鋼渣熱悶破碎磁選技術及再利用

張 達

概述

鋼渣是煉鋼冶煉過程中，由煉鋼脫硫劑、冶煉化學反應生成物、侵蝕掉的耐材等所組成的固體廢棄物，是生產鋼鐵過程的副產品。目前我國鋼渣年產量0.7億噸，累計堆放尚未利用的更加高大3億噸鋼渣。為提倡國家節能減排的政策，并且創造更多的經濟效益，近幾十年針對鋼渣回收再利用的工藝過程進行諸多的研究，研究發現鋼渣超細粉具有跟水泥極為相似的礦物成分，同時表現出與水泥極為相似的物化性質，為此，鋼渣可以作為二次資源進一步加以利用，不但可以省下被占用的土地，同時也可以改善環境，杜絕資源的浪費。

鋼渣處理技術常用的有冷棄法、熱潑法、盤潑水冷法、熱悶法、水淬法、風淬法、粒化輪法等。煉鋼的目的在于脫硫、脫磷、調節合金成分等，所以常加入石灰、白云石等造渣劑，同時采用濺渣護爐技術，這樣就導致爐渣粘度增大，從而流動性變差。以上這些技術中只有熱悶技術對渣的流動性沒有嚴格要求，也更利于充分回收鋼渣中的廢鋼，保證轉爐渣的處理質量，是目前最成熟的鋼渣處理技術。

1.鋼渣處理工藝

鋼渣的“零排放”包括兩個部分內容，第一是采用鋼渣余熱自解熱悶處理工藝和技術，消除鋼渣中f-CaO和f-MgO，從而避免鋼渣造成建材制品、道路、建筑物膨脹開裂。第二是采用鋼渣破碎、篩分、磁選工藝，將熱悶后的鋼渣處理成渣鋼、磁選粉、尾渣，其中渣鋼返回煉鋼，磁選粉返回燒結，尾渣經過粉磨設備，生產鋼渣超細粉，作水泥和混凝土摻合料，提高鋼渣的利用價值。

1.1 鋼渣熱悶工藝

1.1.1 鋼渣熱悶技術原理

以鋼鐵企業排放的廢渣為處理對象，經專用鋼渣處理裝置，利用其所含余熱，采用適當的配水工藝，產生微壓蒸氣，同時使不穩定的游離氧化鈣(f-CaO)、游離氧化鎂(f-MgO)通過各自反應，體積膨脹生成穩定產物，使大塊鋼渣在熱悶池內粉化自解。鋼渣的膨脹機理反應主要有以下兩個反應：

熱融鋼渣直接放入熱悶裝置中，打水冷卻，鋼渣冷卻到小于1100℃，加蓋、噴水霧，鋼渣與水進行上面兩項反應。鋼渣自解粉化，渣鐵分離。粉化后的鋼渣消除了上述反應所造成的不穩定因素。

1.1.2 鋼渣熱悶工藝過程

轉爐出渣后，爐渣經電動平車運至渣跨，再由天車運至渣處理工位，倒入鋼渣熱悶池中，傾翻式打水排蒸汽罩傾翻到熱悶裝置上，開始打水冷卻直到熱悶裝置表面凝固為止。打水產生的蒸汽通過汽罩由引風機抽掉排放后，排汽罩打開，由挖掘機松動鋼渣，用以保證裝置內鋼渣表面無積水。進行第二次倒渣(重復上一次過程)，在倒完鋼渣后，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14-18h。最后開蓋，用挖掘機將渣挖出放至鋼渣槽內，由汽車轉入鋼渣堆場進行晾曬，溫度降至適合溫度，運至鋼渣處理車間進行破碎、篩分、磁選等處理。見圖1。

1.1.3 鋼渣熱悶工藝特點

1） 本工藝是將1400℃-1650℃的液態鋼渣直接傾翻在熱悶裝置進行熱悶處理，淘汰了鋼渣先熱潑冷卻到800℃再熱悶的環節，節省熱潑場設施和倒運設備，減少了設備損耗和操作人員，改善了環境，該工藝無廢水排放，無噪聲，無粉塵污染，實現清潔生產。

圖1 鋼渣熱悶工藝流程

2） 本工藝不限制鋼渣的流動性，即便是鋼渣結殼仍可進行熱悶，處理率高。根據鋼渣的性質、尾渣的利用途徑，滿足回收廢鋼的要求，采用不同的處理工藝。

4） 與其他鋼渣處理工藝相比，熱悶處理可使鋼渣中游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-MgO)充分進行反應，除去了處理前鋼渣中的不穩定因素，使鋼渣用于建材工程中更加安全可靠，尾渣的利用率得到最大程度的提高。

5） 科學地選擇鋼渣熱悶處理形式，確保產品所要求的指標。悶渣坑蓋處設置傾翻臺架，通過卷揚、滑輪組、電控元件控制坑蓋啟閉，與傳統的方式比較，大大降低了天車的作業率。

1.2 鋼渣破碎、篩分、磁選工藝

1.2.1 破碎、篩分、磁選工藝流程

冷卻后的渣子由裝載機將其裝入翻斗車，運離車間至鋼渣處理車間。渣子從翻斗車上卸至料倉附近，由鏟車將其倒入料倉上的篦條篩，對鋼渣進行初步篩分，大于150mm的篩上物（鋼渣MA）作為廢鋼直接回收。篩下物進入1#皮帶機。1#皮帶機上方有一帶式磁選機(除鐵器)，對鋼渣進行初步磁選（鋼渣M B）作為廢鋼直接回收。

篩下物尾塊落裝入1#皮帶機運至顎式破碎機，經過破碎，卸入2#皮帶機，經2#皮帶機運至1#振動篩，經篩分，篩下物落入3#皮帶機、4#皮帶機、11#皮帶機（帶磁輥），經過磁輥磁選后，含磁性粉卸入12#皮帶機，最終卸入磁粉庫；經磁輥磁選后，不含磁性粉卸入13#皮帶機，卸入尾渣庫。

經1#振動篩篩分的篩上物落入5#皮帶機，經5#、6#皮帶機卸至棒磨機 ，經過磨碎后卸入8#、9#皮帶機運至2#振動篩，篩下物經過11#、12#、13#皮帶機分別卸入磁粉庫和尾渣庫；篩上物卸入10#皮帶機，經10#、7#、5#、6#皮帶機返回到棒磨機繼續進行處理。

1.2.2 破碎、篩分、磁選平面布置，見圖2。

1.2.3 破碎、篩分、磁選工藝特點

有效地將鋼渣中的渣鋼、磁選粉、尾渣分離，為鋼渣的再利用奠定了基礎。其中渣鋼含鐵≥60%，作為廢鋼返回到煉鋼原料跨；磁選粉含鐵≈40%，同時含有大量的CaO，可以作為燒結的含鐵溶劑，按比例取代燒結的石灰，提高燒結礦的含鐵品味；尾渣含鐵一般≤3%，粒度在10mm以下，運往鋼渣微粉生產線。

2.鋼渣的主要再利用途徑

2.1 鋼渣水泥

鋼渣水泥是先將石灰石、粘土、砂巖、鋼渣等原料按比例配合后，經過粉磨、煅燒制成水泥熟料，然后將水泥熟料與水渣、鋼渣、添加劑等原料按比例配合共同粉磨即形成水泥。在生產熟料和水泥時均使用了鋼渣，提高了鋼渣的用量，解決了環境污染和資源短缺問題，為工業廢渣處理找到了一條有效途徑，具有很高的社會效益和經濟效益。

用鋼渣水泥制成的混凝土具有需水量小，后期強度高，與木質素及奈系減水劑適應性好等優點，并且其抗硫酸鹽侵蝕、抗干燥收縮和抑制堿集料膨脹性能都較好。

2.2 鋼渣超細粉作摻合料

鋼渣中含有硅酸二鈣，具有一定的膠凝活性和水硬活性，將其經過臥式磨機等設備制成鋼渣超細粉可以代替部分水泥，做混凝土摻合料使用。加入鋼渣微粉摻合料的混凝土經過“微珠效應”的作用，流動性、和易性得到很好的改善；同時由于鋼渣微粉的硬度高，耐磨性好，加入鋼渣的混凝土的耐磨抗壓能力也得到很大提高。

經過很多的研究發現，鋼渣粉與礦渣粉復合制成雙摻和粉，可以等量取代水泥，可提高混凝土28天強度，改善流動性，為鋼鐵渣高效利用提供重要途徑。

2.3 鋼渣磚和鋼渣砌塊

無水泥鋼渣磚與砌塊的制造，其特征在于它是采用鋼渣作拌合劑的滑料，石灰和磨細礦渣、水作膠合料，在常溫常壓下經攪拌、成型、養護后制成的鋼渣磚與砌塊，其重量配比為磨細礦渣：石灰：鋼渣=2：1：3，水灰比為0.57-0.67。免燒磚抗折達4.51-5.02mpa，抗壓達38-38.75mpa，體密2.66-2.67g/cm3。

3.結論

轉爐煉鋼過程，是進行劇烈的渣鋼反應的過程，爐渣中的脫硫劑與鐵水中的硫反應，將有害元素清除，反應后的鋼渣如果不進行處理，不但對污染環境，也浪費的許多資源。這套鋼渣處理工藝適應性強、自動化程度高、磁選精度高、工藝流程順暢、設備國產化程度高。因此對鋼渣的加工處理是符合國家倡導的循環經濟和節約型生產、可持續發展的生態文明產業政策。