工業廢渣制備熔渣改質劑的生產研究

張夢顯　張延大

摘要：資源化利用工業廢渣鋁灰，以高壓成型工藝生產熔渣改質劑，該改質劑質地堅硬、不破碎、無粉末，投入鋼水時不起灰塵，利于環保。將熔渣改質劑在轉爐出鋼精煉工序中進行測試，RH處理前爐渣中（FeO+MnO）平均含量達到了9.58%，且轉爐殘渣中FeO含量平均去除率達到69.98%。

關鍵詞：工業廢渣；鋁灰；溶渣改質劑；高壓成型工藝；氧化鐵含量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TF703 文章編號：1009-2374（2015）22-0087-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.043

我國現已成為全球第一的鋁生產和消費大國，每年生產1000多萬噸電解鋁和400多萬噸再生鋁。在鋁冶煉、成型過程中會產生各種副產品，機械成型加工過程產生的鋁屑（或鋁粒、鋁線段）含鋁較高，可達80%～95%，可直接應用。電解鋁或鑄造鋁生產工藝中產生的熔渣叫做化學鋁灰。經初步估算，每1t鋁錠或鋁合金錠的成品大約會產生10～15kg鋁灰，也就是說全國每年大約產生鋁灰12～18萬t。因此，尋找經濟有效的方法加以利用和治理鋁灰，使之成為循環經濟的再生資源，不僅將提高鋁行業的經濟效益，而且將利于社會的可持續發展。消除和控制高氧化性熔渣是純凈鋼冶煉的關鍵環節。熔渣污染鋼水，降低鋼材質量，同時侵蝕鋼包，降低包齡，增加耐火材料的消耗。因此，必須使用熔渣改質劑，以減少渣中的氧化鐵含量和調整

成分。

1 工藝設計

常用改質劑主要有以下三種：CaO+CaF2基調節劑曾被普遍采用，盡管操作方法簡單、成本低，但渣量大、成渣速度慢，且不能根本解決渣中FeO、MnO對鋼液再氧化的問題；CaC2基是較好的擴散脫氧劑，但在使用過程中，大量的電石用量增加了增碳幾率，對生產超低碳鋼不利；AL基脫氧效果好，但大量使用金屬鋁粉，增加了資源消耗，提高了煉鋼成本。以工業廢渣制備熔渣改質劑，將原料經選礦、破碎到要求粒度，按配比進行原料混合，均勻后壓制成型。成型設備壓力設定為20～40MPa，成型塊體可按粒度要求更換模具，一般規格為∮15～40mm的類球體。該工藝由于大量使用了鋁灰，為這種工業廢渣找到了一個新的有效利用

途徑。

2 工藝流程

2.1 配料

鋁灰是熔煉鋁材過程中產生的熔渣和浮皮，通過X射線衍射分析確定鋁灰中主要有Al、α-Al2O3、NaCl、KCl等物相。鋁灰的成分非常復雜，它與廢鋁的污染物使用的覆蓋劑、造渣劑和精煉劑有直接關系，與廢鋁的合金成分、爐內氣氛也有關系。石灰是由方解石、石灰石等礦物在回轉窯等熱工爐窯中煅燒而成的產品，即將粒度為40mm左右的礦石加熱到1100℃～1200℃，煅燒10～13h，礦石分解放出CO2氣體，生成CaO，石灰原料要求其CaO含量要大于80%。石灰呈白色或灰色塊狀，為便于使用，將塊狀石灰磨細而得到粉末狀。

螢石是一種常見的等軸晶系鹵化物礦物，它的成分為氟化鈣。螢石的熔點較低，是冶金工業的常用原料，它能和難熔物質化合而降低其熔點，在鋼液中促進熔渣流動，使渣和金屬易于分離，在冶煉過程中起到脫硫、脫磷、增強金屬的可煅性和抗張強度等作用。因此，它作為助熔劑被廣泛應用于鋼鐵冶煉及鐵合金生產、化鐵工藝和有色金屬冶煉等工藝中。

電石即碳化鈣是無機化合物，白色晶體，工業品為灰黑色塊狀物，斷面為紫色或灰色。遇水立即發生激烈反應，生成乙炔，并放出熱量。碳化鈣是有機合成工業、鋼鐵脫硫和制造乙炔氣重要的基本化工原料，也用于有機合成、氧炔焊接等。

將活性石灰、電石和螢石等原料粉碎至顆粒度約60～120目；按質量百分比，稱取Al含量為45%的鋁灰60kg、Al含量為89%的鋁屑10kg、CaO含量為89%的活性石灰20kg、CaF2含量為80%的螢石5kg、CaC2含量為80%的電石5kg，在封閉式預混合設備混合。

2.2 成型

壓球系統最主要的設備為壓球機，選用高壓壓球機，壓力設定為20～40MPa。為使粉狀物料在不添加粘結劑前提條件下壓制成球，必須將粉狀物料混合均勻后進行預壓緊，然后再送入壓球機高壓成型。成型過程共分以下三個階段：（1）混料預壓階段：按原料配比將各種原料計量混合，然后由碾輥式預壓機對物料進行邊混拌邊壓縮，在原料成分均勻的同時減小了密度。（2）加壓成型階段：成分均勻的原料經預壓后被20℃ 40MPa的壓力強制壓入對輥中間進行壓制，完全合模直到成型。（3）成品脫模階段：合模后的產品隨著壓輥的轉動，解除了對球坯的壓緊力，球腔連續分開，由于不平衡力的作用類球體將自動脫模。脫模后的球體通過振動篩將粉末篩出，篩出的粉狀原料可以重新回到生產線進行再利用。

壓球系統是整個生產工藝流程的核心，根據生產實踐總結需要注意以下問題：（1）原料中切勿混入大塊金屬硬物。為保證壓球機和傳送裝置部件的使用壽命，在混合設備和預壓機以及卸料閥等部件上加裝除鐵器，可以達到事半功倍的效果。（2）正確選用適當的軸承是至關重要的。壓球機的壓輥安裝在高效而體積小、能自動校準的球面滾珠軸承上，為確保壓球機更安全地工作，重要的考慮因素包括軸承的設計、密封、冷卻和潤滑。（3）正確調控輸送裝置。輸送裝置由調速電機驅動，經皮帶輪、蝸桿減速器轉動將原料強制壓入主進料口。由于電磁調速電機的恒矩特性，當螺旋送料機的壓料量與主機所需原料量相等時，可以保持恒定的供料壓力使球團質量穩定。如果供料量過大則送料裝置過載，供料量過小則難以成球。（4）物料配比的控制。壓球機的成品率不僅與原料的特性有關，也與各種原料的配比相關。原料含水率過高時，球體質地松軟，達不到合格硬度；含水率過低則球體易出現裂紋而碎裂。為保證較高的成球率，生產過程中將鋁灰和石灰粒度控制較細，為120目；而螢石和電石等礦物控制粒度較大，約60目，個別塊體可以在1～2mm并占總質量的5%左右，以起到球體的骨架作用。（5）成品的包裝。由于產品成分的特性及工藝條件的限制，熔渣改質劑長時間存放會出現粉化現象。對產品進行密封處理，增加打包設備，存放時間可成倍增加。

3 產品應用

制備出的熔渣改質劑經檢測成分含量為SiO2：4.6%、CaO：25.8%、Al：38.5%、Al2O3：20.9%、CaF2：4.1%、CaC2：4.5%，雜質微量。

將熔渣改質劑在以下工藝中進行應用測試。某鋼廠的軸承鋼冶煉工藝：轉爐出鋼-鋼包吹氬-加熔渣改質劑-RH，將以上熔渣改質劑加入到鋼水表面，加入量為1～2kg/t。精煉后取樣檢驗達到了該鋼種的質量要求，RH處理前爐渣中（FeO+MnO）平均含量達到了9.58%，且轉爐殘渣中FeO含量平均去除率達到69.98%。

4 結語

以鋁灰為原料通過高壓成型工藝生產熔渣改質劑，為這種工業廢渣找到了一條行之有效的利用途徑，在節約資源的同時，治理了鋁灰的環境污染問題。制備出的熔渣改質劑，質地堅硬，不破碎，投入鋼水時，不起粉塵，利于環保。鋼中總氧量T[O]是鋼潔凈度的重要標識，消除或者控制轉爐出鋼時混入鋼包的高氧化性渣是生產潔凈鋼的一個關鍵環節。因此，在采取擋渣出鋼的同時，使用熔渣改質劑來減少鋼包渣中的氧化鐵含量和調整渣成分。在轉爐出鋼-鋼包吹氬-加熔渣改質劑-RH工序中進行測試，改質效果良好，未見明顯增碳，并且具有顯著的成本優勢，利于經濟效益的提高。

參考文獻

[1] 劉桂泉，呂松，周芬.鋁灰資源回收專用處理設備的研發與應用[J].云南冶金，2010，9（1）.

[2] 陳偉.鋁灰在鋁電解質中溶解行為的研究[J].有色礦冶，2010，26（3）.

（責任編輯：秦遜玉）