一種熱能回收鋼渣處理工藝方法研究

（上海市寶山區(qū)中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 201900）

摘 要：本文針對(duì)鋼渣以及鋼渣余熱的利用問題，提出了一種鋼渣處理方法，文中簡(jiǎn)述了底濾法（OCP）、因巴法（INBA）、拉薩法（RASA）、圖拉法（TYNA）等典型的水淬法工藝，對(duì)風(fēng)淬法、雙內(nèi)冷卻轉(zhuǎn)筒粒化法、Merotec熔漁粒化流化法、機(jī)械粒化法、連鑄連軋法、化學(xué)法等?。糠ㄌ幚砑夹g(shù)的研究進(jìn)展和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)。本文主要研究冷卻方式對(duì)爐渣產(chǎn)品的物相結(jié)構(gòu)及品質(zhì)的影響;建立冷卻速率與爐渣品質(zhì)的關(guān)系;對(duì)熔渣等溫和連續(xù)冷卻結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。并對(duì)旋轉(zhuǎn)杯干法?；郀t熔渣工藝條件的優(yōu)化進(jìn)行探討。同時(shí)建立高爐熔渣旋轉(zhuǎn)?；^程中顆粒成型過程模型，研究高溫高爐熔渣在旋轉(zhuǎn)?；^程的成型機(jī)理;建立渣粒粒徑預(yù)測(cè)模型。

關(guān)鍵詞：高爐渣;佘熱利用;冷卻速率;預(yù)測(cè)模型

1 前言

我國(guó)是目前全球最大的鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)。鋼鐵的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他國(guó)家，已經(jīng)連續(xù)16年保持世界第一。往往每生產(chǎn)1噸生鐵所產(chǎn)生的高溫爐渣為0.3噸，而鋼渣的產(chǎn)生比例為13%。目前，我國(guó)年生產(chǎn)鋼鐵6.83億噸，為此要產(chǎn)生出2.9億噸的鋼鐵渣，與此相伴隨的顯熱，相當(dāng)于1740萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤所產(chǎn)生的熱值。

2 高溫爐渣的處理方法

高爐渣實(shí)際上是鋼鐵生產(chǎn)原材料中沒有揮發(fā)組分形成的物質(zhì)，約占鋼鐵原投入材料的95%[1-3]。這種方法不僅會(huì)污染地下水源，而且在降溫時(shí)會(huì)放出大量的水蒸氣，同時(shí)，在處理過程中會(huì)釋放大量的H2S和SO2氣體，這對(duì)鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備以及大氣環(huán)境均會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此主要應(yīng)用于事故處理中的緊急預(yù)案。

（1）底濾法。底濾法就是在沖制箱內(nèi)先利用多孔噴頭噴射高壓水對(duì)高爐爐渣進(jìn)行水淬?；?，然后進(jìn)入沉渣池。最后集水管會(huì)對(duì)過濾后的沖渣水經(jīng)由泵加壓后送入到冷卻塔進(jìn)行冷卻后重復(fù)使用。在底濾法的應(yīng)用中，濾池總深度較低，而相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備較少，在進(jìn)行相應(yīng)的施工、操作、維修相對(duì)來說都較為便利。底濾的缺點(diǎn)就是所占的面積大，系統(tǒng)的投資也比較大。

（2）拉薩法。1967年，日本福山鋼鐵廠1號(hào)高爐（2004 m3）上首次應(yīng)用拉薩法來進(jìn)行相應(yīng)的高溫爐渣處理。拉薩法由英國(guó)RASA公司和日本鋼管公司共同合作開發(fā)，其具體工藝流程如下：首先，將高爐溶渣引流到?jīng)_制箱，然后通過壓力水進(jìn)行水淬，之后混合而成的渣漿，引流到粗粒分離槽中進(jìn)行濃縮，濃縮渣漿再引流到脫水槽進(jìn)行脫水，分離槽水面的漂浮的微粒渣經(jīng)由溢流口流入中間槽，然后由中間槽泵流到沉淀池，再利用排泥泵送回到脫水槽，與粗粒分離器流入的渣水混合物一起進(jìn)行脫水處理，最后脫水后得到水渣由卡車外運(yùn)。

（3）圖拉法。圖拉法?；に囀怯啥砹_斯圖拉廠發(fā)明，其原理是通過機(jī)械力將熔渣?；娝鋮s產(chǎn)生水渣。圖拉法的特別之處在于，其在渣溝下增加了粒化輪，爐渣落至高速旋轉(zhuǎn)的?；喩?，被機(jī)械破碎、粒化，?；蟮臓t渣顆粒在空中被水冷卻、水淬，最后產(chǎn)生的氣體通過煙囪排出。

（4）因巴法。20世紀(jì)80年代初，比利時(shí)西德瑪（SDIMAR）公司與盧森堡保爾-烏斯（APUL-WURTH）公司共同開發(fā)出因巴法，并于1981年在西德瑪公司投入運(yùn)行。

通過對(duì)上述幾種典型高爐渣處理濕法工藝的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)企業(yè)的技術(shù)實(shí)踐，目前安全性能最高的是圖拉法，而環(huán)保型因巴法盡管在技術(shù)上較為成熟，但投資量相對(duì)較多，在目前我國(guó)環(huán)保高壓政策下，因巴法在企業(yè)實(shí)踐中也得到較多的應(yīng)用。。而傳統(tǒng)的水淬渣方式，盡管較有簡(jiǎn)便，但卻存在一些不足，主要體現(xiàn)在：

1）對(duì)高爐渣所帶來的高品質(zhì)余熱資源有一定的浪費(fèi)。目前我國(guó)高爐排出的液態(tài)高爐渣溫度為1350°C？1450°C，而為了將這些高爐渣冷卻，這時(shí)需要大量的水，而在高溫下，這些液態(tài)水迅速轉(zhuǎn)化成了氣化水蒸氣，在沒有相應(yīng)的回收裝置下，這些氣化水直接排放到空中，這對(duì)高品質(zhì)余熱資源也是一個(gè)很大的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)2.9億噸的年產(chǎn)生高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣的冷卻水中，其浪費(fèi)的顯熱，相當(dāng)于1740萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤;2）對(duì)水資源是一個(gè)很大的浪費(fèi)。目前在水沖渣過程中，水渣比例相當(dāng)，而水壓大于0.2MPa，這樣每噸渣需要消耗新水0.8？1.2噸。由此算來，我國(guó)目前高爐生鐵產(chǎn)量超過6. 8億噸，由此產(chǎn)生的渣和需要消耗的水量均約為2億噸，這在某種程度上提高水資源的承載力，對(duì)水環(huán)境平衡造成了一定的影響。

3 高爐渣余熱回收的重要性

隨著鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的約束指標(biāo)更加嚴(yán)格，同時(shí)降耗空間越來越小、難度越來越大，這就需要將工作重心轉(zhuǎn)移到二次能源的回收利用與能源的高效轉(zhuǎn)換上。

4 本文研究的主要工作

高爐渣余熱回收的關(guān)鍵是熱量回收與品質(zhì)調(diào)控的協(xié)同調(diào)控，當(dāng)前的研究在理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)手段上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)行，但存在很多問題，主要表現(xiàn)在：已有的眾多研究成果多數(shù)都是側(cè)重余熱回收和品質(zhì)調(diào)控中的一個(gè)方面來研究，未將二者統(tǒng)一起來考慮;高爐渣的資源化主要由其礦物組成所決定，這與熔渣冷卻過程中的冷卻過程緊密相關(guān)，而目前的研究缺少爐渣冷卻速率對(duì)爐渣物相結(jié)構(gòu)及品質(zhì)的演變機(jī)理的系統(tǒng)研究;余熱回收途徑的延吉主要集中在物理法，對(duì)于化學(xué)法回收余熱的方法研究相對(duì)較為匱乏。

本論文以鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排為背景，以能量轉(zhuǎn)化與傳遞為主線，以余熱回收和品質(zhì)調(diào)控為目標(biāo)，為鋼鐵工業(yè)高效回收高爐熔渣余熱技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)支撐。

旋轉(zhuǎn)杯干法?；郀t熔渣工藝條件的優(yōu)化。旋轉(zhuǎn)杯?；b置的優(yōu)化設(shè)計(jì);研究轉(zhuǎn)杯開孔孔徑、轉(zhuǎn)速等工藝條件對(duì)粒化渣粒平均粒徑、粒度分布、顆粒均勻程度和非晶品質(zhì)等的影響;得到實(shí)驗(yàn)裝置條件下最佳的?；瘲l件。

通過以上研究達(dá)到如下目標(biāo)：弄清高爐渣冷卻過程冷卻速度與產(chǎn)品物相結(jié)構(gòu)及品質(zhì)二者之間的相互關(guān)系，優(yōu)化高爐渣余熱回收和品質(zhì)調(diào)控的工藝技術(shù)，為高爐渣資源最大限度綜合利用的工業(yè)化實(shí)現(xiàn)提供理論和技術(shù)支撐，這對(duì)于冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)有顯著推進(jìn)作用。

5 總結(jié)

本文提出一種在高爐渣余熱回收中充分將余熱回收和品質(zhì)調(diào)控相結(jié)合的方法，克服了傳統(tǒng)過程中單一因素考慮的弊端，為高爐渣余熱回收提供了新的方向。文中充分研究了爐渣冷卻速率對(duì)爐渣物相結(jié)構(gòu)及品質(zhì)的演變機(jī)理，為高效回收高爐渣顯熱與爐渣品質(zhì)調(diào)控的協(xié)同機(jī)制提供了方向，同時(shí)提出建立高爐熔渣旋轉(zhuǎn)?；^程中顆粒成型過程模型，研究高溫高爐熔渣在旋轉(zhuǎn)?；^程的成型機(jī)理;建立渣粒粒徑預(yù)測(cè)模型。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡俊鴿.國(guó)內(nèi)外高爐渣綜合利用技術(shù)的發(fā)展及對(duì)鞍姻的建議[J].鞍鋼技術(shù)，2003（03）：8-11.

[2]張朝暉，莫濤.高爐渣綜合利用技術(shù)的發(fā)展[J].中國(guó)資源綜合利用，2006，24（05）：12-15.