工业废渣制备熔渣改质剂的生产研究

张梦显　张延大

摘要：资源化利用工业废渣铝灰，以高压成型工艺生产熔渣改质剂，该改质剂质地坚硬、不破碎、无粉末，投入钢水时不起灰尘，利于环保。将熔渣改质剂在转炉出钢精炼工序中进行测试，RH处理前炉渣中（FeO+MnO）平均含量达到了9.58%，且转炉残渣中FeO含量平均去除率达到69.98%。

关键词：工业废渣；铝灰；溶渣改质剂；高压成型工艺；氧化铁含量 文献标识码：A

中图分类号：TF703 文章编号：1009-2374（2015）22-0087-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.043

我国现已成为全球第一的铝生产和消费大国，每年生产1000多万吨电解铝和400多万吨再生铝。在铝冶炼、成型过程中会产生各种副产品，机械成型加工过程产生的铝屑（或铝粒、铝线段）含铝较高，可达80%～95%，可直接应用。电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣叫做化学铝灰。经初步估算，每1t铝锭或铝合金锭的成品大约会产生10～15kg铝灰，也就是说全国每年大约产生铝灰12～18万t。因此，寻找经济有效的方法加以利用和治理铝灰，使之成为循环经济的再生资源，不仅将提高铝行业的经济效益，而且将利于社会的可持续发展。消除和控制高氧化性熔渣是纯净钢冶炼的关键环节。熔渣污染钢水，降低钢材质量，同时侵蚀钢包，降低包龄，增加耐火材料的消耗。因此，必须使用熔渣改质剂，以减少渣中的氧化铁含量和调整

成分。

1 工艺设计

常用改质剂主要有以下三种：CaO+CaF2基调节剂曾被普遍采用，尽管操作方法简单、成本低，但渣量大、成渣速度慢，且不能根本解决渣中FeO、MnO对钢液再氧化的问题；CaC2基是较好的扩散脱氧剂，但在使用过程中，大量的电石用量增加了增碳几率，对生产超低碳钢不利；AL基脱氧效果好，但大量使用金属铝粉，增加了资源消耗，提高了炼钢成本。以工业废渣制备熔渣改质剂，将原料经选矿、破碎到要求粒度，按配比进行原料混合，均匀后压制成型。成型设备压力设定为20～40MPa，成型块体可按粒度要求更换模具，一般规格为∮15～40mm的类球体。该工艺由于大量使用了铝灰，为这种工业废渣找到了一个新的有效利用

途径。

2 工艺流程

2.1 配料

铝灰是熔炼铝材过程中产生的熔渣和浮皮，通过X射线衍射分析确定铝灰中主要有Al、α-Al2O3、NaCl、KCl等物相。铝灰的成分非常复杂，它与废铝的污染物使用的覆盖剂、造渣剂和精炼剂有直接关系，与废铝的合金成分、炉内气氛也有关系。石灰是由方解石、石灰石等矿物在回转窑等热工炉窑中煅烧而成的产品，即将粒度为40mm左右的矿石加热到1100℃～1200℃，煅烧10～13h，矿石分解放出CO2气体，生成CaO，石灰原料要求其CaO含量要大于80%。石灰呈白色或灰色块状，为便于使用，将块状石灰磨细而得到粉末状。

萤石是一种常见的等轴晶系卤化物矿物，它的成分为氟化钙。萤石的熔点较低，是冶金工业的常用原料，它能和难熔物质化合而降低其熔点，在钢液中促进熔渣流动，使渣和金属易于分离，在冶炼过程中起到脱硫、脱磷、增强金属的可煅性和抗张强度等作用。因此，它作为助熔剂被广泛应用于钢铁冶炼及铁合金生产、化铁工艺和有色金属冶炼等工艺中。

电石即碳化钙是无机化合物，白色晶体，工业品为灰黑色块状物，断面为紫色或灰色。遇水立即发生激烈反应，生成乙炔，并放出热量。碳化钙是有机合成工业、钢铁脱硫和制造乙炔气重要的基本化工原料，也用于有机合成、氧炔焊接等。

将活性石灰、电石和萤石等原料粉碎至颗粒度约60～120目；按质量百分比，称取Al含量为45%的铝灰60kg、Al含量为89%的铝屑10kg、CaO含量为89%的活性石灰20kg、CaF2含量为80%的萤石5kg、CaC2含量为80%的电石5kg，在封闭式预混合设备混合。

2.2 成型

压球系统最主要的设备为压球机，选用高压压球机，压力设定为20～40MPa。为使粉状物料在不添加粘结剂前提条件下压制成球，必须将粉状物料混合均匀后进行预压紧，然后再送入压球机高压成型。成型过程共分以下三个阶段：（1）混料预压阶段：按原料配比将各种原料计量混合，然后由碾辊式预压机对物料进行边混拌边压缩，在原料成分均匀的同时减小了密度。（2）加压成型阶段：成分均匀的原料经预压后被20℃ 40MPa的压力强制压入对辊中间进行压制，完全合模直到成型。（3）成品脱模阶段：合模后的产品随着压辊的转动，解除了对球坯的压紧力，球腔连续分开，由于不平衡力的作用类球体将自动脱模。脱模后的球体通过振动筛将粉末筛出，筛出的粉状原料可以重新回到生产线进行再利用。

压球系统是整个生产工艺流程的核心，根据生产实践总结需要注意以下问题：（1）原料中切勿混入大块金属硬物。为保证压球机和传送装置部件的使用寿命，在混合设备和预压机以及卸料阀等部件上加装除铁器，可以达到事半功倍的效果。（2）正确选用适当的轴承是至关重要的。压球机的压辊安装在高效而体积小、能自动校准的球面滚珠轴承上，为确保压球机更安全地工作，重要的考虑因素包括轴承的设计、密封、冷却和润滑。（3）正确调控输送装置。输送装置由调速电机驱动，经皮带轮、蜗杆减速器转动将原料强制压入主进料口。由于电磁调速电机的恒矩特性，当螺旋送料机的压料量与主机所需原料量相等时，可以保持恒定的供料压力使球团质量稳定。如果供料量过大则送料装置过载，供料量过小则难以成球。（4）物料配比的控制。压球机的成品率不仅与原料的特性有关，也与各种原料的配比相关。原料含水率过高时，球体质地松软，达不到合格硬度；含水率过低则球体易出现裂纹而碎裂。为保证较高的成球率，生产过程中将铝灰和石灰粒度控制较细，为120目；而萤石和电石等矿物控制粒度较大，约60目，个别块体可以在1～2mm并占总质量的5%左右，以起到球体的骨架作用。（5）成品的包装。由于产品成分的特性及工艺条件的限制，熔渣改质剂长时间存放会出现粉化现象。对产品进行密封处理，增加打包设备，存放时间可成倍增加。

3 产品应用

制备出的熔渣改质剂经检测成分含量为SiO2：4.6%、CaO：25.8%、Al：38.5%、Al2O3：20.9%、CaF2：4.1%、CaC2：4.5%，杂质微量。

将熔渣改质剂在以下工艺中进行应用测试。某钢厂的轴承钢冶炼工艺：转炉出钢-钢包吹氩-加熔渣改质剂-RH，将以上熔渣改质剂加入到钢水表面，加入量为1～2kg/t。精炼后取样检验达到了该钢种的质量要求，RH处理前炉渣中（FeO+MnO）平均含量达到了9.58%，且转炉残渣中FeO含量平均去除率达到69.98%。

4 结语

以铝灰为原料通过高压成型工艺生产熔渣改质剂，为这种工业废渣找到了一条行之有效的利用途径，在节约资源的同时，治理了铝灰的环境污染问题。制备出的熔渣改质剂，质地坚硬，不破碎，投入钢水时，不起粉尘，利于环保。钢中总氧量T[O]是钢洁净度的重要标识，消除或者控制转炉出钢时混入钢包的高氧化性渣是生产洁净钢的一个关键环节。因此，在采取挡渣出钢的同时，使用熔渣改质剂来减少钢包渣中的氧化铁含量和调整渣成分。在转炉出钢-钢包吹氩-加熔渣改质剂-RH工序中进行测试，改质效果良好，未见明显增碳，并且具有显著的成本优势，利于经济效益的提高。

参考文献

[1] 刘桂泉，吕松，周芬.铝灰资源回收专用处理设备的研发与应用[J].云南冶金，2010，9（1）.

[2] 陈伟.铝灰在铝电解质中溶解行为的研究[J].有色矿冶，2010，26（3）.

（责任编辑：秦逊玉）