鋼渣熱悶破碎磁選技術(shù)及再利用

張 達(dá)

概述

鋼渣是煉鋼冶煉過程中，由煉鋼脫硫劑、冶煉化學(xué)反應(yīng)生成物、侵蝕掉的耐材等所組成的固體廢棄物，是生產(chǎn)鋼鐵過程的副產(chǎn)品。目前我國鋼渣年產(chǎn)量0.7億噸，累計(jì)堆放尚未利用的更加高大3億噸鋼渣。為提倡國家節(jié)能減排的政策，并且創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，近幾十年針對鋼渣回收再利用的工藝過程進(jìn)行諸多的研究，研究發(fā)現(xiàn)鋼渣超細(xì)粉具有跟水泥極為相似的礦物成分，同時(shí)表現(xiàn)出與水泥極為相似的物化性質(zhì)，為此，鋼渣可以作為二次資源進(jìn)一步加以利用，不但可以省下被占用的土地，同時(shí)也可以改善環(huán)境，杜絕資源的浪費(fèi)。

鋼渣處理技術(shù)常用的有冷棄法、熱潑法、盤潑水冷法、熱悶法、水淬法、風(fēng)淬法、粒化輪法等。煉鋼的目的在于脫硫、脫磷、調(diào)節(jié)合金成分等，所以常加入石灰、白云石等造渣劑，同時(shí)采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，這樣就導(dǎo)致爐渣粘度增大，從而流動(dòng)性變差。以上這些技術(shù)中只有熱悶技術(shù)對渣的流動(dòng)性沒有嚴(yán)格要求，也更利于充分回收鋼渣中的廢鋼，保證轉(zhuǎn)爐渣的處理質(zhì)量，是目前最成熟的鋼渣處理技術(shù)。

1.鋼渣處理工藝

鋼渣的“零排放”包括兩個(gè)部分內(nèi)容，第一是采用鋼渣余熱自解熱悶處理工藝和技術(shù)，消除鋼渣中f-CaO和f-MgO，從而避免鋼渣造成建材制品、道路、建筑物膨脹開裂。第二是采用鋼渣破碎、篩分、磁選工藝，將熱悶后的鋼渣處理成渣鋼、磁選粉、尾渣，其中渣鋼返回?zé)掍摚胚x粉返回?zé)Y(jié)，尾渣經(jīng)過粉磨設(shè)備，生產(chǎn)鋼渣超細(xì)粉，作水泥和混凝土摻合料，提高鋼渣的利用價(jià)值。

1.1 鋼渣熱悶工藝

1.1.1 鋼渣熱悶技術(shù)原理

以鋼鐵企業(yè)排放的廢渣為處理對象，經(jīng)專用鋼渣處理裝置，利用其所含余熱，采用適當(dāng)?shù)呐渌に?，產(chǎn)生微壓蒸氣，同時(shí)使不穩(wěn)定的游離氧化鈣(f-CaO)、游離氧化鎂(f-MgO)通過各自反應(yīng)，體積膨脹生成穩(wěn)定產(chǎn)物，使大塊鋼渣在熱悶池內(nèi)粉化自解。鋼渣的膨脹機(jī)理反應(yīng)主要有以下兩個(gè)反應(yīng)：

熱融鋼渣直接放入熱悶裝置中，打水冷卻，鋼渣冷卻到小于1100℃，加蓋、噴水霧，鋼渣與水進(jìn)行上面兩項(xiàng)反應(yīng)。鋼渣自解粉化，渣鐵分離。粉化后的鋼渣消除了上述反應(yīng)所造成的不穩(wěn)定因素。

1.1.2 鋼渣熱悶工藝過程

轉(zhuǎn)爐出渣后，爐渣經(jīng)電動(dòng)平車運(yùn)至渣跨，再由天車運(yùn)至渣處理工位，倒入鋼渣熱悶池中，傾翻式打水排蒸汽罩傾翻到熱悶裝置上，開始打水冷卻直到熱悶裝置表面凝固為止。打水產(chǎn)生的蒸汽通過汽罩由引風(fēng)機(jī)抽掉排放后，排汽罩打開，由挖掘機(jī)松動(dòng)鋼渣，用以保證裝置內(nèi)鋼渣表面無積水。進(jìn)行第二次倒渣(重復(fù)上一次過程)，在倒完鋼渣后，蓋上熱悶裝置蓋，開始噴水霧。噴水一定時(shí)間，停止噴水，熱悶，再噴水，如此反復(fù)進(jìn)行到14-18h。最后開蓋，用挖掘機(jī)將渣挖出放至鋼渣槽內(nèi)，由汽車轉(zhuǎn)入鋼渣堆場進(jìn)行晾曬，溫度降至適合溫度，運(yùn)至鋼渣處理車間進(jìn)行破碎、篩分、磁選等處理。見圖1。

1.1.3 鋼渣熱悶工藝特點(diǎn)

1） 本工藝是將1400℃-1650℃的液態(tài)鋼渣直接傾翻在熱悶裝置進(jìn)行熱悶處理，淘汰了鋼渣先熱潑冷卻到800℃再熱悶的環(huán)節(jié)，節(jié)省熱潑場設(shè)施和倒運(yùn)設(shè)備，減少了設(shè)備損耗和操作人員，改善了環(huán)境，該工藝無廢水排放，無噪聲，無粉塵污染，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

圖1 鋼渣熱悶工藝流程

2） 本工藝不限制鋼渣的流動(dòng)性，即便是鋼渣結(jié)殼仍可進(jìn)行熱悶，處理率高。根據(jù)鋼渣的性質(zhì)、尾渣的利用途徑，滿足回收廢鋼的要求，采用不同的處理工藝。

4） 與其他鋼渣處理工藝相比，熱悶處理可使鋼渣中游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-MgO)充分進(jìn)行反應(yīng)，除去了處理前鋼渣中的不穩(wěn)定因素，使鋼渣用于建材工程中更加安全可靠，尾渣的利用率得到最大程度的提高。

5） 科學(xué)地選擇鋼渣熱悶處理形式，確保產(chǎn)品所要求的指標(biāo)。悶渣坑蓋處設(shè)置傾翻臺(tái)架，通過卷揚(yáng)、滑輪組、電控元件控制坑蓋啟閉，與傳統(tǒng)的方式比較，大大降低了天車的作業(yè)率。

1.2 鋼渣破碎、篩分、磁選工藝

1.2.1 破碎、篩分、磁選工藝流程

冷卻后的渣子由裝載機(jī)將其裝入翻斗車，運(yùn)離車間至鋼渣處理車間。渣子從翻斗車上卸至料倉附近，由鏟車將其倒入料倉上的篦條篩，對鋼渣進(jìn)行初步篩分，大于150mm的篩上物（鋼渣MA）作為廢鋼直接回收。篩下物進(jìn)入1#皮帶機(jī)。1#皮帶機(jī)上方有一帶式磁選機(jī)(除鐵器)，對鋼渣進(jìn)行初步磁選（鋼渣M B）作為廢鋼直接回收。

篩下物尾塊落裝入1#皮帶機(jī)運(yùn)至顎式破碎機(jī)，經(jīng)過破碎，卸入2#皮帶機(jī)，經(jīng)2#皮帶機(jī)運(yùn)至1#振動(dòng)篩，經(jīng)篩分，篩下物落入3#皮帶機(jī)、4#皮帶機(jī)、11#皮帶機(jī)（帶磁輥），經(jīng)過磁輥磁選后，含磁性粉卸入12#皮帶機(jī)，最終卸入磁粉庫；經(jīng)磁輥磁選后，不含磁性粉卸入13#皮帶機(jī)，卸入尾渣庫。

經(jīng)1#振動(dòng)篩篩分的篩上物落入5#皮帶機(jī)，經(jīng)5#、6#皮帶機(jī)卸至棒磨機(jī) ，經(jīng)過磨碎后卸入8#、9#皮帶機(jī)運(yùn)至2#振動(dòng)篩，篩下物經(jīng)過11#、12#、13#皮帶機(jī)分別卸入磁粉庫和尾渣庫；篩上物卸入10#皮帶機(jī)，經(jīng)10#、7#、5#、6#皮帶機(jī)返回到棒磨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行處理。

1.2.2 破碎、篩分、磁選平面布置，見圖2。

1.2.3 破碎、篩分、磁選工藝特點(diǎn)

有效地將鋼渣中的渣鋼、磁選粉、尾渣分離，為鋼渣的再利用奠定了基礎(chǔ)。其中渣鋼含鐵≥60%，作為廢鋼返回到煉鋼原料跨；磁選粉含鐵≈40%，同時(shí)含有大量的CaO，可以作為燒結(jié)的含鐵溶劑，按比例取代燒結(jié)的石灰，提高燒結(jié)礦的含鐵品味；尾渣含鐵一般≤3%，粒度在10mm以下，運(yùn)往鋼渣微粉生產(chǎn)線。

2.鋼渣的主要再利用途徑

2.1 鋼渣水泥

鋼渣水泥是先將石灰石、粘土、砂巖、鋼渣等原料按比例配合后，經(jīng)過粉磨、煅燒制成水泥熟料，然后將水泥熟料與水渣、鋼渣、添加劑等原料按比例配合共同粉磨即形成水泥。在生產(chǎn)熟料和水泥時(shí)均使用了鋼渣，提高了鋼渣的用量，解決了環(huán)境污染和資源短缺問題，為工業(yè)廢渣處理找到了一條有效途徑，具有很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

用鋼渣水泥制成的混凝土具有需水量小，后期強(qiáng)度高，與木質(zhì)素及奈系減水劑適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，并且其抗硫酸鹽侵蝕、抗干燥收縮和抑制堿集料膨脹性能都較好。

2.2 鋼渣超細(xì)粉作摻合料

鋼渣中含有硅酸二鈣，具有一定的膠凝活性和水硬活性，將其經(jīng)過臥式磨機(jī)等設(shè)備制成鋼渣超細(xì)粉可以代替部分水泥，做混凝土摻合料使用。加入鋼渣微粉摻合料的混凝土經(jīng)過“微珠效應(yīng)”的作用，流動(dòng)性、和易性得到很好的改善；同時(shí)由于鋼渣微粉的硬度高，耐磨性好，加入鋼渣的混凝土的耐磨抗壓能力也得到很大提高。

經(jīng)過很多的研究發(fā)現(xiàn)，鋼渣粉與礦渣粉復(fù)合制成雙摻和粉，可以等量取代水泥，可提高混凝土28天強(qiáng)度，改善流動(dòng)性，為鋼鐵渣高效利用提供重要途徑。

2.3 鋼渣磚和鋼渣砌塊

無水泥鋼渣磚與砌塊的制造，其特征在于它是采用鋼渣作拌合劑的滑料，石灰和磨細(xì)礦渣、水作膠合料，在常溫常壓下經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)后制成的鋼渣磚與砌塊，其重量配比為磨細(xì)礦渣：石灰：鋼渣=2：1：3，水灰比為0.57-0.67。免燒磚抗折達(dá)4.51-5.02mpa，抗壓達(dá)38-38.75mpa，體密2.66-2.67g/cm3。

3.結(jié)論

轉(zhuǎn)爐煉鋼過程，是進(jìn)行劇烈的渣鋼反應(yīng)的過程，爐渣中的脫硫劑與鐵水中的硫反應(yīng)，將有害元素清除，反應(yīng)后的鋼渣如果不進(jìn)行處理，不但對污染環(huán)境，也浪費(fèi)的許多資源。這套鋼渣處理工藝適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、磁選精度高、工藝流程順暢、設(shè)備國產(chǎn)化程度高。因此對鋼渣的加工處理是符合國家倡導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)約型生產(chǎn)、可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)文明產(chǎn)業(yè)政策。