[发明专利]一种利用铝灰制取微氮脱氧合金的方法

说明书

本发明公开了一种利用铝灰制取微氮脱氧合金的方法，属于金属冶炼技术领域。本发明采取干法处理铝灰，将铝灰与氧化钙通过高温混匀处理，将铝灰中挥发分充分处理吸收，并将铝灰中大部分的铝转化为氮化铝，通过高强压球设备压球后，在炼钢出钢过程加入，将铝灰中有害的氮化铝和氟化物通过炼钢环节高温，将氮化铝中的氮转化为氮，并实现了氮的资源化利用；同时将氟化物通过固化处理，用于炼钢渣洗和精炼过程化渣，将铝灰制成微氮脱氧合金，实现了固废的资源化利用，具有良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用铝灰制取微氮脱氧合金的方法。

背景技术

钒氮合金主要作为螺纹钢合金的添加剂，钒加入钢中提高钢的性能，降低成本，在钒氮合金添加剂生产过程中，其碳化还原和氮化过程的工艺是决定钒氮合金添加剂质量的关键。一般来讲，钒氮合金加入钢中后，一部分固溶于基体中，产生固溶强化；另一部分则与C、N结合成V(C、N)的形态在基体和晶界上析出，产生沉淀强化，阻碍铁素体晶粒长大。同时，相间析出的V(C、N)可作为铁素体的形核质点，促进晶内铁素体的形成，细化铁素体晶粒。通过长期生产实践证明钢液中的氮含量能够促进VN生成，因此在炼钢生产过程中，技术人员通过各种渠道增加钢中氮含量。

单纯的生产过程吹氮，钢液中氮含量达到70ppm左右时，基本不再增加，而氮强化最优氮含量为110ppm左右，行业内通过微氮合金等技术固溶氮，通过添加上述产品以期增加钢液氮含量。由于上述产品氮化过程较为复杂，效果不甚明显。

铝灰是电解铝、铝加工或铸造铝等生产中的产物，主要来源于熔炼铝及铝合金时漂浮于铝熔体表面的不熔夹杂物、氧化物、添加剂以及与添加剂进行物理、化学反应产生的反应产物等，铝灰产生于铝发生熔融的所有生产工序。铝灰中含有铝及多种有价元素，主要由金属铝（5-70%）、氮化铝（10-50%）、氧化铝（20-40%）、其他金属氧化物（2-10%）和盐熔剂（2-30%）组成。根据金属铝含量的不同，铝灰又可分为一次铝灰和二次铝灰，一次铝灰铝含量范围是15—70%，二次铝灰颜色发黑，含铝量一般在5-15%。

铝灰中的金属铝和氧化铝含量较高，是一种宝贵的可再生资源。铝灰中的氮化铝潮解会释放产生氨气，氨气是一种恶臭性气体且具有易燃爆炸性。铝灰中的盐熔剂主要为氯盐和氟盐，其中可溶性氟化物含量很高，因此铝灰如处理不当，将对土地、水体、空气等生态环境造成严重污染。根据2106年《国家危险废物名录》，铝灰为铝火法冶炼过程中产生的初炼炉渣，属于危险废弃物。

铝灰的危害性主要是可溶性氟化物和氮化铝水解产生氨气，其中氟化物可以通过加入固氟剂进行固化，可使其浸出毒性达到一般固废标准，因此铝灰无害化处理的关键是氮化铝的处理。

专利号为201510808471.X的专利文献中公开了一种铝灰综合利用处理方法，其中公开了氮化铝的催化水解技术，即通过加入催化剂进行催化脱氨，可以快速分解产生氨气，可有效解决铝灰脱氨处理过程长对环境持续影响的问题。但是在实际生产过程中发现，氨气快速分解有可能造成爆炸等风险，使用传统的反应装置存在安全隐患，并且由于水解为放热反应，氨气在铝灰浆体反应时会带出大量的水分，造成氨气浓度太低，气体中水分含量高，回收的氨水浓度低。如采用蒸发浓缩氨气，而会造成蒸发成本太高。

申请号为201710634163.9的专利文献中公开了一种高效铝灰中AlN水解回收利用工艺及其装置、申请号为201810373362.3的专利文献中公开了一种铝灰氨气资源化回收利用装置、申请号为201710893673.8的专利文献中公开了一种调压一水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，以上公开的方案都是采用湿法工艺处理氮化铝，尽管可以做到氨气的吸收和处理，但是由于常温下氮化铝水解速度慢，因此处理过程对环境持续影响时间长，危害大，且产生的氨水浓度低，不能直接作为产品销售使用。

基于上述原因，有必要结合炼钢的工艺特点，提供一种利用铝灰制取微氮脱氧合金的方法，通过铝灰增氮处理，作为炼钢生产含氮钢的增氮剂进行使用，同时解决铝灰的无害化处理和炼钢脱氧增氮的低成本制造等问题，从真正意义上实现铝灰的资源化利用。