介紹目前比較流行的幾種鋼渣處理工藝

H:\精品資料\建筑精品網(wǎng)原稿ok（刪除公文）\建筑精品網(wǎng)5未上傳百度介紹當(dāng)前比較流行的幾種鋼渣處理工藝1)熱潑工藝。熱熔鋼渣倒入渣罐后,用車輛運(yùn)到鋼渣熱潑車間,利用吊車將渣罐的液態(tài)渣分層潑倒在渣床上(或渣坑內(nèi))噴淋適量的水,使高溫爐渣急冷碎裂并加速冷卻,然后用裝載機(jī)、電鏟等設(shè)備進(jìn)行挖掘裝車,再運(yùn)至棄渣場(chǎng)。需要加工利用的,則運(yùn)至鋼渣處理間進(jìn)行粉碎、篩分、磁選等工藝處理。(2)盤潑水冷(ISC法)。在鋼渣車間設(shè)置高架潑渣盤,利用吊車將渣罐內(nèi)液態(tài)鋼渣潑在渣盤內(nèi)．渣層一般為30一120mm厚,然后噴以適量的水促使急冷破裂。再將碎渣翻倒在渣車上,驅(qū)車至池邊噴水降溫,再將渣卸至水池內(nèi)進(jìn)一步降溫冷卻。渣子粒度一般為5—100mm,最后用抓斗抓出裝車,送至鋼渣處理車間,進(jìn)行磁選、破碎、篩分、精加工。(3)鋼渣水淬工藝。熱熔鋼渣在流出、下降過程中,被壓力水分割、擊碎．再加上熔渣遇水急冷收縮產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂,使熔渣?；?。由于鋼渣比高爐礦渣堿度高、粘度大,其水淬難度也大。為防止爆炸,有的采用渣罐打孔,在水渣溝水淬的方法并經(jīng)過渣罐孔徑限制最大渣流量。(4)風(fēng)淬法。渣罐接渣后,運(yùn)到風(fēng)淬裝置處,傾翻渣罐,熔渣經(jīng)過中間罐流出,被一種特殊噴嘴噴出的空氣吹散,破碎成微粒,在罩式鍋爐內(nèi)回收高溫空氣和微粒渣中所散發(fā)的熱量并捕集渣粒。經(jīng)過風(fēng)淬而成微粒的轉(zhuǎn)爐渣,可做建筑材料;由鍋爐產(chǎn)生的中溫蒸汽可用于干燥氧化鐵皮。(5)鋼渣粉化處理。由于鋼渣中含有未化臺(tái)的游離CaO,用壓力0．2一0．3MPa,l00℃的蒸汽處理轉(zhuǎn)爐鋼渣時(shí),其體積增加23％一87％,小于0．3mm的鋼渣粉化率達(dá)50％一80％。在渣中主要礦相組成基本不變的情況下,消除了未化合CaO,提高了鋼渣的穩(wěn)定性。此種處理工藝可顯著減少鋼渣破碎加工量并減少粉碎設(shè)備磨損。鋼渣綜合利用途徑及處理工藝的選擇摘要:鋼渣綜合利用途徑及處理工藝的選擇

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),在國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形勢(shì)下,鋼鐵工業(yè)也呈現(xiàn)出跳躍式發(fā)展的態(tài)勢(shì),鋼產(chǎn)量近幾年不斷提高,鋼渣作為煉鋼工藝流程的衍生物隨著鋼產(chǎn)量的提高年產(chǎn)量不斷遞增。據(jù)最新資料統(tǒng)計(jì),中國鋼渣的產(chǎn)生量為3819萬ｔ,鋼渣利用率僅為10%左右,該數(shù)據(jù)顯示鋼渣利用率很低,距離鋼鐵企業(yè)固體廢棄物”零”排放的目標(biāo)尚遠(yuǎn)。積極開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)有效的處理技術(shù)和資源化利用新技術(shù),提高其利用率和附加值,是鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要課題之一。

鋼渣利用途徑和制約鋼渣利用率的因素

鋼渣的利用途徑大致可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán),內(nèi)循環(huán)指鋼渣在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部利用,作為燒結(jié)礦的原料和煉鋼的返回料。鋼渣的外循環(huán)主要是指用于建筑建材行業(yè)。

1鋼渣的內(nèi)循環(huán)利用

鋼渣返燒結(jié)主要是利用鋼渣中的殘鋼、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣、氧化錳等有益成分,而且能夠作為燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑,因?yàn)樗旧硎鞘炝?且含有一定數(shù)量的鐵酸鈣,對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度有一定的改進(jìn)作用,另外轉(zhuǎn)爐渣中的鈣、鎂均以固溶體形式存在,代替溶劑后,可降低溶劑(石灰石、白云石、菱鎂石)消耗,使燒結(jié)過程碳酸鹽分解熱減少,降低燒結(jié)固體燃料消耗。

鋼渣在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部循環(huán)歷來受到重視和普遍采用,配加轉(zhuǎn)爐渣的燒結(jié)礦可改進(jìn)高爐的流動(dòng)性,增加鐵的還原產(chǎn)量?？墒桥涞V工藝對(duì)返燒結(jié)有影響,過度使用會(huì)造成Ｐ等有害元素的富集;配加轉(zhuǎn)爐渣的燒結(jié)礦品位、堿度有所降低。研究表明,當(dāng)高爐爐料使用100%自熔性球團(tuán)礦時(shí),5%轉(zhuǎn)爐渣作為溶劑加入會(huì)引起高爐運(yùn)行不暢,原因是明顯影響球團(tuán)礦的軟熔特性,增大軟熔溫度間隔,使?fàn)t渣粘性有增大趨勢(shì)。另外鋼渣的成分波動(dòng)較大,燒結(jié)配礦時(shí)要求鋼渣各種氧化物成分波動(dòng)≤±2%,粒度要求一般小于3ｍｍ,鋼渣在成分上很難滿足要求,對(duì)鋼渣破碎和篩分的要求也高。

由于這些不利因素存在,特別是各大鋼鐵公司普遍采用富礦冶煉,推行精料入爐方針,同時(shí)要求煉鋼和煉鋼工序的能耗和材料消耗指標(biāo)不斷降低,致使返回?zé)Y(jié)利用的鋼渣量越來越低。當(dāng)前馬鋼混勻燒結(jié)礦中只加入1%左右,而且是間斷式配加。

2鋼渣的外循環(huán)利用

鋼渣的外循環(huán)主要是建筑建材行業(yè),鋼渣在此行業(yè)中利用受制約的主要因素是鋼渣的體積不穩(wěn)定性,鋼渣不同于高爐渣的地方是鋼渣中存在ｆＣａＯ、ｆＭｇＯ,它們?cè)诟哂谒嗍炝蠠蓽囟认滦纬?結(jié)構(gòu)致密,水化很慢,ｆＣａＯ遇水后水化形成Ｃａ(ＯＨ)2,體積膨脹98%,ｆＭｇＯ遇水后水化形成Ｍｇ(ＯＨ)2,體積膨脹148%,容易在硬化的水泥漿體中發(fā)生膨脹,導(dǎo)致?lián)接袖撛幕炷凉こ?、道路、建材制品開裂,因此鋼渣在利用之前必須采取有效的處理,使ｆＣａＯ、ｆＭｇＯ充分消解才能使用。鋼渣在建筑建材行業(yè)有以下幾種利用途徑。

——做水泥生料

鋼渣中ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3含量之和能達(dá)到70%,這些成分對(duì)水泥都是有用的,鋼渣做水泥生料主要作用是做水泥的鐵質(zhì)校正劑,當(dāng)前生料中配加量為3%～5%,工藝比較成熟。水泥工藝中煅燒1ｔ石灰石產(chǎn)生440ｋｇＣＯ2,需500ｋｃａｌ熱量,煅燒1ｔ熟料需230ｋｇ優(yōu)質(zhì)煤。水泥生料配放鋼渣能夠節(jié)約石灰石和煤,但其仍需煅燒的特征未從根本上消除對(duì)能源環(huán)保方面的負(fù)作用,而且鋼渣的全鐵含量在15%～28%之間,含鐵量偏低,水泥生產(chǎn)企業(yè)在計(jì)算成本時(shí),比較傾向于選擇其它含鐵量達(dá)到40%以上的廢渣。

——做鋼渣水泥原料和復(fù)合硅酸鹽水泥的混合材

根據(jù)對(duì)鋼渣的巖相檢定和Ｘ射線檢定,鋼渣之因此具有水硬膠凝性主要是含有水泥熟料中的一些礦物,Ｃ3Ｓ、Ｃ2Ｓ和鐵鋁酸鹽,這些礦物都具有膠凝性,但其含量比水泥熟料少,慢冷的鋼渣晶體發(fā)育較大,比較完整,活性較低,因而水化速度和膠凝能力都比熟料小。

當(dāng)前的鋼渣水泥品種有無熟料鋼渣礦渣水泥、少熟料鋼渣礦渣水泥、鋼渣沸石水泥、鋼渣礦渣硅酸鹽水泥和鋼渣硅酸鹽水泥,它們都有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),摻量在20%～50%之間。鋼渣水泥具有水化熱低、耐磨、抗凍、耐腐蝕、后期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)?？墒卿撛嗟膶?shí)際應(yīng)用情況并不是很好,主要原因是鋼渣的成分波動(dòng)大,常隨煉鋼品種、原料來源和操作管理制度而變化,易引起水泥質(zhì)量的波動(dòng);做水泥混合材時(shí),不同方法處理的鋼渣的易磨性不同,普遍比熟料難磨,使水泥磨制的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量降低,增加水泥生產(chǎn)成本。渣鐵沒有很好分離導(dǎo)致渣中金屬鐵含量高,也影響水泥的磨制;另外鋼渣的活性礦物含量低且以Ｃ2Ｓ為主,造成鋼渣水泥的早期強(qiáng)度低,新的水泥標(biāo)準(zhǔn)中取消了7天強(qiáng)度指標(biāo),增加了3天強(qiáng)度指標(biāo),致使鋼渣水泥難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

——鋼渣微粉做混凝土摻和料

鋼渣微粉開發(fā)利用研究是近年來繼礦渣微粉大規(guī)模應(yīng)用后而出現(xiàn)的熱門話題,鋼渣生產(chǎn)微粉或者復(fù)合微粉能夠消除鋼渣水泥生產(chǎn)中易磨性差異問題,鋼渣經(jīng)過磨細(xì)到一定細(xì)度,比表面積大于400ｍ2ｋｇ時(shí),能夠最大程度地清除金屬鐵,經(jīng)過超細(xì)粉磨使物料晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重組,顆粒表面狀況發(fā)生變化,表面能提高,機(jī)械激發(fā)鋼渣的活性,發(fā)揮水硬膠凝材料的特性。

鋼渣微粉和礦渣微粉復(fù)合時(shí)有優(yōu)勢(shì)疊加的效果,鋼渣中的Ｃ3Ｓ、Ｃ2Ｓ水化時(shí)形成的氫氧化鈣是礦渣的堿性激發(fā)劑。最新資料表明,礦渣渣粉做混凝土摻合料使用雖然能夠提高混凝土強(qiáng)度,改進(jìn)混凝土拌合物的工作性、耐久性,但由于高爐渣的堿度低(%ＣａＯ+%ＭｇＯ)/(%ＳｉＯ2+%Ａｌ2Ｏ3),約為0.9～1.2,大摻量時(shí)會(huì)顯著降低混凝土中液相堿度,破壞混凝土中鋼筋的鈍化膜(ｐＨ<12.4易破壞),引起混凝土中的鋼筋腐蝕,另外高爐渣是以Ｃ3ＡＳ、Ｃ2ＭＳ2為主要成分的玻璃體,?；郀t渣粉的膠凝性來源于礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)的解體,只有在Ｃａ(ＯＨ)2作用下才能形成水化產(chǎn)物,鋼渣堿度高(%ＣａＯ+%ＭｇＯ)/(%ＳｉＯ2),約為1.8～3.0,礦物主要是Ｃ3Ｓ、Ｃ2Ｓ、ＣＦ、Ｃ3ＲＳ2、ＲＯ等,鋼渣中的ｆＣａＯ和活性礦物遇水后生成Ｃａ(ＯＨ)2,提高了混凝土體系的液相堿度,能夠充當(dāng)?shù)V渣微粉的堿性激發(fā)劑。摻入鋼渣微粉的混凝土具有后期強(qiáng)度高的特性,見表1。因此鋼渣和礦渣復(fù)合粉能夠取長補(bǔ)短,性能更加完善。

表1用磁選后尾渣及風(fēng)碎渣制成微粉與高礦渣微粉的復(fù)合微粉代替20%的52.5Ｒ水泥作摻和料的砼3個(gè)月強(qiáng)度值

混凝土齡期基準(zhǔn)純水泥20%礦渣微粉20%鋼渣礦渣復(fù)合20%風(fēng)淬渣礦渣復(fù)抗壓強(qiáng)度砼抗壓強(qiáng)度比微粉砼抗壓強(qiáng)度比合微粉抗壓強(qiáng)度比砼標(biāo)號(hào)ＭＰａ砼標(biāo)號(hào)壓比/%砼標(biāo)號(hào)抗壓比/%砼標(biāo)號(hào)抗壓比/%7天Ｃ4041.2Ｃ2071.8Ｃ3080.6Ｃ3073.828天Ｃ4547.8Ｃ4091.8Ｃ4596.7Ｃ4093.0190天Ｃ5556.2Ｃ5094.1Ｃ5097Ｃ60107.7

凝土中的鋼渣粉”國家標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)部建筑科學(xué)研究院負(fù)責(zé)起草的”礦物摻合技術(shù)規(guī)范”國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成,鋼渣微粉將成為中國鋼渣高價(jià)值利用的最佳途徑,和礦渣微粉復(fù)合應(yīng)用是混凝土摻合料的最佳方案。

——做道路材料

鋼渣經(jīng)過穩(wěn)定化處理后能夠做道路墊層和基層,其強(qiáng)度、抗彎沉性、抗?jié)B性均優(yōu)于天然石材,有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”ＹＢ/Ｔ8011993工程回填用鋼渣”和”ＹＢ/Ｔ8031993道路用鋼渣”,可是鋼渣做回填和道路墊層、基層其附加值低,鋼鐵企業(yè)和建筑單位對(duì)此都不太重視。

鋼渣經(jīng)過風(fēng)淬穩(wěn)定化處理后能夠代替細(xì)骨料做瀝青混凝土和水泥混凝土路面材料,其防滑性、耐磨性、使用壽命都提高,鋼渣的附加值也大大提高。

安徽省馬鞍山市1987年建設(shè)的湖南路工程,使用了風(fēng)淬鋼渣砼試驗(yàn)路面,和黃砂砼路面比較,1月7日對(duì)路面鉆芯取樣后檢測(cè)強(qiáng)度的結(jié)果如表2所示。

表2通車使用兩種砼工程路面鉆芯取樣抗壓強(qiáng)度對(duì)比表ＭＰａ

砼種類28天強(qiáng)度25年后強(qiáng)度抗壓抗折抗壓風(fēng)淬鋼渣砼路面47.866.2385.26黃砂砼路面43.545.5670.10

——做磚、瓦、砌塊及混凝土預(yù)制件

鋼渣經(jīng)過穩(wěn)定化處理后能夠做地面磚、免燒磚、混凝土預(yù)制件等建材制品,摻量大,能達(dá)到60%以上,強(qiáng)度和耐久性高于黏土磚和粉煤灰磚,能節(jié)省大量的水混和黏土,但鋼渣比重較大,不太適宜做實(shí)心的墻體磚。這類實(shí)用技術(shù)是全國新型墻體材料改革的重點(diǎn)推廣技術(shù)。

綜上所述,鋼渣的循環(huán)利用應(yīng)著重放在建筑和建材行業(yè),在水泥、混凝土、路面和建材制品中的利用是鋼渣利用的發(fā)展方向。因此鋼鐵企業(yè)內(nèi)液態(tài)鋼渣的處理應(yīng)該圍繞這些利用途徑,進(jìn)行鋼渣處理工藝的選擇。

當(dāng)前高溫液態(tài)鋼渣處理工藝的比較

當(dāng)前國內(nèi)外鋼渣資源化處理工藝由于煉鋼設(shè)備、工藝、造渣制度、鋼渣物化性能的多樣性及其利用上的多種途徑呈現(xiàn)多樣化,有冷棄法、悶渣法、熱潑法、盤潑法、水淬法、滾筒法、風(fēng)淬法、粒化輪法等。這些工藝都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。具體情況見表3。

表3鋼渣處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例

處理方式工藝特點(diǎn)及過程優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用廠家熱悶法利用高溫液態(tài)渣的顯熱灑水產(chǎn)生物理力學(xué)作用和游離氧化鈣的水解作用使渣碎化工藝簡單,適于處理高堿度鋼渣、鋼渣活性較高、安定性較好,并能處理固態(tài)渣粒度不均勻、后續(xù)破碎加工量大、處理周期長鞍鋼、首鋼、漣鋼、寶鋼熱潑法在爐渣高于可淬溫度時(shí),以有限的水向爐渣噴灑,使渣產(chǎn)生的溫度應(yīng)力大于渣本身的極限應(yīng)力,產(chǎn)生碎裂,游離氧化鈣的水化作用使渣進(jìn)一步裂解排渣速度快,冷卻時(shí)間短、便于機(jī)械化生產(chǎn),處理能力大;鋼渣活性較高、生產(chǎn)率高設(shè)備損耗大,占地面積大,破碎加工粉塵大,蒸汽量大;鋼渣加工量大。對(duì)環(huán)境和節(jié)能兩方面都不利。鋼渣安定性差唐鋼、武鋼二煉鋼盤潑法是將熱熔渣倒在渣罐中,運(yùn)至渣盤邊,用吊車將罐中的渣均勻倒在渣盤中,待表面凝固即噴淋大量水急冷,再傾翻到渣車中噴水冷卻,最后翻入水池中冷卻快速冷卻、占地少、處理量大、粉塵少、鋼渣活性較高渣盤易變形、工藝復(fù)雜、運(yùn)行和投資費(fèi)用大。鋼渣安定性差新日鐵、寶鋼水淬法高溫液態(tài)渣在流出、下降過程中被壓力水分割、擊碎,再加上高溫熔渣遇水急冷收縮產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂,同時(shí)進(jìn)行了熱交換,使熔渣在水幕中?；旁?、流程簡單、占地少、投資少,處理后鋼渣粒度小(5ｍｍ左右),性能穩(wěn)定熔渣水淬時(shí)操作不當(dāng),易發(fā)生爆炸,鋼渣粒度均勻性差。只能處理液渣濟(jì)鋼、齊齊哈爾車輛廠、美國伯利恒鋼鐵公司滾筒法高溫液態(tài)鋼渣在高速旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi),以水作冷卻介質(zhì),急冷固化、破碎排渣快、占地面積較小,污染小,渣粒性能穩(wěn)定鋼渣粒度大,不均勻(>9.5ｍｍ達(dá)18%),活性差,設(shè)備較復(fù)雜,且故障率高,設(shè)備投資大。只能處理液態(tài)渣寶鋼二煉鋼風(fēng)淬法用壓縮空氣作冷卻介質(zhì),使液態(tài)鋼渣急冷、改質(zhì)、?；踩咝?排渣快、工藝成熟,占地面積較小。污染小,渣粒性能穩(wěn)定,粒度均勻且光滑(>5ｍｍ沒有),投資少只能處理液態(tài)渣日本鋼管公司福山廠、臺(tái)灣中鋼集團(tuán)、重鋼?；喎▽⒁簯B(tài)鋼渣落到高速旋轉(zhuǎn)的?；喩?使熔渣破碎渣化,噴水冷卻排渣快、適宜于流動(dòng)性好的高爐渣設(shè)備磨損大,壽命短,處理量大則水量小時(shí)易發(fā)生爆炸,處理率低。粒度不均勻(>9.5ｍｍ達(dá)29%)沙鋼

選擇處理工藝一般從鋼渣綜合利用途徑、節(jié)能和環(huán)境保護(hù)、投資這幾方面綜合考慮,在滿足煉鋼工藝順利進(jìn)行的前提下,結(jié)合考慮液態(tài)鋼渣的黏度和流動(dòng)性,選擇相對(duì)合理的處理工藝,達(dá)到渣鐵的有效分離,盡量保持鋼渣的活性,降低鋼渣的不穩(wěn)定性。

從表3可知,從液態(tài)鋼渣流動(dòng)性的角度考慮,滾筒法、風(fēng)淬法、水淬法和?；喎ㄖ荒芴幚砹鲃?dòng)性好的鋼渣,盤潑法、熱潑法和熱悶法能夠處理流動(dòng)性差的渣;從工藝繁雜程度、裝置投資角度看,風(fēng)淬法、熱悶法較簡單,投資少、設(shè)備磨損小;從節(jié)能和環(huán)境保護(hù)角度考慮,風(fēng)淬法、熱悶法、滾筒法可行;從處理后鋼渣粒度的均勻程度考慮,風(fēng)淬法得到的鋼渣粒度最小而且均勻;從處理后鋼渣的安定性和活性考慮,風(fēng)淬法和熱悶法較好;因此,處理流動(dòng)性好的鋼渣的最佳工藝是風(fēng)淬法,處理流動(dòng)性差的鋼渣的最佳工藝是熱悶法。

風(fēng)淬法和熱悶法原理

風(fēng)淬法用壓縮空氣作介質(zhì),在風(fēng)淬時(shí),熔融和半熔融渣粒隨壓縮空氣向前飛行,在擊碎的飛行過程中,壓縮空氣對(duì)高溫液態(tài)鋼渣有一個(gè)較強(qiáng)的氧化作用,風(fēng)淬后,鋼渣中的ＦｅＯ相消失,含ＦｅＯ的石灰不穩(wěn)定相明顯減少,而2ＣａＯＦｅ2Ｏ3穩(wěn)定相增加,而這是其它任何一種鋼渣處理方式都不可能實(shí)現(xiàn)的,在用水補(bǔ)充冷卻時(shí)強(qiáng)化了ｆＣａＯ的消解反應(yīng),?；屠鋮s過程使鋼渣中的不穩(wěn)定相基本消失,顆粒表面非晶態(tài)礦物相顯著增加,鋼渣的潛在活性提高。由于鋼水和液態(tài)鋼渣的表面張力不同,風(fēng)淬過程可使渣鐵得到良好的分離,固態(tài)渣和鋼都呈球型細(xì)小顆粒,渣包鋼的情況不會(huì)出現(xiàn),風(fēng)淬后經(jīng)過簡單的磁選便能使渣鐵分離。液態(tài)鋼渣經(jīng)過調(diào)整風(fēng)淬過程的工藝參數(shù)可使風(fēng)淬渣的平均粒度達(dá)到2ｍｍ左右,且粒度分布區(qū)間較窄,代替黃砂做混凝土細(xì)骨料可直接使用,生產(chǎn)鋼渣微粉能減少粗破碎工序,直接進(jìn)入粉磨機(jī)。

熱悶法是將熱融鋼渣冷卻至800～300℃裝入熱悶裝置中噴霧遇熱渣產(chǎn)生飽和蒸汽,與鋼渣中游離氧化鈣ｆＣａＯ、游離氧化鎂ｆＭｇＯ發(fā)生反應(yīng),使鋼渣自解粉化,達(dá)到鋼渣破碎的目的,同時(shí)消除了鋼渣的不穩(wěn)定因素,使鋼渣在建筑建材上的應(yīng)用安全可靠,磁選后尾渣的利用率可為100%。該工藝不用大量的水浸泡保證了鋼渣中水硬性礦物Ｃ3Ｓ、Ｃ2Ｓ的活性不下降,同時(shí)熱悶法對(duì)噴濺渣、流動(dòng)性差的鋼渣都能進(jìn)行處理。

提高鋼鐵企業(yè)鋼渣利用率的主要途徑是在建筑建材行業(yè)多途徑利用,應(yīng)大力開發(fā)和完善鋼渣在建筑建材行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù),圍繞此主要利用途徑反向選擇鋼渣處理工藝。從鋼鐵企業(yè)的鋼渣整體情況和提高鋼渣的處理率來看,認(rèn)為風(fēng)淬法和熱悶法聯(lián)合應(yīng)用是非常穩(wěn)妥的最佳選擇,風(fēng)淬法處理流動(dòng)性較好的液態(tài)鋼渣,使60%左右的鋼渣處理后粒度適宜,加工量小、活性大、安定性好,其余流動(dòng)性較差的液態(tài)鋼渣和固態(tài)渣采用熱悶法處理,使之活性大、安定性好,這樣就為鋼鐵企業(yè)的比較難以利用的二次資源—鋼渣的100%利用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。鋼渣處理和利用(disposalandutilizationofsteelslag)煉鋼過程中排出的廢渣經(jīng)過加工,消除其對(duì)環(huán)境污染并發(fā)揮其效能的過程。鋼渣是在煉鋼過程中,由金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯和補(bǔ)爐材料、金屬爐料帶人的雜質(zhì)如泥砂和特意加入的造渣材料,如石灰石、白云石、螢石、鐵礦石、硅石等所形成的廢物,其中造渣材料是鋼渣的主要來源。依煉鋼工藝技術(shù)和設(shè)備的不同,鋼渣的產(chǎn)生率有所不同,一般約為粗鋼產(chǎn)量的15％～20％。鋼渣的分類一般按照冶煉方法、堿度和形態(tài)進(jìn)行分類。按冶煉方法可分為平爐鋼渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣和電爐鋼渣。平爐鋼渣又可分為初期渣、精煉渣、出鋼渣和澆鋼余渣;電爐鋼渣又有氧化渣和還原渣之分。按鋼渣的堿度分類鋼渣的堿度是指其主要成分中的堿性氧化物和酸性氧化物的含量比。M<1.8稱為低堿度鋼渣;M=1.8～2.5稱為中堿度鋼渣;M>2.5稱為高堿度鋼渣。按鋼渣的形態(tài)可分為水淬粒狀鋼渣、塊狀鋼渣和粉狀鋼渣。形態(tài)的差異是因?qū)︿撛M(jìn)行處理時(shí)所采用工藝方法的不同所致。鋼渣的組成包括其化學(xué)組成和礦物組成?；瘜W(xué)組成鋼渣的主要化學(xué)成分有:CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、f-CaO等。有的鋼渣還含有V2O5、TiO2等。各種成分的含量依爐型、鋼種不同有較大范圍的波動(dòng)。中國主要鋼廠的鋼渣化學(xué)成分見表1。礦物組成不同爐種的鋼渣礦物組成差異較大。中國主要鋼鐵廠的轉(zhuǎn)爐鋼渣基本上屬硅酸二鈣或硅酸三鈣渣。堿度低時(shí),常出現(xiàn)的礦物有橄欖石(CaO?RO?SiO2)、薔薇輝石(3CaO?RO?2SiO2)、RO相。堿度高的鋼渣含有硅酸二鈣(2CaO?SiO2)和硅酸三鈣(3CaO?SiO2)。平爐初期渣的主要礦物有橄欖石、薔薇輝石、RO相等。精煉渣、出鋼渣和澆鋼余渣的主要礦物有硅酸二鈣、硅酸三鈣、R0相、鐵酸二鈣(2CaO?Fe2O3)、鐵酸鈣(CaO?Fe2O3)、納蓋斯密特石(7CaO?P2O5?2SiO2),有的還出現(xiàn)黃長石(鈣鋁黃長石和鈣鎂黃長石所組成的復(fù)雜共熔體)和尖晶石。電爐氧化渣的主要礦物有α–硅酸二鈣和β–硅酸二鈣、RO相和鎂薔薇輝石等。另外還可能出現(xiàn)原料成分中的鈣鉻鎂礦和鋁硅酸鈣。還原渣的主要礦物有鋁酸鈣(CaO?Al2O3)、β–硅酸二鈣、),γ–硅酸二鈣、薔薇輝石、方鎂石(MgO)和少量氟鋁酸鈣、碳化鈣等。鋼渣處理工藝當(dāng)今,國內(nèi)外關(guān)于鋼渣處理工藝方法主要有熱潑法、盤潑法、水淬法、風(fēng)淬法、粉化法和棄渣法。處理工藝有自磨機(jī)和干破碎處理工藝。熱潑法是國內(nèi)外應(yīng)用比較多的方法。它的基本原理是:在爐渣溫度高于可碎溫度時(shí)(一般平爐渣為1000℃),以有限制的水向爐渣噴灑,使渣產(chǎn)生的溫度應(yīng)力大于渣本身的極限應(yīng)力,使渣產(chǎn)生裂紋,裂紋相交,渣破裂成塊,冷卻水繼續(xù)沿裂紋滲入,使渣進(jìn)一步破裂,同時(shí)也加速了游離態(tài)氧化鈣的水化,使渣向更小塊破裂。重復(fù)熱潑,積渣到一定厚度,再鏟運(yùn)進(jìn)一步處理。該法有爐下直潑法和爐外熱潑法。前者是將熱熔渣潑于爐下地面上,灑水冷卻后挖掘裝車送到破碎篩分線,如美國的潘海爾斯廠的平爐、英國布朗貝利公司麗枝露得廠的電爐等均采用此法。后者是將液態(tài)鋼渣倒人渣罐后,運(yùn)至熱潑車間,用吊車起吊渣罐將渣均勻潑在場(chǎng)地上,經(jīng)空氣冷卻后,再打水冷卻,用推土機(jī)推集成堆,這是熱潑法中應(yīng)用最多的一種方法。熱潑法具有排渣速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),但需大量裝載機(jī)械、設(shè)備損耗大,后序破碎加工量大,產(chǎn)生的粉塵量相對(duì)也大。盤潑法有盤潑淬冷法(ISC法)和淺盤直潑法(SDD法)兩種。ISC法工藝的處理流程為:將熔融渣用渣罐運(yùn)至處理跨渣盤旁,用吊車將罐中的渣均勻傾倒在渣盤中,渣層厚度一般為50～150mm,先靜置空冷,后噴水冷卻,為一次冷卻,待鋼渣表面溫度降為500℃左右時(shí),用吊車啟動(dòng)渣盤將鋼渣傾翻到排渣車上,送至二冷卻站,向車上噴水冷卻,使渣溫降至90～200℃時(shí)將鋼渣倒人冷卻水池,進(jìn)行第三次冷卻,水浴冷卻至60～70℃后由門型抓斗起重機(jī)把鋼渣從水池中抓出裝入貯料倉,經(jīng)皮帶機(jī)運(yùn)往粒鐵回收車問進(jìn)行磁選、破碎和篩分。此法為日本人匯興產(chǎn)株式會(huì)社的專利。其主要優(yōu)點(diǎn)是能快速處理熔渣,占地少,安全可靠,勞動(dòng)條件好。但占用設(shè)備多,蒸汽量比較大。SDD法是日本新日鐵釜石制鐵所的專利,其工藝流程為:將轉(zhuǎn)爐渣直接潑在淺盤上,進(jìn)行自然冷卻和碎裂,然后將渣盤經(jīng)過回轉(zhuǎn)裝置倒在專用渣車上,送往渣處理場(chǎng)。該工藝不經(jīng)過渣罐轉(zhuǎn)運(yùn),因而不產(chǎn)生罐殼渣;不必進(jìn)行粗碎;無爆炸危險(xiǎn);減少了粉塵和噪音;處理場(chǎng)地盤子化,可大幅度降低處理成本。水淬法是對(duì)爐渣粒化和冷卻效果最好的方法,世界各國鋼鐵企業(yè)都重視利用它來處理鋼渣,但由于鋼渣熱熔狀態(tài)時(shí)粘度大,含鋼量也較高爐渣多,用一般高爐渣水淬法處理比較困難。平爐鋼渣一般采用”帶中間渣罐”的工藝流程:熔渣從爐內(nèi)放人中間渣罐,再從渣罐下部的出渣口流出,經(jīng)壓力水而水淬成粒,排人集渣池,采用抓斗吊將水淬渣抓出裝車運(yùn)至用戶。出渣口孔徑為50～150mm,渣水比為1:10。轉(zhuǎn)爐鋼渣水淬多采用傾翻渣盤池內(nèi)水淬和開孔渣罐池式法。前者工藝流程為:渣盤接渣后運(yùn)至水淬池旁,用渣車傾翻裝置將熔渣傾倒在流渣槽內(nèi),經(jīng)流渣槽流入水池急冷?；?。在流渣槽下也可設(shè)噴水管加強(qiáng)水淬效果。后者的工藝流程為:用帶孔渣罐接渣,運(yùn)至水池旁,打開渣孔,熔渣經(jīng)高壓水束(壓力一般為0.2～0.34MPa)沖淬至池內(nèi)。水淬法工藝流程簡單,設(shè)備少,占地少,投資省,排渣速度快。產(chǎn)品粒度小,便于綜合利用。其缺點(diǎn)是當(dāng)沖渣水的壓力和水量如控制不當(dāng)或供水系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸,影響人身和生產(chǎn)的安全;熔渣粘度大時(shí)會(huì)影響水淬的順利進(jìn)行,降低了水淬率以及還需對(duì)外排沖(泡)渣水進(jìn)行處理等。風(fēng)淬法工藝流程為:將高溫熔渣由渣罐倒人流渣槽,在流渣槽出口處由高速空氣噴吹成粒狀。對(duì)落于近處(一般在8m以內(nèi))的表面尚呈半固態(tài)的渣粒,則采取補(bǔ)充冷卻以避免粘連;落于遠(yuǎn)處的渣粒已完全變?yōu)楣虘B(tài)而不致粘連。當(dāng)具有熱回收裝置時(shí),高溫渣粒進(jìn)入其中以回收其顯熱。冷卻后的渣粒送于儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng),運(yùn)至用戶。風(fēng)淬法具有水淬法的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),而避免了爆炸的危險(xiǎn)和水質(zhì)污染,并可回收熱能(當(dāng)有熱回收裝置時(shí))。粉化法首先研制成功的鋼渣粉化處理工藝是將熱熔鋼渣凝固后噴水或處于一定壓力的飽和蒸汽作用下,使鋼渣中的游離氧化鈣遇水膨脹而使鋼渣碎裂粉化。以后將此法引伸為熱悶處理、打水粉化處理等等。該工藝方法簡單、安全可靠、能耗少,但粉化鋼渣的活性隨之降低。粉化法是中國為處理高堿度鋼渣而采用的一種工藝,對(duì)低鈣渣效果欠佳。棄渣法工藝流程為:把鋼渣倒入渣罐(盤),經(jīng)緩冷后直接用火車運(yùn)至渣場(chǎng)棄倒。這種方法是有鋼鐵工業(yè)以來就采用的方法,中國多數(shù)鋼廠仍沿用此種工藝。它的缺點(diǎn)是:工藝投資大,占地廣,設(shè)備多,廢渣不易綜合利用,金屬也不能及時(shí)回收,此工藝逐漸在淘汰。上述六種方法,都不能把鋼渣處理到直接可供使用的程度。水淬法產(chǎn)品雖可供直接使用,但水淬率也只有50％。要把鋼渣處理達(dá)到工程上直接能用的材料,還需深加工。國內(nèi)外普遍采用的辦法,是機(jī)械破碎、磁選、篩分。處理工藝主要有自磨機(jī)處理工藝和干破碎處理工藝:自磨機(jī)處理工藝鋼渣粗破選出大塊廢鋼以后,經(jīng)皮帶機(jī)送于自磨機(jī),經(jīng)過鋼渣之間的沖擊和磨剝作用,使鋼渣粉碎。一定粒度的物料由格孔漏出機(jī)外,在分離器內(nèi)分級(jí)并磁選。該工藝運(yùn)行穩(wěn)定,生產(chǎn)率高,回收的金屬帶渣少,含鐵量可達(dá)60％～80％,經(jīng)過調(diào)換排料格孔的大小,能夠控制破碎產(chǎn)物的粒度。為了提高磨機(jī)效率,要求鋼渣含水率小于5％。干破碎處理工藝為了滿足鋼渣利用過程中對(duì)粒度的嚴(yán)格要求,一些廠采用破碎工藝。一般多采用顎式破碎機(jī)、磁選、篩分工藝流程。顎式破碎機(jī)一般一級(jí)用400mm×600mm,二級(jí)用250mm×400mm。該工藝有操作簡單,靈活適用的特點(diǎn),但易產(chǎn)生粉塵污染,需要加強(qiáng)除塵設(shè)施。除采用顎式破碎機(jī)外,還有圓錐破碎機(jī)、反擊破碎機(jī)和對(duì)輥破碎機(jī),但一般都存在卡料、灰塵大、機(jī)件損壞嚴(yán)重等問題。鋼渣綜合利用鋼渣的用途因成分而異。迄今,人們已開發(fā)了多種有關(guān)鋼渣綜合利用的途徑,主要包括冶金、建筑材料、農(nóng)業(yè)利用幾個(gè)領(lǐng)域。用作冶金原料鋼渣在冶金生產(chǎn)中可代替石灰石或石灰做燒結(jié)熔劑、高爐熔劑、化鐵爐熔劑,作煉鋼返回渣等。用作冶金原料時(shí)應(yīng)注意磷的富集給生產(chǎn)帶來的不良影響,需要控制配比、采取開路使用和將含磷高的鋼渣移做她用。(1)做燒結(jié)熔劑。燒結(jié)礦中可配入5％～10％粒度小于8mm的鋼渣代替熔劑使用,不但回收利用了渣中鋼粒,也利用了渣中CaO、MgO、MnO等有益成分,鋼渣軟化溫度低且物相均勻,可促進(jìn)燒結(jié)礦液相的生成而使粘結(jié)相增多且分布均勻,加之抑制了硅酸二鈣的相變使粉化率降低,因而提高了燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。高爐使用配人鋼渣的燒結(jié)礦,由于燒結(jié)礦強(qiáng)度提高、粒度組成改進(jìn),盡管鐵品位略有降低,煉鐵渣量增加,但高爐操作順利,對(duì)其產(chǎn)量提高、焦比的降低還是有利的。(2)作高爐熔劑。將熱潑法處理得到的鋼渣碎石破碎到8～30mm之間,直接返回高爐用以代替石灰石,并回收利用其中的有益成分,能夠節(jié)省熔劑(石灰石、白云石、螢石)消耗,改進(jìn)高爐渣的流動(dòng)性能,增加了鐵水產(chǎn)量。缺點(diǎn)是鋼渣成分波動(dòng)大,有些鋼渣易粉化,粒度不易控制。對(duì)于利用高堿度燒結(jié)礦或熔劑性燒結(jié)礦的高爐,由于基本上不加石灰石,鋼渣在這類高爐上的應(yīng)用受到了限制。(3)作化鐵爐熔劑。用鋼渣代替部分石灰石和螢石作化鐵爐熔劑,對(duì)鐵水溫度、鐵水含硫量、熔化率、爐渣的堿度及流動(dòng)性均無明顯影響,對(duì)于使用化鐵爐的鋼廠和一部分生產(chǎn)鐵鑄件的機(jī)械廠都能夠應(yīng)用。(4)作煉鋼返回渣。轉(zhuǎn)爐煉鋼,每噸加高堿度鋼渣25kg左右,并配合使用白云石,可使冶煉成渣早,減少煉鋼初期對(duì)爐襯的侵蝕,有利于提高爐齡,降低耐火材料消耗,或減少螢石用量。用作筑路和建筑材料含游離氧化鈣低,含磷也高而不適宜作冶煉熔劑的鋼渣,能夠考慮用作筑路、河道和水工建筑材料。鋼渣是經(jīng)高溫煅燒過的含有硅酸鹽、鐵鋁酸鹽礦相的物質(zhì),可用作鋼渣礦渣水泥原料,水泥混合材料、燒制水泥熟料的原料和建筑制品等。(1)作筑路材料。鋼渣物理力學(xué)性能優(yōu)于高爐渣和普通碎石,是筑路工程較好的骨料,但其化學(xué)組成中存在游離氧化鈣,影響其安定性。筑路用鋼渣為經(jīng)過陳化或其它方法處理已經(jīng)穩(wěn)定的鋼渣。修筑路基一般使用純鋼渣,修筑路基層一般使用鋼渣混合料。其中以使用鋼渣、粉煤灰、石灰混合料為宜,參考配合比(％)為72:20:8。鋼渣的最大粒徑不大于50mm,壓碎值不大于35％。路基碾壓成型后應(yīng)在潮濕狀態(tài)下養(yǎng)生,一般采用灑水養(yǎng)生,養(yǎng)生期一般不少于7d。(2)作鐵路道渣。鋼渣碎塊能夠代替碎石作為鐵路道渣,除穩(wěn)定性好、不滑移、耐蝕、耐久性好外,還具有導(dǎo)電性小,不會(huì)干擾鐵路系統(tǒng)的電訊工作,路床不生雜草,不易被雨水洪水沖刷,不會(huì)因鐵路使用過程的沖撞力而滑移等優(yōu)點(diǎn)。(3)作水泥生產(chǎn)的原料或混合料。以平爐、轉(zhuǎn)爐鋼渣為主要組分,加入一定量?；郀t礦渣和適量石膏,磨細(xì)可制得鋼渣礦渣水泥。鋼渣的最少摻量以重量計(jì)不少于35％,必要時(shí),可摻入重量不超過20％的硅酸鹽水泥。用于鋼渣礦渣水泥中的鋼渣要符合如下要求:鋼渣的堿度不應(yīng)小于1.8;鋼渣中的游離氧化鈣含量不應(yīng)超過5％;鋼渣中不應(yīng)含有耐火磚、工業(yè)垃圾和泥砂等物;鋼渣中金屬鐵的含量不應(yīng)超過1％。鋼渣礦渣水泥的參考配比見表2。無熟料鋼渣礦渣水泥早期強(qiáng)度低,僅用于砌筑砂漿、墻體材料、預(yù)制混凝土構(gòu)件和農(nóng)田水利工程等方面。少熟料鋼渣礦渣水泥的早期和后期強(qiáng)度都比較高。鋼渣礦渣水泥具有水化熱低、微膨脹、抗?jié)B、抗凍等特點(diǎn),因而特別適宜于水利工程。利用鋼渣做普通水泥外,中國一些企業(yè)還用電爐渣生產(chǎn)白鋼渣水泥,標(biāo)號(hào)325以上,白度75度左右。(4)生產(chǎn)鋼渣磚。以粉狀鋼渣或水淬鋼渣為主要原料,摻入部分水淬礦渣(或粉煤灰)和激發(fā)劑(石灰、石膏或芒硝)加水?dāng)嚢?經(jīng)輪碾、壓制成型、蒸養(yǎng)(或自然養(yǎng)護(hù))而成。(5)作工程回填材料。鋼渣可用作工業(yè)和民用建(構(gòu))筑物地基以及場(chǎng)坪的填筑材料。用它填筑的建筑物地基和場(chǎng)坪整體性好、承載力高?；靥钣娩撛鼞?yīng)為經(jīng)過陳化或其它方法處理已經(jīng)穩(wěn)定的鋼渣,其最大粒徑視使用部位的要求而定,一般不大于200～300mm。用于農(nóng)業(yè)鋼渣中含有CaO,可用來改良酸性土壤。鋼渣可作磷肥,也可作硅鈣肥,在一定的土壤環(huán)境下對(duì)植物早期和晚期都有肥效。當(dāng)采用中、高磷鐵水煉鋼時(shí),在不加螢石造渣情況下,回收的初期含磷渣,經(jīng)破碎一磁選一破碎等工藝條件,就得到成品鋼渣磷肥。鋼渣中的P2O5雖不溶于水,但具有枸溶性,即能溶于酸度相當(dāng)2％枸櫞酸(檸檬酸)或枸櫞酸銨的溶液中,可被植物吸收。一般用作基肥,每畝可施用50～200kg。淺談鋼渣熱悶處理工藝及熱悶效果的提高、摘要:本文介紹了轉(zhuǎn)爐鋼渣熱悶處理的工藝流程,特點(diǎn)、原理及熱悶處理鋼渣粉化的三個(gè)階段,并經(jīng)過對(duì)入池溫度的控制、打水的原則、蒸汽量的控制三者分析,使鋼渣熱悶效果得到一定的提高。

關(guān)鍵詞:鋼渣

熱悶工藝

效果

1.前言

隨著中國鋼鐵產(chǎn)量的迅速增長,鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的主要固體廢棄物——鋼渣的總量也在急劇增加,對(duì)鋼渣的的回收利用已成為影響鋼鐵生產(chǎn)與環(huán)境,社會(huì)和諧發(fā)展的重要因素之一。可是,隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,國內(nèi)轉(zhuǎn)爐鋼渣預(yù)處理工藝較多,主要有熱悶法,水碎法、風(fēng)碎法、熱潑法以及滾筒法,各有其優(yōu)缺點(diǎn)。但從近幾年來的生產(chǎn)實(shí)際看,比較有代表性的熱悶處理工藝,它兼顧了鋼渣性能的穩(wěn)定和環(huán)保要求。因此,大型鋼鐵企業(yè)應(yīng)用熱悶處理工藝越來越普遍,逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)之一,天鐵資源有限公司于4月成功將此應(yīng)用于鋼渣處理生產(chǎn)線上。

2.轉(zhuǎn)爐鋼渣熱悶處理

2.1工藝流程及特點(diǎn)

將轉(zhuǎn)爐熱融的鋼渣在渣罐中冷卻一定時(shí)間后,由天車將渣罐吊起倒入另外一個(gè)渣罐將其摔碎,再用天車將渣罐翻入熱悶池,打水熱悶。熱悶好的鋼渣由挖掘機(jī)或天車抓斗運(yùn)至條篩,由膠帶輸送機(jī)送至破碎,篩分、磁選、提純加工生產(chǎn)線。

其工藝流程圖:

圖1.天鐵資源有限公司鋼渣熱悶處理工藝流程

其特點(diǎn)是:高溫鋼渣在熱悶池內(nèi),打水后鋼渣激冷破碎粉化,使得渣鐵分離和鋼渣的化學(xué)性能得到進(jìn)一步的穩(wěn)定,為后續(xù)再利用鋼渣粉奠定了基礎(chǔ)。

2.2轉(zhuǎn)爐鋼渣主要化學(xué)成分(單位:%)

2.3工作原理

熱態(tài)鋼渣裝入熱悶池,使得鋼渣冷卻至300~800℃,當(dāng)熱悶池蓋蓋密封后,打水時(shí)使熱悶池內(nèi)產(chǎn)生大量飽和蒸汽與熱態(tài)鋼渣作用,鋼渣中游離氧化鈣(f-CaO)和游離氧化鎂(f-MgO)與水反應(yīng):

f-CaO+H2O→Ca(OH)2

體積膨脹97.8%

f-MgO+H2O→Mg(OH)2

體積膨脹148%

由于巨大的膨脹力使鋼渣開裂、粉化及渣鐵分離。

2.4熱悶處理工藝鋼渣粉化的三個(gè)階段

第一階段是高溫?zé)釕B(tài)渣遇水汽化冷卻,池內(nèi)產(chǎn)生大量飽和蒸汽。

第二階段是鋼渣因表面與內(nèi)部或不同部位之間存在著溫度差

而使各部分不能完全自由脹縮而產(chǎn)生熱應(yīng)力;與此同時(shí),隨溫度而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)則產(chǎn)生相變應(yīng)力,而相變時(shí)常伴有放熱以及體積的變化。因此,由于熱應(yīng)力和相變應(yīng)力的存在使鋼渣開始進(jìn)入破裂階段。

圖2:常見的與熱現(xiàn)象有關(guān)的p-T相圖

第三階段是池內(nèi)大量飽和蒸汽沿裂縫滲到鋼渣內(nèi)部進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行水解粉化。

3.熱悶效果的提高

熱悶鋼渣粉化的條件是:溫度、打水、蒸汽三者共同作用,缺一不可。粉化率的高低與這三者有著密不可分的關(guān)系。

3.1溫度的控制

鋼渣入池溫度的高低直接影響到熱悶效果的好壞。根據(jù)理論數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)長期實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虻贸?鋼渣入池溫度必須控制在300~800℃范圍之內(nèi)。因?yàn)橹挥性谶@個(gè)范圍內(nèi)熱態(tài)鋼渣才不會(huì)再次的發(fā)生結(jié)成大塊甚至板結(jié),這就要求對(duì)鋼渣的種類,出爐時(shí)間以及冷卻程度要準(zhǔn)確掌握,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷是否能夠處理。另外,為了鋼渣入池溫度控制在300~800℃范圍之內(nèi),也能夠讓高溫固態(tài)鋼渣每一罐入池后,再打水冷卻至鋼渣表面為暗紅色為止,這時(shí)鋼渣鋼渣溫度基本上就控制在這個(gè)范圍之內(nèi)了。

3.2打水的原則

首先、確保水系統(tǒng)時(shí)刻暢通無阻,并定期及時(shí)對(duì)給水系統(tǒng)進(jìn)行徹底清理。

其次、高溫鋼渣每罐入池后,必須保證每打水冷卻一次,挖掘機(jī)必須松動(dòng)一次,要有一個(gè)良好的熱悶效果必須保證裝渣不能密集壓實(shí)甚至板結(jié),只有這樣才能保證在打水過程中,池內(nèi)鋼渣有良好的透水性;另外,在紅渣入池過程中,渣塊直徑不能大于1米,防止對(duì)下面的鋼渣形成”保護(hù)傘”影響透水性,只有這樣才能保證高溫的鋼渣與水能夠充分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行粉化。

最后、蓋蓋后的打水也是至關(guān)重要的,可是必須保證一個(gè)原則,那就是第一次打水必須打透。也就是說,第一次打水必須保證水能夠從池內(nèi)的頂部滲透到熱悶池的底部,使池內(nèi)每塊鋼渣都能與水完全接觸。

3.3蒸汽的控制

蒸汽對(duì)鋼渣來說不但提供了水而且提供了溫度,池內(nèi)蒸汽量是否飽和也直接影響熱悶效果。因此,要有一個(gè)良好的熱悶效果必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)蒸汽量的大小時(shí)刻調(diào)節(jié)碟閥來保證池內(nèi)有大量的飽和的蒸汽與鋼渣反應(yīng)。

4.結(jié)束語

鋼渣熱悶處理工藝是中國轉(zhuǎn)爐鋼渣處理技術(shù)比較具有代表性的工藝。經(jīng)過對(duì)鋼渣的化學(xué)成分分析,有效的經(jīng)過對(duì)高溫鋼渣打水熱悶處理,使得渣鐵分離以及鋼渣的化學(xué)性能得到穩(wěn)定,也滿足了環(huán)保要求。

因此,對(duì)鋼渣熱悶處理工藝中所存在的問題應(yīng)積極探索和研究,把鋼渣熱悶處理工藝提高到一個(gè)新的水平,更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

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朱桂林.孫樹杉.天鐵資源公司鋼渣熱悶處理生產(chǎn)線設(shè)計(jì)說明書.中國京冶設(shè)計(jì)院.7月.轉(zhuǎn)爐鋼渣處理中能源利用的探索與研究前言轉(zhuǎn)爐鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品,轉(zhuǎn)爐鋼渣的產(chǎn)生釋放大量的熱能。大部分鋼渣處理方法都是將熱態(tài)鋼渣進(jìn)行冷卻后進(jìn)行破碎-篩分-磁選加工,提取金屬后再加以利用。而熔融鋼渣從1600℃冷卻到常溫,鋼渣中含有豐富熱能都被浪費(fèi),在冷卻過程中浪費(fèi)大量的水,經(jīng)過自然冷卻的方法處理鋼渣則需要大量的占地并造成對(duì)周圍環(huán)境的污染。如能利用熔渣中的顯熱不但能減少污染,且節(jié)約資源巨大,如何利用鋼渣顯熱成為需要攻克的一個(gè)難題。1鋼渣能源利用的戰(zhàn)略意義1.1環(huán)保效益分析作為全世界共同面正確問題,溫室效應(yīng)嚴(yán)重威脅著人類的生存,二氧化碳的過度排放是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?低碳經(jīng)濟(jì)在世界發(fā)展中成為共同關(guān)注的話題,聯(lián)合國在哥本哈根召開世界氣候大會(huì),來自192個(gè)國家首腦和環(huán)境部長討論如何應(yīng)對(duì)氣候變化和溫室氣體,節(jié)能減排在能源發(fā)展中具有重大的戰(zhàn)略意義,國內(nèi)鋼產(chǎn)量約為5.6億噸,要產(chǎn)生約10億噸二氧化碳,全球約4﹪-5﹪的二氧化碳來自鋼鐵業(yè),減少傳統(tǒng)燃料式能源利用新型環(huán)保能源將成為未來鋼鐵業(yè)能源發(fā)展的方向,工業(yè)鍋爐每燃燒一噸煤就產(chǎn)生二氧化碳2.7噸,如果將熔融鋼渣回收的余熱代替燃煤所產(chǎn)生的熱量,就會(huì)減少燃煤所產(chǎn)生的二氧化碳,同時(shí)也減少煉鋼過程中二氧化碳的產(chǎn)生,鞍鋼排放鋼渣約300萬噸,如果將其熱能利用代替燃煤,就能減少約13萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤所產(chǎn)生的35萬噸二氧化碳的排放,全國排放的鋼渣熱量就能減少燃煤所帶來大約1000萬噸的二氧化碳的排放,熔融鋼渣能源的合理利用再發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的同時(shí),也減少對(duì)不可再生資源的肆意開采,環(huán)保意義重大。1.2節(jié)能效益分析國家大力提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì),建資源節(jié)約型、清潔型企業(yè),熔渣熱能是典型的清潔節(jié)約型能源。據(jù)測(cè)算,鋼鐵企業(yè)電力總消耗為2153億千瓦時(shí),其中鋼廠自發(fā)電比例約占總用電量的28﹪,外購電量約占72﹪,即1550億千瓦時(shí),隨著電價(jià)的不斷升高,鋼鐵業(yè)的電力成本不斷加大,積極利用二次能源發(fā)電,擴(kuò)大自發(fā)電量成為節(jié)約能源和降低成本的最有效措施。如果將全國鋼渣熱能100﹪回收用于發(fā)電,可發(fā)電440億千瓦時(shí),接近全國年發(fā)電總量的1/70,相當(dāng)于3個(gè)葛洲壩水電站發(fā)電量,相當(dāng)于22個(gè)中等火力發(fā)電站的發(fā)電量,既減少鋼鐵企業(yè)外購電量,又節(jié)約能源,同時(shí)大大降低企業(yè)成本。熔渣余熱除用于發(fā)電外,還能夠用于余熱鍋爐的供熱、供水、供氣等領(lǐng)域,真正實(shí)現(xiàn)清潔能源的循環(huán)利用。1.3經(jīng)濟(jì)效益分析煉鋼產(chǎn)生的熔融態(tài)鋼渣在1600℃左右,含有大量熱能。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得,每千克鋼渣含有熱量KJ(1600℃)。如全部回收,鞍鋼產(chǎn)生的300萬噸鋼渣所蘊(yùn)含的總熱量超過6×1012KJ。單從降低煤耗一點(diǎn)即可為企業(yè)每年節(jié)省上億元。而全國每年產(chǎn)生約8千萬噸的鋼渣,其熱量值達(dá)1.6×1014KJ,相當(dāng)于節(jié)省約350萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤,省煤效益超到28億元,如熱量全部回收用于發(fā)電,經(jīng)濟(jì)效益超過200多億元。鋼渣能源利用的戰(zhàn)略意義主要體現(xiàn)在既節(jié)能減排,減少了能源的浪費(fèi),且在環(huán)境保護(hù)等方面有著重大綜合效益,高品質(zhì)、高效的回收轉(zhuǎn)爐熔渣顯熱也將成為鋼鐵企業(yè)降低綜合能耗的重要手段,給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)。2鋼渣能源利用的可行性2.1熱悶工藝熱悶法是近些年興起的一種先進(jìn)的鋼渣預(yù)處理工藝,它利用熔融鋼渣余熱使水汽化,從而達(dá)到快速膨脹自解的過程,熱悶后鋼渣中f-CaO和f-MgO狀態(tài)發(fā)生根本變化,使f-CaO和f-MgO由有害物質(zhì)變成有用物質(zhì),變害為利的同時(shí)使鋼渣應(yīng)用的穩(wěn)定性得到保證。熱悶工藝的原理是利用鋼渣余熱使水迅速汽化,產(chǎn)生飽和蒸汽,飽和蒸汽與鋼渣中CaO、MgO以及游離態(tài)CaO、MgO迅速發(fā)生反應(yīng),在這個(gè)過程中產(chǎn)生化學(xué)應(yīng)力、相變應(yīng)力和熱應(yīng)力,在這些力的作用下,鋼渣發(fā)生迅速自膨現(xiàn)象。主要反應(yīng)方程式:CaO+H2O=CaOH2MgO+H2O=MgOH2f-CaO+H2O=CaOH2f-MgO+H2O=MgOH22.2閃蒸發(fā)電技術(shù)閃蒸是指水的一種相變過程,即在一定壓力和溫度下的未飽和水,當(dāng)壓力下降至某溫度下的飽和壓力時(shí),就會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)而開始汽化,而且隨著壓力的下降,其汽化程度不斷提高。閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)是在常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)的主機(jī)以外增設(shè)閃蒸和閃蒸型除氧器,當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行帶負(fù)荷后,從省煤器集箱中抽取達(dá)到參數(shù)要求的一部分熱水引入閃蒸器,熱水在閃蒸器內(nèi)迅速擴(kuò)容降壓后閃蒸分離出低壓飽和蒸汽和低壓飽和熱水。分離出的低壓飽和蒸汽和余熱鍋爐的主過熱蒸汽分別進(jìn)入多進(jìn)汽汽輪機(jī)的低壓氣缸和高壓氣缸做功發(fā)電,而分離出的低壓飽和水進(jìn)入除氧器作為除氧熱源進(jìn)行充分利用。充分利用余熱發(fā)電緩解電力資源的緊張,利用回收的余熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)火力發(fā)電燃煤所產(chǎn)生的熱量不但減少燃煤對(duì)環(huán)境的污染,同時(shí)大大增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。熱悶法是經(jīng)過打水將熱悶裝置內(nèi)的高溫熔渣冷卻的過程,閃蒸技術(shù)是利用高溫蒸汽、熱水帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電,即熱能→動(dòng)能→電能的過程,將1600℃的熔渣經(jīng)過噴淋降溫至200℃以下,其本身是一種熱能浪費(fèi)過程,而閃蒸發(fā)電技術(shù)恰恰能夠利用熔渣降溫的熱能,將鋼渣熱悶技術(shù)和閃蒸發(fā)電技術(shù)有效結(jié)合不但能夠解決熱能的浪費(fèi),也減少熱悶噴淋打水過程中大量水資源的浪費(fèi),鋼渣熱能用于發(fā)電是鋼渣顯熱回收的一種新途徑。3熱悶法顯熱回收構(gòu)想熱悶顯熱回收總體上能夠分為兩個(gè)過程,第一個(gè)過程是以余熱水的方式回收,另一個(gè)回收過程是對(duì)蒸汽的回收?；厥诊@熱除用于發(fā)電外,還可用于工業(yè)余熱鍋爐和民用的供暖、供熱等。將熔融鋼渣從渣罐倒入熱悶裝置中,啟動(dòng)悶渣池壁和液壓推拉桿中水循環(huán)系統(tǒng),使水注入其中并保持動(dòng)態(tài)循環(huán),啟動(dòng)液壓系統(tǒng)推動(dòng)液壓推拉桿向上運(yùn)動(dòng),此時(shí)液壓推拉桿均勻而有效的分布在悶渣池中并充分接觸熔融鋼渣,推拉桿和悶渣池壁中的水循環(huán)系統(tǒng)充分吸收熱能并將其輸送出去,將回收的余熱水通入發(fā)電裝置內(nèi)進(jìn)行發(fā)電,待悶渣池內(nèi)鋼渣溫度達(dá)到熱悶要求時(shí),打開水霧噴淋裝置進(jìn)行熱悶,同時(shí)打開蒸汽回收裝置進(jìn)行蒸汽回收,同樣將回收的蒸汽也通入發(fā)電裝置,待悶渣結(jié)束后,關(guān)閉蒸汽回收裝置,使液壓推拉桿向下運(yùn)動(dòng)至悶渣池底,停止所有水循環(huán)系統(tǒng),打開熱悶蓋,將鋼渣清出。4熱悶顯熱回收的問題和技術(shù)可行性4.1熱悶顯熱回收的問題硅酸鹽類爐渣有如下特點(diǎn):①導(dǎo)熱系數(shù)低,1400～1500℃的液相階段約為0.1～0.3W／m·K;②粘度隨溫度降低急劇升高。雖然熔渣熱焓大,可是由于其導(dǎo)熱率低,換熱慢,換熱介質(zhì)難以選擇,鋼渣中的熱含量隨著渣的溫度變化波動(dòng)很大見圖4,其中液態(tài)階段溫度為1400℃~1600℃,當(dāng)溫度進(jìn)一步下降,逐漸喪失流動(dòng)性。4.2熱悶顯熱回收的技術(shù)可行性由于鋼渣導(dǎo)熱性差,粘度隨溫度降低急劇升高,鋼渣冷卻成坨后中心熱量不易回收,導(dǎo)致顯熱回收效率低,液壓推拉桿法采用均勻分布的多個(gè)水冷系統(tǒng)與熔渣內(nèi)外部充分接觸的方式,從而有效的吸收鋼渣不易被吸收的中心熱量,克服熔渣粘度大、導(dǎo)熱性差的缺點(diǎn),充分回收鋼渣釋放的熱量,顯熱回收率高,而且克服傳統(tǒng)熱悶法熱能和水資源大量浪費(fèi)的缺點(diǎn)。5.結(jié)論熱悶法顯熱回收采用水冷壁與熔渣內(nèi)外部充分接觸的熱能回收方式,利用水冷璧和蒸汽回收裝置回收余熱水和熱蒸汽,從根本上解決傳統(tǒng)顯熱回收中熱能回收率低的弊端,其回收率預(yù)計(jì)可達(dá)80﹪,從經(jīng)濟(jì)效益上看,按鞍鋼的鋼渣排放量300萬噸計(jì)算,熱量回收值可超過4.8×1012KJ,回收的熱量相當(dāng)于14億千瓦時(shí)的電量,發(fā)電創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)6億元,由此可見,熔融鋼渣熱能回收是非常必要的。鋼渣熱悶處理技術(shù)一、概述鋼渣由轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生,噸鋼產(chǎn)渣量約200kg,鋼渣的組成來源于鐵水與廢鋼中所含鋁、硅、錳等元素氧化后形成的氧化物;金屬料帶入的泥沙;加入的造渣劑,如石灰、螢石等;作為氧化物或冷卻劑使用的鐵礦石、燒結(jié)礦、氧化鐵皮等;侵蝕下來的煉鋼爐爐襯材料,脫氧用合金的脫氫產(chǎn)物和熔渣的脫硫產(chǎn)物等。中國的鋼鐵企業(yè)每年產(chǎn)生大量的鋼渣,很多采用棄渣法處理,這不但占用土地資源,污染環(huán)境,同時(shí)也因堆渣、運(yùn)渣等問題,影響煉鋼的正常生產(chǎn)。我公司根據(jù)多年的實(shí)踐,以最大限度實(shí)現(xiàn)鋼渣循環(huán)利用為目的,總結(jié)出鋼渣資源化深加工線,它的基本設(shè)備構(gòu)成有:破碎機(jī)、輥壓機(jī)、振動(dòng)篩、磁選機(jī)、皮帶機(jī)等設(shè)備構(gòu)成,最終產(chǎn)品為一定粒徑的鋼渣和渣鋼。根據(jù)不同的需求可作為爐料、冶煉溶劑、干混砂漿,鋼渣水泥的原料等。二、鋼渣性質(zhì)鋼渣性質(zhì)因不同的鋼廠及冶煉方法而有區(qū)別。(1)鋼渣主要化學(xué)成分(見下表)成分SiO2MnOAl2O3CaOMgOFeOFe2O3P2O5含量%11.7-153.1-41-1.649-533.1-1011-176.9-81.7-2(2)、鋼渣主要物化性質(zhì)密度:3.2-3.6g/cm3容重:80目標(biāo)準(zhǔn)篩渣粉,1.74g/cm3易磨性:指數(shù):標(biāo)準(zhǔn)砂1,鋼渣為0.7活性:高堿性鋼渣,C3SC2S含量65%75%穩(wěn)定性:冷卻膨脹率約10%抗壓性:壓碎值為20.4%-27.5%。三、鋼渣處理工藝總體描述鋼渣資源綜合利用工藝包括:預(yù)處理工藝和鋼渣加工工藝1、預(yù)處理工藝預(yù)處理的任務(wù)是把轉(zhuǎn)爐排出的熱熔渣處理成粒徑小于250mm的常溫塊渣,核心技術(shù)是熱悶工藝。其處理方法是:熔融狀態(tài)的鋼渣被置于的渣盤中,用平車送到渣跨自然冷卻至300~400℃,待爐渣固化后用橋式起重機(jī)翻出并裝入悶渣池(或熱悶罐),待悶渣池(罐)裝滿后,關(guān)閉池(罐)蓋水封閉勻熱,然后進(jìn)行間歇噴水熱悶處理,經(jīng)過調(diào)節(jié)水渣比,噴水強(qiáng)度、排氣量并控制排水,使悶渣池(罐)維持足夠的飽和蒸汽和較高水浸溫度,從而達(dá)到滿意的處理效果,熱悶完畢后開蓋,用挖掘機(jī)挖出破碎后的鋼渣進(jìn)入鋼渣深加工系統(tǒng)。2、鋼渣深加工工藝即破碎、篩分磁選系統(tǒng),處理工藝如圖

鋼渣深加工工藝流程框圖鋼渣經(jīng)格篩篩分,粒徑大于250mm的渣沱經(jīng)落錘破碎,磁盤除鐵后送陳化場(chǎng)堆放,小于250mm經(jīng)板式給料機(jī)、皮帶機(jī)送去雙層振動(dòng)篩,篩上(粒徑大于80mm)進(jìn)入帶液壓保護(hù)顎式破碎機(jī),皮帶機(jī)上安裝磁選機(jī),選出的渣鋼經(jīng)過皮帶機(jī)送入渣鋼場(chǎng)。顎破出料和篩下料經(jīng)皮帶機(jī)送入下一級(jí)振動(dòng)篩,該皮帶機(jī)上安裝磁選機(jī),振動(dòng)篩篩上料(粒徑大于40mm)進(jìn)入下一級(jí)帶液壓保護(hù)顎式破碎機(jī),破碎機(jī)出料和篩下料經(jīng)過皮帶送入輥壓機(jī),該皮帶機(jī)上一樣有磁選機(jī)選出渣鋼。輥壓機(jī)出料經(jīng)雙層振動(dòng)篩分出三種產(chǎn)品,即-3mm,3-10mm,10mm以上。以上流程考慮了物料性質(zhì)。鋼渣是比較難破碎的,為減輕破碎機(jī)負(fù)荷,在其前設(shè)置振動(dòng)篩進(jìn)行分流,同時(shí)可合理設(shè)置磁選機(jī),進(jìn)行充分磁選,獲得渣鋼,渣鋼可直接進(jìn)行冶煉。鋼渣的三種產(chǎn)品可做如下應(yīng)用,-3mm可做干混砂漿原料,也可直接進(jìn)燒結(jié)廠,3-10mm可作為轉(zhuǎn)爐溶劑,10mm(10-40mm)以上物料可用作建筑骨料。注:該工藝隨用戶對(duì)最終產(chǎn)品的要求不同而不同,其設(shè)備選擇、布置會(huì)有區(qū)別。3、我公司在鋼渣綜合利用上的優(yōu)勢(shì)(1)該工藝中的主要設(shè)備我公司都有獨(dú)到的技術(shù),已在國內(nèi)大鋼廠內(nèi)得到應(yīng)用。(2)我公司有成套成功運(yùn)行的工藝工程設(shè)計(jì)案例。(3)其中熱悶池(熱悶罐)的設(shè)計(jì)是該技術(shù)中的核心,對(duì)熱悶池(罐)的結(jié)構(gòu)以及其施工方法,我們擁有自己的經(jīng)驗(yàn),可有效提高其抗沖擊變形和較大的熱變形。

熱悶車間

鋼渣加工生產(chǎn)線(遠(yuǎn)景)

鋼渣加工生產(chǎn)線(近景)轉(zhuǎn)爐鋼渣處理轉(zhuǎn)爐鋼渣粒化處理本鋼與國內(nèi)知名科研單位聯(lián)合對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼渣處理進(jìn)行了系統(tǒng)地、認(rèn)真地開發(fā)與研究,重點(diǎn)解決了渣罐傾翻、渣罐的工藝要求和型式、鋼渣流槽、?；嗈D(zhuǎn)數(shù)、皮帶運(yùn)輸及自動(dòng)化控制等難題。同時(shí),進(jìn)一步深化研究了粒化器中?；喌钠扑樵?、冷卻水的冷卻強(qiáng)度、噴水形式及脫水提升機(jī)構(gòu),確保轉(zhuǎn)爐鋼渣處理的安全、高效和清潔。作為一種冶金渣?；幚淼男鹿に?轉(zhuǎn)爐鋼渣?；到y(tǒng)在本鋼轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用中,取得了安全可靠、成品渣質(zhì)量好、?；矢?、運(yùn)行費(fèi)用低的效果,是當(dāng)前國內(nèi)最好的鋼渣?；に嚰夹g(shù),該種方法處理效率每分鐘高達(dá)8t;安全可靠;磁選提取率可達(dá)98％以上;該工藝技術(shù)的工藝布置緊湊,主體設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,占地面積小;鋼渣?；簤簝A翻渣罐速度可調(diào),?；芷诳煽胤秶?其時(shí)間在5～15min;水淬后的鋼渣粒度均勻,粒度小于5mm的比例達(dá)95％以上;耗水量0．457t水／t渣,耗電1．5kWh／t;轉(zhuǎn)爐出渣后,運(yùn)輸距離近,鋼渣流動(dòng)性好,水淬時(shí)液態(tài)熔渣溫度高達(dá)1500~C以上;全過程計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制(畫面監(jiān)視,聯(lián)動(dòng)、聯(lián)鎖)。?；匿撛a(chǎn)品更加有利于燒結(jié)的配料、粒鋼的提取、粒渣的應(yīng)用、節(jié)省大量鋼渣罐的消耗。同時(shí),減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、消除了環(huán)境污染。該系統(tǒng)的投入,顯著地提高鋼廠的廢渣利用、環(huán)境保護(hù)、節(jié)能增效水平。本鋼鋼渣粒化系統(tǒng)的應(yīng)用,每年在產(chǎn)生可觀企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),符合國家節(jié)能、降耗和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求,也產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益。(2)鋼渣余熱自解熱悶處理本鋼當(dāng)前建設(shè)一條60萬t鋼渣余熱自解熱悶生產(chǎn)線,將溫度在300~C以上、流動(dòng)性差的鋼渣裝人熱悶裝置中。自動(dòng)化控制噴水產(chǎn)生蒸汽對(duì)鋼渣進(jìn)行消解處理,12h后熱悶裝置內(nèi)溫度降至60℃以下,打開熱悶裝置蓋,用挖掘機(jī)將鋼渣裝入自動(dòng)給料機(jī)送到鋼渣篩分磁選提純生產(chǎn)線進(jìn)行處理。經(jīng)熱悶處理后的鋼渣可充分消解游離氧化鈣和游離氧化鎂,消除了鋼渣的不穩(wěn)定因素,使鋼渣用于建材和道路工程的性能更安全可靠;鋼渣粒度小于20mm的占6O％以上,易磨性好,省去了鋼渣熱潑工藝的多級(jí)破碎設(shè)備,也提高了應(yīng)用于建材行業(yè)的粉磨效率;鋼渣與渣鋼分離效果好,金屬回收率高,減少了金屬資源的浪費(fèi)。含鐵品位較高的大粒徑渣鋼,直接返回?zé)掍撌褂?。鋼渣資源化綜合利用項(xiàng)目充分考慮環(huán)境治理和達(dá)標(biāo)要求,解決了近年因廢鋼緊張影響本鋼生產(chǎn)的問題,有效地防止產(chǎn)生二次污染,達(dá)到了鋼鐵渣”零”排放,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境”雙贏”。罐式熱悶冶金鋼渣處理更新時(shí)間:08-10-715:50基本原理以鋼鐵企業(yè)排放的冶金固體廢渣為處理對(duì)象,經(jīng)專用鋼渣處理裝置,利用其所含余熱,采用適當(dāng)?shù)呐渌に?產(chǎn)生微壓蒸氣,使大塊鋼渣在熱悶罐內(nèi)粉化自解,然后磁選出可回收金屬,同時(shí)在自動(dòng)流水線上將粉化鋼渣分級(jí)成不同組距粒徑規(guī)格,本鋼渣處理設(shè)備裝置及技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)。技術(shù)關(guān)健熱悶罐及噴淋裝置,粉化鋼渣的配水工藝技術(shù)及自動(dòng)金屬磁選和篩分流水線。典型規(guī)模冶金固體廢渣處理后利用率100%,產(chǎn)品鋼渣中殘余金屬含量<1.5%,產(chǎn)品鋼渣壓碎值波動(dòng)區(qū)間11.4~2307%,GB道路標(biāo)準(zhǔn)<25%,游離氧化鈣<5%。環(huán)境效益分析本鋼渣處理技術(shù)能夠大規(guī)模、高效率地處理冶金固體渣,削除因鋼渣自然堆放而產(chǎn)生的揚(yáng)塵污染和河道水源污染,變廢為寶,使鋼渣成為有效的再生資源。本處理工藝安全可靠,避免了處理過程中的二次污染。工程應(yīng)用分析1、上鋼五廠轉(zhuǎn)爐鋼渣生產(chǎn)線采用罐式熱悶工藝建成轉(zhuǎn)爐鋼渣處理生產(chǎn)線已投入生產(chǎn)二年,為鋼渣處理技術(shù)提供了一條新的途徑,這條以罐式熱悶工藝為特點(diǎn)的鋼渣處理生產(chǎn)線屬國內(nèi)首創(chuàng),經(jīng)冶金部情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)研究所檢索,國際上尚未發(fā)現(xiàn)同類生產(chǎn)線。2、該生產(chǎn)線工藝技術(shù)可靠,其特點(diǎn)是:流程簡單、能耗低、操作安全、投資回收期限短、無二次污染,達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。3、處理后鋼渣粉化效果好,金屬回收率較高、分級(jí)清楚,渣產(chǎn)品的性能基本穩(wěn)定,已在建材、市政及地基基礎(chǔ)處理工程等領(lǐng)域得到應(yīng)用,具有較高的綜合利用價(jià)值。4、生產(chǎn)實(shí)踐證明,該生產(chǎn)線有效地解決了排渣問題,能夠適應(yīng)于同類鋼廠的生產(chǎn)要求,并具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益,有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。轉(zhuǎn)爐鋼渣處理中能源利用的探索與研究摘要:

熔融轉(zhuǎn)爐鋼渣含有大量熱能,如何有效的回收是鋼鐵企業(yè)面臨的重大課題。本文經(jīng)過對(duì)熔渣熱能利用戰(zhàn)略意義的探討,介紹熱悶工藝和閃蒸發(fā)電技術(shù),提出利用液壓推拉桿熱悶法回收熔融鋼渣中顯熱的構(gòu)想,并闡述轉(zhuǎn)爐熔渣在熱能回收過程中存在的問題和技術(shù)的可行性,從社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益等角度說明轉(zhuǎn)爐鋼渣能源利用的重要性。

關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)爐鋼渣

能源利用

ExplorationandResearchaboutEnergyUseof

ProcessingBOFSlag

英文署名

SlagDevelopmentCompanyofAnshanIron&SteelGroupCo.

Abstract:

MoltenBOFslagcontainslargeamountsofheat,howtoeffectivelyrecyclingisamajorissuefacingthesteelindustry.

Thisarticlethroughtotheslagheatenergyusestrategicsense''sdiscussion,introducedthehotstuffycraftandtheflashvaporizationpowertechnology,

Proposesusingthehydraulicpressurepush-pullrodhotstuffymethodrecyclingfusingsteelslaginthemanifestedheatconception

,andelaboratedtheBOFslagthequestionwhichandthetechnicalfeasibilityexistsintheheatenergyrecyclingprocess,fromsocialefficiency,economicefficiencyandenvironmentalprotectionbenefitexplanationBOFsteelslagenergyusenecessity.

Keyword:BOFslag

Energyuse

前言

轉(zhuǎn)爐鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品,轉(zhuǎn)爐鋼渣的產(chǎn)生釋放大量的熱能。大部分鋼渣處理方法都是將熱態(tài)鋼渣進(jìn)行冷卻后進(jìn)行破碎-篩分-磁選加工,提取金屬后再加以利用。而熔融鋼渣從1600℃冷卻到常溫,鋼渣中含有豐富熱能都被浪費(fèi),在冷卻過程中浪費(fèi)大量的水,經(jīng)過自然冷卻的方法處理鋼渣則需要大量的占地并造成對(duì)周圍環(huán)境的污染。如能利用熔渣中的顯熱不但能減少污染,且節(jié)約資源巨大,如何利用鋼渣顯熱成為需要攻克的一個(gè)難題。

1

鋼渣能源利用的戰(zhàn)略意義

1.1

環(huán)保效益分析

作為全世界共同面正確問題,溫室效應(yīng)嚴(yán)重威脅著人類的生存,二氧化碳的過度排放是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?低碳經(jīng)濟(jì)在世界發(fā)展中成為共同關(guān)注的話題,聯(lián)合國在哥本哈根召開世界氣候大會(huì),來自192個(gè)國家首腦和環(huán)境部長討論如何應(yīng)對(duì)氣候變化和溫室氣體,節(jié)能減排在能源發(fā)展中具有重大的戰(zhàn)略意義,國內(nèi)鋼產(chǎn)量約為5.6億噸,要產(chǎn)生約10億噸二氧化碳,全球約4﹪-5﹪的二氧化碳來自鋼鐵業(yè),減少傳統(tǒng)燃料式能源利用新型環(huán)保能源將成為未來鋼鐵業(yè)能源發(fā)展的方向,工業(yè)鍋爐每燃燒一噸煤就產(chǎn)生二氧化碳2.7噸,如果將熔融鋼渣回收的余熱代替燃煤所產(chǎn)生的熱量,就會(huì)減少燃煤所產(chǎn)生的二氧化碳,同時(shí)也減少煉鋼過程中二氧化碳的產(chǎn)生,

鞍鋼排放鋼渣約300萬噸,如果將其熱能利用代替燃煤,就能減少約13萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤所產(chǎn)生的35萬噸二氧化碳的排放,全國排放的鋼渣熱量就能減少燃煤所帶來大約1000萬噸的二氧化碳的排放,熔融鋼渣能源的合理利用再發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的同時(shí),也減少對(duì)不可再生資源的肆意開采,環(huán)保意義重大。

1.2節(jié)能效益分析

國家大力提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì),建資源節(jié)約型、清潔型企業(yè),熔渣熱能是典型的清潔節(jié)約型能源。據(jù)測(cè)算,鋼鐵企業(yè)電力總消耗為2153億千瓦時(shí),其中鋼廠自發(fā)電比例約占總用電量的28﹪,外購電量約占72﹪,即1550億千瓦時(shí),隨著電價(jià)的不斷升高,鋼鐵業(yè)的電力成本不斷加大,積極利用二次能源發(fā)電,擴(kuò)大自發(fā)電量成為節(jié)約能源和降低成本的最有效措施。如果將全國鋼渣熱能100﹪回收用于發(fā)電,可發(fā)電440億千瓦時(shí),接近全國年發(fā)電總量的1/70,相當(dāng)于3個(gè)葛洲壩水電站發(fā)電量,相當(dāng)于22個(gè)中等火力發(fā)電站的發(fā)電量,既減少鋼鐵企業(yè)外購電量,又節(jié)約能源,同時(shí)大大降低企業(yè)成本。熔渣余熱除用于發(fā)電外,還能夠用于余熱鍋爐的供熱、供水、供氣等領(lǐng)域,真正實(shí)現(xiàn)清潔能源的循環(huán)利用。

1.3經(jīng)濟(jì)效益分析

煉鋼產(chǎn)生的熔融態(tài)鋼渣在1600℃左右,含有大量熱能。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得,每千克鋼渣含有熱量KJ(1600℃)。如全部回收,鞍鋼產(chǎn)生的300萬噸鋼渣所蘊(yùn)含的總熱量超過6×1012KJ。單從降低煤耗一點(diǎn)即可為企業(yè)每年節(jié)省上億元。而全國每年產(chǎn)生約8千萬噸的鋼渣,其熱量值達(dá)1.6×1014KJ,相當(dāng)于節(jié)省約350萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤,省煤效益超到28億元,如熱量全部回收用于發(fā)電,經(jīng)濟(jì)效益超過200多億元。

鋼渣能源利用的戰(zhàn)略意義主要體現(xiàn)在既節(jié)能減排,減少了能源的浪費(fèi),且在環(huán)境保護(hù)等方面有著重大綜合效益,高品質(zhì)、高效的回收轉(zhuǎn)爐熔渣顯熱也將成為鋼鐵企業(yè)降低綜合能耗的重要手段,給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)。

2

鋼渣能源利用的可行性

2.1

熱悶工藝

熱悶法是近些年興起的一種先進(jìn)的鋼渣預(yù)處理工藝,它利用熔融鋼渣余熱使水汽化,從而達(dá)到快速膨脹自解的過程,熱悶后鋼渣中f-CaO和f-MgO狀態(tài)發(fā)生根本變化,使f-CaO和f-MgO由有害物質(zhì)變成有用物質(zhì),變害為利的同時(shí)使鋼渣應(yīng)用的穩(wěn)定性得到保證。熱悶工藝的原理是利用鋼渣余熱使水迅速汽化,產(chǎn)生飽和蒸汽,飽和蒸汽與鋼渣中CaO、MgO以及游離態(tài)CaO、MgO迅速發(fā)生反應(yīng),在這個(gè)過程中產(chǎn)生化學(xué)應(yīng)力、相變應(yīng)力和熱應(yīng)力,在這些力的作用下,鋼渣發(fā)生迅速自膨現(xiàn)象。

主要反應(yīng)方程式:CaO+H2O=CaOH2

MgO+H2O=MgOH2

f-CaO+H2O=CaOH2

f-MgO+H2O=MgOH2

2.2

閃蒸發(fā)電技術(shù)

閃蒸是指水的一種相變過程,即在一定壓力和溫度下的未飽和水,當(dāng)壓力下降至某溫度下的飽和壓力時(shí),就會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)而開始汽化,而且隨著壓力的下降,其汽化程度不斷提高。閃蒸余熱發(fā)電技術(shù)是在常規(guī)余熱發(fā)電系統(tǒng)的主機(jī)以外增設(shè)閃蒸和閃蒸型除氧器,當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行帶負(fù)荷后,從省煤器集箱中抽取達(dá)到參數(shù)要求的一部分熱水引入閃蒸器,熱水在閃蒸器內(nèi)迅速擴(kuò)容降壓后閃蒸分離出低壓飽和蒸汽和低壓飽和熱水。分離出的低壓飽和蒸汽和余熱鍋爐的主過熱蒸汽分別進(jìn)入多進(jìn)汽汽輪機(jī)的低壓氣缸和高壓氣缸做功發(fā)電,而分離出的低壓飽和水進(jìn)入除氧器作為除氧熱源進(jìn)行充分利用。充分利用余熱發(fā)電緩解電力資源的緊張,利用回收的余熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)火力發(fā)電燃煤所產(chǎn)生的熱量不但減少燃煤對(duì)環(huán)境的污染,同時(shí)大大增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

熱悶法是經(jīng)過打水將熱悶裝置內(nèi)的高溫熔渣冷卻的過程,閃蒸技術(shù)是利用高溫蒸汽、熱水帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電,即熱能→動(dòng)能→電能的過程,將1600℃的熔渣經(jīng)過噴淋降溫至200℃以下,其本身是一種熱能浪費(fèi)過程,而閃蒸發(fā)電技術(shù)恰恰能夠利用熔渣降溫的熱能,將鋼渣熱悶技術(shù)和閃蒸發(fā)電技術(shù)有效結(jié)合不但能夠解決熱能的浪費(fèi),也減少熱悶噴淋打水過程中大量水資源的浪費(fèi),鋼渣熱能用于發(fā)電是鋼渣顯熱回收的一種新途徑。

3

熱悶法顯熱回收構(gòu)想

熱悶顯熱回收總體上能夠分為兩個(gè)過程,第一個(gè)過程是以余熱水的方式回收,另一個(gè)回收過程是對(duì)蒸汽的回收。回收顯熱除用于發(fā)電外,還可用于工業(yè)余熱鍋爐和民用的供暖、供熱等。

熱悶法顯熱回收工藝流程圖見圖1。

將熔融鋼渣從渣罐倒入熱悶裝置中,啟動(dòng)悶渣池壁和液壓推拉桿中水循環(huán)系統(tǒng),使水注入其中并保持動(dòng)態(tài)循環(huán),啟動(dòng)液壓系統(tǒng)推動(dòng)液壓推拉桿(圖2)向上運(yùn)動(dòng),此時(shí)液壓推拉桿均勻而有效的分布在悶渣池中并充分接觸熔融鋼渣,推拉桿和悶渣池壁中的水循環(huán)系統(tǒng)充分吸收熱能并將其輸送出去,將回收的余熱水通入發(fā)電裝置內(nèi)進(jìn)行發(fā)電,待悶渣池內(nèi)鋼渣溫度達(dá)到熱悶要求時(shí),打開水霧噴淋裝置進(jìn)行熱悶,同時(shí)打開蒸汽回收裝置進(jìn)行蒸汽回收,同樣將回收的蒸汽也通入發(fā)電裝置,待悶渣結(jié)束后,關(guān)閉蒸汽回收裝置,使液壓推拉桿向下運(yùn)動(dòng)至悶渣池底,停止所有水循環(huán)系統(tǒng),打開熱悶蓋,將鋼渣清出。熱悶顯熱裝置俯視圖見圖3。

4

熱悶顯熱回收的問題和技術(shù)可行性

4.1

熱悶顯熱回收的問題

硅酸鹽類爐渣有如下特點(diǎn):①導(dǎo)熱系數(shù)低,1400～1500℃的液相階段約為0.1～0.3W／m·K;②粘度隨溫度降低急劇升高。雖然熔渣熱焓大,可是由于其導(dǎo)熱率低,換熱慢,換熱介質(zhì)難以選擇,鋼渣中的熱含量隨著渣的溫度變化波動(dòng)很大見圖4,其中液態(tài)階段溫度為1400℃~1600℃,當(dāng)溫度進(jìn)一步下降,逐漸喪失流動(dòng)性。

圖4

鋼渣熱含量隨溫度變化曲線

4.2

熱悶顯熱回收的技術(shù)可行性

由于鋼渣導(dǎo)熱性差,粘度隨溫度降低急劇升高,鋼渣冷卻成坨后中心熱量不易回收,導(dǎo)致顯熱回收效率低,液壓推拉桿法采用均勻分布的多個(gè)水冷系統(tǒng)與熔渣內(nèi)外部充分接觸的方式,從而有效的吸收鋼渣不易被吸收的中心熱量,克服熔渣粘度大、導(dǎo)熱性差的缺點(diǎn),充分回收鋼渣釋放的熱量,顯熱回收率高,而且克服傳統(tǒng)熱悶法熱能和水資源大量浪費(fèi)的缺點(diǎn)。

5.結(jié)論

熱悶法顯熱回收采用水冷壁與熔渣內(nèi)外部充分接觸的熱能回收方式,利用水冷璧和蒸汽回收裝置回收余熱水和熱蒸汽,從根本上解決傳統(tǒng)顯熱回收中熱能回收率低的弊端,其回收率預(yù)計(jì)可達(dá)80﹪,從經(jīng)濟(jì)效益上看,按鞍鋼的鋼渣排放量300萬噸計(jì)算,熱量回收值可超過4.8×1012KJ,回收的熱量相當(dāng)于14億千瓦時(shí)的電量,發(fā)電創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)6億元,由此可見,熔融鋼渣熱能回收是非常必要的。

鋼渣處理工藝及綜合利用途徑選擇、分析與實(shí)踐當(dāng)前高溫液態(tài)鋼渣處理工藝的比較

當(dāng)前國內(nèi)外鋼渣資源化處理工藝由于煉鋼設(shè)備、工藝、造渣制度、鋼渣物化性能的多樣性及其利用上的多種途徑呈現(xiàn)多樣化,有冷棄法、悶渣法、熱潑法、盤潑法、水淬法、滾筒法、風(fēng)淬法、?；喎ǖ?。這些工藝都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。具體情況見表3。表3鋼渣處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例處理方式工藝特點(diǎn)及過程優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用廠家熱悶法利用高溫液態(tài)渣的顯熱灑水產(chǎn)生物理力學(xué)作用和游離氧化鈣的水解作用使渣碎化工藝簡單,適于處理高堿度鋼渣、鋼渣活性較高、安定性較好,并能處理固態(tài)渣粒度不均勻、后續(xù)破碎加工量大、處理周期長鞍鋼、首鋼、漣鋼、寶鋼熱潑法在爐渣高于可淬溫度時(shí),以有限的水向爐渣噴灑,使渣產(chǎn)生的溫度應(yīng)力大于渣本身的極限應(yīng)力,產(chǎn)生碎裂,游離氧化鈣的水化作用使渣進(jìn)一步裂解排渣速度快,冷卻時(shí)間短、便于機(jī)械化生產(chǎn),處理能力大;鋼渣活性較高、生產(chǎn)率高設(shè)備損耗大,占地面積大,破碎加工粉塵大,蒸汽量大;鋼渣加工量大。對(duì)環(huán)境和節(jié)能兩方面都不利。鋼渣安定性差唐鋼、武鋼二煉鋼盤潑法是將熱熔渣倒在渣罐中,運(yùn)至渣盤邊,用吊車將罐中的渣均勻倒在渣盤中,待表面凝固即噴淋大量水急冷,再傾翻到渣車中噴水冷卻,最后翻入水池中冷卻快速冷卻、占地少、處理量大、粉塵少、鋼渣活性較高渣盤易變形、工藝復(fù)雜、運(yùn)行和投資費(fèi)用大。鋼渣安定性差新日鐵、寶鋼水淬法高溫液態(tài)渣在流出、下降過程中被壓力水分割、擊碎,再加上高溫熔渣遇水急冷收縮產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂,同時(shí)進(jìn)行了熱交換,使熔渣在水幕中?；旁臁⒘鞒毯唵?、占地少、投資少,處理后鋼渣粒度小(5ｍｍ左右),性能穩(wěn)定熔渣水淬時(shí)操作不當(dāng),易發(fā)生爆炸,鋼渣粒度均勻性差。只能處理液渣濟(jì)鋼、齊齊哈爾車輛廠、美國伯利恒鋼鐵公司滾筒法高溫液態(tài)鋼渣在高速旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi),以水作冷卻介質(zhì),急冷固化、破碎排渣快、占地面積較小,污染小,渣粒性能穩(wěn)定鋼渣粒度大,不均勻(