袁方明
(中鋼國際工程技術(shù)有限公司 北京)
摘要：本文簡要介紹了國內(nèi)常見的鋼渣處理工藝，并歸納總結(jié)合適的鋼渣處理工藝方式組合，可以為鋼廠選擇各自合適的鋼渣處理方式提供參考。簡要介紹了鋼渣處理最新技術(shù)的發(fā)展，提高鋼渣綜合利用價(jià)值和拓展應(yīng)用范圍。
關(guān)鍵詞：鋼渣；渣處理工藝；循環(huán)利用
1 前言
在全球環(huán)境惡化的今天，對(duì)鋼鐵行業(yè)來說，二氧化碳排放的削減、工業(yè)廢棄物的循環(huán)利用等各項(xiàng)環(huán)保措施是很重要的課題。鋼鐵生產(chǎn)過程中，高爐渣、高爐塵、煉鋼渣和除塵灰的回收利用是我們長期研究的內(nèi)容，目前國內(nèi)各企業(yè)根據(jù)各自情況也開發(fā)了多種回收利用的方法。但大多數(shù)鋼廠的鋼渣處理和回收利用仍然處于一種比較粗放的模式，存在鋼渣處理規(guī)模與煉鋼規(guī)模不相匹配，鋼渣處理工藝的選擇缺乏對(duì)鋼渣后續(xù)利用的考慮。
此外，鋼渣的顯熱如何回收利用也是鋼鐵領(lǐng)域長期研究的內(nèi)容和難題，如何綜合考慮鋼渣處理能耗、鋼渣顯熱利用、提高鋼渣后續(xù)利用價(jià)值幾個(gè)難題的平衡，鋼渣處理最新的技術(shù)和研究對(duì)此有了初步進(jìn)展。
2 目前國內(nèi)常用的鋼渣處理工藝簡介
鋼渣處理工藝的發(fā)展一直伴隨著鋼鐵生產(chǎn)過程的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)過多種方式和工藝，其中很多工藝由于成本、處理效率、環(huán)保政策等原因而最終被淘汰。有一些國外引進(jìn)的鋼渣處理工藝，如日本的鋼渣蒸汽陳化工藝、風(fēng)淬工藝等，在國內(nèi)近20年的發(fā)展中已經(jīng)得到極大的改善和革新，其實(shí)用性、效率得到根本性的提升。目前國內(nèi)常用的鋼渣處理工藝簡述如下。
2.1 熱悶坑熱悶處理工藝
圖1 國內(nèi)某廠熱悶坑熱悶工藝
渣罐和渣罐車放置于轉(zhuǎn)爐或電爐平臺(tái)下出渣位置。接渣后，渣罐車開出平臺(tái)外，通過軌道或者由吊車將渣罐吊至運(yùn)輸卡車上，運(yùn)至渣處理車間。也可以用抱罐車將渣罐運(yùn)至渣處理車間。
吊車將渣罐中的液態(tài)渣倒入熱悶坑內(nèi)，加蓋，噴入一定量的水。加蓋后，水蒸氣產(chǎn)生一定的壓力，可加速鋼渣的消解速度。初步凝固后，揭蓋，用挖斗車翻攪后，再倒入下一罐液態(tài)渣，反復(fù)操作，直至該熱悶坑裝滿。加蓋放置約20小時(shí)（最短不低于10小時(shí)）后，用挖斗車將鋼渣挖出，進(jìn)入破碎磁選生產(chǎn)線。
坑式熱悶工藝的優(yōu)點(diǎn)是鋼渣消解比較徹底，f-CaO含量小，尾渣利用程度高。破碎生產(chǎn)線可以回收一部分渣鐵。缺點(diǎn)是占地比較大，車間內(nèi)存在一定的環(huán)境污染。
2.2 有壓箱式或罐式熱悶工藝
圖2 國內(nèi)某廠箱式以及罐式熱悶工藝
處理工藝流程類似上述熱悶坑，用帶蓋的罐體或者箱體代替熱悶坑。前端配置破碎輥，高溫鋼渣經(jīng)過破碎輥破碎并初步冷卻后，卸入渣罐，渣罐整體放入熱悶罐內(nèi)，加蓋，噴水，利用產(chǎn)生的水蒸氣加壓，加速鋼渣的粉化和f-CaO的消解過程。箱式熱悶是將破碎輥處理后的鋼渣卸入渣槽，將渣槽放置于特制箱體內(nèi)，同樣是在密閉裝置內(nèi)打水汽化，產(chǎn)生一定的壓力從而加速鋼渣處理過程。
優(yōu)缺點(diǎn)類似熱悶坑熱悶工藝，但更加環(huán)保，廠房比較干凈，便于高水平的自動(dòng)化操作、無人操作的設(shè)計(jì)。
2.3 風(fēng)淬（干式粒化）工藝
圖3 國內(nèi)某廠風(fēng)淬工藝
鋼渣風(fēng)淬處理工藝最早于上世紀(jì)80年代初在日本福山鋼廠開發(fā)成功，上世紀(jì)80、90年代國內(nèi)馬鋼、新?lián)帷⑹摵椭劁摰蠕搹S先后采用和成功實(shí)施。風(fēng)淬工藝對(duì)鋼渣流動(dòng)性要求較高，鋼渣所含金屬鐵的回收困難，一般情況下需要和其他鋼渣處理工藝配合使用。
裝有液態(tài)鋼渣的渣罐，用抱罐車、吊車或者液壓傾翻臺(tái)架，將液態(tài)鋼渣倒入溜槽中，在溜槽出口處，用高速空氣流，直接把液態(tài)渣打碎、冷卻，形成的微小顆粒產(chǎn)品直接落于地面或水槽。
由于風(fēng)淬工藝處理全量的鋼渣比較困難（例如流動(dòng)性不好的鋼渣），并且仍然希望能夠回收部分金屬鐵，近年來我公司采用的設(shè)計(jì)理念是風(fēng)淬工藝配合其他工藝如坑式熱悶工藝、有壓熱悶工藝。一方面，如果液態(tài)鋼渣的流動(dòng)性較差不適合風(fēng)淬處理，可以直接送往熱悶坑或者有壓熱悶處理，另一方面，即使流動(dòng)性良好的鋼渣，每罐只風(fēng)淬處理70%的液態(tài)鋼渣，罐內(nèi)剩余30%鋼渣含金屬鐵的比例較高，可以送往熱悶坑或有壓熱悶處理后，破碎、磁選回收大部分的金屬鐵。
2.4 渣處理工藝的組合
最近幾年，根據(jù)我公司提供給國內(nèi)外客戶各類鋼渣處理工程項(xiàng)目，總結(jié)出幾種鋼渣處理工藝的組合。
（1） 坑式熱悶+破碎棒磨磁選線；
（2） 風(fēng)淬（干法或濕法）+坑式熱悶+破碎棒磨磁選線；
（3） 風(fēng)淬+輥破+有壓罐悶或箱悶+破碎棒磨磁選線；
（4） 輥破+有壓罐悶或箱悶+破碎棒磨磁選線；
（5） 其他已經(jīng)取得初步效果的新工藝。
以上各種組合各有其特點(diǎn)，可以適用于各種煉鋼生產(chǎn)規(guī)模、現(xiàn)有設(shè)施改造。鋼鐵企業(yè)的環(huán)境綜合治理過程中，鋼渣處理量遠(yuǎn)大于比煙氣粉塵、污水廢液等污染源的處理量。國內(nèi)很多鋼廠已經(jīng)投入巨額資金，建成一批整齊潔凈的渣處理車間，同時(shí)取得較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
4 鋼渣處理新技術(shù)的發(fā)展
4.1 鋼渣的還原和重構(gòu)技術(shù)
前文已經(jīng)提及不同的鋼渣處理工藝對(duì)鋼渣的成分、性能會(huì)有較大的影響，從而影響鋼渣的最終利用途徑。我國目前對(duì)鋼渣的綜合利用，基本上是根據(jù)鋼渣處理過程中的物理性能變化或者其他少量處理介質(zhì)手段，如水（熱悶消解）、空氣（風(fēng)淬急冷）等影響鋼渣的部分化學(xué)性能，來初步確定鋼渣的最終用途。
我公司近年來的研究和工程實(shí)踐表明，煉鋼渣在高溫熔融狀態(tài)加入特定的還原劑和改性劑，一方面可以直接還原鋼渣中鐵的氧化物成為金屬鐵回收利用，改變了傳統(tǒng)鋼渣處理工藝只能選出部分磁性物的情況，另一方面，改變了煉鋼渣的性能，拓寬了煉鋼渣的利用途徑，例如，鋼渣經(jīng)過改性和粉磨后，可以達(dá)到S95級(jí)礦渣粉的活性，也可以用于制作石棉等材料。此外，煉鋼渣處理所選用的特殊爐型以及隨后的冷卻過程控制的設(shè)計(jì)，使得高溫鋼渣的潛熱得以回收利用。
4.2 精煉渣的處理技術(shù)
精煉渣由于其獨(dú)特的組成，如何高效的回收金屬鐵和處理粉塵污染，一直是鋼廠環(huán)保和綜合利用的難點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的打水冷卻、破碎處理，一方面金屬鐵的回收效率較低，另一方面粉塵污染嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境惡劣，需要改進(jìn)處理方法。
近年來，對(duì)鋼廠渣處理工程的設(shè)計(jì)，已經(jīng)采取了很多改善精煉渣處理的方法，簡述如下：
（1）渣罐格柵、渣盤格柵的采用，減少了大塊凝固鋼渣的切割工作，提高了金屬鐵的回收效率。
（2）統(tǒng)一規(guī)劃精煉渣（包括脫硫渣）處理區(qū)域，將精煉渣、脫硫渣集中在渣罐后，統(tǒng)一布置區(qū)域，加蓋密閉，自動(dòng)控制打水過程，蒸汽熱能回收，粉塵收集處理，可以極大的改善車間操作環(huán)境。
近年來我公司深入研究精煉渣處理最新工藝，完成的工程設(shè)計(jì)旨在進(jìn)一步提高金屬鐵的回收效率，加快精煉渣的處理周期，盡可能的回收精煉渣熱能。精煉渣處理的新技術(shù)，例如連續(xù)直凝法、裂解?；ê瓦€原重構(gòu)法，已經(jīng)在中試過程以及實(shí)際生產(chǎn)中使用并獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。其中裂解粒化法采用加入藥劑和精煉渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方式，將精煉渣分解成小塊的同時(shí)還降低了精煉渣的溫度，既解決了產(chǎn)生大塊廢鋼的問題，又減少了精煉渣打水冷卻的時(shí)間，大幅度縮減了精煉渣處理成本和周期。
5 結(jié)語
鋼渣處理工藝和綜合利用是一個(gè)大課題，在如今對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)利用的政策要求和引導(dǎo)下，需要更進(jìn)一步的研究和完善。例如，目前鋼渣的處理工藝對(duì)于鋼渣尾渣利用基本上沒有改善作用，只是將鋼渣冷卻后選出內(nèi)部磁性物，剩余大量的鋼渣尾渣找不到出路，是大部分鋼鐵企業(yè)面臨的困境；目前精煉渣的處理工藝沒有解決大塊廢鋼的問題，在大塊廢鋼倒運(yùn)、切割過程中，造成環(huán)境污染和處理成本增加，也是現(xiàn)在大部分鋼鐵企業(yè)的痛點(diǎn)。
所以，選擇不同的鋼渣處理工藝需要結(jié)合后續(xù)的鋼渣應(yīng)用需求。不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)鋼渣的特性是有要求的，例如粒度、消解程度、物理性能、化學(xué)成分等，而這些特性，是可以通過對(duì)鋼渣的前端處理來實(shí)現(xiàn)的，比如水解、風(fēng)淬急冷等方法，達(dá)到鋼渣綜合利用所需要的性能指標(biāo)。我們還可以采用鋼渣還原和重構(gòu)的方法，拓展鋼渣的應(yīng)用途徑。
各鋼廠應(yīng)根據(jù)本廠的條件，如處理場(chǎng)地面積大小、廠內(nèi)廠外運(yùn)輸條件、煉鋼出渣條件等因素來選擇適合自己的渣處理工藝，此外，還需要結(jié)合周邊資源利用狀況，即鋼渣最終用途、銷路等因素來綜合考慮。