殳黎平 吳洪義
(寧波鋼鐵有限公司)
摘 要：鋼渣是鋼鐵工業(yè)的主要固體廢物， 目前我國有效綜合處理率僅為 30％ ，大量的鋼渣堆積造成資源浪費(fèi)、 環(huán)境污染，寧鋼在轉(zhuǎn)爐鋼渣滾筒法處理、 渣鋼磁選提取、 尾渣生產(chǎn)鋼渣微粉等工作中積極創(chuàng)新與實(shí)踐，率先實(shí)現(xiàn)鋼渣低成本高效率零排放，鋼渣100％ 循環(huán)利用， 社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐鋼渣；滾筒法；綜合利用；零排放
鋼渣是煉鋼生產(chǎn)過程中排出的熔渣，是一種數(shù)量巨大的工業(yè)固體廢棄物，由于各鋼廠煉鋼工藝不同，鋼渣產(chǎn)出量占粗鋼產(chǎn)量的 10％ ~ 15％。近幾年我國粗鋼產(chǎn)量年均8 億t左右，鋼渣產(chǎn)出量約1 億 t，綜合利用率約 30％，遠(yuǎn)低于日本(綜合利用率 98%）。大量鋼渣的堆積造成土地侵占、 環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。 因此，如何有效地采用先進(jìn)技術(shù)，解決鋼渣轉(zhuǎn)化使用難題，將大量鋼渣轉(zhuǎn)化為資源，已經(jīng)是各鋼廠急需解決的問題。
寧波鋼鐵有限公司 (簡稱寧鋼) 位于浙江省寧波市北侖區(qū)， 是一家具備 400 萬t轉(zhuǎn)爐鋼生產(chǎn)能力的長流程鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，每年產(chǎn)生鋼渣約50 萬t。該公司高度重視鋼渣資源的開發(fā)與利用，建立了從轉(zhuǎn)爐鋼渣接收、 處理、 回收和尾渣磨細(xì)粉的全流程控制體系，解決了渣鐵分離難、尾渣無去向的兩大難題， 實(shí)現(xiàn)了鋼渣 100％ 資源化利用，達(dá)到了零排放，取得了巨大的社會、 經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
1 鋼渣的組成
1.1 鋼渣的化學(xué)成分
用 X 射線熒光光譜分析儀測試寧鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣化學(xué)成分，主要由氧化鈣、 氧化亞鐵、 氧化鎂、 二氧化硅和氧化鋁等組成，如表1所示，其中氧化鈣成分高達(dá) 43％，鐵氧化物含量達(dá)到34％ 。 從理論上來說，經(jīng)過特定的技術(shù)實(shí)現(xiàn)地回收，鈣質(zhì)可以返回鋼廠燒結(jié)替代石灰， 鐵質(zhì)可以代替廢鋼，提高金屬回收率， 因此，鋼渣是可以有效利用的 “二次資源”，應(yīng)該采用專有技術(shù)進(jìn)行資源開發(fā)。
1.2 鋼渣的礦物成分
寧鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣最主要的礦物相成分有硅酸二鈣 ( C2S )、 硅酸三鈣 ( C3S)、 鐵酸三鈣(C3F)， 其次是RO 相和少量的游離氧化鈣 (f －CaO) 和游離的氧化鎂 (f － MgO)。由于主要礦物組成為硅酸二鈣和硅酸三鈣， 與硅酸鹽水泥熟料相似，是一種具有潛在活性的膠凝材料， 滿足國標(biāo) «用于水泥和混凝土中的鋼渣粉» 規(guī)定的活性指數(shù)要求，為鋼渣生產(chǎn)鋼渣粉并在水泥和混凝土中綜合利用創(chuàng)造了很好的條件。
2 寧鋼鋼渣處理工藝技術(shù)
寧鋼鋼渣處理工藝路線如圖1所示，各工藝流程需要匹配，同時前道工序要為下道生產(chǎn)產(chǎn)品創(chuàng)造好條件。
2.1 轉(zhuǎn)爐留渣雙渣造渣技術(shù)
采用轉(zhuǎn)爐留渣雙渣造渣工藝技術(shù)，從源頭減少鋼渣量。 其工藝要點(diǎn)是: 在同一個轉(zhuǎn)爐中，先進(jìn)行脫硅、 脫磷操作，中間排渣，然后進(jìn)行脫碳操作，出鋼后留渣，兌入鐵水后進(jìn)行下一輪操作。該工藝實(shí)現(xiàn)了脫碳渣的循環(huán)利用，同時實(shí)現(xiàn)了脫磷渣的中間排渣?；驹砭褪抢棉D(zhuǎn)爐冶煉前期溫度低這一有利于脫磷反應(yīng)熱力學(xué)條件，將上爐由于溫度高已基本不具備脫磷能力的終渣，用于下爐吹煉初期脫磷。溫度降低后的爐渣又重新具備了脫磷能力， 并在溫度上升至對脫磷不利之前，將爐渣部分倒出，然后加入少量渣料造渣進(jìn)行第二階段吹煉脫碳和進(jìn)一步脫磷。由于上爐爐渣可以被下爐再利用，因而能夠大幅度減少煉鋼石灰、 輕燒白云石等原材料消耗和煉鋼渣量，石灰等輔料消耗量可降低15％ 以上，產(chǎn)出渣量可降低 15％ 以上。
2.2 鋼渣預(yù)處理工藝
寧鋼鋼渣處理主要采用滾筒法工藝， 轉(zhuǎn)爐出渣后，將液態(tài)渣直接傾倒進(jìn)裝有鋼球且運(yùn)轉(zhuǎn)的滾筒中，并進(jìn)行噴水。高溫鋼渣被急速冷卻、 粉化、 研磨后流入粒化輪被甩出，實(shí)現(xiàn)破碎和渣鋼分離同步完成，做到了煉鋼熔渣不落地。滾筒渣處理流程短，處理能力 2 ~ 5t / min，生產(chǎn)效率高，鋼渣充分粉化， 粒度小于 10mm 的渣粒約占總量的 90％ 以上，實(shí)現(xiàn)渣 － 鐵有效分離，便于后續(xù)含鐵物質(zhì)磁選。
鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂遇水膨脹， 會造成后續(xù)的產(chǎn)品開裂，易引發(fā)事故， 因此在預(yù)處理時要充分進(jìn)行穩(wěn)定化處理。 滾筒工藝的優(yōu)點(diǎn)是熔渣破碎充分，大量的游離氧化鈣和游離氧化鎂與水蒸汽反應(yīng)生成了氫氧化鈣和氫氧化鎂， f － CaO≤3％， 具有微膨脹特性，解決了鋼渣的安定性問題。
2.3 鋼渣加工處理技術(shù)
寧鋼的鋼渣加工采用機(jī)械破碎和粉磨兩種工藝。 預(yù)處理后的鋼渣送到破碎磁選生產(chǎn)線，采用濕法磁選分級技術(shù)，過破碎磁選鋼渣中的大尺寸鐵顆粒后，篩下的小顆粒和鐵粉處理環(huán)保難度大，該技術(shù)用濕法處理無粉塵。將磁選篩分后的富鐵渣料、 精鐵粉、 粒子鋼的混合料放入球磨機(jī)中， 通過鋼球和鋼渣的相互作用沖擊及鋼渣和鋼渣之間的沖擊，使渣鐵分離，用0.4—0.6MPa的高壓水沖洗廢鋼表面的雜質(zhì)，再通過二級磁選把精鐵粉、 粒子鋼、 乙級渣鋼和尾渣分離。 提升乙級渣鋼品位 70％ 以上，鋼渣尾渣中的精礦粉全部提取，尾渣中的金屬鐵含量小于 1％ ?？煞典搹S使用產(chǎn)品的利用情況列于表2。
2.4 尾渣深度處理技術(shù)
國內(nèi)對鋼渣尾渣利用方式的研究很多，但工業(yè)化應(yīng)用很少。寧鋼通過多種方式的比較，結(jié)合區(qū)域市場特點(diǎn)，采用尾渣生產(chǎn)鋼渣微粉路徑，在2017 年年初建成投產(chǎn)一條具備年產(chǎn) 30萬t 的鋼渣尾渣微粉生產(chǎn)線，每月生產(chǎn)鋼渣微粉約2 萬 t。
作為加工鋼渣微粉的原料，要求尾渣的金屬鐵含量 <1％， 水分 < 10％，粒度 < 10mm， 通過高壓輥壓機(jī) ＋ 高效選粉機(jī) ＋ 收塵系統(tǒng)組成的閉路擠壓系統(tǒng)，經(jīng)過多次擠壓、 分選、 除鐵和烘干逐步細(xì)化，由收塵系統(tǒng)送入管磨機(jī) ＋ 收塵系統(tǒng)的開路粉磨工藝系統(tǒng)，最終磨成鋼渣粉送到成品庫。經(jīng)過實(shí)踐得出， 鋼渣粉磨得越細(xì)，活性越高，隨著鋼渣比表面積的增大，鋼渣中的礦物質(zhì)與水接觸面積增大，水分子容易進(jìn)入礦物內(nèi)部加大水化反應(yīng)，提高鋼渣的活性，該工藝粉磨效率高，鋼渣粉產(chǎn)量 50t / h， 產(chǎn)品比表面積 450m2 / kg， 細(xì)度合格率達(dá)到 98％ 以上，R7 強(qiáng)度比達(dá)到75％ ，R28 強(qiáng)度比達(dá)到90％ 。
3 經(jīng)濟(jì)效益分析
從鋼渣中選取鐵質(zhì)、 鈣質(zhì)等有價資源返回鋼廠使用， 為鋼廠節(jié)約了大量的成本，全年返回渣鋼約占鋼渣產(chǎn)出量的 25％， 按照當(dāng)前廢鋼價格，僅這項就降低鋼廠的生產(chǎn)成本 5700 萬元， 鋼渣粉按照3％ 的比例配加到燒結(jié)參與混勻造堆， 每年可節(jié)約生產(chǎn)成本約 300萬元， 鋼渣尾渣加工成鋼渣微粉， 銷售給水泥建材行業(yè)， 按照年產(chǎn) 30 萬t 測算，可增加銷售收入4500 余萬元。
4 結(jié)語
寧鋼的實(shí)踐證明，要做到鋼渣的資源化處理， 重點(diǎn)要在鋼渣的預(yù)處理工藝流程中解決鋼渣的安定性問題，同時采用鋼渣微粉生產(chǎn)工藝是目前工業(yè)化應(yīng)用的有效路徑，寧鋼實(shí)現(xiàn)了鋼渣零排放， 鋼渣由 “污染” 向 “資源” 的華麗轉(zhuǎn)變， 具有明顯的效益優(yōu)勢和巨大的環(huán)境優(yōu)勢。
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