一種利用電解鋁廠鋁電解槽大修渣生產煉鋼脫氧劑的工藝的製作方法

2023-06-01 19:28:16 2

本發明涉及電解鋁生產過程中產生的黑色鋁灰在煉鋼生產過程中合理應用的行業交叉創新工藝，特別是一種利用電解鋁廠鋁電解槽大修渣生產煉鋼脫氧劑的工藝。

背景技術：

鋁生產企業和鋼鐵生產企業，都屬於國民經濟的支柱性產業和戰略行業，鋁電解槽在使用3～5年後就要進行大修，更換槽內襯。槽內襯材料主要是耐火磚、保溫磚和碳塊等，更換下來的陰極內襯材料即為電解槽大修渣，鋁電解槽大修渣的主要成分為70%的碳和30%的電解質。按照國標標準值判別，鋁電解槽大修渣屬於有毒廢渣，其毒化物質主要是氟元素的水淋浸溶出。

目前電解槽大修渣的主要處理方式是將其掩埋處理，其它的處理方式為浮選法、硫酸酸解法、用廢陰極炭塊生產陽極保護環等方法，但是目前還沒有一種直接有效的全量利用模式。

煉鋼工藝過程中，採用螢石煉鋼主要是利用f-離子切斷矽酸二鈣的鍵，形成低熔點化合物，所以含f元素的螢石是煉鋼過程中的常用熔劑材料，應用於轉爐煉鋼的化渣，精煉爐冶煉過程中的化渣，鐵水脫硫和脫磷。

此外鈉冶金也是60年代末興起的一門科學。利用鈉脫硫、脫磷，是一項成熟的技術，鈉也是能夠降低爐渣的熔點，也做煉鋼過程中的化渣劑使用。

檢索文獻披露：（1）黃尚展在2009第4期的《輕金屬》雜誌上刊登的論文「電解槽廢槽襯現狀處理及技術分析」中間，有「國內外多年的研究和實踐經驗證明:在廢槽襯的溼法處理過程中,會伴隨hf、hcn的析出,造成設備嚴重腐蝕,汙染操作環境,危害人類健康。另外,廢槽襯的溼法處理工藝流程長,過程複雜,投資大。不同技術路線的火法處理技術可以很好地實現廢槽襯的無害化利用(如alcoa技術、pechiney技術,鄭州研究院的無害化處理技術),且與溼法處理比較,都具有流程簡單、投資少、處理有害物質徹底的特點,因此火法處理技術是國內外廢槽襯無害化處理與綜合利用的主導方向。」的內容表述；文章中間沒有關於在煉鋼工藝環節中間應用，並且消除其危害作用的內容表述；（2）李鴻在2003第3期的《有色金屬》的雜誌上刊出的論文「鋁電解槽大修渣的汙染防治及綜合利用」一文中間有「要特別重視電解大修渣場的防滲問題，應根據場地地質、地層構造、地形地貌以及項目實際情況採取相應措施，保證渣場滲漏係數小於1.0×10-7cm/s。電解槽大修渣的綜合利用主要作為水泥生產補充燃料、氧化鋁生產燃料、化鐵爐螢石代用品以及高溫水解法生產氟化鋁、鹼浸法回收氟鹽和碳。」的內容表述；（3）俞海明主編，與2012年在冶金工業出版社出版的著作《轉爐鋼水的爐外精煉技術》書中中有「向鋼水內加入預熔渣或者不同的渣料，這些渣料的主要成分是石灰和螢石、石灰和鋁渣球、石灰和預熔渣等。這些渣料的熔點較低，能夠迅速的形成低熔點的渣系，呈現液態的渣系。使得al2o3夾雜物能夠被熔渣吸附在一起，在浮力的作用下上浮到鋼水上部，進入頂渣被去除」的內容表述。

通過這些文獻的表述可知，電解鋁廠的鋁電解槽大修渣在煉鋼工藝環節中間還沒有應用的先例。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種利用電解鋁廠鋁電解槽大修渣生產煉鋼脫氧劑的工藝，能夠對鋁電解槽中產生的大修渣進行無害化處理，變廢為寶，降低煉鋼成本。

本發明的目的是這樣實現的，一種利用電解鋁廠鋁電解槽大修渣生產煉鋼脫氧劑的工藝，將鋁電解槽大修渣，首先使用顎式破碎機破碎到5cm左右，然後採用球磨機磨細到0.5～3mm，採購當地的生白雲石，其中白雲石中間的氧化鎂含量大於18%，氧化鈣含量大於20%，將生白雲石破碎後磨細到0.075～0.5mm，將以上兩種原料鋁電解槽大修渣粉末和生白雲石粉末按照重量份為7:3混合均勻，加入高壓壓球機中壓製成球作為脫氧劑，然後拉運到轉爐出鋼工位待用；轉爐出鋼時，不再使用電石，噸鋼加入0.8～3kg的脫氧劑，按照傳統的煉鋼工藝使用即可。

本發明利用了鈉冶金原理、機械力化學反應原理、冶金學原理，全面考慮了鋁電解槽大修渣的成分特點，將其破碎到0.5～3mm的顆粒，然後添加部分的冶金熔劑原料，將其生產成為煉鋼出鋼過程中的脫氧劑使用，全面利用了鋁電解槽大修渣中間的各個元素的功能特點，起到了變廢為寶的作用，在實現鋁電解槽大修渣無害化的同時，還節約了煉鋼的成本。

本發明的技術原理：

本發明的技術原理基於以下的4個創新點：

1)將電解鋁生產過程中產生的鋁電解槽大修渣破碎到3mm以下，使得其中的各個元素具有了能夠在煉鋼溫度條件下產生冶金化學的活性。

2)將鋁電解槽大修渣中間的碳作為脫氧元素使用，通過添加的熔劑成分，促使其功能向脫氧方向傾斜，消除其向鋼液增碳的負面影響。這一點主要依據是鋼液中間的臨界碳含量原理，即「鋼液中間的碳在0.2%～0.6%之間，鋼液中間的氧與脫氧元素反應的主要控制環節是脫氧元素在鋼液中間的擴散速度」這一原理下實現的。

3)鋁電解槽大修渣中間的鈉被作為煉鋼脫氧脫硫的元素使用，將其總體的含量控制在熔劑量的5%以下，將其作為降低爐渣熔點的元素加以利用。

4)鋁電解槽大修渣中間的f被作為化渣元素和脫硫的元素使用。

其中電解槽大修渣的各種元素的含量換算方法按照化學組成和含量計算得到。

本發明的有益效果如下：

1、傳統的煉鋼工藝中間，採用含碳的脫氧劑脫氧，常用的原料是工業電石，電石中間的含碳量在45%左右，本發明生產的含碳脫氧劑，能夠替代電石對於鋼液脫氧，並且脫氧效果優於電石脫氧的效果。

2、煉鋼出鋼過程中添加螢石caf2作為促進渣料熔解的添加成分，成本高，本發明利用鋁電解槽大修渣中間的f元素與鈉元素替代螢石，在實現鋁電解槽大修渣無害化的同時，還降低了煉鋼成本。

具體實施方式

以下結合實施例對發明作進一步說明。

實施例，以一座120噸轉爐的生產為例：

1)一種利用電解鋁廠鋁電解槽大修渣生產煉鋼脫氧劑的工藝，將鋁電解槽大修渣，首先使用顎式破碎機破碎到5cm左右，然後採用球磨機磨細到0.5～3mm。

2)採購當地的生白雲石，其中白雲石中間的氧化鎂含量大於18%，氧化鈣含量大於20%，將生白雲石破碎後磨細到0.075～0.5mm。

3)將以上兩種原料，按照鋁電解槽大修渣粉末和生白雲石粉末按照重量份為7:3混合，將其混勻，加入高壓壓球機，壓製成球作為脫氧劑，然後拉運到轉爐出鋼工位待用。

轉爐出鋼時，不再使用電石，噸鋼加入0.8～3kg以上的脫氧劑（與電石的加入量等量），並且按照傳統的煉鋼工藝使用即可。