轉爐鋼渣處理工藝

劉列喜 王立青 李 海 楊韋毅 戎廣平 李海恩 夏長東

(蕪湖新興鑄管有限責任公司 安徽蕪湖241000)

1 前言

冶金過程要消耗大量的原料、燃料，并產生相應量的固體、液體和氣體廢料。世界各國一般每生產1t生鐵產生約300kg爐渣，每生產1t粗鋼要產生約130kg鋼渣，40kg含鐵粉塵及其它廢料[1]。鋼渣是煉鋼產生的廢物，2017年全國鋼產量達到8.3億t，產生鋼渣1.079億t(按13%產生量計算)，鋼渣經過磁選加工后，排放鋼尾渣達到5533萬t，鋼尾渣利用率較低，大部分都堆放未處理，對周邊環境產生污染，造成大量資源浪費，嚴重制約了鋼廠的循環經濟發展。到目前為止，國內積存的鋼渣已在1億t以上，占用了大量土地并污染了環境[2]。鋼渣的化學組成和結構以及水硬性與粒化高爐渣非常相似，為其用于高強混凝土提供了可能，摻入適量的鋼渣微粉取代部分水泥，既能改善混凝土的和易性，還能提高其結構致密度及力學強度[3]，因此鋼渣微粉生產工藝是滿足各鋼廠需要、發展非鋼產業、實現資源最大化利用、發展建筑行業的有效途徑。同時還可創造可觀的經濟效益，對循環經濟和清潔生產，實現鋼廠可持續、健康發展具有重要意義[4]。

2 實驗方法

2.1 制樣方法

鋼渣通過HX-86型分樣器初分為兩份試樣，一份待磨試樣約200g；一份做水分。兩份試樣均放入105℃烘箱內烘干2小時。先將200g左右待磨試樣倒入盤內進行60s研磨，取出后過40目網篩，放入振動篩內振動60s。用紙包吸鐵對篩上物進行鐵粒吸附，未吸出部分倒入40目網篩下試樣內再經過60s研磨后倒入篩下物。吸出鐵粒和40目篩下物進行稱重和百分比計算。稱重后篩上物和篩下物取適量裝入試樣袋做Fe、FeO含量滴定。

2.2 鋼渣精粉TFe品位測定

對鋼渣Fe、FeO含量用重鉻酸鉀滴定。滴定Fe時取0.2g試樣加入30ml鹽酸、80ml水、20ml磺磷混酸、數滴二苯胺磺酸鈉，滴定終點為藍色褪去；滴定FeO時取0.4g加入30ml鹽酸滴定終點為深紫色。滴定完成后對TFe含量進行計算。

3 轉爐鋼渣處理工藝

3.1 熱潑工藝

原料為經過熱潑工藝處理后的鋼渣。其化學成分如下表1。熱潑工藝其優點為：間隔打水，利用熱潑熔融渣本身熱能所產生的蒸汽壓力進行燜渣，使鋼渣快速膨脹，使鋼渣的穩定性活性好，游離氧化鈣(f-CaO)遇水進行下列反應[5]：CaO+H2O=Ca(OH)2體積膨脹97.8%；鋼渣快速膨脹，渣鐵分離更徹底，游離物質得到消解、渣鐵分離度大、穩定性活性好，金屬回收率高而且具有安全可靠的特點。粉化鋼渣中水硬性礦物硅酸二鈣、硅酸三鈣的活性不降低，保證鋼渣質量，粉化后的粒度小于10 mm 鋼渣占60%以上，因此可提高粉磨效率，降低粉磨能耗。

3.2 鋼渣處理工藝流程

轉爐鋼渣經過熱潑工藝處理后的原料進入棒磨機進行粉磨，工藝為：翻轉篩大于180mm鋼渣破碎，≤180mm鋼渣入棒磨機后篩分。篩上物磁選(選出部分片鋼、粒鋼，品位≥65%)，稱重后返回煉鋼用于冶煉；篩下物經過干式滾筒磁選(選出鋼渣精粉，粒度≤10mm，品位≥50%)后用作燒結原料或做冷固球，鋼渣精粉成分見下表2。

分離后的尾渣(選出粒度≤10mm，品位≤15%)進入尾渣倉，運至尾渣堆場。鋼渣粉磨磁選生產工藝布置如圖 1所示。

表1 鋼渣化學成分(質量分數%)

表2 鋼渣精粉化學成分(質量分數%)

圖1 鋼渣粉磨磁選生產工藝流程

該鋼渣粉磨工藝流程的特點如下：(1)對任何種類和各種流動性的鋼渣均適用。特別是煉鋼過程采用鋼渣護爐技術，使鋼渣粘度大，流動性差，普通工藝難以處理，而采用鋼渣熱潑及鋼渣粉磨工藝可實現100%處理率，可實現鋼鐵廠鋼渣零排放的指標；(2)可以在入料處及外循環處增加除鐵器，可將原料及半成品中的磁性物質(粒鋼、磁選粉)進一步提取分離，提高產品質量及設備使用壽命、鋼渣的經濟價值；(3)可實現外循環閉合回路研磨。使原料直接成為合格品；(4)研磨過程中，利用兩個反向旋轉輥來擠壓料層。由于料層是由許多連結在一起的粒子組成，所以施加的壓力造成料層強烈的相互擠壓，導致顆粒破碎，使研磨效率明顯提高；(5)可根據擬建廠區的地形地貌，合理布置原料和成品運輸，功能清晰，使各生產車間之間布置流暢簡潔；(6)自動化控制先進、實用、可靠。該工藝可在中央控制室設置工控操作站集中監控管理，并在各電氣室設立現場控制站進行分散控制，可以充分發揮先進的數字通訊和計算機信息處理傳輸快、可靠的特點；(7)生產的鋼渣尾渣作水泥和混凝土的高活性摻合料，可代替10%～40%的水泥，提高混凝土的后期強度和耐久性。該鋼渣粉磨工藝適合在條件具備的大型鋼鐵企業地區應用，同時也是鋼渣高價值利用的重要途徑。

3.3 再利用

鋼渣綜合利用，經濟價值極高[6]。不同品種的鋼渣用途也不同，TFeO品位高的鋼渣可用來作煉鋼、煉鐵以及燒結原料，剩下的尾渣一般用于筑路、生產鋼渣水泥、混凝土摻合料[7～9]，還可用于預陳化處理的道路材料、鋼渣吸附劑、化肥及酸性土壤改良劑等[10]。

4 結論

1)熱潑工藝處理可使鋼渣快速膨脹，渣鐵分離更徹底，游離物質得到消解、渣鐵分離度大、穩定性活性好，金屬回收率高而且具有安全可靠的特點。

2)熱潑工藝處理后的原料進行棒磨磁選后可以獲得粒度≤10mm，品位≥50%的鋼渣精粉和品位≤15%的尾渣。

3)鋼渣精粉可用來作煉鋼、煉鐵以及燒結原料，尾渣可用于筑路、生產鋼渣水泥等建材。

4)鋼渣熱潑及鋼渣粉磨磁選工藝可實現100%處理率，可實現鋼鐵廠鋼渣零排放的指標，具有廣闊的市場前景。