綠色循環經濟下鋼渣的回收管理研究

王大正

[本溪鋼鐵(集團)實業發展有限責任公司,遼寧 本溪 117000]

鋼渣是煉鋼生產過程中的常見廢棄物,占據鋼產量的15%左右。隨著煉鋼體系的擴大,鋼渣產量不斷提升。目前鋼渣利用效率較低,不僅會污染環境,還會導致資源浪費。作為回收利用材料,鋼渣在處理及成分提取方面技術還不成熟,在綠色循環經濟背景下合理打造鋼渣處理回收體系、進一步開發其綜合價值,不僅可以充分挖掘廢棄物的隱藏潛力,還能助推我國煉鋼行業的可持續發展,實現節能減排創新。

1 轉爐鋼渣的常規處理

鋼鐵冶煉企業對鋼渣的處理方式多樣。以某煉鋼廠轉爐鋼渣處理為例,采用滾筒法,在1300 ℃～1550 ℃高溫下將鋼渣在滾筒內部進行極冷固化、破碎,整體流程較短,可為后續的鋼渣利用提供條件。從煉鋼轉爐運送出的鋼渣處于高溫狀態,通過設備輸送到鋼渣處理車間,將其運送到滾筒裝置內進行處理,其中一部分流動性較差的鋼渣會轉移到熱潑渣池。滾筒處理之后的鋼渣會由排渣口排出,后續經過振動篩、斗提機進行二次處理,其中大于40 mm的大塊鋼渣會被分拆出來進入粒鐵渣框,40 mm以下的鋼渣進入料倉進行后續處理。此處理方案有較大限制,處理的鋼渣往往是從煉鋼轉爐中輸送出的高溫鋼渣,塊度通常在30 mm以下。30 mm以上的鋼渣則通過熱潑渣池進行后續處理并回收其中一部分金屬鋼片,將其作為固體廢棄物料集中處理[1]。該鋼鐵廠的生產運營規模較大,排放的鋼渣量約為每噸鋼水118 kg,其中含有近11%的鐵資源,若未能進行后續加工提取會導致資源浪費。鋼渣處理過程中形成的渣粉缺乏集中處理體系,會對周邊環境造成較大的影響,污染水源及空氣,導致土壤結構被破壞,影響綠植生長。部分鋼渣通過轉賣方式獲取經濟效益,但未能進行磁選加工的鋼渣含鐵量較低,很難符合回收條件,導致外賣價格較低,無法實現資源最大化。

2 鋼渣的回收利用方向

鋼渣外觀形態及顏色存在較大的差異,這主要是由化學成分及生產加工過程中的各種影響因素導致的。呈現黑灰色的鋼渣堿度較低,呈現褐灰色及灰白色的鋼渣則堿度較高。大部分鋼渣質地堅硬,孔隙較少,不同鋼廠生產體系及鍛造工藝下的鋼渣粒度也有所不同。從鋼渣回收處理模式來看,主要應用于基礎設施工程及農業肥料中,有著較強的附加價值[2]。如作為路面抗滑材料、冶金溶劑,部分鋼渣經過處理后可作為農業肥料,但目前用量較少,用量較高的是建筑施工領域,主要將其作為瀝青集料。具體類型及利用方向見表1。

表1 鋼渣常規利用方向

我國鋼渣的回收利用以鋼渣粉生產及鋼鐵渣復合粉生產為主。如建筑行業確定了礦物摻和規范,鋼渣已成為我國混凝土摻和料中的重要組成。鋼渣微粉及礦渣微粉的推廣應用促進了鋼渣循環經濟價值的提升。鋼渣利用率受到f-CaO含量的影響,如將鋼渣作為道路基層材料及建筑回填料,要求材料浸水膨脹率控制在2%以下,金屬含鐵量控制在2%以下,因此f-CaO含量越高代表鋼渣利用價值越低。從不同處理工藝角度來看,經過滾筒法及熱潑法處理的鋼渣具有較強的應用價值,可以與大型水泥企業進行對接,將鋼渣作為水泥混凝土生產原料,實現鋼渣零排放及資源回收利用,創造附加價值。某企業采用熱潑法處理鋼渣,將其用于建筑瀝青、道路基層填料、配重砂。部分采用熱悶法處理工藝的企業可對尾渣成分進行優化,進一步提升產量。利用鋼渣粉及礦渣粉進行鋼鐵渣粉生產,將其應用于大型技術改造工程或煉鋼生產中,滿足混凝土C30的強度標準要求。鋼鐵渣粉在混凝土材料中占比20%左右,需進一步加強工業化實驗,提升使用質量。還可用于水泥生產,如42.5級鋼渣硅酸鹽水泥已投入使用[3]。

3 鋼渣回收利用管理體系的設定

3.1 分級處理方案

結合鋼渣綜合利用價值及節能環保需求,為提高鋼渣利用率,減少資源浪費,需對原有生產線進行工藝創新,結合煉鋼區域流動性選擇分級鋼渣處理體系。一次處理主要選擇滾筒處理方法及熱門處理方法。二次處理選擇篩分、破碎、磁選等處理技術,打造一套科學的、合理的處理方案,提升處理效果,實現鋼渣與鐵的分離,保證鋼渣活性。在二次處理過程中打造閉環處理體系,處理后的鋼渣要按照粒度分成3個不同等級,40 mm以上的重新進行破碎處理,10～40 mm的鋼渣及10 mm以下的渣粉按照性能和用途分別轉移到相應的回收及處理生產線上進行集中處理。

3.2 處理方法的創新

3.2.1 滿足鋼渣分離需求

結合鋼鐵廠的具體生產及運作需求,為避免大塊鋼渣被廢棄,對經過預處理的鋼渣進行二次處理,采用破損、磁選及篩分方式將其分為不同粒度的原材料,滿足不同領域的使用需求。破碎之后利用傾斜隔篩進行篩分,篩孔參數為150 mm,大于150 mm的鋼渣清理到一側進行破碎處理。小于150 mm的進行第二次粗篩,篩孔為40 mm,將篩分好的兩種不同級別鋼渣運送到不同的輸送帶上,設置除鐵器,避免鋼筋或鐵絲等雜物破壞破碎機[4]。利用破碎機破碎大于10 mm的鋼渣,經10 mm篩口排出。帶式輸送機頭部設有1個磁選滾筒,將選出的廢棄物料轉送到集料箱中進行后續處理。未經過磁選的鋼渣轉送到儲存倉庫,集中運輸到各處作為原材料利用。

3.2.2 滿足鋼渣回收需求

受鋼鐵生產線的影響,爐渣中的渣片有所增加,為快速回收此類渣鋼片,部分企業采取人工方式回收,不僅增加了成本,還導致效益下降。可通過創新設備方式設定二次處理工藝流程,在粗篩過程中回收含鐵量80%以上的渣鋼片,重新運送到轉爐進行處理。在廢鋼磁選機上增加可調節的升降機構,結合具體磁選需求進行工藝參數調整,以提升廢鋼磁選機的運維能力。在皮帶磁選機末端增加一套細篩裝置,將磁選后的物料進行再次篩分,大塊的尾料進入破碎機,等待下一道工序處理,而細碎的渣粉將作為原材料進行后續利用。這種方式不僅能提升生產線上鋼渣回收效率,還能增加爐渣尾料性能的穩定性。經過篩分后的鋼渣成分及性能規范性更強,有助于提升外賣價格,解決生產線處理不及時導致的細料潮濕問題。

4 鋼渣回收系統的優化對策

結合煉鋼廠生產運行現狀,優化生產環節及各項細節,為鋼渣生產及回收利用提供參考。針對煉鋼廠的原料入爐、點火吹煉、過程控制、異常處置等進行工藝模型優化,打造系統化的管控體系,滿足鋼渣可持續生產利用的需求。

4.1 完善廢鋼管理制度

大部分鋼渣呈片狀或較小的粒度浮在鐵水表面,導致轉爐開吹點火效果下降,容易發生泄爆事故,給生產線埋下安全隱患。需合理調整回收渣鋼加入量,將其調整為每爐1～1.5 t,在廢鋼斗上部加入。調整入爐操作細節,鋼渣入爐后快速晃動,避免聚集點火異常及氫高泄爆[5]。

4.2 改造自動化吹煉模型

導致泄爆問題的主要因素是部分點火氧槍槍位偏高,加入鋼渣之后,大部分鋼渣浮在鐵水表面,部分區域打火失敗,而大量氧氣堆積在電除塵器內部導致泄漏。因此需嚴格控制鋼渣回收及加入量,針對原有設備體系及結構進行優化,構建低槍位、低流量開吹點火模型,點火槍位置調整至1300 mm,將原有的供氧進程2%(約34 s)提升至正常吹煉槍位,供氧強度控制在1.67 m3/(min·t),維持45 s之后通過系統自動控制實現階梯式供氧,該狀態維持90 s之后進行正常供氧。

從實際運作角度來說,在鋼渣倒入轉爐之后,點火槍位置為吹煉槍位,點火流量控制在常規流量的52%左右,自動控制氧腔進行階梯式供氧。冶煉過程中要交替槍位吹煉,深吹時間控制在30 s以上,深吹槍位不得在1100 mm以下。轉爐起槍前,深吹時間控制在1 min以上,其間持續供氧,直至達到了每噸每分鐘3 m3,此時深吹槍位不得低于900 mm。

4.3 控制加料溫度

原煉鋼廠冶煉過程控制主要根據人工經驗,并無統一的標準,而現代化信息技術實現了自動化調控,為人工控制提供了高質量輔助體系。煉鋼廠需嚴格按照《煉鋼廠轉爐吹煉標準化管理制度》進行過程控制,利用熱平衡計算得出不同輔料加入后的溫控標準,制定規范性的加料操作方法。結合不同的鋼種或鐵水參數利用雙渣法進行操作,考慮鐵水中的Si含量,Si≤0.35%時,前期可不扒渣,雙渣倒渣時保證倒出1/2左右渣量。由于轉爐終渣的流動性及堿度較高,需適當保留部分鋼渣,提升前期效率,減少實際的消耗量,提升成渣速度。但是過多的留渣量會在一定程度上影響開吹點火效果,導致多次點火失敗,從而影響生產進度。通過對生產體系的核算及現場實際情況分析,結合具體需求,在不影響點火情況的基礎上適當提高留渣量,保證渣鋼使用的安全。

某鋼鐵廠按照上述模式進行生產線創新,全年處理了近73 029 t的轉爐鋼渣,其中回收渣鋼數量接近8000 t,有65 000 t的尾渣采取外賣方式處理,創造了極為可觀的循環收益。在鋼渣回收期間打造了一套能夠應對多種原料及多種影響因素的吹煉模型,在提升煉鋼精度的同時實現原材料及成本控制,推動企業生產體系的節能環保建設及循環經濟生產。

5 結束語

建設節能環保體系已成為各行各業發展的首要任務。從鋼渣回收管理角度入手,結合煉鋼生產線實際,對鋼渣回收處理體系進行分析,打造了一套低流量、低槍位點火模式,驗證其應用效果,解決了生產過程中的泄爆問題,提升了鋼渣生產及利用率,促進了鋼渣的回收,為我國鋼鐵冶煉資源回收再利用提供參考。