一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的方法

摘要

本发明涉及一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的方法，将热态高炉渣装入矿热炉内；将碳质还原剂粉、铁粉、氧化铝粉混合均匀后，以压缩空气为载体将混合粉体经空心电极喷射到矿热炉中；矿热炉升温、保温后，自然冷却后经破碎和分离即得硅铁和铝酸钙。本发明用热态高炉渣代替常规硅铁冶炼时用的硅石，以碳质材料为还原剂、铁粉为铁原料、氧化铝粉为造渣剂，来制备硅铁及铝钙材料，不仅能够充分回收高温热态高炉渣的余热和钙资源，而且大幅度降低硅铁生产成本，铝酸钙材料可以作为钢包精炼渣。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的方法。

背景技术

高炉渣是炼铁过程中产生的废渣，主要成分是CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂等，目前对高炉渣的处理大多通过水淬使高炉渣变成疏松颗粒，作为工业水泥、矿渣砖和矿渣混凝土等的生产原料。但水淬处理工艺会导致高炉渣中蕴含的显热大量流失，回收效率低，而且消耗大量新水资源。

针对高炉渣显热的回收问题一直是钢铁企业关注重点之一，从热能回收方向上大致可划分为物理换热方法和化学回收方法。物理换热方法是借助一定的载能体，通过热交换来回收其显热，再对载能体进行二次热能利用，其缺点是热交换过程中往往存在大量的热能流失，致使热回收利用率不高；如专利号为CN201210089013.1的中国专利公开的“一种高炉渣高效余能回收方法及回收装置”、专利号为CN201210307176.2的中国专利公开的“高炉渣余热发电装置及发电方法”等。化学回收方法通常是借助高炉熔渣的高温，通过化学转化的形式将显热能源转化为化学能加以利用，能量进行物理转化的次数相对减少，从而使热损减少，如专利号为CN200610051148.3的中国专利公开的“一种矿热炉直接熔炼铝、硅、铁合金的生产方法”、专利号为CN200910092390.9的中国专利公开的“一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法”、专利号为CN201110002236.5的中国专利公开的“一种利用热态含钛高炉渣制备钛硅铁合金的方法”等。以上化学回收方法存在加入的冷态物质与热态高炉渣混合均匀性问题，而且往往需要提供额外的热量。

国内外冶炼硅铁主要是采用以电能为热源的单热源冶炼法，在矿热炉中连续进行的。适当粒度的硅石、碳素和铁粉按规定比例配成的炉料分批加入矿热炉，在电极的作用下使冷态炉料不断升温熔融，这种方法的致命缺点是电能消耗高，约占硅铁生产成本的70％以上。

发明内容

本发明提供了一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的方法，用热态高炉渣代替常规硅铁冶炼时用的硅石，以碳质材料为还原剂、铁粉为铁原料、氧化铝粉为造渣剂，来制备硅铁及铝钙材料，不仅能够充分回收高温热态高炉渣的余热和钙资源，而且大幅度降低硅铁生产成本，铝酸钙材料可以作为钢包精炼渣。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的方法，包括如下步骤：

1)将碳质还原剂、氧化铝分别制成粉体，将热态高炉渣装入矿热炉内；

2)矿热炉内电极为空心电极，将空心电极的空心通路与用于输送粉体的压缩空气管路连接起来，将碳质还原剂粉、铁粉、氧化铝粉混合均匀后，以压缩空气为载体将混合粉体经空心电极喷射到矿热炉中；按照质量分数计，各物质的配比为：热态高炉渣43％～63％；碳质还原剂粉9.7％～14％；铁粉0.8％～31％；氧化铝粉15％～23％；

3)矿热炉升温至1700℃～1900℃，保温一段时间，自然冷却后经破碎和分离即得硅铁和铝酸钙。

所述热态高炉渣的温度范围为1300℃～1650℃；热态高炉渣中SiO₂的质量分数不小于30％，MgO的质量分数不大于8％。

所述碳质还原剂为CDQ、焦炭、煤粉或者生物质碳化材料，其中固定碳质量分数不低于65％，灰分不高于15％。

所述碳质还原剂粉的粒度为小于100目占65％以上。

所述铁粉中金属铁的质量分数大于90％。

所述氧化铝粉中Al₂O₃含量大于90％，粒度为小于100目占40％以上。

所述矿热炉升温至1700℃～1900℃后，保温时间为1～3小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明结合高炉渣和硅铁生产工艺的各自特点，利用高炉渣中氧化硅作为制备硅铁时的硅原料，同时加入氧化铝粉造渣剂生产铝钙材料，不仅充分利用了高炉渣的余热，节约了硅铁冶炼时的电耗，其中副产品铝酸钙材料可用于钢包精炼渣；以上措施大幅度降低了硅铁生产成本，开辟了一条高炉余热利用和硅、钙资源在钢铁企业内部循环利用的新路径。

附图说明

图1是本发明一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的方法，包括如下步骤：

1)将碳质还原剂、氧化铝分别制成粉体，将热态高炉渣装入矿热炉内；

2)矿热炉内电极为空心电极，将空心电极的空心通路与用于输送粉体的压缩空气管路连接起来，将碳质还原剂粉、铁粉、氧化铝粉混合均匀后，以压缩空气为载体将混合粉体经空心电极喷射到矿热炉中；按照质量分数计，各物质的配比为：热态高炉渣43％～63％；碳质还原剂粉9.7％～14％；铁粉0.8％～31％；氧化铝粉15％～23％；

3)矿热炉升温至1700℃～1900℃，保温一段时间，自然冷却后经破碎和分离即得硅铁和铝酸钙。

所述热态高炉渣的温度范围为1300℃～1650℃；热态高炉渣中SiO₂的质量分数不小于30％，MgO的质量分数不大于8％。

所述碳质还原剂为CDQ、焦炭、煤粉或者生物质碳化材料，其中固定碳质量分数不低于65％，灰分不高于15％。

所述碳质还原剂粉的粒度为小于100目占65％以上。

所述铁粉中金属铁的质量分数大于90％。

所述氧化铝粉中Al₂O₃含量大于90％，粒度为小于100目占40％以上。

所述矿热炉升温至1700℃～1900℃后，保温时间为1～3小时。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

先把碳质还原剂采用机械粉碎的方式制作成粉体，其粒度为小于100目占75％，其中固定碳质量分数为72.3％，灰分质量分数为13.4％。

将氧化铝采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目占50％。

将温度为1450℃热态高炉渣装入矿热炉内，热态高炉渣中SiO₂的质量分数为34.22％，MgO的质量分数为5.80％。

矿热炉电极为空心电极，用连接装置把空心电极的空心通路与用于输送粉体的压缩空气管路连接起来，将碳质还原剂粉、铁粉、氧化铝粉混合均匀后，以压缩空气为载体将混合粉体经空心电极喷射到矿热炉中；按照质量分数计，各物质的配比为：热态高炉渣58.6％；碳质还原剂粉13.03％；铁粉(金属铁质量分数96％)7.20％；氧化铝粉21.17％。

矿热炉升温至1750℃，保温2.5小时；矿热炉中，上层为铝酸钙材料，下层为硅铁合金。白然冷却后经破碎和分离，得到铝酸钙和60Si-Fe硅铁合金块。所制备的铝酸钙中，主要物相为C12A7和少量MgA1204。

【实施例2】

先把碳质还原剂采用机械粉碎的方式制作成粉体，其粒度为小于100目占85％，其中固定碳质量分数为83.3％，灰分质量分数为11.4％。

将氧化铝采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目占56％。

将温度为1550℃热态高炉渣装入矿热炉内，热态高炉渣中SiO₂的质量分数为35.22％，MgO的质量分数为5.40％。

矿热炉电极为空心电极，用连接装置把空心电极的空心通路与用于输送粉体的压缩空气管路连接起来，将碳质还原剂粉、铁粉、氧化铝粉混合均匀后，以压缩空气为载体将混合粉体经空心电极喷射到矿热炉中；按照质量分数计，各物质的配比为：热态高炉渣43.8％；碳质还原剂粉9.75％；铁粉(金属铁质量分数95.9％)30.5％；氧化铝粉15.95％。

矿热炉升温至1800℃，保温1.5小时；矿热炉中，上层为铝酸钙材料，下层为硅铁合金。白然冷却后经破碎和分离，得到铝酸钙和15Si-Fe硅铁合金块。所制备的铝酸钙中，主要物相为CA和少量MgA1204。

【实施例3】

先把碳质还原剂采用机械粉碎的方式制作成粉体，其粒度为小于100目占90％，其中固定碳质量分数为88.3％，灰分质量分数为11.4％。

将氧化铝采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目占58％。

将温度为1540℃热态高炉渣装入矿热炉内，热态高炉渣中SiO₂的质量分数为36.45％，MgO的质量分数为6.55％。

矿热炉电极为空心电极，用连接装置把空心电极的空心通路与用于输送粉体的压缩空气管路连接起来，将碳质还原剂粉、铁粉、氧化铝粉混合均匀后，以压缩空气为载体将混合粉体经空心电极喷射到矿热炉中；按照质量分数计，各物质的配比为：热态高炉渣62.6％；碳质还原剂粉13.93％；铁粉(金属铁质量分数94.5％)0.85％；氧化铝粉22.60％。

矿热炉升温至1700℃，保温3小时；矿热炉中，上层为铝酸钙材料，下层为硅铁合金。白然冷却后经破碎和分离，得到铝酸钙和90Si-Fe硅铁合金块。所制备的铝酸钙中，主要物相为C12A7和少量MgA1204。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。