鋼渣熱悶技術的應用論述

文 / 北京瀚川鑫冶工程技術有限公司　張建國

鋼渣熱悶技術的應用論述

Discussion on applications of stuffy hot slag technology

文 / 北京瀚川鑫冶工程技術有限公司張建國

本文簡要介紹了鋼渣熱悶技術原理、工藝及熱悶后加工所得產(chǎn)品的利用情況；生產(chǎn)實踐表明，鋼渣熱悶技術可以充分回收鋼渣中的殘鋼，提高鋼渣再利用率。

鋼渣 再利用 熱悶技術

鋼渣是煉鋼生產(chǎn)的副產(chǎn)品，我國鋼產(chǎn)量居世界第一，而鋼渣的產(chǎn)生量也隨之增加，但是我國鋼渣的綜合利用率為48.7%左右，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的鋼渣沒有充分利用，形成鋼渣堆置，占用土地、污染環(huán)境、浪費二次資源，不但嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，也給鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)。為此，加快鋼渣處理技術的研究，實現(xiàn)鋼渣“零排放”成為目前鋼鐵企業(yè)一項緊迫的任務。

國內(nèi)外鋼渣處理技術主要有冷棄法、熱潑法、熱悶法、淺盤法、水淬法、風淬法、滾筒法、粒化法。由于煉鋼過程中為脫硫、脫磷，常加入石灰、白云石等高鈣、高鎂材料作造渣劑，采用濺渣護爐技術也增加了鎂質材料，導致渣粘度的進一步提高，流動性變差，處理難度增加。這些技術中只有熱悶技術不受渣的流動性限制，能充分回收鋼渣中的殘鋼、并保證鋼渣的質量，是目前最先進的鋼渣處理技術。

一、鋼渣熱悶技術

1.鋼渣熱悶技術原理

鋼渣熱悶技術原理是通過提供反應條件，使導致鋼渣膨脹的不穩(wěn)定因素游離氧化鈣(f—CaO)、游離氧化鎂(f—MgO)和C3S通過各自反應，生成穩(wěn)定產(chǎn)物。鋼渣膨脹機理主要有以下兩種情形：

(1)鋼渣中氧化鈣和氧化鎂不能和二氧化硅等充分反應，形成了f—CaO和f—MgO，這兩種物質不穩(wěn)定，遇水即發(fā)生下列反應：

①和② 反應過程中，鋼渣體積分別膨脹97.8%和148%。

(2)渣中C3S冷卻到某溫度下分解，反應式如下：

式 ③ 反應過程中，鋼渣體積也發(fā)生膨脹。通過提高余熱自解裝置內(nèi)的蒸汽壓力，可加快消解速率，縮短處理周期，處理后的鋼、渣分離效果好。

2.生產(chǎn)工藝

鋼渣熱悶工藝流程主要包括鋼渣熱悶處理系統(tǒng)、熱悶渣排汽系統(tǒng)、干渣熱潑系統(tǒng)、鋼渣篩分一輸送一儲存系統(tǒng)、變電供電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和噴水除塵系統(tǒng)。圖-1為國內(nèi)某廠轉爐鋼渣熱悶處理工藝流程。

圖-1 轉爐鋼渣熱悶處理工藝流程

由圖-l可知，鋼渣熱悶工藝過程為，轉爐車間出渣后，熱熔鋼渣由行車運至渣處理工位，倒入熱悶裝置中，移動式排蒸汽罩移動到熱悶裝置上，開始打水冷卻直到熱悶裝置表面凝固為止。打水產(chǎn)生的蒸汽通過排蒸汽罩有組織排放后，排汽罩移走，用挖掘機松動鋼渣，保證裝置內(nèi)鋼渣表面無積水。進行第二次倒渣(重復上一次過程)，在倒完8罐渣后，蓋上熱悶裝置蓋，開始噴水霧。噴水一定時間，停止噴水，熱悶，再噴水，如此反復進行到14小時后開蓋，用挖掘機將渣挖出送人孔徑為200mm的振動給料篩。大于孔徑的鋼渣落入渣鋼槽，經(jīng)裝載機裝渣、液壓錘擊破、電磁吸盤選鐵后，小于200mm的運至鋼渣加工車間。而小于振動給料篩孔徑的鋼渣經(jīng)振動給料篩落入倉下的1號膠帶輸送機，再經(jīng)中轉的2號、3號膠帶輸送機輸送到中間倉由汽車運到破碎、篩分、磁選加工生產(chǎn)線。

3.熱悶后鋼渣的主要性能指標

連續(xù)做3次實驗以檢驗熱悶后鋼渣的主要性能指標。實驗條件為260t 轉爐，33min出一次渣，平均每個渣罐裝渣量為30t，4.8h出8罐鋼渣，裝入一個熱悶裝置內(nèi)處理。裝渣完畢后熱悶，悶渣14h后挖掘機出渣，出渣時間3h，清渣時間1.3h，一個工作周期為23h。對熱悶后的鋼渣取樣進行粒度分析、浸水膨脹率檢測及溫度測定。表1為國內(nèi)某廠熱悶后的鋼渣檢驗結果。

由表l可知，3項主要指標均達到目標要求。表明該工藝、設備設計合理，滿足產(chǎn)品性能和質量的要求。

表-1　熱悶后鋼渣的主要性能指標

4.工藝技術特點

鋼渣熱悶技術的特點如下：

(1)鋼、渣分離效果好，含鐵品位較高的大粒徑渣鋼可直接返回煉鋼使用。

(2)粉化率高，粒度小于20mm的鋼渣占60%以上，易磨，省去了鋼渣熱潑工藝的多級破碎設備，也提高了應用于建材行業(yè)的粉磨效率。

(3)鋼渣穩(wěn)定性好，經(jīng)熱悶處理后的鋼渣可充分消解f—CaO和f—MgO，消除了鋼渣的不穩(wěn)定因素。

(4)機械化程度較高，勞動強度低。

(5)由于采用濕法處理鋼渣，環(huán)境污染少。

圖-2　某鋼廠鋼渣處理車間

二、熱悶后鋼渣的加工及利用

1.熱悶后鋼渣的加工

鋼渣加工主要包括破碎、篩分、磁選等工藝。國內(nèi)某廠鋼渣熱悶后的加工工藝流程見圖-3所示。

料倉中的鋼渣通過振動給料機由膠帶輸送機輸送至孔徑為50mm的l號振動篩。在膠帶輸送機上設有電磁自卸除鐵器，將0~200mm的大塊渣鋼吸出暫落至渣鋼槽中。

1號振動篩篩下的物料通過膠帶輸送機送至孔徑為10mm的2號振動篩，篩上物料進入1號液壓顎式破碎機，破碎機的出料口大小為80mm，經(jīng)破碎機破碎后的物料通過電磁自卸除鐵器將0~80mm的渣鋼選出并落入渣鋼槽中。

圖-3　鋼渣熱悶后的加工工藝流程

0~80mm的鋼渣經(jīng)過膠帶輸送機進入2號液壓顎式破碎機，該破碎機的出料口大小為50mm。經(jīng)破碎機破碎后的0~50mm鋼渣經(jīng)過膠帶輸送機返回2號振動篩。

2號振動篩篩下的物料經(jīng)膠帶輸送機送至雙輥磁選機，選出0~10mm的磁選粉直接進入磁選粉庫，0~10 mm的尾渣通過膠帶輸送機進入尾渣庫。2號振動篩篩上10~50mm的物料經(jīng)膠帶輸送機送至單輥磁選機，選出l0~50的渣鋼進入渣鋼庫，10~50mm尾渣經(jīng)膠帶輸送機進入尾渣庫。

2.產(chǎn)品利用

表2為某廠鋼渣熱悶加工后的產(chǎn)品利用情況。由表2可知，鋼渣經(jīng)熱悶工藝處理及加工后，鋼渣中的廢鋼全部回收，渣鋼可返回煉鋼，磁選粉可供燒結配料，尾渣按不同粒級入庫儲放，可用作筑路材料或生產(chǎn)鋼渣粉，實現(xiàn)了鋼渣高價值資源化利用。

表-2　鋼渣熱悶加工后產(chǎn)品的再利用情況

三、鋼渣再利用效果

鋼渣熱悶技術在國內(nèi)上鋼五廠、上鋼三廠、湖南漣源鋼廠等鋼鐵企業(yè)已經(jīng)應用。近幾年經(jīng)過技術創(chuàng)新又在本溪北營鋼鐵公司46萬t/a的鋼渣處理生產(chǎn)線、太鋼90萬t/a鋼渣處理生產(chǎn)線、天津天鐵集團公司60萬 t/a鋼渣處理生產(chǎn)線以及韶關鋼鐵公司50萬t/a鋼渣處理生產(chǎn)線上應用。

該工藝具有適應性強、安全可靠的特點。應用效果如下：

1、廢鋼回收利用

采用鋼渣熱悶技術后，至少多回收5%的金屬鐵。如年產(chǎn)80萬t的鋼渣企業(yè)，每年從鋼渣中可多回收4萬t金屬鐵。每噸廢鋼以1000元計算，總價值約4000萬元。

2、鋼渣的利用

鋼渣含有氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、氧化鐵、氧化硅等化學成分，在高溫下生成硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵鋁酸鈣、橄欖石等礦物，是水泥和建筑材料的優(yōu)良原料。水泥工業(yè)對礦產(chǎn)資源依賴性很強，lt水泥要消耗1.1t石灰石和0.18t粘土質原料。我國已探明石灰石礦儲量約450億t，冶金、建材、輕工、醫(yī)藥以及發(fā)電廠煙氣脫硫都需要大量石灰石，用于水泥生產(chǎn)的石灰石可采儲量僅約250億t。

3、節(jié)能減排

水泥的主要原料是石灰石。高溫煅燒熟料，在煅燒時石灰石分解，有44%的CO2排放到大氣中，燃料燃燒也放出CO2。每生產(chǎn)1t水泥會產(chǎn)生0．815tCO2。鋼渣中的CaO是以硅酸鈣的形態(tài)存在，生產(chǎn)鋼鐵渣粉不需高溫煅燒，因此沒有CO2放出。每噸鋼鐵渣粉與水泥相比可節(jié)約煤25kg，節(jié)電30kW?h，少排C02氣體0.815t。

三、結束語

鋼渣熱悶技術能夠充分消解鋼渣中的不穩(wěn)定因素，達到渣、鐵充分分離。熱悶處理后的鋼渣經(jīng)加工，渣鋼可返回煉鋼，磁選粉可供燒結配料，尾渣按不同粒級入庫儲放，可用作筑路材料或生產(chǎn)鋼渣粉，實現(xiàn)了鋼渣的高價值利用。

［1］舒型武.鋼渣特性及其綜合利用技術［J］。有色冶金設計與研究，2007，28（5）：3l-34.

［2］趙費軾等.德國冶金渣及其綜合利用情況［J］.硅酸鹽通報，2006，25（6）：165-170.

［3］李丙明.低堿度鋼渣配制復合膠凝材料研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2009.

［11］甘萬貴.武鋼鋼渣用作瀝青混凝土集料研究［J］.武鋼技術，2006，44（5）：55-58.