鋼渣熱態(tài)改質(zhì)技術(shù)在電爐中的應(yīng)用

盧翔，李宇，馬帥，蒼大強(qiáng)

（1.北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083）

鋼渣熱態(tài)改質(zhì)技術(shù)在電爐中的應(yīng)用

盧翔1,2，李宇1,2，馬帥1,2，蒼大強(qiáng)1,2

（1.北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083）

采用熱態(tài)改質(zhì)的方法，在電爐渣排放源頭對(duì)其進(jìn)行改質(zhì)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，原渣堿度降低后，改質(zhì)渣的上磁率得到顯著提高，促進(jìn)了其鐵質(zhì)組分的回收；同時(shí)，磁選后尾渣中游離氧化鈣的含量也降低，滿足鋼渣應(yīng)用在水泥混凝土行業(yè)的國(guó)標(biāo)要求。

改質(zhì)；電爐渣；堿度；鐵回收

近年來(lái)，隨著電爐煉鋼的工藝得到推廣，其粗鋼產(chǎn)量逐年增加，而電爐渣的排放量也呈現(xiàn)逐年攀升的趨勢(shì)[1]。目前，電爐鋼渣的處理工藝為：熔渣熱燜之后，熱燜渣經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單篩選，回收其中的大塊鐵，其余部分作為廢渣堆積[2]。該工藝在電爐渣資源化利用過(guò)程中存在以下三個(gè)問(wèn)題：①熔融電爐渣蘊(yùn)藏的巨大熱量未被有效利用，導(dǎo)致其熱量白白浪費(fèi)；②鐵質(zhì)組分回收效果不理想，電爐渣的全鐵含量為30%左右，其中鐵質(zhì)組分主要以RO相（以FeO為主，固溶少量MgO）為主，磁性弱，難以被磁選；③大量尾渣堆積，導(dǎo)致大量土地被侵占，同時(shí)其中的重金屬容易浸出，污染土地[3-6]。

針對(duì)以上問(wèn)題，在電爐排渣源頭對(duì)熔渣進(jìn)行改質(zhì)，充分利用熔渣顯熱，降低鋼渣的堿度（CaO/SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值），使得其中的RO相轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，同時(shí)降低磁選尾渣中的游離氧化鈣（f-CaO），提高尾渣在水泥混凝土行業(yè)中的利用，從而達(dá)到電爐熔渣“渣”與“熱”雙利用的目的，大大提高其附加值。

1 熱態(tài)改質(zhì)方式

在山東萊蕪某鋼廠對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼渣進(jìn)行改質(zhì)，其改質(zhì)過(guò)程為：將配好的改質(zhì)劑裝袋，鋪于渣罐底部，轉(zhuǎn)爐熔渣傾倒入渣罐后，在轉(zhuǎn)爐渣頂部添加保溫劑，運(yùn)輸?shù)綘F渣車間，進(jìn)行翻罐，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有部分改質(zhì)劑未參與反應(yīng)，說(shuō)明在轉(zhuǎn)爐排渣源頭進(jìn)行改質(zhì)難度較大。相反，對(duì)電爐鋼渣進(jìn)行改質(zhì)，發(fā)現(xiàn)改質(zhì)劑與熔渣充分混合，改質(zhì)效果較好。

電爐渣的改質(zhì)效果之所以優(yōu)于轉(zhuǎn)爐渣，主要是由于其排渣工藝的不同：①電爐渣的排渣溫度高，約為1 700℃，含有高品質(zhì)熔融顯熱，而轉(zhuǎn)爐渣在排放之前需要進(jìn)行濺渣護(hù)爐操作，所排放的熔渣溫度約1 500℃，熔融顯熱含量低；②電爐渣的排放過(guò)程屬于連續(xù)性排渣，熔渣與改質(zhì)劑可進(jìn)行充分反應(yīng)混合，而轉(zhuǎn)爐渣排放屬于間歇性排渣，熔渣與改質(zhì)劑不能夠充分混合；③熔渣流股與改質(zhì)劑流股同時(shí)排放，通過(guò)從電爐平臺(tái)到渣罐的重力沖擊作用，使得熔渣與改質(zhì)劑混合得更加均勻，而轉(zhuǎn)爐渣是傾倒式排渣，改質(zhì)劑與熔渣混合時(shí)間短，熔渣與改質(zhì)劑難以均勻混合。

2 熱態(tài)改質(zhì)試驗(yàn)

以電爐渣為改質(zhì)對(duì)象，河沙與煤矸石為改質(zhì)劑，其化學(xué)組成如表1所示。在電爐排渣源頭進(jìn)行改質(zhì)，將其堿度調(diào)節(jié)為1.3與1.7，改質(zhì)劑配方見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)原料的主要化學(xué)組成(wt%)

表2 改質(zhì)劑配方

將配好的改質(zhì)劑運(yùn)到電爐現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)行車將改質(zhì)劑加入到料倉(cāng)，在電爐開(kāi)始排渣的同時(shí)，打開(kāi)改質(zhì)料倉(cāng)，改質(zhì)劑通過(guò)螺旋輸送機(jī)加入到渣罐中，改質(zhì)劑與熔渣在渣罐中進(jìn)行充分混合，如圖1所示。

圖1 電爐渣改質(zhì)示意圖

3 結(jié)果與分析

將冷卻之后的改質(zhì)鋼渣與原渣分別進(jìn)行磁選，其磁選結(jié)果見(jiàn)表3，其中上磁率為磁選料與總量比值的百分比。如表3所示，在源頭對(duì)電爐熔渣改質(zhì)后，當(dāng)原渣堿度得到降低，其上磁率從原來(lái)的30.6%分別增加到74.04%與62.5%，說(shuō)明當(dāng)電爐渣堿度降低后，其鐵磁性物質(zhì)增多，有利于鐵質(zhì)組分的提高。

表3 原渣與改質(zhì)渣的磁選結(jié)果

鋼渣中游離氧化鈣含量過(guò)高是限制鋼渣應(yīng)用于水泥或混凝土的原因之一，對(duì)原渣與改質(zhì)鋼渣的進(jìn)行化學(xué)分析，其結(jié)果見(jiàn)表4。如表4所示，原渣的堿度為2.4，其游離氧化鈣的含量為5.14%，通過(guò)熱態(tài)改質(zhì)后所得的鋼渣1與2的堿度分別為1.49與1.76，其游離氧化鈣含量分別為0.42%與1.02%，完全滿足鋼渣用作水泥混合材國(guó)標(biāo)對(duì)游離氧化鈣含量小于3%的要求，因此能夠很好應(yīng)用于水泥、混凝土等領(lǐng)域。然而，由于電爐渣排量與化學(xué)組成的波動(dòng)，使得改質(zhì)渣的堿度與目標(biāo)有差異，這說(shuō)明在源頭對(duì)電爐渣進(jìn)行改質(zhì)試驗(yàn)的重復(fù)性較差。

表4 原渣與改質(zhì)渣的化學(xué)組成(wt%)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在源頭對(duì)電爐渣進(jìn)行改質(zhì)，降低其堿度，當(dāng)原渣的堿度從2.4分別降低到1.49與1.76時(shí)，其上磁率分別從30.6%增加到74.04%與62.5%，而其f-CaO分別從5.14%降低到0.42%與1.06%，從而提高電爐渣的鐵回收率與尾渣的利用率，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

[1]何立波.煉鋼電爐余熱發(fā)電技術(shù)[J].工業(yè)爐,2013（2）：16-17,39.

[2]吳龍，郝以黨，張凱，等.熔融鋼渣資源高效化利用探索試驗(yàn)[J].環(huán)境工程，2015（12）：147-150.

[3]黃世爍，郭敏，張梅.酸性氧化物對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼渣的改性作用[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2015（11）：38-42.

[4]李建新，余其俊，韋江雄.鋼渣高溫重構(gòu)中RO相的轉(zhuǎn)變規(guī)律[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2012（5）：19-24.

[5]張亮亮，田廣銀，蒲克元，等.鋼渣改性研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程, 2015（12）：151-154.

[6]張作順，連芳，廖洪強(qiáng)，等.利用鐵尾礦高溫改性鋼渣的性能[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（12）：1379-1384.

App lication ofM olten Slag M odification Technology in Electric Arc Furnace

LU Xiang1,2,LIYu1,2,MA Shuai1,2,CANGDaqiang1,2
（1.State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China；2.College ofMetallurgy and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China）

Technology ofmolten slagmodification was utilized at the beginning of taping slag in electric arc furnace.The results indicated that recovery of iron components was improved by magnetic separation significantly with decrease of basicity of the slag.Meanwhile,free-CaO content of tailings aftermagnetic separation reduced with the decrease,which was satisfied to national standards of application of steel slag in cementand concrete industry.

modification;electric arc furnace slag;basicity;recovery of iron

TQ175.1

A

1001-6988（2016）05-0023-02

2016-07-06

盧翔（1987—），男，博士研究生，研究方向?yàn)殇撛Y源化利用.