中冶东方　樊　君

 

酒钢集团榆中钢铁公司是酒钢集团在新形势下打造的一条精品生产线，中冶东方控股有限公司结合酒钢榆钢工程设计与生产实践，在转炉钢渣处理及综合利用工艺路线上做了大量深入的研究工作，建成了转炉钢渣热焖处理及后续短流程高效磁选—粒铁回收生产线，该生产线完全符合国家大力推广的钢渣“零排放”技术，并且具有适应能力强，运行安全可靠、钢渣粉化效果好、渣铁分离程度高、金属回收率高等特点，为我国“十二五”钢渣“零排放”100%资源化利用及钢铁工业循环经济、节能减排起到积极推进作用。

1. 技术研发背景及优势

1.1 技术研发背景及钢渣利用存在问题

转炉钢渣是转炉冶炼过程中的产物，是一种很好的“二次资源”，占钢产量的10%左右。随着钢铁工业的持续发展，钢铁企业环境保护和降低成本越来越受到关注，钢渣的处理和开发利用已被推向了我国钢铁工业循环经济的风口浪尖，为了能够达到钢渣的产用平衡，通过近几十年的引进、消化吸收国外技术及不断的自主研发，使国内技术装备水平有了很大提高，有力的推动了钢渣“零排放”工作进程。 钢渣综合利用的途径主要包括：冶金、建材、农业等领域，但由于各种条件的限制，钢渣的综合利用一直以来存在一些技术上的难题。钢渣利用的主要难点在于炉渣的碱度过高，渣中含有大量的自由氧化钙（f-CaO）和氧化镁f-MgO），使钢渣体积不稳定，不宜作为水泥、建材和工程回填材料；钢渣在钢铁企业内部循环使用是一种理想的方法，作烧结熔剂和高炉炼铁熔剂虽有积极的报道，但仍存在磷在铁水中富集的问题，从工艺全盘考虑不一定合理，所以一直存在争议；钢渣农业应用也只是作为肥料和土壤改良剂，试验周期长，产品成本高，受到限制。

1.2 钢渣热焖处理工艺的技术优势

钢渣的利用从宏观上讲主要解决两个方面的问题：液态钢渣的处理技术和钢渣后续破碎加工工艺。钢渣的前期处理很重要，它主要解决钢渣作为一种资源的稳定性问题。目前转炉钢渣的初步处理方法较多，热焖法因其具有独特的技术优势迅速得到了应用和推广。热焖法就是利用钢渣余热，在有盖容器内加入冷水后使其成为蒸汽，使钢渣得到消解，通过膨胀冷缩达到渣铁分离。与冷弃法、热泼法、浅盘法、水淬法、风淬法、滚筒法等工艺相比，热焖法可以最大限度的消除钢渣中游离态的f-CaO和f-MgO，且冷强度高，稳定性好，故其综合利用价值高。处理后的钢渣，性能稳定，消除游离态CaO对钢渣性能的影响，可作为钢渣微粉、钢渣砖等的原料。

钢渣热焖处理技术的优势可以概括为以下几点：（1）钢渣粉化效果较好，残钢与渣分离好，易于回收金属料；（2）游离氧化钙含量比较低，钢渣膨胀性小，性质稳定，有利于尾渣的综合利用；3）机械化程度高，劳动强度低；（4）粉尘少，蒸汽可以回收，环境污染小；（5）运行费用适中，吨渣为25元左右。（6）适应性强，对不同流动性的钢渣均适用，可实现100%的处理率。

2. 榆钢热焖处理工艺技术创新

2.1热焖工艺

酒钢榆中钢铁热焖渣处理工艺流程为：

采用热态钢渣（约1550℃）直接入坑的方式，钢渣入坑前在坑底铺400mm左右的铺底层，铺底层由粒度范围在50~300mm的钢渣构成。装入量为热焖渣坑容积的70%左右，使热焖坑中部呈凹状，中部钢渣略低于四周。热焖渣坑尺寸为：8mG5mG5m（长G宽G高），则一个焖坑装入渣量约为：1.9G200G70%=266t（取钢渣密度r=1.9t/m3）；每个渣罐的容积为16m3，装钢渣约30t，两个炉次装一罐。表1列出了该热焖工艺的具体参数。

表1  热焖工艺参数表

热焖坑尺寸m	装入量 t	打水量 t	水渣比 t水/t渣	蒸汽压力 kPa	处理时间min 盖盖前      盖盖后
8G5G5	266	288	1.08（288/266）	3.0～5.0	360	720

2.2优化的喷水工艺制度

钢渣热焖处理工艺技术中核心部分是消解粉化钢渣的喷水工艺制度，喷水量和喷水时间直接决定了装置内饱和蒸汽量的大小，而饱和蒸汽在装置内与钢渣是否充分反应，直接决定了热焖效果。热焖处理工艺钢渣粉化的三个阶段：（1）高温热态钢渣遇水汽化冷却，装置内产生大量饱和蒸汽；（2）钢渣遇水后其表面与内部、不同部位之间均存在着温度差，导致各部分体积不能充分自由膨胀从而产生热应力，及因温度改变使其形态发生变化并能提供潜热的物质产生的相变应力，这两种应力使钢渣的体积发生变化从而进入破裂阶段；（3）装置内大量饱和蒸汽沿钢渣裂缝渗入到起其部进行物理化学反应， ， ，产生这两种物质理论上体积分别膨胀97.8%和148%，即钢渣开始消解粉化。 该喷水工艺制度包括两部分：

（1）盖盖前，采用三打水、两翻渣的操作方法，即每翻一罐热态钢渣入坑后，向坑内打水，待水蒸气蒸发完后用挖掘机翻渣、铺平，再重复操作一次，具体工艺参数见表2。

表2 盖盖前打水工艺参数

（2）盖盖后，打水工作制度具体包括：焖渣过程供水总管压力保证在0.4～0.6MPa之间，进水温度≤35℃,每个支管设手动阀门以便检修及调节水量，总管设有压力、温度、流量显示及手动阀门以便供水系统可以根据焖渣坑内蒸汽压力实时调节喷水量；加盖焖渣前期打水翻渣，以使渣快速急冷湿透；加盖后前3小时将进水流量控制在40m3/h 左右，并通过调节蒸汽放散阀使蒸汽压力保持在3.0～5.0kPa左右；焖渣揭盖前30min左右时将蒸汽放散阀开至最大，并将进水流量开至最大，以冲刷进水管路和喷头，并使坑内压力、温度快速降低；当压力小于0.2kPa、温度降至60℃以下时停止喷水，等待开盖捞渣。从表3中可以看出，开始前3个小时为供水第一阶段，供水强度大，要保证第一次打水必须完全打透，即要保证水能够从坑的顶部渗透到坑的底部，使坑内每块钢渣均能与水完全接触；6～7小时为供水第二阶段，供水强度减小，此阶段是为了补充坑内的水分，保证坑内有足够的饱和蒸汽量，促使饱和的蒸汽与钢渣进一步反应；第10小时为供水第三阶段，供水强度进一步减小，使渣温进一步降低，为最后的揭盖捞渣做准备。

表3  盖盖后打水工作制度

采用上述喷水制度后，钢渣粉化效果明显，除少数大块钢渣不能粉化外，20mm以下粒度能占到85%以上。

3. 热焖辅助系统主要技术特点

3.1排蒸汽系统

（1）为了防止排蒸汽管道里的蒸汽冷凝成水滴后回流至热焖渣坑内引起“放炮”（主要原因是由于高温钢渣遇低温水短时间内产生大量蒸汽，如果不能及时排出，易在焖渣坑内形成高温、高压、密闭空间，就有爆炸的危险），以及热焖渣坑之间相互串气的现象，每个热焖渣坑采用独立的排蒸汽管道和风机系统，排蒸汽管道水平段与垂直段的连接采用法兰连接，便于管道的定期清理（蒸汽中还有大量粉尘）、检修及更换。图1为热焖渣排蒸汽工艺流程图。

图1 热焖渣排蒸汽工艺流程图

（2）由于从热焖渣坑排出的蒸汽具有很强的腐蚀性，管道采取钢管内喷涂耐高温材料，增加管道使用寿命。

（3）每根排蒸汽管道上设置调节阀及压力、温度检测装置。

3.2循环水系统

循环水系统采取以下方案：在厂房炉渣跨旁边设置平流沉淀池与集水池，未蒸发的水经地下水沟回流至平流沉淀池，上清液通过溢流堰自流入集水池，在集水池上方设置两台提升水泵，将水供至喷水、补水管道。补充新水方式：采用厂区生产给水作为补充用水，补充至集水池中，通过液位监测水位高低。图2为热焖渣循环水处理工艺流程图。由于转炉钢渣碱度高、渣温高，水经过多次循环后，PH值将大大升高，循环水长时间使用会造成管道及水泵结垢和腐蚀，确定新水补充量为50%，这样可以减轻循环水带来的危害；也可适当向循环水系统中加入阻垢缓蚀剂、调节剂等以满足系统水质稳定的要求。

图2 热焖渣循环水处理工艺流程图

为了防止热焖盖喷水装置堵塞，在提升泵组出水总管上设管道过滤器。

3.3水封系统

热焖渣坑顶部间隔预留预埋件，水封与预埋件焊接后一并与坑壁一体浇筑，保证水封槽与坑壁的整体性，从而避免热焖渣坑蒸汽外漏，降低因热焖渣坑串气而发生“放炮”的可能。

3.4热焖盖系统

热焖盖本体尺寸：8540 mmG5940 mmG900 mm，盖底部均匀布置16个喷嘴，喷嘴型号采用：3/4PZ60120QZ6，喷嘴具体参数见表4，调整喷水点的分布后既可以提高喷水的均匀性，又可以增大焖渣水的流量，最大可达到90m3/h，焖盖顶部呈对角线布置两个防爆阀，爆破压力为0.1MPa，直径DN350，型号为FB42-10，运行温度350℃。盖体四周均匀布置10处安全链，与水封槽上预留的固定链连接，整个盖体事故状态下可以承受约3200kN向上的负荷。

表4 喷嘴参数

压力（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. 高效磁选—粒铁回收生产线技术特点

4.1 工艺流程

热焖后的钢渣通过挖掘机捞渣，再通过皮带运输机输送至粒铁回收间，结合热焖渣自解粉化粒度的特点，采用二级破碎、闭路循环、十级磁选、五级筛分工艺流程，见图3。处理后的残钢按粒度可分为三个等级，20mm以上渣钢、8～20mm的颗粒钢和粒度不大于8mm的铁精粉。渣钢、颗粒钢返回炼钢工序，铁精粉返回烧结配料，尾渣可作为生产钢渣粉的原料。

图3 工艺流程图

4.2 钢渣微粉的生产

钢渣微粉用作生产水泥及混凝土掺合料是21世纪钢渣高附加值利用的主要途径之一。根据国家标准生产的《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》的产品已在国内推广应用，利用钢渣微粉生产新型墙体材料、铺地材料等的开发研究逐步深入，其应用领域将更加广阔。

采用管磨机及相配套的选粉机，可以生产出比表面积在450～500m2/kg钢渣粉，资料表明当钢渣被磨细到420m2/kg时，可以最大程度的去除其中的残钢，且超细粉磨使物料晶体结构发生变化，表面能提高，可发挥出水硬凝胶材料的特性。

钢渣微粉的主要销售市场是商品混凝土搅拌站和水泥厂，适当添加钢渣微粉可以降低水泥生产成本，增加收益及与同类产品的市场竞争力。

5. 结语

中冶东方研发的转炉钢渣利用自身余热热焖处理技术可以很好的解决钢渣不稳定的问题，为钢渣在建材领域更广泛的应用创造了条件，同时可以提高钢渣自身的附加值，将为实现钢渣“零排放”100%资源化利用，为提高我国整体钢渣利用率水平起到重要作用。　②