和50.00％的mgo。

上述化渣剂的具体制备过程如图2所示，具体如下：

①制备满足粒度要求的赤泥与除尘灰。赤泥破碎、过筛。赤泥过3mm筛，使小于2mm的赤泥颗粒占比90％以上，除尘灰过0.106mm筛。

②将上述化渣剂质量配比的赤泥与矿物发热剂均匀混合制成预混料。

③预混料熟化18h使含水量降低到14.0％。

④预混料与上述质量配比的钢铁厂除尘灰制成混合料。

⑤通过高压压球机将混合料压制成长、宽各40mm，高20mm左右的赤泥球团。高压压球机将混合料压制的步骤包括预压排空步骤，以及冷压处理步骤；具体的，本实施例中的高压压球机包括两组对琨，一组对琨用于预压排空，另一组对琨用于冷压处理。其中，预压排空步骤中物料进入预压排空用的对琨时的孔隙率为36％，处于两辊间最小间隙区的物料孔隙率为13％；冷压处理步骤中，对辊间最大压力为850t，最大线压比为8.5t/cm，线速度为0.8m/s。

⑥赤泥球团经筛分并检验合格后即为化渣剂；筛分后的筛下物可以返回到高压压球机中进行再次冷压成型。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，原料的组成和配比以及工艺参数不同，其余与实施例1相同，具体区别设置如下：

原料的组成和配比的区别为：原料包括赤泥52.00％、矿物发热剂2.00％、除尘灰46.00％；其中矿物发热剂包括40.00cao和60.00％的mgo。

工艺参数的区别为：熟化时间为16h使含水量降低到6.9％；预压排空步骤中物料进入时的孔隙率为45％，处于两辊间最小间隙区的物料孔隙率为17％；冷压处理步骤中，对辊间最大压力为900t，最大线压比为9t/cm，线速度为0.6m/s。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，原料的组成和配比以及工艺参数不同，其余与实施例1相同，具体区别设置如下：

原料的组成和配比的区别为：原料包括赤泥58.00％、矿物发热剂4.00％、除尘灰38.00％；其中矿物发热剂包括60.00cao和40.00％的mgo。

工艺参数的区别为：熟化时间为16h使含水量降低到5.9％；预压排空步骤中物料进入时的孔隙率为40％，处于两辊间最小间隙区的物料孔隙率为15％；冷压处理步骤中，对辊间最大压力为1000t，最大线压比为10t/cm，线速度为0.5m/s。

实施例5

本实施例与实施例2的区别在于，原料的组成和配比以及工艺参数不同，其余与实施例2相同，具体区别设置如下：

原料的组成和配比的区别为：原料包括赤泥82.00％、矿物发热剂9.00％、除尘灰9.00％；其中矿物发热剂包括40.00cao和60.00％的mgo。

工艺参数的区别为：熟化时间为15h使含水量降低到10.8％；预压排空步骤中物料进入时的孔隙率为42％，处于两辊间最小间隙区的物料孔隙率为16％；冷压处理步骤中，对辊间最大压力为950t，最大线压比为9.5t/cm，线速度为0.6m/s。

实施例6

本实施例与实施例2的区别在于，原料的组成和配比以及工艺参数不同，其余与实施例2相同，具体区别设置如下：

原料的组成和配比的区别为：原料包括赤泥92.00％、矿物发热剂3.00％、除尘灰5.00％；其中矿物发热剂包括60.00cao和40.00％的mgo。

工艺参数的区别为：熟化时间为24h使含水量降低到13％；预压排空步骤中物料进入时的孔隙率为42％，处于两辊间最小间隙区的物料孔隙率为15％；冷压处理步骤中，对辊间最大压力为1000t，最大线压比为10t/cm，线速度为0.56m/s。

对上述实施例1-实施例6制备获得的成品进行抗压强度、含水量、成球率的检测，检测方法如下：

抗压强度：gb/t14201-1993；

含水量：gb7172-1987；

成球率：球团成球率＝合格生球流量/(合格生球流量+不合格生球流量)。

检测结果如下表1所示。

表1

通过上述检测结果可知，采用本发明的制备工艺和原料组成，即可有效制备出不消耗任何燃料、不添加其他粘结剂、也不产生任何废物，生产成本低廉、节能环保、强度高、质量好的赤泥球团。

实施例7

本实施例是采用实施例2制备得到的化渣剂进行工业性试验，具体试验过程和结果如下：

选择现有的120t顶底复吹转炉进行冷压球团转炉炼钢的工业性试验，在生产过程中采用本实施例2生产出的化渣剂替代原有化渣剂，化渣剂用量为8kg/吨钢，其他条件不变，通过生产结果验证赤泥球团所产生的效果。本试验中原有化渣剂采用萤石。

本实施中采用的化渣剂中的赤泥具有高碱特性，同时含有丰富的na2o和al2o3，二者具有快速化渣并促进石灰溶解的作用，如图3和图4所示，图3和图4为na2o和al2o3对cao-feo-sio2渣系在1400℃下液相面积的影响，除可作为助溶剂外，赤泥的加入还为铁水脱磷提供良好的热力学条件；试验中发现赤泥具有明显的助熔化渣效果，能很好的解决后期炼钢的“返干”现象。

采用实施例2中的赤泥球团一共进行了50炉次的转炉炼钢试验，整体达到了较为理想的脱磷效果。在原工艺下，钢水平均终点p为0.031％，脱磷率75.74％，而50炉工业试验的平均终点磷比原工艺降低0.011％、脱磷率提高11.86％，脱磷效果良好。

实施例8

本实施例是采用实施例1制备得到的压渣剂进行工业性试验的具体试验过程和检测结果：

在100t转炉中采用实施例1中的压渣剂,在转炉冶炼终点提枪倒炉前60s以内,从高位料仓加入以上压渣剂，每次使用150kg，其余冶炼工艺按照传统的工艺进行。

使用的结果表明压渣效果明显，与原始工艺比较，消泡时间缩短30s以上，在压渣消泡以后，对于后续的溅渣护炉工艺也有明显的优化。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。