转炉钢渣微粉化是钢渣资源化大宗量应用的有效途径之一,然而制约钢渣微粉化的主要问题是其易磨性较差。研究表明,转炉钢渣含有30%~60%的硅酸盐类矿物,主要为硅酸二钙(简称C2S)。多晶型C2S在725℃时发生等温相变,结构由β-C2S向γ-C2S转变,过程伴随着11%左右的体积膨胀,产生的强烈内应力可使钢渣自粉化,从而改善转炉钢渣的易磨性。然而,实际钢渣中由于磷的存在,抑制了渣中C2S的晶型转变,从而使钢渣的自粉化较难实现。此外,目前转炉钢渣资源化利用最常见的途径是回收渣中的残铁。转炉钢渣含有20%~30%左右的氧化铁,如能实现这部分铁的有效回收,将切实提高转炉钢渣的资源化应用水平。本论文在前期合成钢渣自粉化实验基础上,提出了利用碳热还原方法实现转炉钢渣自粉化和加强渣中铁回收的钢渣资源化新思路。通过碳热还原方式,将固溶于C2S中的磷还原,降低其对渣中C2S晶型转变的抑制,促进转炉钢渣的自粉化,提高钢渣易磨性,同时又能提高自粉化渣中金属铁等的收得率,进一步回收渣中有价资源。本论文实验使用含碳82.06%的煤粉作为还原剂,研究了不同碳热还原条件对实际转炉钢渣自粉化和铁收得率的影响。通过对非改质钢渣和改质钢渣的碳热还原实验,分析了煤粉加入量、还原温度、保温时间、碱度等条件对钢渣碳热还原结果的影响,从钢渣自粉化率、铁收得率两个指标评价还原效果,确定了转炉钢渣合适的还原条件,以实现较好的转炉钢渣自粉化和铁回收双重效果。本论文实验结果表明,转炉钢渣碳热还原,其实验温度越高,保温时间越长,煤粉加入量越多,则钢渣的还原脱磷效果越强,钢渣自粉化率越好,铁回收率也越高。(1)对非改质转炉钢渣:在煤粉加入量20%、保温时间30min条件下,还原温度从1400℃升高到1600℃,则钢渣自粉化率从20.75%上升到22.77%;在还原温度1600℃、煤粉加入量20%条件下,保温时间从30min增加到60min,则钢渣自粉化率从22.77%上升到23.52%;在还原温度1600℃、保温时间40min条件下,煤粉加入量从30%增加到50%,则钢渣自粉化率从24.61%上升到29.09%。直接碳热还原非改质转炉原渣,其粉化率和铁收得率相对较低,只在光学显微镜的观察下可发现白亮色的金属铁附着在黑色块渣表面。(2)对改质转炉钢渣:向转炉渣中配入SiO2进行改质实验,将其碱度值R由4.24调整到1。在R=1条件下,保持煤粉量40%配比和保温时间40min不变,改变还原温度,发现转炉钢渣的粉化率和铁收得率都随着还原温度的上升而提高,在还原温度为1600℃的条件下,钢渣粉化率和铁收得率分别达到了28.7%和65.9%。在使用不同含碳物质作还原剂的情况下,还原效果也有很大的差异。保持其它因素不变的情况下,研究分别使用高纯石墨粉和煤粉作为还原剂对渣样粉化率和铁收得率的影响,碱度分别为R=0.8和1,当还原碳量均为40g时,对于R=1的渣样,用煤粉还原后(19号样),其铁收得率为65.9%,粉化率为28.7%;而用石墨粉还原后(20号样),渣样铁收得率仅为5.9%,粉化率为14.71%;对于R=0.8的渣样(22号样),用煤粉还原后,其铁收得率为42.93%,粉化率为49.97%;而用石墨粉还原后(21号样),渣样铁收得率为36.95%,粉化率为8.98%。SiO2改质有利于转炉钢渣的脱磷自粉化,钢渣的自粉化率随着碱度的降低而升高。在1600℃的高温下,还原后的改质渣样只有少量呈现烧结状态,大部分渣样疏松,这也有利于后期的渣金分离,提高铁收得率。