一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法与流程

5kg/t，控制氮气底吹流量10-20m3/h；5）钢水成分温度调整完成以后，使用氮气对钢水进行软吹处理，钢水软吹氮气流量1-5m3/h，软吹时间》5min。
6.中国发明专利202111409574.0公开了一种生产钒微合金化螺纹钢的增氮精炼渣，是以含有氮化铝的铝灰为主要组分，并配以辅料石灰石和粘接剂，与水混合均匀后，用模具压制成型后烘干而得;各组分的质量百分比如下:铝灰50-90%，石灰石10-30%，粘结剂5-25%。在精炼过程，将本发明增氮精炼渣分批加入钢包精炼炉中，利用高温电弧分解增氮精炼渣中的aln，调整炉渣中的茹度使精炼炉炉渣中的氮维持在一定的水平，通过钢渣间的扩散来提高钢中氮含量，稳定钢水中氮的收得率，提高钒微合金效果，提升钢材力学性能，节约生产过程成本。
7.铝灰是电解铝、铝加工或铸造铝等生产中产生的产物。其主要来源于熔炼铝及铝合金生产过程中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，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%。
[0008][0009]
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，将对上地、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。
[0010]
铝灰的危害性主要是可溶性氟化物和氮化铝水解产生的氨气，在炼钢钢液中氮化铝分解成铝和离子态的氮，但可溶性氟化物由于熔点较低，易造成挥发，使用前必须进行固氟处理，避免对环境造成污染，因此上述两个专利虽然能够实现增氮，但可溶性氟化物会发问题对环境的污染，使上述两个专利毫无实用性可言，因此利用铝灰增加螺纹钢氮含量，需要在满足环保的前提下，结合铝灰的成分特征进行使用，才能保证铝灰使用的合法化。


技术实现要素：

[0011]
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，解决了螺纹钢由于氮含量偏低加入的微合金vn无法最大化发挥强化效用的问题。
[0012]
为此，本发明采取以下技术方案：一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，包括如下步骤：1、步骤a.将一次铝灰利用棒磨机粗磨，进入滚筒筛进行筛分，筛板选用36目，从铝块表面剥离的氧化铝、氮化铝、氟化铝及氟化钠制成为一次筛下物，筛上物进入球磨机进行细磨；该步骤将一次铝灰优先选用36目滚筒筛筛分，可将筛下物中铝含量控制在5%以下，减少以一次筛下物加工的球体料中的单质铝含量，有效避免了金属铝的浪费；步骤b.筛上物进入球磨机进行细磨后，进入滚筒筛进行筛分，筛板选用36目，少部分被剥离的氧化铝、氮化铝及被磨碎的铝末成为二次筛下物，筛上物为铝含量超过90%铝
片，回用进行熔融铸锭；步骤c.将步骤a筛分得到的一次筛下物配入15～20%活性氧化钙，过高强压球机压制成球，螺纹钢生产时在转炉冶炼过程加入，能够化渣增氮；该步骤中，铝灰中3~5%的氟化钠、8~5%的氟化铝能够有效降低炉渣粘度，并同时与45～53%的氧化铝一起有效降低炉渣的熔点，实现快速化渣；步骤d.将步骤b筛分得到的二次筛下物配入15～20%活性氧化钙，混匀后通过氮化回转炉进行处理，将处理后的物料配加10～15%氧化钙含量大于53%的石灰石做骨料，利用高强压球机压制成球，冶炼螺纹钢在转炉出钢过程加入，能够脱氧增氮。
[0013]
进一步地，所述步骤a中一次铝灰棒磨时，棒磨时间控制在8～12min，只需通过棒磨将铝片表面80%～90%的氧化铝、氮化铝及其它废料渣剥离即可。
[0014]
进一步地，所述步骤b中一次铝灰球磨时，球磨时间控制在12～18min，通过球磨1～5min时间能够将铝片表面90%以上的氧化铝及氮化铝剥离，通过球磨延长球磨机球磨时间11～13min，将铝片磨碎到36目以上，增加二次筛下物中铝含量；该步骤通过棒磨将铝片表面的氧化铝、氮化铝剥离，将筛上物的铝含量提升到90～95%，筛上物回用熔融铸锭时产品质量得到保证，同时能够将占纯铝总量30～35%的磨至36目以上，增加了二次筛下物的铝含量。
[0015]
进一步地，所述步骤c中一次筛下物配入16～18%活性氧化钙，严禁添加任何水性粘结剂，将一次筛下物与活性氧化钙按照0.25～0.33比例混匀后，通过高强压球机压制成球，炼钢生产螺纹钢时，在转炉冶炼过程按照5～6kg/t使用量分批次加入；球体料中的氮化铝在钢液内部高温条件出现下属反应：分解出的氮溶于钢液中，增加钢液出钢前氮含量5~8ppm，减少后续增氮成本；进一步地，所述步骤d中二次筛下物配入15～20%活性氧化钙混匀后，通过氮化回转炉进行处理，氮化过程持续通入氮气，气体流量按照1～2.5l/min控制，炉内压力控制在0.3～0.5kpa,，且保持炉内温度超过950℃，氮化处理时长超过30min；该步骤利用15～20%活性氧化钙与二次筛下物混匀加热，活性氧化钙能够有效吸收氟化钠、氟化铝受热分解的f-,实现氟的固化吸收，并通过氮化环节高温高压条件处理，将二次筛下物中,磨至36目以上粒度的单质铝70～80%转化成氮化铝，将二次筛下物中的氮含量提升至14～17%，为后续制造增氮物料创造条件。
[0016]
进一步地，所述步骤d中将氮化后的物料配加10～15%氧化钙含量大于53%的石灰石在做骨料压制成球，在炼钢出钢过程加入钢包，配加10～15%氧化钙含量大于53%的石灰石在做骨料能提高压球产品强度，同时高品石灰石在加入受热后体积膨胀，物料粉碎增加了反应的比表面积，有利于脱氧增氮反应快速进行；该步骤物料中的氮化铝和铝在钢液内部产生如下反应：
利用铝进行钢液脱氧，利用氮化铝实现钢液增氮脱氧的双重效果。
[0017]
本发明的有益效果在于：1、本发明通过对将一次铝灰两次磨筛，将铝灰分为低含铝的一次筛下物和高含铝的二次筛下物；将低含铝的一次筛下物按照比例配入活性氧化钙混匀直接压球，将高含铝的二次筛下物按照比例配入活性氧化钙混匀后进行氮化处理，上述操作避免了铝直接加入转炉的浪费，也解决了全部氮化处理的成本增加，最终可减少钢液中铝灰制品的加入量，保证了后续连铸顺利浇注。通过铝灰分级处理后制成的产品，代替氮化硅、氮化钒铁等进行增氮脱氧，实现了铝灰的无害化，同时一次筛下物制品主要以氧化铝为主，在转炉冶炼过程加入可有效降低炉渣粘度，促进转炉化；二次筛下物制品，其中主要以氮化铝为主，氮化铝在钢液受热分解，其中氮以n-形态存在，更有利于v(c,n)生成析出，同时分解出的铝具备脱氧能力，大幅降低钢液中氧含量，有效提高钒氮、硅锰等合金的收得率，具有良好的经济效益。本发明巧妙利用铝灰分级处理利用，在无害化利用的前提下实现铝灰价值最大化，减少生产物料浪费。
[0018]
2、通过本发明的技术措施，螺纹钢冶炼终点的氮含量从40～55ppm提升到60～75ppm，配合钒氮合金的自身增氮效果，可将钢中氮含量提升至80～95ppm，使原本呈现固溶状态的钒转变成析出状态的钒，在钢材强度一定的条件下，减少了钒氮合金的使用量。
附图说明
[0019]
图1为本发明的步骤流程示意图。
具体实施方式
[0020]
下面结合附图与实施方法对本发明的技术方案进行相关说明。
[0021]
本发明实施例的一次铝灰处理系统包括棒磨机、一次滚筒筛、球磨机、二次滚筒筛、氮化回转炉、搅拌机、高强压球机。其中棒磨机为一次铝灰粗磨设备，完成铝片上面氧化铝及氮化铝的剥离工作；一次滚筒筛将粗磨完的铝灰进行筛分，分离大部分氧化铝、氮化铝与铝片；球磨机主要剥离铝片上残余的氧化铝、氮化铝，同时将部分铝片磨至36目以下，提高后续氮化效果；二次滚筒筛将球磨后的少部分氧化铝、氮化铝及36目以下的铝片与大块铝片分离；氮化回转炉将二次筛分后的筛下物进行氮化处理，将其中铝尽量转化为氮化铝；搅拌机主要用于物料压球前的混匀，高强压球机的主要作用就是将物料在不添加水性粘结剂的前提下压制成符合强度要求的产品。
[0022]
实施例1如图1所示，一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，包括如下步骤：将一次铝灰一次棒磨筛分，筛上物进入二次球磨筛分，筛下物配加活性石灰，通过高强干式压球方式压制成转炉化渣增氮料，各组分的质量百分比如下：氧化铝61.2%，氧化
钙15%，氮化铝14%，氟化钠5%，氟化铝2.8%，金属铝2%；转炉冶炼过程按照总量5kg/t，分批次加入，冶炼过程平稳，喷溅得到有效控制，转炉冶炼结束终点氮含量45ppm，较常规工艺35ppm提高10ppm；一次筛上物进入二次球磨筛分，筛上物回用进行熔融铸锭，筛下物配入活性石灰通过氮化处理，配加石灰石压制成出钢使用的脱氧增氮剂，各组分的质量百分百如下：氮化铝62%，氧化铝20%，氧化钙15%，金属铝3%。转炉冶炼结束后，挡渣出钢，转炉出钢量为128t，先加入脱氧增氮剂80kg，再加入硅锰、硅铁，合金元素硅、锰收得率较原有工艺分别提高2.1%、1.3%，转炉出站样氮含量75ppm。在精炼炉按照常规使用加入vn16合金0.35kg/t，完成钢水的微合金化，钢材成品中，v含量为0.026%，n含量0.0098%，钢材性能较常规工艺提高约15mpa。
[0023]
可见通过本发明技术方案将铝灰分步处理，按照方案技术策划在冶炼螺纹钢时加入，可实现螺纹钢高效增氮，在同等vn16合金加入条件下，钢材性能得到稳定提升。
[0024]
实施例2 将一次铝灰一次棒磨筛分，筛上物进入二次球磨筛分，筛下物配加活性石灰，通过高强干式压球方式压制成转炉化渣增氮料，各组分的质量百分比如下：氧化铝58%，氧化钙20%，氮化铝13%，氟化钠5%，氟化铝2.6%，金属铝1.4%。转炉冶炼过程按照总量4kg/t，分批次加入，冶炼过程平稳，喷溅得到有效控制，转炉冶炼结束终点氮含量43ppm，较常规工艺35ppm提高8ppm。
[0025]
一次筛上物进入二次球磨筛分，筛上物回用进行熔融铸锭，筛下物配入活性石灰通过氮化处理，配加石灰石压制成出钢使用的脱氧增氮剂，各组分的质量百分百如下：氮化铝62%，氧化铝20%，氧化钙15%，金属铝3%。转炉冶炼结束后，挡渣出钢，转炉出钢量为128t，先加入脱氧增氮剂65kg，再加入硅锰、硅铁，合金元素硅、锰收得率较原有工艺分别提高1.8%、1.1%，转炉出站样氮含量60ppm。在精炼炉按照常规使用加入vn16合金0.35kg/t，完成钢水的微合金化，钢材成品中，v含量为0.026%，n含量0.0080%，钢材性能较常规工艺提高约12mpa。
[0026]
可见通过本发明技术方案将铝灰分步处理，按照方案技术策划在冶炼螺纹钢时加入，可实现螺纹钢高效增氮，在同等vn16合金加入条件下，钢材性能得到稳定提升。

技术特征：
1.一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a.将一次铝灰利用棒磨机粗磨，进入滚筒筛进行筛分，筛板选用36目，从铝块表面剥离的氧化铝、氮化铝、氟化铝及氟化钠制成为一次筛下物，筛上物进入球磨机进行细磨；步骤b.筛上物进入球磨机进行细磨后，进入滚筒筛进行筛分，筛板选用36目，少部分被剥离的氧化铝、氮化铝及被磨碎的铝末成为二次筛下物，筛上物为铝含量超过90%铝片，回用进行熔融铸锭；步骤c.将步骤a筛分得到的一次筛下物配入15～20%活性氧化钙，通过高强压球机压制成球，螺纹钢生产时在转炉冶炼过程加入，能够化渣增氮；步骤d.将步骤b筛分得到的二次筛下物配入15～20%活性氧化钙，混匀后通过氮化回转炉进行处理，将处理后的物料配加10～15%氧化钙含量大于53%的石灰石做骨料，利用高强压球机压制成球，冶炼螺纹钢在转炉出钢过程加入，能够脱氧增氮。2.根据权利要求1所述的一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，其特征在于，所述步骤a中一次铝灰棒磨时，棒磨时间控制在8～12min，只需通过棒磨将铝片表面80%～90%的氧化铝、氮化铝及其它废料渣剥离即可。3.根据权利要求1所述的一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，其特征在于，所述步骤b中一次铝灰球磨时，球磨时间控制在12～18min，通过球磨1～5min时间能够将铝片表面90%以上的氧化铝及氮化铝剥离，通过球磨延长球磨机球磨时间11～13min，将铝片磨碎到36目以上，增加二次筛下物中铝含量。4.根据权利要求1所述的一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，其特征在于，所述步骤c中一次筛下物配入16～18%活性氧化钙，严禁添加任何水性粘结剂，将一次筛下物与活性氧化钙按照0.25～0.33比例混匀后，通过高强压球机压制成球，炼钢生产螺纹钢时，在转炉冶炼过程按照5～6kg/t使用量分批次加入。5.根据权利要求1所述的一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，其特征在于，所述步骤d中二次筛下物配入15～20%活性氧化钙混匀后，通过氮化回转炉进行处理，氮化过程持续通入氮气，气体流量按照1～2.5l/min控制，炉内压力控制在0.3～0.5kpa,，且保持炉内温度超过950℃，氮化处理时长超过30min。6.根据权利要求1所述的一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，其特征在于，所述步骤d中将氮化后的物料配加10～15%氧化钙含量大于53%的石灰石在做骨料压制成球，在炼钢出钢过程加入钢包，配加10～15%氧化钙含量大于53%的石灰石在做骨料能提高压球产品强度，同时高品石灰石在加入受热后体积膨胀，物料粉碎增加了反应的比表面积，有利于脱氧增氮反应快速进行。

技术总结
本发明提供了一种基于两步法利用铝灰增加螺纹钢氮含量的方法，包括将一次铝灰分两次磨筛，筛下物制成产品，代替氮化硅、氮化钒铁等进行增氮脱氧，实现了铝灰的无害化。一次筛下物制品主要以氧化铝为主，在转炉冶炼过程加入可有效降低炉渣粘度，促进转炉化渣增氮；二次筛下物制品，其中主要以氮化铝为主，氮化铝在钢液受热分解，其中氮以N-形态存在，更有利于V(C,N)生成析出，同时分解出的铝具备脱氧能力，大幅降低钢液中氧含量，有效提高钒氮、硅锰等合金的收得率，具有良好的经济效益。本发明能够利用铝灰分级处理利用，在无害化利用的前提下实现铝灰价值最大化，减少生产物料浪费。减少生产物料浪费。减少生产物料浪费。


技术研发人员：魏国立 蒋心泰 丁万武 朱青德 姚燕
受保护的技术使用者：甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/9/5