轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

李澤平

摘要：為解決鋼渣噴水冷卻存在的揚(yáng)塵污染嚴(yán)重、粉碎難等問題， 設(shè)計(jì)開發(fā)了利用鋼渣余熱的燜渣技術(shù)。 依據(jù)產(chǎn)渣量設(shè)計(jì)了燜渣坑個數(shù)、裝渣量、燜渣時(shí)間等基本參數(shù)。 通過對轉(zhuǎn)爐渣冷卻時(shí)間、燜渣水壓力和燜渣水流量等工藝參數(shù)的探索與優(yōu)化， 實(shí)現(xiàn)了全部鋼渣的粉化。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐鋼渣；熱燜；應(yīng)用

鋼渣是煉鋼生產(chǎn)過程中排出的廢渣，其產(chǎn)出量約為粗鋼產(chǎn)量的10%～15%。2014年我國鋼渣產(chǎn)生量約1億t，目前全國未利用的鋼渣累積堆存量達(dá)3億t。而我國對鋼渣的實(shí)際綜合利用率僅為10%左右，遠(yuǎn)低于西方發(fā)達(dá)國家。大量未被充分、高價(jià)值資源化利用的鋼渣，不僅浪費(fèi)資源，也會造成環(huán)境污染。

鋼渣的礦物組成主要是硅酸三鈣（ C3S）、硅酸二鈣（ C2S）、RO相（ CaO、MgO和FeO 組成的固溶體）等，是潛在的膠凝材料。但與水泥熟料相比，鋼渣存在膠凝成分較少、膠凝活性低、易磨性能差、完全水化時(shí)間長、體積穩(wěn)定性差等缺陷，嚴(yán)重制約了其高價(jià)值資源化利用。因此，必須對鋼渣進(jìn)行預(yù)處理，使鋼渣盡量粉化，實(shí)現(xiàn)鐵渣分離以盡可能多地回收金屬料，同時(shí)激發(fā)鋼渣的活性并降低尾渣中的游離氧化鈣含量，提高尾渣綜合利用率。

目前，國內(nèi)鋼渣處理方法比較多。各鋼鐵企業(yè)一般都是根據(jù)自身煉鋼設(shè)備、鋼渣性能、現(xiàn)場條件和鋼渣利用需求等實(shí)際情況選取不同的鋼渣處理方法。但近幾年新建的鋼渣處理生產(chǎn)線多數(shù)采用熱燜法。

1. 工藝流程

熔融鋼渣余熱熱燜自解技術(shù)的工藝流程如下：

1） 傾倒熔融鋼渣。渣罐傾翻橋式吊車將800～1600℃的熔融鋼渣傾倒在鋼渣熱燜池中。

2） 挖掘機(jī)翻渣-破碎。對鋼渣熱燜池內(nèi)的熔融鋼渣交替進(jìn)行表面噴水冷卻，挖掘機(jī)扒齒翻渣，并使用破碎錘進(jìn)行敲擊破碎，使鋼渣溫度降至200～800℃且粒度下降至300mm以下。

3） 裝渣。逐罐噴水-翻渣-破碎，至熱燜池排氣口下50mm時(shí)，完成裝渣。

4） 消解。蓋上熱燜池蓋，采用自動噴水裝置向熱燜池內(nèi)的塊狀鋼渣表面噴水產(chǎn)生蒸汽，且在交變的蒸汽壓力下消解鋼渣中游離氧化鈣（f-CaO）和游離氧化鎂（f-MgO），使鋼渣自解粉化。

5） 出渣。等熱燜罐內(nèi)溫度低于60℃時(shí)，停止噴水霧，打開熱燜蓋出渣。

6） 篩分。利用振動篩分選，去除熱燜后鋼渣中粒徑200mm的大塊廢鋼。

7） 除去渣鋼。利用安裝在皮帶機(jī)上的除鐵器去除熱燜后鋼渣中的渣鋼，供給煉鋼使用。

8） 磁選。利用滾筒式磁選機(jī)選出粒徑<10mm，TFe>40%的磁選粉供給燒結(jié)使用。

9） 尾渣堆存。將最后所剩的尾渣轉(zhuǎn)運(yùn)堆存在尾渣堆場進(jìn)行外銷、配比燒結(jié)熔劑、制作鋼渣脫硫劑或后續(xù)再加工。

2 基本原理

由前期研究得出： 鋼渣在熱燜過程中發(fā)生物理變化和化學(xué)變化，鋼渣在冷卻收縮應(yīng)力、相變應(yīng)力和化學(xué)反應(yīng)膨脹應(yīng)力共同作用下發(fā)生碎裂粉化，實(shí)現(xiàn)渣鋼分離和降低游離氧化鈣。

2.1 物理變化

高溫鋼渣遇水發(fā)生急速冷卻時(shí)，因鋼與渣的膨脹系數(shù)不同，鋼渣不同部位產(chǎn)生不均勻收縮，致使鋼渣開裂。另外，當(dāng)溫度冷卻至525℃時(shí)，鋼渣中的硅酸二鈣（ C2S）由β-C2S轉(zhuǎn)變?yōu)棣?C2S，這一過程導(dǎo)致鋼渣體積膨脹10%，引起鋼渣進(jìn)一步粉化。

2.2 化學(xué)變化

鋼渣中少量的f-CaO（1%～7%）和MgO（1%～10%）遇水會發(fā)生水解反應(yīng)，出現(xiàn)不同程度的體積膨脹，在熱燜罐內(nèi)高溫、高壓條件下實(shí)現(xiàn)鋼渣的快速消解粉化，消除鋼渣的不穩(wěn)定性。具體反應(yīng)為：

f-CaO+H2O→Ca（OH）2（體積膨脹 98%）（1）

f-MgO+H2O→Mg（OH）2（體積膨脹 148%）（2）

另外，當(dāng)鋼渣中的硅酸三鈣（C3S）冷卻到1250℃以下時(shí)，發(fā)生分解反應(yīng)生成硅酸二鈣（C2S）和游離氧化鈣（f-CaO），反應(yīng)式為

C3S→C2S+f-CaO（3）

在式（3）的反應(yīng)過程中，鋼渣體積會發(fā)生膨脹，同時(shí)反應(yīng)生成的游離氧化鈣遇水又會發(fā)生如式（1）的膨脹反應(yīng)。根據(jù)滲透理論，傳質(zhì)系數(shù)隨水蒸汽分壓的增大而增大。因此，在鋼渣熱燜過程中，熱燜罐內(nèi)水蒸汽濃度越大，水化反應(yīng)時(shí)間越短。鋼渣有壓熱燜自解技術(shù)利用熱燜罐內(nèi)的鋼渣余熱， 噴水產(chǎn)生過飽和蒸汽進(jìn)行熱燜，可使鋼渣中的f-CaO和f-MgO快速充分消解。

3技術(shù)特點(diǎn)

主要技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面：

1） 實(shí)現(xiàn)鋼渣即產(chǎn)即消處理，流程短，效率高；

2） 適應(yīng)性強(qiáng)，對鋼渣的流動性和初始溫度沒有嚴(yán)格要求；

3） 可通過調(diào)整熱燜過程中的溫度、壓力等工藝參數(shù)，控制處理后鋼渣中的f-CaO含量，以滿足鋼渣資源化利用的不同需求；

4） 熱燜時(shí)間短，一般在10～12h，比其他方法處理時(shí)間大幅縮短，可以滿足現(xiàn)代大中型轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)快速排渣的要求；

5） 尾渣穩(wěn)定性較好，其水硬性礦物的活性未降低，有利于尾渣的高價(jià)值資源化利用；

6） 鋼渣破碎、粉化徹底。理后的鋼渣中粒度<10 mm的占比在60% 以上；

7） 處理后的鋼渣含鐵量低，鋼渣在后續(xù)粉磨加工時(shí)功耗較低；

8） 整個處理過程可實(shí)現(xiàn)自動化和連續(xù)化，有利于實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)和降低工人勞動強(qiáng)度；

9） 處理過程環(huán)保節(jié)能，利用鋼渣余熱和在密閉空間熱燜，利于清潔生產(chǎn)。

4應(yīng)用效果

1）采用燜渣處理，鋼渣處理周期由原來的30 h縮短到目前的不足15h，消除了原來渣跨堆積大量渣山的情況；鋼渣熱燜后含有10%～15%水分，現(xiàn)場二次揚(yáng)塵的現(xiàn)象得到杜絕。渣處理場地空氣平均含塵量由原來的10 mg/m3降低到4 mg/m3，較好地改善了環(huán)境。endprint

2）采用燜渣處理后的鋼渣，粒度<20 mm的量占60%～80%，與原來的鋼渣熱潑工藝相比，省去了后續(xù)深處理的多級破碎設(shè)備，同時(shí)噸渣節(jié)電約5kW·h，噸鋼成本降低0.36元。

3）鋼渣分離效果好，大粒級的鋼渣鐵品位高，金屬回收率由原來的94%提高到95%；尾渣中金屬含量<2%，減少了金屬資源的浪費(fèi)。

4）鋼渣熱燜處理使尾渣中的游離CaO和游離MgO充分消解，消除鋼渣不穩(wěn)定因素，使鋼渣用于建材和道路工程安全可靠，尾渣的利用率達(dá)100%。

5）粉化鋼渣中水硬性礦物硅酸二鈣、硅酸三鈣的溶性不降低，保證了鋼渣質(zhì)量。

6）鋼渣熱燜處理使用來自于其他工序產(chǎn)生的污水，不需要新水補(bǔ)充，節(jié)約水資源，同時(shí)減少了廢水排放對環(huán)境的污染。

將進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，消除熱燜生產(chǎn)工藝中存在的安全隱患，并研究進(jìn)一步提高鋼渣處理工序的自動化水平。

5總結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)鋼渣“零”排放，采用目前最先進(jìn)、渣利用率最高的鋼渣熱燜工藝，可以有效減少生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐渣處理的干凈整潔，實(shí)現(xiàn)國家節(jié)能減排目標(biāo)及可持續(xù)發(fā)展，也符合企業(yè)的當(dāng)前實(shí)際情況，還可以充分回收鋼渣中的含鐵物料，降低煉鋼成本，后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)及綜合利用價(jià)值較高，在回收鐵鋼的同時(shí)，更重要是尾渣的綜合利用，尾渣粉可用來生產(chǎn)鋼渣超細(xì)粉、鋼渣磚，也可用于水泥廠配料，不存在鋼渣膨脹開裂及穩(wěn)定性的問題，不僅提高了企業(yè)的效益，更重要的是保護(hù)了環(huán)境和生態(tài)，將取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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