中冶東方　樊　君

 

酒鋼集團榆中鋼鐵公司是酒鋼集團在新形勢下打造的一條精品生產(chǎn)線，中冶東方控股有限公司結合酒鋼榆鋼工程設計與生產(chǎn)實踐，在轉爐鋼渣處理及綜合利用工藝路線上做了大量深入的研究工作，建成了轉爐鋼渣熱燜處理及后續(xù)短流程高效磁選—粒鐵回收生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線完全符合國家大力推廣的鋼渣“零排放”技術，并且具有適應能力強，運行安全可靠、鋼渣粉化效果好、渣鐵分離程度高、金屬回收率高等特點，為我國“十二五”鋼渣“零排放”100%資源化利用及鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排起到積極推進作用。

1. 技術研發(fā)背景及優(yōu)勢

1.1 技術研發(fā)背景及鋼渣利用存在問題

轉爐鋼渣是轉爐冶煉過程中的產(chǎn)物，是一種很好的“二次資源”，占鋼產(chǎn)量的10%左右。隨著鋼鐵工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，鋼鐵企業(yè)環(huán)境保護和降低成本越來越受到關注，鋼渣的處理和開發(fā)利用已被推向了我國鋼鐵工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的風口浪尖，為了能夠達到鋼渣的產(chǎn)用平衡，通過近幾十年的引進、消化吸收國外技術及不斷的自主研發(fā)，使國內技術裝備水平有了很大提高，有力的推動了鋼渣“零排放”工作進程。 鋼渣綜合利用的途徑主要包括：冶金、建材、農業(yè)等領域，但由于各種條件的限制，鋼渣的綜合利用一直以來存在一些技術上的難題。鋼渣利用的主要難點在于爐渣的堿度過高，渣中含有大量的自由氧化鈣（f-CaO）和氧化鎂f-MgO），使鋼渣體積不穩(wěn)定，不宜作為水泥、建材和工程回填材料；鋼渣在鋼鐵企業(yè)內部循環(huán)使用是一種理想的方法，作燒結熔劑和高爐煉鐵熔劑雖有積極的報道，但仍存在磷在鐵水中富集的問題，從工藝全盤考慮不一定合理，所以一直存在爭議；鋼渣農業(yè)應用也只是作為肥料和土壤改良劑，試驗周期長，產(chǎn)品成本高，受到限制。

1.2 鋼渣熱燜處理工藝的技術優(yōu)勢

鋼渣的利用從宏觀上講主要解決兩個方面的問題：液態(tài)鋼渣的處理技術和鋼渣后續(xù)破碎加工工藝。鋼渣的前期處理很重要，它主要解決鋼渣作為一種資源的穩(wěn)定性問題。目前轉爐鋼渣的初步處理方法較多，熱燜法因其具有獨特的技術優(yōu)勢迅速得到了應用和推廣。熱燜法就是利用鋼渣余熱，在有蓋容器內加入冷水后使其成為蒸汽，使鋼渣得到消解，通過膨脹冷縮達到渣鐵分離。與冷棄法、熱潑法、淺盤法、水淬法、風淬法、滾筒法等工藝相比，熱燜法可以最大限度的消除鋼渣中游離態(tài)的f-CaO和f-MgO，且冷強度高，穩(wěn)定性好，故其綜合利用價值高。處理后的鋼渣，性能穩(wěn)定，消除游離態(tài)CaO對鋼渣性能的影響，可作為鋼渣微粉、鋼渣磚等的原料。

鋼渣熱燜處理技術的優(yōu)勢可以概括為以下幾點：（1）鋼渣粉化效果較好，殘鋼與渣分離好，易于回收金屬料；（2）游離氧化鈣含量比較低，鋼渣膨脹性小，性質穩(wěn)定，有利于尾渣的綜合利用；3）機械化程度高，勞動強度低；（4）粉塵少，蒸汽可以回收，環(huán)境污染??；（5）運行費用適中，噸渣為25元左右。（6）適應性強，對不同流動性的鋼渣均適用，可實現(xiàn)100%的處理率。

2. 榆鋼熱燜處理工藝技術創(chuàng)新

2.1熱燜工藝

酒鋼榆中鋼鐵熱燜渣處理工藝流程為：

采用熱態(tài)鋼渣（約1550℃）直接入坑的方式，鋼渣入坑前在坑底鋪400mm左右的鋪底層，鋪底層由粒度范圍在50~300mm的鋼渣構成。裝入量為熱燜渣坑容積的70%左右，使熱燜坑中部呈凹狀，中部鋼渣略低于四周。熱燜渣坑尺寸為：8mG5mG5m（長G寬G高），則一個燜坑裝入渣量約為：1.9G200G70%=266t（取鋼渣密度r=1.9t/m3）；每個渣罐的容積為16m3，裝鋼渣約30t，兩個爐次裝一罐。表1列出了該熱燜工藝的具體參數(shù)。

表1  熱燜工藝參數(shù)表

熱燜坑尺寸m	裝入量 t	打水量 t	水渣比 t水/t渣	蒸汽壓力 kPa	處理時間min 蓋蓋前      蓋蓋后
8G5G5	266	288	1.08（288/266）	3.0～5.0	360	720

2.2優(yōu)化的噴水工藝制度

鋼渣熱燜處理工藝技術中核心部分是消解粉化鋼渣的噴水工藝制度，噴水量和噴水時間直接決定了裝置內飽和蒸汽量的大小，而飽和蒸汽在裝置內與鋼渣是否充分反應，直接決定了熱燜效果。熱燜處理工藝鋼渣粉化的三個階段：（1）高溫熱態(tài)鋼渣遇水汽化冷卻，裝置內產(chǎn)生大量飽和蒸汽；（2）鋼渣遇水后其表面與內部、不同部位之間均存在著溫度差，導致各部分體積不能充分自由膨脹從而產(chǎn)生熱應力，及因溫度改變使其形態(tài)發(fā)生變化并能提供潛熱的物質產(chǎn)生的相變應力，這兩種應力使鋼渣的體積發(fā)生變化從而進入破裂階段；（3）裝置內大量飽和蒸汽沿鋼渣裂縫滲入到起其部進行物理化學反應， ， ，產(chǎn)生這兩種物質理論上體積分別膨脹97.8%和148%，即鋼渣開始消解粉化。 該噴水工藝制度包括兩部分：

（1）蓋蓋前，采用三打水、兩翻渣的操作方法，即每翻一罐熱態(tài)鋼渣入坑后，向坑內打水，待水蒸氣蒸發(fā)完后用挖掘機翻渣、鋪平，再重復操作一次，具體工藝參數(shù)見表2。

表2 蓋蓋前打水工藝參數(shù)

（2）蓋蓋后，打水工作制度具體包括：燜渣過程供水總管壓力保證在0.4～0.6MPa之間，進水溫度≤35℃,每個支管設手動閥門以便檢修及調節(jié)水量，總管設有壓力、溫度、流量顯示及手動閥門以便供水系統(tǒng)可以根據(jù)燜渣坑內蒸汽壓力實時調節(jié)噴水量；加蓋燜渣前期打水翻渣，以使渣快速急冷濕透；加蓋后前3小時將進水流量控制在40m3/h 左右，并通過調節(jié)蒸汽放散閥使蒸汽壓力保持在3.0～5.0kPa左右；燜渣揭蓋前30min左右時將蒸汽放散閥開至最大，并將進水流量開至最大，以沖刷進水管路和噴頭，并使坑內壓力、溫度快速降低；當壓力小于0.2kPa、溫度降至60℃以下時停止噴水，等待開蓋撈渣。從表3中可以看出，開始前3個小時為供水第一階段，供水強度大，要保證第一次打水必須完全打透，即要保證水能夠從坑的頂部滲透到坑的底部，使坑內每塊鋼渣均能與水完全接觸；6～7小時為供水第二階段，供水強度減小，此階段是為了補充坑內的水分，保證坑內有足夠的飽和蒸汽量，促使飽和的蒸汽與鋼渣進一步反應；第10小時為供水第三階段，供水強度進一步減小，使渣溫進一步降低，為最后的揭蓋撈渣做準備。

表3  蓋蓋后打水工作制度

采用上述噴水制度后，鋼渣粉化效果明顯，除少數(shù)大塊鋼渣不能粉化外，20mm以下粒度能占到85%以上。

3. 熱燜輔助系統(tǒng)主要技術特點

3.1排蒸汽系統(tǒng)

（1）為了防止排蒸汽管道里的蒸汽冷凝成水滴后回流至熱燜渣坑內引起“放炮”（主要原因是由于高溫鋼渣遇低溫水短時間內產(chǎn)生大量蒸汽，如果不能及時排出，易在燜渣坑內形成高溫、高壓、密閉空間，就有爆炸的危險），以及熱燜渣坑之間相互串氣的現(xiàn)象，每個熱燜渣坑采用獨立的排蒸汽管道和風機系統(tǒng)，排蒸汽管道水平段與垂直段的連接采用法蘭連接，便于管道的定期清理（蒸汽中還有大量粉塵）、檢修及更換。圖1為熱燜渣排蒸汽工藝流程圖。

圖1 熱燜渣排蒸汽工藝流程圖

（2）由于從熱燜渣坑排出的蒸汽具有很強的腐蝕性，管道采取鋼管內噴涂耐高溫材料，增加管道使用壽命。

（3）每根排蒸汽管道上設置調節(jié)閥及壓力、溫度檢測裝置。

3.2循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)采取以下方案：在廠房爐渣跨旁邊設置平流沉淀池與集水池，未蒸發(fā)的水經(jīng)地下水溝回流至平流沉淀池，上清液通過溢流堰自流入集水池，在集水池上方設置兩臺提升水泵，將水供至噴水、補水管道。補充新水方式：采用廠區(qū)生產(chǎn)給水作為補充用水，補充至集水池中，通過液位監(jiān)測水位高低。圖2為熱燜渣循環(huán)水處理工藝流程圖。由于轉爐鋼渣堿度高、渣溫高，水經(jīng)過多次循環(huán)后，PH值將大大升高，循環(huán)水長時間使用會造成管道及水泵結垢和腐蝕，確定新水補充量為50%，這樣可以減輕循環(huán)水帶來的危害；也可適當向循環(huán)水系統(tǒng)中加入阻垢緩蝕劑、調節(jié)劑等以滿足系統(tǒng)水質穩(wěn)定的要求。

圖2 熱燜渣循環(huán)水處理工藝流程圖

為了防止熱燜蓋噴水裝置堵塞，在提升泵組出水總管上設管道過濾器。

3.3水封系統(tǒng)

熱燜渣坑頂部間隔預留預埋件，水封與預埋件焊接后一并與坑壁一體澆筑，保證水封槽與坑壁的整體性，從而避免熱燜渣坑蒸汽外漏，降低因熱燜渣坑串氣而發(fā)生“放炮”的可能。

3.4熱燜蓋系統(tǒng)

熱燜蓋本體尺寸：8540 mmG5940 mmG900 mm，蓋底部均勻布置16個噴嘴，噴嘴型號采用：3/4PZ60120QZ6，噴嘴具體參數(shù)見表4，調整噴水點的分布后既可以提高噴水的均勻性，又可以增大燜渣水的流量，最大可達到90m3/h，燜蓋頂部呈對角線布置兩個防爆閥，爆破壓力為0.1MPa，直徑DN350，型號為FB42-10，運行溫度350℃。蓋體四周均勻布置10處安全鏈，與水封槽上預留的固定鏈連接，整個蓋體事故狀態(tài)下可以承受約3200kN向上的負荷。

表4 噴嘴參數(shù)

壓力（MPa）	0.1	0.2	0.3	0.5	0.7
流量（L/min）	34.6	49.0	60.0	77.5	91.7

4. 高效磁選—粒鐵回收生產(chǎn)線技術特點

4.1 工藝流程

熱燜后的鋼渣通過挖掘機撈渣，再通過皮帶運輸機輸送至粒鐵回收間，結合熱燜渣自解粉化粒度的特點，采用二級破碎、閉路循環(huán)、十級磁選、五級篩分工藝流程，見圖3。處理后的殘鋼按粒度可分為三個等級，20mm以上渣鋼、8～20mm的顆粒鋼和粒度不大于8mm的鐵精粉。渣鋼、顆粒鋼返回煉鋼工序，鐵精粉返回燒結配料，尾渣可作為生產(chǎn)鋼渣粉的原料。

圖3 工藝流程圖

4.2 鋼渣微粉的生產(chǎn)

鋼渣微粉用作生產(chǎn)水泥及混凝土摻合料是21世紀鋼渣高附加值利用的主要途徑之一。根據(jù)國家標準生產(chǎn)的《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》的產(chǎn)品已在國內推廣應用，利用鋼渣微粉生產(chǎn)新型墻體材料、鋪地材料等的開發(fā)研究逐步深入，其應用領域將更加廣闊。

采用管磨機及相配套的選粉機，可以生產(chǎn)出比表面積在450～500m2/kg鋼渣粉，資料表明當鋼渣被磨細到420m2/kg時，可以最大程度的去除其中的殘鋼，且超細粉磨使物料晶體結構發(fā)生變化，表面能提高，可發(fā)揮出水硬凝膠材料的特性。

鋼渣微粉的主要銷售市場是商品混凝土攪拌站和水泥廠，適當添加鋼渣微粉可以降低水泥生產(chǎn)成本，增加收益及與同類產(chǎn)品的市場競爭力。

5. 結語

中冶東方研發(fā)的轉爐鋼渣利用自身余熱熱燜處理技術可以很好的解決鋼渣不穩(wěn)定的問題，為鋼渣在建材領域更廣泛的應用創(chuàng)造了條件，同時可以提高鋼渣自身的附加值，將為實現(xiàn)鋼渣“零排放”100%資源化利用，為提高我國整體鋼渣利用率水平起到重要作用?！、?