[发明专利]一种钢渣改质剂及钢渣热态改质处理工艺

说明书

一种钢渣改质剂及钢渣热态改质处理工艺，其化学成分重量百分比为：金属硅：10.0～50.0％；SiO₂：30.0～80.0％；Al₂O₃：5.0～20.0％；且，所述钢渣改质剂的粒度为3～10mm。本发明钢渣改质剂针对高温钢渣进行改质处理，解决现有改质料与高温钢渣混合不均、改质不充分和现有钢渣改质工艺投资大、运行费用高等问题，利用本发明工艺可以大幅度降低钢渣中f‑CaO和f‑MgO，整体工艺经济实用。

技术领域

本发明涉及钢渣改性处理技术领域，特别涉及一种钢渣改质剂及钢渣热态改质处理工艺。

背景技术

钢渣是钢铁生产过程中产生的大宗副产物之一，约占粗钢产量的10-15％，2019年中国粗钢产量9.96亿吨，新增钢渣量约1.2亿吨。钢渣主要由钙、硅、镁、铝、铁等金属氧化物和磷、硫非金属氧化物以及各类高熔点聚合物组成的复杂混合物，钢渣中还残存1.0-10.0％的游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)，这些高温过烧的氧化钙和氧化镁存在缓慢水化、体积逐渐膨胀的特性，严重制约着钢渣在建筑、道路工程上的利用。目前，我国的钢渣利用率不足30％，大量钢渣的堆存不仅占用土地，而且扬尘、污染土壤，给社会生活带来极大挑战。对钢渣进行改质处理，促使钢渣中不稳定的f-CaO和f-MgO在高温钢渣预处理过程中快速的反应消耗掉，使钢渣快速恢复高效资源化禀性，提高其在水泥辅料、道路和建筑工程集料上的规模化高值利用已成为国内外研究的共识和热点。但鉴于钢渣温度、成分的复杂性、粘度随温度变化的敏感性，钢渣高温改质处理存在改质剂难加入、难混和、补热困难等问题，很多研究仍局限在实验室阶段，工业化规模的实施很难推进。

中国专利CN101033117A公开了“一种钢渣处理添加剂”通过向高温熔融钢渣中添加由粉煤灰、高炉渣、煤渣和煤粉组成的粒度在3-30mm的添加剂，其中粉煤灰(或煤渣)75-100％，高炉渣0-15％，煤0-10％，利用添加剂中的SiO₂、Al₂O₃和C在高温状态下与钢渣中的f-CaO、f-MgO、FeO反应，除去影响钢渣稳定性的f-CaO和f-MgO，同时还原回收金属铁，反应方程式如下：

SiO₂+nCaO＝nCaO·SiO₂；

Al₂O₃+mCaO＝mCaO·Al₂O₃；

C+2FeO＝2Fe+CO₂；

该专利对粉煤灰(或煤渣)、高炉渣和煤粉的物料配比有具体的要求和限制，也提到了每种物料的主要化学成分，但混配后最终添加剂的主要化学成分(如SiO₂、Al₂O₃和C)却没有明确界定和限制。

中国专利CN110055370A公开了“一种新型高温钢渣改质剂及改性预处理工艺”，提出了利用单质硅物质和单质碳物质作为改质剂、通过向渣罐中预先加入单质硅物质和含单质碳物质、转炉出渣时再向渣罐中同时加入单质硅物质、出渣完毕后向物料中吹氮气、然后热闷处理的工艺方法。该方案强调了单质硅物质中单质硅含量(纯度)≥60％、单质碳物质中单质碳含量≥80％；改质剂中单质硅与单质碳的重量百分比为(10-30):1；改质剂的加入量为钢渣重量的3-5％。多点、多批次加入高纯度改质剂并吹氮气搅拌，增加改质剂与钢渣中不稳定成分接触反应的机会。缺点在于单质碳的密度较小，所述的几种来源(石墨、活性炭、无烟煤、烟煤、褐煤和煤矸石)多以细颗粒形状存在，很难混入高密度的熔渣中，烟尘大且有效利用率低；向渣罐内的钢渣中吹氮气不仅降低了钢渣的温度、提高钢渣粘度、阻碍活性成分的反应速度，而且增加了扬尘点和为消除扬尘而追加的投资及运行费用。