一種熱能回收鋼渣處理工藝方法研究

（上海市寶山區中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 201900）

摘 要：本文針對鋼渣以及鋼渣余熱的利用問題，提出了一種鋼渣處理方法，文中簡述了底濾法（OCP）、因巴法（INBA）、拉薩法（RASA）、圖拉法（TYNA）等典型的水淬法工藝，對風淬法、雙內冷卻轉筒粒化法、Merotec熔漁粒化流化法、機械粒化法、連鑄連軋法、化學法等丁？法處理技術的研究進展和發展現狀進行了總結。本文主要研究冷卻方式對爐渣產品的物相結構及品質的影響;建立冷卻速率與爐渣品質的關系;對熔渣等溫和連續冷卻結晶的動力學進行分析。并對旋轉杯干法粒化高爐熔渣工藝條件的優化進行探討。同時建立高爐熔渣旋轉粒化過程中顆粒成型過程模型，研究高溫高爐熔渣在旋轉粒化過程的成型機理;建立渣粒粒徑預測模型。

關鍵詞：高爐渣;佘熱利用;冷卻速率;預測模型

1 前言

我國是目前全球最大的鋼鐵生產大國。鋼鐵的產量遙遙領先于其他國家，已經連續16年保持世界第一。往往每生產1噸生鐵所產生的高溫爐渣為0.3噸，而鋼渣的產生比例為13%。目前，我國年生產鋼鐵6.83億噸，為此要產生出2.9億噸的鋼鐵渣，與此相伴隨的顯熱，相當于1740萬噸標準煤所產生的熱值。

2 高溫爐渣的處理方法

高爐渣實際上是鋼鐵生產原材料中沒有揮發組分形成的物質，約占鋼鐵原投入材料的95%[1-3]。這種方法不僅會污染地下水源，而且在降溫時會放出大量的水蒸氣，同時，在處理過程中會釋放大量的H2S和SO2氣體，這對鋼鐵生產設備以及大氣環境均會產生一定的影響，因此主要應用于事故處理中的緊急預案。

（1）底濾法。底濾法就是在沖制箱內先利用多孔噴頭噴射高壓水對高爐爐渣進行水淬粒化，然后進入沉渣池。最后集水管會對過濾后的沖渣水經由泵加壓后送入到冷卻塔進行冷卻后重復使用。在底濾法的應用中，濾池總深度較低，而相應的機械設備較少，在進行相應的施工、操作、維修相對來說都較為便利。底濾的缺點就是所占的面積大，系統的投資也比較大。

（2）拉薩法。1967年，日本福山鋼鐵廠1號高爐（2004 m3）上首次應用拉薩法來進行相應的高溫爐渣處理。拉薩法由英國RASA公司和日本鋼管公司共同合作開發，其具體工藝流程如下：首先，將高爐溶渣引流到沖制箱，然后通過壓力水進行水淬，之后混合而成的渣漿，引流到粗粒分離槽中進行濃縮，濃縮渣漿再引流到脫水槽進行脫水，分離槽水面的漂浮的微粒渣經由溢流口流入中間槽，然后由中間槽泵流到沉淀池，再利用排泥泵送回到脫水槽，與粗粒分離器流入的渣水混合物一起進行脫水處理，最后脫水后得到水渣由卡車外運。

（3）圖拉法。圖拉法粒化渣工藝是由俄羅斯圖拉廠發明，其原理是通過機械力將熔渣粒化并噴水冷卻產生水渣。圖拉法的特別之處在于，其在渣溝下增加了粒化輪，爐渣落至高速旋轉的粒化輪上，被機械破碎、粒化，粒化后的爐渣顆粒在空中被水冷卻、水淬，最后產生的氣體通過煙囪排出。

（4）因巴法。20世紀80年代初，比利時西德瑪（SDIMAR）公司與盧森堡保爾-烏斯（APUL-WURTH）公司共同開發出因巴法，并于1981年在西德瑪公司投入運行。

通過對上述幾種典型高爐渣處理濕法工藝的主要技術指標進行比較，結合當前我國企業的技術實踐，目前安全性能最高的是圖拉法，而環保型因巴法盡管在技術上較為成熟，但投資量相對較多，在目前我國環保高壓政策下，因巴法在企業實踐中也得到較多的應用。。而傳統的水淬渣方式，盡管較有簡便，但卻存在一些不足，主要體現在：

1）對高爐渣所帶來的高品質余熱資源有一定的浪費。目前我國高爐排出的液態高爐渣溫度為1350°C？1450°C，而為了將這些高爐渣冷卻，這時需要大量的水，而在高溫下，這些液態水迅速轉化成了氣化水蒸氣，在沒有相應的回收裝置下，這些氣化水直接排放到空中，這對高品質余熱資源也是一個很大的浪費。據統計，在我國2.9億噸的年產生高爐渣和轉爐渣的冷卻水中，其浪費的顯熱，相當于1740萬噸標準煤;2）對水資源是一個很大的浪費。目前在水沖渣過程中，水渣比例相當，而水壓大于0.2MPa，這樣每噸渣需要消耗新水0.8？1.2噸。由此算來，我國目前高爐生鐵產量超過6. 8億噸，由此產生的渣和需要消耗的水量均約為2億噸，這在某種程度上提高水資源的承載力，對水環境平衡造成了一定的影響。

3 高爐渣余熱回收的重要性

隨著鋼鐵行業節能減排的約束指標更加嚴格，同時降耗空間越來越小、難度越來越大，這就需要將工作重心轉移到二次能源的回收利用與能源的高效轉換上。

4 本文研究的主要工作

高爐渣余熱回收的關鍵是熱量回收與品質調控的協同調控，當前的研究在理論基礎和實驗手段上都取得了長足的進行，但存在很多問題，主要表現在：已有的眾多研究成果多數都是側重余熱回收和品質調控中的一個方面來研究，未將二者統一起來考慮;高爐渣的資源化主要由其礦物組成所決定，這與熔渣冷卻過程中的冷卻過程緊密相關，而目前的研究缺少爐渣冷卻速率對爐渣物相結構及品質的演變機理的系統研究;余熱回收途徑的延吉主要集中在物理法，對于化學法回收余熱的方法研究相對較為匱乏。

本論文以鋼鐵工業節能減排為背景，以能量轉化與傳遞為主線，以余熱回收和品質調控為目標，為鋼鐵工業高效回收高爐熔渣余熱技術的發展提供科學支撐。

旋轉杯干法粒化高爐熔渣工藝條件的優化。旋轉杯粒化裝置的優化設計;研究轉杯開孔孔徑、轉速等工藝條件對粒化渣粒平均粒徑、粒度分布、顆粒均勻程度和非晶品質等的影響;得到實驗裝置條件下最佳的粒化條件。

通過以上研究達到如下目標：弄清高爐渣冷卻過程冷卻速度與產品物相結構及品質二者之間的相互關系，優化高爐渣余熱回收和品質調控的工藝技術，為高爐渣資源最大限度綜合利用的工業化實現提供理論和技術支撐，這對于冶金行業實現低碳經濟、循環經濟有顯著推進作用。

5 總結

本文提出一種在高爐渣余熱回收中充分將余熱回收和品質調控相結合的方法，克服了傳統過程中單一因素考慮的弊端，為高爐渣余熱回收提供了新的方向。文中充分研究了爐渣冷卻速率對爐渣物相結構及品質的演變機理，為高效回收高爐渣顯熱與爐渣品質調控的協同機制提供了方向，同時提出建立高爐熔渣旋轉粒化過程中顆粒成型過程模型，研究高溫高爐熔渣在旋轉粒化過程的成型機理;建立渣粒粒徑預測模型。

參考文獻：

[1]胡俊鴿.國內外高爐渣綜合利用技術的發展及對鞍姻的建議[J].鞍鋼技術，2003（03）：8-11.

[2]張朝暉，莫濤.高爐渣綜合利用技術的發展[J].中國資源綜合利用，2006，24（05）：12-15.