幾種鋼渣處理工藝方法的對(duì)比分析

文 / 中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司 張建國(guó) 徐永華

Comparative analysis of several kinds of steel slag treatment methods

冶金渣的有效利用，不僅可變廢為寶帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可有效地減少環(huán)境污染，改善生態(tài)環(huán)境。冶金渣不僅富含Ca、Si、Fe、Mg、P等有價(jià)元素，而且蘊(yùn)含大量熱能，是一種寶貴的次生資源。目前，冶金渣中的高爐鐵渣利用較為成熟，利用率最高，可達(dá)近80%。早在2000年，我國(guó)就在引進(jìn)、消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和裝備的基礎(chǔ)上自主創(chuàng)新、自行設(shè)計(jì)制造出國(guó)產(chǎn)立式輥磨，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。但目前我國(guó)鋼渣利用仍處于起步階段，利用率僅為22%。

鋼渣是煉鋼過(guò)程中為了去除鋼中雜質(zhì)而副產(chǎn)的物質(zhì)。它包含脫硫、脫磷、脫氧產(chǎn)物及因之而加入的造渣劑，如石灰、螢石、脫氧劑等；金屬料中帶入的泥砂；鐵水和廢鋼中的鋁、硅、錳等氧化后形成的氧化物；作為冷卻劑或氧化劑使用的鐵礦石、氧化鐵皮、含鐵污泥等；煉鋼過(guò)程中侵蝕下來(lái)的爐襯材料等。

鋼渣處理是煉鋼生產(chǎn)的一個(gè)重要工序，它不僅關(guān)系到煉鋼生產(chǎn)的順暢、煉鋼能力的正常發(fā)揮，而且還關(guān)系到鋼渣后續(xù)的綜合利用，是鋼鐵行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文就鋼渣處理的工藝方法作一些分析對(duì)比。

一、鋼渣的利用途徑

鋼渣的主要礦物組成為硅酸二鈣、硅酸三鈣、橄欖石、薔薇輝石和二價(jià)金屬。鋼渣的主要化學(xué)成分為CaO、Si02、FeO、Fe203、AL203、MgO、P2O5等，其密度為 3.1～3.6g/cm3。一般鋼渣的主要利用途徑有以下幾種：

1.作燒結(jié)熔劑

把鋼渣加工成小于10mm鋼渣粉，便可代替部分石灰石作燒結(jié)配料用。適量鋼渣配入燒結(jié)礦中后，成了燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑，顯著提高燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量，有利于燒結(jié)造球并提高燒結(jié)速度，使燒結(jié)礦燃耗降低。

2.作高爐熔劑

將鋼渣作為煉鐵熔劑，不僅可以回收鋼渣中的Fe，而且可以把CaO、Mgo等作為助熔劑，從而節(jié)省大量石灰石、白云石資源。鋼渣中的Ca、Mg等均以氧化物形式存在，不需要經(jīng)過(guò)碳酸鹽的分解過(guò)程，可以節(jié)省大量熱能。

3.生產(chǎn)水泥或代替部分建筑材料

由于鋼渣中含有與水泥相類似的硅酸二鈣、硅酸三鈣及鐵鋁酸鹽等活性礦物，具有水硬膠凝性，可作為生產(chǎn)無(wú)熟料水泥或少熟料水泥的原料，也可作水泥摻和料，還可利用鋼渣作原料生產(chǎn)鋼渣磚。

4.在環(huán)境工程方面的應(yīng)用

由于鋼渣具有一定的堿性和較大的比表面積，因此可考慮用于吸附處理廢水，鋼渣還可用于處理含磷廢水及含其他重金屬?gòu)U水。

5.在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

鋼渣富含磷、鈣、硅等元素，由于鋼渣在冶煉過(guò)程中經(jīng)高溫煅燒，其溶解度已大大改變，所含有益成分易溶量大，容易被植物吸收，可以用于生產(chǎn)磷肥。CaO、MgO含量高的鋼渣磨細(xì)后，可作為酸性土壤改良劑，并且利用了鋼渣中的各種微量元素，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可增強(qiáng)農(nóng)作物的抗病蟲害的能力。

二、鋼渣處理的工藝方法及優(yōu)缺點(diǎn)比較

鋼渣處理的目的是使鋼渣盡快粉化，使廢金屬料與渣分離，降低鋼渣中的游離氧化鈣(Ca0)，以便盡可能多地回收鋼渣中的金屬料，提高尾渣的綜合利用率。目前國(guó)內(nèi)使用的鋼渣處理方法主要有以下幾種。

1.冷棄法

鋼渣從煉鋼爐進(jìn)人渣罐后，直接運(yùn)至渣山堆場(chǎng)，然后打水加速鋼渣淬化。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備及投資少，主要投資包括運(yùn)輸和裝載車輛、渣場(chǎng)土建等，年產(chǎn)60萬(wàn)噸鋼渣規(guī)模的鋼廠渣場(chǎng)占地要l00多畝。

缺點(diǎn): (1)渣場(chǎng)占地面積大；(2)處理后的鋼渣塊度大，而且渣鋼粘的渣比較多；(3)尾渣綜合利用不大方便；(4)陳化時(shí)間長(zhǎng)，通常要陳化一個(gè)月以上。

2.熱潑法

熱潑渣法是將液態(tài)渣直接潑到渣坑，利用鋼渣余熱，經(jīng)噴水冷卻后，在熱脹冷縮和游離氧化鈣水解膨脹作用下，促使鋼渣破裂、自解粉化。

優(yōu)點(diǎn): (1) 技術(shù)成熟，生產(chǎn)線流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低；(2) 設(shè)備及投資較少，年處理60萬(wàn)噸鋼渣的投資約3000萬(wàn)元，占地30～40畝；(3) 處理后的鋼渣比冷棄法塊度小，便于金屬料回收；(4)鋼渣游離氧化鈣含量較低，有利于鋼渣綜合利用。

缺點(diǎn): (1) 產(chǎn)生的蒸汽對(duì)車間環(huán)境影響較大，對(duì)廠房和設(shè)備壽命有一定影響；(2) 渣塊比較大，鋼渣的綜合利用還比較困難。這種方法在國(guó)內(nèi)鋼廠應(yīng)用較多。武鋼、鞍鋼、梅鋼、新鋼煉鋼廠等廠均采用該方法。

某鋼廠的鋼渣熱潑法處理現(xiàn)場(chǎng)

3.淺盤法

淺盤法是將流動(dòng)性好的液態(tài)渣倒入淺盤中，靜置幾分鐘后，第一次噴水冷卻，間隔幾分鐘后再次噴水冷卻，如此重復(fù)4次，使鋼渣表面溫度冷卻到500℃左右，鋼渣在渣盤中凝固并破裂，然后傾翻到排渣車上，運(yùn)往二次冷卻站，再進(jìn)行噴水冷卻，待溫度降到200℃左右時(shí)將鋼渣倒入水池中，30分鐘后，鋼渣溫度接近室溫，再用皮帶機(jī)送到磁選機(jī)回收利用。

優(yōu)點(diǎn)：(1) 用水強(qiáng)制快速冷卻，處理時(shí)間短，生產(chǎn)能力大；(2) 處理過(guò)程粉塵少；(3) 鋼渣粒度小，可減少破碎、篩分的工作量，便于金屬料回收；(4) 鋼渣游離氧化鈣含量較低，改善了鋼渣的穩(wěn)定性，有利于綜合利用。

缺點(diǎn)：(1) 廠房要求大，設(shè)備投資比熱潑法高；(2) 蒸汽量較多，對(duì)廠房和設(shè)備壽命有一定影響；(3) 操作工藝比較復(fù)雜；(4) 對(duì)鋼渣的流動(dòng)性有一定要求，粘度高、流動(dòng)性差的鋼渣不能用該方法處理。

4.水淬法

液態(tài)鋼渣裝入底部帶孔的渣罐后，送至水淬池，打開渣孔，流出的鋼渣與從多孔噴出的高壓水束相遇，鋼渣被水束擊碎，與水一起落入渣池并冷卻，然后用抓斗抓出，運(yùn)往渣場(chǎng)脫水、利用。

優(yōu)點(diǎn)：(1) 處理流程短，投資較少；(2) 所需廠房面積小、占地少；(3) 處理后的鋼渣塊度小，便于磁選和回收利用。

缺點(diǎn)：(1) 鋼渣從罐底孔流出的流量很難控制，操作難度大；(2) 打開堵流渣口操作困難，勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境條件差；(3) 鋼渣中如果帶有鋼水時(shí)容易發(fā)生爆炸等安全事故；(4) 人工堵流渣口操作時(shí)危險(xiǎn)性大；(5) 粘度高、流動(dòng)性差的鋼渣不能采用此方法，鋼渣處理率低。

5.風(fēng)淬法

風(fēng)淬法裝置由氣體調(diào)控系統(tǒng)，?；鳎虚g包，支承及液壓傾翻機(jī)構(gòu)，主體除塵水幕，水池等設(shè)備組成。裝滿液渣的渣盆由行車吊放到傾翻支架上，將渣液逐漸倒入中間包后，依靠重力作用，經(jīng)出渣口從中間包、流渣槽流到?；髑胺剑涣；鲀?nèi)噴出的高速氣流擊碎，加上表面張力的作用，使擊碎的液渣滴收縮凝固成直徑為2mm左右的球形顆粒，撤落在水池中。

優(yōu)點(diǎn)：安全可靠，工藝簡(jiǎn)單，投資少，處理能力較大，一次?；瘡氐?，用水量少等。

缺點(diǎn)：對(duì)鋼渣的流動(dòng)性有很大要求，由于鋼渣堿度大，粘度高，一般能夠風(fēng)淬處理的鋼渣不超過(guò)總鋼渣的50%，其它鋼渣要使用別的方法處理。

6.悶罐法

悶罐法是把轉(zhuǎn)爐出來(lái)的鋼渣倒在渣坑中，待鋼渣溫度冷卻到600℃左右時(shí)裝入悶罐中，通過(guò)控制向悶罐中噴灑的水量和噴水時(shí)間使鋼渣在悶罐內(nèi)高溫淬化、冷卻。罐內(nèi)水和鋼渣產(chǎn)生復(fù)雜的溫差沖擊效應(yīng)、物理化學(xué)反應(yīng)，使鋼渣淬裂。目前國(guó)內(nèi)使用此方法的鋼廠比較多。

優(yōu)點(diǎn)：(1) 鋼渣粉化效果較好，廢鋼與渣分離好，易于回收金屬料；(2) 游離氧化鈣含量比較低，鋼渣膨脹性小，性質(zhì)穩(wěn)定，有利于尾渣的綜合利用；(3) 機(jī)械化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低；(4)粉塵少，蒸汽可以回收，環(huán)境污染??；(5) 運(yùn)行費(fèi)用適中，噸渣為25元左右。

缺點(diǎn)：(1)不能直接處理高溫渣，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)；(2)設(shè)備、廠房等投資大，年處理60萬(wàn)噸鋼渣的投資約5000萬(wàn)元，占地40畝左右；(3)由于對(duì)進(jìn)人悶罐的鋼渣溫度范圍有較高要求，所以對(duì)多爐鋼渣組批進(jìn)人悶罐操作不大方便。

7.滾筒法

滾筒法是寶鋼從俄羅斯購(gòu)買技術(shù)并研發(fā)成功的。該法是將液態(tài)鋼渣直接倒入運(yùn)轉(zhuǎn)的滾筒中，滾筒中有鋼球，通過(guò)控制水量，鋼渣在滾筒中熱化、粉化、研磨、冷卻，然后用板式輸送機(jī)從滾筒排到渣場(chǎng)。該方法技術(shù)含量比較高。

寶鋼滾筒法鋼渣處理現(xiàn)場(chǎng)

優(yōu)點(diǎn)：(1) 鋼渣粒度細(xì)小，小于10 毫米占到90%左右，廢鋼、渣分離完全，回收廢鋼非常有利；(2) 游離氧化鈣低，對(duì)于鋼渣綜合利用非常有利；(3) 生產(chǎn)流程短、占少生產(chǎn)效率高，處理單罐20噸的鋼渣時(shí)間不到10 分鐘；(4) 粉塵少，蒸汽通過(guò)煙囪外排，環(huán)保性能好；(5) 自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。

缺點(diǎn)：(1) 設(shè)備復(fù)雜，維修難度大；(2) 要求鋼渣流動(dòng)性好，固態(tài)渣和流動(dòng)性差的渣不能處理；(3) 運(yùn)行費(fèi)用較高，噸渣約為45元左右。

8.嘉恒法

嘉恒法又稱?；喎?，起源于俄羅斯的“圖拉法”，結(jié)合煉鋼工藝及鋼渣的特點(diǎn)研制開發(fā)而成。其原理是液態(tài)鋼渣倒人渣槽，均勻流人?；?，被高速旋轉(zhuǎn)的粒化輪破碎，沿切線方向拋出，同時(shí)受高壓水射流冷卻和水淬，落入水箱，通過(guò)皮帶機(jī)送至渣場(chǎng)。

優(yōu)點(diǎn)：(1) 處理后的鋼渣粒小于10毫米，鋼粒、渣分離徹底，對(duì)回收鋼粒非常方便；(2) 鋼渣粒度細(xì)小，不需要再次破碎，而且游離氧化鈣含量較低，對(duì)于鋼渣綜合利用非常有利；(3) 投資少、占地少、工藝簡(jiǎn)單，該主體裝置僅需要120m2的廠房；(4) 粉塵少、蒸汽通過(guò)煙囪排放，環(huán)保性能好；(5) 勞動(dòng)強(qiáng)度低，運(yùn)行成本低，噸渣約為20元左右；(6) 安全性高。

缺點(diǎn)：(1) 該方法是近幾年開發(fā)的，可靠性和穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步考證；(2) 對(duì)鋼渣流動(dòng)性要求高，固態(tài)渣和流動(dòng)性差的渣不能處理；(3) 金屬料損失大，由于?；^(guò)程把廢鋼也變成了小顆粒，高溫下氧化嚴(yán)重，而且大中粒級(jí)廢鋼變成了小粒鋼，金屬料回收率較低。

三、結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)使用的鋼渣處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，建議兩種技術(shù)組合應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短。各鋼廠應(yīng)該根據(jù)自身?xiàng)l件和具體情況并應(yīng)該圍繞鋼渣利用途徑，進(jìn)行處理工藝的選擇，選擇何種處理工藝，首先應(yīng)了解自身鋼渣的性質(zhì)，包括成分及鋼渣粘度隨溫度降低，流動(dòng)性變差的特性，同時(shí)評(píng)價(jià)處理工藝的處理效率、安全性及可靠性。另外，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)到渣鋼的有效分離，盡量保持鋼渣的活性，降低鋼渣的不穩(wěn)定性，使產(chǎn)品能達(dá)到100%利用，實(shí)現(xiàn)鋼渣“零排放”。

鋼渣處理技術(shù)應(yīng)朝著使鋼渣顆?；?、游離氧化鈣消解粉化、廢鋼與渣分離效果好等方向發(fā)展，盡可能多地回收金屬料，努力使尾渣綜合利用率達(dá)到100%，使鋼渣產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益最大化。