本钢钢渣资源化项目处理工艺及设备的选择.pdf

固 废 处 理 本钢钢渣资源化项目处理工艺及设备的选择 赵蕊 1 高圣喜 2 樊杰 1 1． 中国京冶工程技术有限公司， 北京 100088; 2． 本钢冶金渣公司， 辽宁 本溪 117000 摘要 本钢钢渣资源化项目建成前， 本溪钢铁集团的钢渣处理一直是采用热泼和炉前粒化相结合的方式。由于处理方 法的问题， 渣铁分离不好， 造成了大量渣钢流失， 尾渣无法利用， 污染环境并且占用大量的土地。介绍了本钢钢渣资源 化项目中选用热闷法及热闷装置处理转炉钢渣， 经过两年的生产实践， 取得了良好的经济和社会效益。 关键词 转炉钢渣;热闷工艺;热闷装置 IRON AND STEEL SLAG UTILIZATION PROCESS AND SELECTION OF EQUIPMENT FOR BENXI IRON ＆ STEEL GROUP Zhao Rui1Gao Shengxi2Fan Jie1 1． China Jingye Engeering Co． ，Ltd． ， Beijing 100088，China; 2． Metallurgical Slag Branch， Benxi Iron and Steel Group，Benxi 117000，China AbstractBefore the completion of the steel slag utilization projects of Benxi Iron and Steel Group，steel slag has been treated by the combination of heat pour and granulation in front of furnace． As a result of processing s，slag-iron were not separaed well，which caused the waste of a large amount of steel slag，tailings could not be used，resulting in pollution of the environment and occupying large land． This paper introduced the steel slag resources project， for which hot stuffy and hot sealing device of converter were used to treat the steel slag，after two years of practice，good economic and social benefits were achieved． Keywordsconverter steel slag;hot stuffy process;hot sealing device 本钢“十一五” 末钢产量达到1 350 万 t， 其中转 炉钢1 223 万 t 包括矩形坯 80 万 t ， 电炉钢50 万 t， 不锈钢 80 万 t。每年产生转炉放流渣105 万 t， 转炉 溅出渣 29 万 t， 铁水预处理渣 28 万 t， 精炼渣 32 万 t， 电炉渣 6 万 t， 不锈钢钢渣 24 万 t。本钢钢渣资源化 项目投产之前本钢转炉钢渣处理采用的是炉前粒化 轮法配合热泼法。 1本钢钢渣的物理状态及化学成分 钢渣是转炉、 电炉、 精炼炉熔炼过程中排出的由 金属原料中的杂质与助熔剂、 炉衬形成的以硅酸盐、 铁酸盐为主要成分的渣。钢渣的化学成分主要有 CaO、SiO2、MgO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MnO、P2O5、 fCaO等。本钢钢渣化学成分见表 1， 本钢钢渣物理 状态见表 2。 2国内转炉钢渣处理的方法现状 目前国内转炉渣处理方法大致有热泼法、 风淬 法、滚筒法、 粒化轮法、 热闷法。各种处理工艺的具 体情况见表 3。 从表 3 可知 粒化轮法、 滚筒法、 风淬法只能处理 流动性好的液态稀渣， 流动性不好的渣仍需要采用热 闷法、 热泼法才能处理。 热闷法处理后， 渣铁分离好， 回收金属含铁品位 高。且热闷处理后的钢渣除具有较好的安定性和活 性， 经过后期深加工可用作建材。 本钢钢渣资源化项目投产之前， 本钢转炉钢渣处 理采用的是炉前粒化轮法配合热泼法。粒化轮法钢渣 处理工艺比风淬、 水淬工艺有所改进， 消除了风淬产生 的噪音、 粉尘及水淬时易发生爆炸的不安全因素， 比较 节能环保， 但粒化轮法和风淬、 水淬工艺一样要求钢渣 具有较好的流动性。近几年本钢炼钢工艺的改进使钢 渣黏度增大， 流动性变差， 液态渣只占转炉总渣量的 57 。而热泼处理方法， 占地面积大、 浇水时间长、 作 58 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 业效率低， 渣铁分离不好， 导致渣钢回收率和含铁品位低; 经处理后的钢渣稳定性不好， 影响尾渣的应用。 表 1钢渣中的化学成分 SiO2CaOMgOFeOFe2O3MnOP2O5CaF2Al2O3fCaO 10 ～ 1840 ～ 456 ～ 108 ～ 226 ～ 151 ～ 60. 8 ～ 53 ～ 52 ～ 61 ～ 13 表 2各种渣的物理状态 名称 转炉放流渣铁水预处理渣精炼渣溅出渣电炉渣 非液 态渣 液态渣 非液 态渣 液态渣 非液 态渣 液态渣冷渣 非液 态渣 液态渣 炼钢炉前 /t44. 960. 1 25. 22. 822. 49. 6290. 65. 4 渣场 /t73. 5 31. 528无28. 83. 2296无 温度 /℃＞ 300 ＞ 1 200＞ 300＞ 1 200＞ 300＞ 1 200常温＞ 300＞ 1 200 表 3国内转炉钢渣处理方法的比较 工艺名称工艺原理优点缺点 热泼法钢渣装罐后运至翻渣场， 倾翻后喷水冷却 3 ～ 4d， 钢渣大部分自解破碎， 挖掘、 倒运后 运至磁选线处理。 对渣的物理状态无特殊要求、 操作简单、 处 理量大。 1 占地面积大、 周转时间长、 耗水量大; 2 处理后渣铁分离不好、 回收的渣钢 含铁品位低; 3 污染环境、 钢渣稳定性不好、 不利于 尾渣的综合利用。 风淬法高温液态钢渣从溜槽流淌下降时， 被高压空 气击碎， 喷至周围的钢挡板后落入下面水池 中。 1 渣颗粒状、 稳定性好、 便于在建材行业应 用; 2 供风系统简单、 设备少、 占地面积小、 成本 低。 1 噪声大、 粉尘及蒸汽量大、 污染环 境、 能耗高; 2 要求钢渣的流动性好 必须是液态 稀渣 、 渣处理率低; 3 安全性差易产生爆炸现象。 滚筒法液态钢渣经溜槽进入旋转滚筒内， 筒内通高 压冷却水， 高温液态钢渣在筒内急冷固化并 被筒内的钢球击碎。渣与钢分离后排出滚 筒外。 1 流程短、 设备体积小、 占地少; 2 钢渣稳定性好、 渣呈颗粒状、 渣铁分离好; 3 渣中 f － CaO 小于 4 、 便于尾渣在建材行 业的应用。 1 对渣的流动性要求较高、 必须是液 态稀渣; 2 渣处理率较低、 仍有大量的干渣排放; 3 处理时操作不当易产生爆炸现象。 粒化轮法熔融钢渣经溜槽流入筒内高速旋转的粒化 轮上， 使融渣破碎成小颗粒， 被粒化的渣粒 在空间经喷水冷却后落入脱水转鼓， 脱水后 运走。 设备体积小、 占地少、 渣 呈 颗 粒 状、 性能稳 定、 便于综合利用。 1 因钢渣的碱度大、 流动性差， 导致渣 的处理率低; 2 钢渣进入粒化装置量大时易发生爆炸; 3 粒化轮装置故障率高。 热闷法平均温度大于 300℃ 的钢渣装入热闷装置 内， 压盖后自动喷水， 钢渣因急冷产生的热 应力使之龟裂破碎， 同时大量的饱和蒸汽渗 入渣中与 fCaO、 fMgO 反应使钢渣自解 粉化。 1 渣平均温度大于 300℃ 均适用; 2 处理时间短 10 ～ 12 h 、 粉化率高、 20mm 以下达 80 、 渣铁分离好; 3 渣性能稳定， 级配好， fCaO、 fMgO 含 量小于 2 ， 可用于建材和道路基层、 材料。 投资较高 为了实现钢渣的综合利用， 最终达到钢渣“零排 放” ， 本钢于 2009 年投资建设了本钢钢渣资源化项 目。该项目设计能力为 60 万 t/a 的钢渣处理和 120 万 t/a 的钢渣加工。 3本钢钢渣资源化项目处理方法及设备的选择 考虑到钢渣的物理及化学特性， 本钢钢渣资源化 项目中选用热闷法处理转炉钢渣， 选用此方法后日处 理钢渣达到 2 000 多 t， 已达到业主要求， 可以处理本 钢 50 以上的钢渣， 缩短钢渣处理周期， 减少占地面 积和环境污染。 3. 1热闷工艺原理及特点 由于钢渣中的游离氧化钙 fCaO 、 游离氧化 镁 fMgO 具有水解特性， 因此选用热闷工艺处理 钢渣， 既能使渣铁有效分离， 又能降解 fCaO、 f MgO。热闷过程发生如下物理、 化学作用 1 急冷碎裂 高温渣在大量水的作用下由于急 速降温产生巨大的温度应力使钢渣碎裂。 2 汽蒸 高温渣在遇到水时产生大量过饱和蒸 汽， 温度在 105 ℃ 以上， 压力在 2. 4 kPa 以上， 并向碎 裂的钢渣缝隙内扩散、 渗透， 使钢渣处于饱和蒸汽的 环境中， 并继续产生温度应力， 使钢渣疏松。 3 游离氧化钙 fCaO 、 游离氧化镁 fMgO 发生化学反应生成 Ca OH 2、 Mg OH2。 炼钢过程中为了脱硫、 脱磷、 脱碳需加入造渣材 料石灰、 镁质材料与酸性氧化物反应生成稳定的矿物 形成钢渣浮在钢液表面， 去除钢液中杂质， 保证钢的 68 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 质量。而快速炼钢会造成反应不完全， 一些游离态的 CaO 和 MgO 被某些矿物包裹。在钢渣冷却过程中， 硅酸三钙 C3S 分解成硅酸二钙 C2S 和 CaO， 其中 的 CaO 晶体也是游离态的。冶炼终期投入的石灰不 能反应， 被饱和的钢渣包裹， 造成 fCaO 数量增加， 而且其中固溶了一定浓度的 FeO， 成为死烧石灰块， 停止打水阶段进 行热闷， 在 饱 和 水 蒸 汽 的 环 境 下 fCaO， fMgO 与水起下列反应 CaO H2O→Ca OH 2 体积膨胀 98 MgO H2O→Mg OH 2 体积膨胀 148 同时在 675 ℃ 时， 硅酸盐发生分解， 体积也会膨 胀。上述物理化学作用使钢渣粉化， 解决了钢渣不稳 定性， 使渣和钢自然分离， 降低了能耗， 工艺简单、 易 于操作， 安全、 环保。 3. 2转炉钢渣处理设备的选择 本钢钢渣资源化项目中转炉渣热闷处理选用的 设备是热闷装置。热闷装置外形尺寸为 5 m 7 m 5 m， 包括本体、 热闷装置盖及电控系统， 见图 1。 图 1钢渣热闷装置 热闷装置本体由混凝土池壁、 耐热浇注料及钢 坯、 水封槽构成。热闷装置被放置在地下， 降低了厂 房的高度， 节约了成本。热闷装置中设有测温和测压 装置， 将信息反馈给中控室， 并与供水泵和排气蝶阀 相连， 控制打水量及排气量， 即保证了热闷效果， 又大 大提高了热闷装置的安全性。该热闷装置每次能处 理 280 t 左右的钢渣， 处理周期约 18 ～ 20 h。 4结论 本钢钢渣资源化项目投产已有两年， 处理量及产 品均达产、 达标， 设备运行正常。 经过热闷装置热闷后的钢渣再经深加工生产线 处理可使回收的渣钢含铁品位达到 90 ， 磁选粉含 铁品位达到 52 以上， 钢渣尾渣实现合理分级， 为含 铁料和尾渣的综合利用创造了必要的条件， 符合本钢 循环经济和节能减排的发展模式， 创造了良好的环境 效益、 经济效益和社会效益。 参考文献 ［1］杨景玲， 朱桂林， 孙树杉． 我国钢渣资源化利用现状及发展趋势 ［J］． 中国废钢铁， 2010 1 37- 45． ［2］雷加鹏． 国内钢渣处理技术的特点［J］． 钢铁研究， 2010， 38 5 46- 48． ［3］孙树杉， 朱桂林， 张宇． 中国钢铁渣处理利用现状及“零排放” 的途径［J］． 中国废钢铁， 2010 2 21- 28． ［4］王少宁， 龙跃． 钢渣处理方法的分析及综合利用［J］． 炼钢， 2010 2 75- 78． ［5］柴文波． 钢渣处理技术的环境性能比较［J］． 环境工程， 2011， 29 S1 217- 219． 作者通信处赵蕊100088北京市海淀区西土城路 33 号 E- mailhb8503 126． com 2012 － 02 － 10 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 128 页 ［4］许建华． 浅析我国企业节能减排的可持续发展［J］． 企业家天 地． 理论版， 2011 5 18． ［5］林永居． 企业节能减排行为的影响因素与管理对策研究述评 ［J］． 东南学术， 2011 3 111- 122． ［6］杨月明． 我国电镀废水处理现状及展望［J］． 广州化工， 2011， 39 15 60- 63． ［7］黄兆霆． 企业节能减排的现状及发展探讨［J］． 大科技， 2011， 10 20 71- 72． ［8］许祥左． 节能减排， 科学发展 徐州矿务集团节能减排可持 续发展管理模式［J］． 煤炭经济研究， 2011， 31 9 45- 60． ［9］韩彬， 郭丽， 韩平， 等． 如何有效推进企业节能减排［J］． 科技创 新导报， 2011 18 204． ［ 10］樊利勋． 略谈化工企业节能减排［J］． 价值工程， 2010 25 242． ［ 11］刘德江． 对中小建材企业节能减排工作的建议［J］． 科技资讯， 2010 30 133． ［ 12］王斌儒， 顾宏旗， 辛生会， 等． 长庆油田污染减排管理对策综述 ［J］． 化工安全与环境， 2010 31 18- 19． 作者通信处张延青266033山东省青岛市青岛理工大学环境 与市政工程学院 电话 0532 84962169 E- mailzyq_luck 163． com 2012 － 03 － 11 收稿 78 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期