轉爐鋼渣熱燜技術的開發應用

李澤平

摘要：為解決鋼渣噴水冷卻存在的揚塵污染嚴重、粉碎難等問題， 設計開發了利用鋼渣余熱的燜渣技術。 依據產渣量設計了燜渣坑個數、裝渣量、燜渣時間等基本參數。 通過對轉爐渣冷卻時間、燜渣水壓力和燜渣水流量等工藝參數的探索與優化， 實現了全部鋼渣的粉化。

關鍵詞：轉爐鋼渣；熱燜；應用

鋼渣是煉鋼生產過程中排出的廢渣，其產出量約為粗鋼產量的10%～15%。2014年我國鋼渣產生量約1億t，目前全國未利用的鋼渣累積堆存量達3億t。而我國對鋼渣的實際綜合利用率僅為10%左右，遠低于西方發達國家。大量未被充分、高價值資源化利用的鋼渣，不僅浪費資源，也會造成環境污染。

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、完全水化時間長、體積穩定性差等缺陷，嚴重制約了其高價值資源化利用。因此，必須對鋼渣進行預處理，使鋼渣盡量粉化，實現鐵渣分離以盡可能多地回收金屬料，同時激發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，國內鋼渣處理方法比較多。各鋼鐵企業一般都是根據自身煉鋼設備、鋼渣性能、現場條件和鋼渣利用需求等實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線多數采用熱燜法。

1. 工藝流程

熔融鋼渣余熱熱燜自解技術的工藝流程如下：

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） 挖掘機翻渣-破碎。對鋼渣熱燜池內的熔融鋼渣交替進行表面噴水冷卻，挖掘機扒齒翻渣，并使用破碎錘進行敲擊破碎，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，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的塊狀鋼渣表面噴水產生蒸汽，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。等熱燜罐內溫度低于60℃時，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。利用滾筒式磁選機選出粒徑<10mm，TFe>40%的磁選粉供給燒結使用。

9） 尾渣堆存。將最后所剩的尾渣轉運堆存在尾渣堆場進行外銷、配比燒結熔劑、制作鋼渣脫硫劑或后續再加工。

2 基本原理

由前期研究得出： 鋼渣在熱燜過程中發生物理變化和化學變化，鋼渣在冷卻收縮應力、相變應力和化學反應膨脹應力共同作用下發生碎裂粉化，實現渣鋼分離和降低游離氧化鈣。

2.1 物理變化

高溫鋼渣遇水發生急速冷卻時，因鋼與渣的膨脹系數不同，鋼渣不同部位產生不均勻收縮，致使鋼渣開裂。另外，當溫度冷卻至525℃時，鋼渣中的硅酸二鈣（ C2S）由β-C2S轉變為γ-C2S，這一過程導致鋼渣體積膨脹10%，引起鋼渣進一步粉化。

2.2 化學變化

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

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，當鋼渣中的硅酸三鈣（C3S）冷卻到1250℃以下時，發生分解反應生成硅酸二鈣（C2S）和游離氧化鈣（f-CaO），反應式為

C3S→C2S+f-CaO（3）

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

3技術特點

主要技術特點體現在以下幾個方面：

1） 實現鋼渣即產即消處理，流程短，效率高；

2） 適應性強，對鋼渣的流動性和初始溫度沒有嚴格要求；

3） 可通過調整熱燜過程中的溫度、壓力等工藝參數，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） 熱燜時間短，一般在10～12h，比其他方法處理時間大幅縮短，可以滿足現代大中型轉爐煉鋼生產快速排渣的要求；

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

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，鋼渣在后續粉磨加工時功耗較低；

8） 整個處理過程可實現自動化和連續化，有利于實現安全生產和降低工人勞動強度；

9） 處理過程環保節能，利用鋼渣余熱和在密閉空間熱燜，利于清潔生產。

4應用效果

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，現場二次揚塵的現象得到杜絕。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，省去了后續深處理的多級破碎設備，同時噸渣節電約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。

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，保證了鋼渣質量。

6）鋼渣熱燜處理使用來自于其他工序產生的污水，不需要新水補充，節約水資源，同時減少了廢水排放對環境的污染。

將進一步總結經驗，消除熱燜生產工藝中存在的安全隱患，并研究進一步提高鋼渣處理工序的自動化水平。

5總結

為了實現鋼渣“零”排放，采用目前最先進、渣利用率最高的鋼渣熱燜工藝，可以有效減少生產現場環境污染，實現轉爐渣處理的干凈整潔，實現國家節能減排目標及可持續發展，也符合企業的當前實際情況，還可以充分回收鋼渣中的含鐵物料，降低煉鋼成本，后續產品開發及綜合利用價值較高，在回收鐵鋼的同時，更重要是尾渣的綜合利用，尾渣粉可用來生產鋼渣超細粉、鋼渣磚，也可用于水泥廠配料，不存在鋼渣膨脹開裂及穩定性的問題，不僅提高了企業的效益，更重要的是保護了環境和生態，將取得了較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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