鄭志輝^[1]    李景超^[1]    李保海^[1]   王磊^[2]   申琪^[2]  李國超^[2]

（1.首鋼股份公司遷安鋼鐵公司 河北遷安；2.北京鼎盛成包裝材料有限公司遷安分公司 河北遷安）

摘要：首鋼股份公司遷安鋼鐵公司固廢資源綜合利用堅持以“減量化，再利用，資源化”為原則，初步建成固體二次資源綠色循環產業園區，實現了鋼渣、脫硫渣的集中加工處置，實現鐵元素最大程度的回收利用，改善了有害元素在鋼鐵流程的影響，實現了尾渣在建材行業的應用。

關鍵詞：脫硫渣；資源化；研究與實踐

1  國內外脫硫渣資源化現狀

煉鋼鐵水預處理工序生產，在扒渣過程中，有一定量的鐵水被同時扒出，在渣罐中冷卻后凝結成大型渣坨，造成脫硫渣坨加工難度大，生產效率低，工人勞動強度大，渣場存放困難，易造成環境污染。并且難于破碎、加工和回收利用。為了解決這一問題，各企業相繼開發綜合利用方法。例如：返生產利用法、返燒結法、隔斷劑法等。

攀鋼采用脫硫扒渣分層隔斷劑^[5]。隔斷劑處理脫硫渣有明顯效果，降低了破碎難度，破碎率達到80%，減少了渣鐵的塊度，有利于渣鐵的綜合利用。

重鋼將脫硫渣破碎后的渣鐵，通過電弧爐熔化后提煉出生鐵，再將生鐵用于煉鋼生產。

日本鹿島制鐵采用KR法脫硫工藝，脫硫渣返回鐵水脫硫工序再利用^[6]。KR脫硫渣運到熔渣處理站，裝入上部帶有滾筒篩的罐車內，然后運到鐵水坑旁的脫硫渣專用料斗，并通過料斗下部的盤式輸送機按所需量將脫硫渣投入鐵水罐，待鐵水裝入后再進機械攪拌處理。結果表明，返回脫硫渣再次利用后自由氧化鈣減少了一半，硫含量則大幅增加。該方法脫硫率要比石灰脫硫率高。主要原因是返回利用脫硫渣加入量較大；另外返回渣余熱利用，石灰更容易參加反應。

2  首鋼遷鋼脫硫渣綜合利用現狀

首鋼遷鋼公司有六座鐵水預處理站，其中三座是鐵水復合噴吹顆粒鎂工藝，三座KR機械攪拌脫硫工藝。2017年開始將三座噴吹工藝改造為KR機械攪拌工藝，脫硫渣年出量約15萬噸。

2.1   KR脫硫渣特性

KR法脫硫是將攪拌器插入鐵水包液面下一定深度，并旋轉攪拌，同時加入石灰和螢石按一定比例的混合的脫硫劑。攪拌器旋轉過程中，脫硫劑與鐵水發生脫硫反應。反應結束后，所生成的干稠狀渣子浮于鐵水表面，后扒除到渣罐中，形成了KR脫硫渣。其形態為固態，氧化鈣、金屬鐵含量較高。

表1  KR脫硫渣成分

2.2   綜合利用現狀

鐵水預處理工藝產出的脫硫渣含有大量的金屬鐵元素和自由氧化鈣。目前，遷鋼公司逐步完善了脫硫渣綜合利用工藝。首先在源頭減量少上，熱態返回利用和冷態返回脫硫站的工藝，重復利用2-3次，就需要外排處理。針對外排脫硫渣，遷鋼公司不斷完善了加工工藝，建設脫硫渣罐悶一次處理工藝生產線；棒磨二次加工工藝處理線；渣鐵粉冷壓球工藝生產線；渣鐵粉水洗球磨線，實際了脫硫渣金屬鐵元素回收利用率達到98%，尾渣建材行業利用率達到100%。

3   脫硫渣減量化技術

3.1   KR脫硫渣重復利用

在鐵水溫度下，石灰與鐵水反應是固-液相反應，固相反應慢，為了提高反應速度，石灰中加入一定比一會兒的化渣劑：遷鋼為（CaO-CaF₂系），日本各大鋼廠（CaO-Al₂O₃系）。固-液相反應在石灰表面形成CaS和CaSiO₄的殼，阻止反應的進行，有大量自由氧化鈣未反應?？梢灾貜屠梦捶磻难趸}。主要采用兩種形式重復利用：

KR法脫硫渣扒除后，直接返回下一包鐵包中。另外是采用返回脫硫工序回收利用工藝。

基本流程如下：

圖1  KR脫硫渣返回利用流程圖

3.2   KR脫硫吹渣技術

鐵水包的鐵水頂部有大約0.5%的鐵渣，二氧化硅含量較高，不利于脫硫反應進行，通過在脫硫站加裝側吹趕渣，扒除頂渣，有利于降低脫硫劑的加入量，從而減少脫硫渣的產生。另外，后扒渣通過吹渣減少鐵損，也減少了脫硫渣的產生。

4  脫硫渣的綜合利用

4.1  一煉鋼復合噴吹脫硫渣處理工藝

遷鋼一煉鋼脫硫為鎂基復合脫硫劑噴吹脫硫工藝，此工藝產生的脫硫渣為坨狀，因含鐵量較大，破碎困難。目前遷鋼采用隔斷劑，使渣坨更易破碎，產出大塊渣鐵和渣土。大塊渣鐵返煉鋼使用，而渣土在堆存。但由于大塊渣鐵轉爐回硫較高，影響其回吃量。本研究，針對目前問題，提出了兩種工藝。一是大塊渣鐵熔融處理工藝；二是渣土分級破碎磁選工藝?；玖鞒倘缦?。

圖2  一煉鋼脫硫渣處理工藝

脫硫渣分級破碎磁選工藝簡介：

二級破碎：裝載機將250mm脫硫渣倒入格篩中，> 250mm傾翻到渣池中；< 250mm經過給料機，利用破碎機將脫硫渣從250mm破碎到70mm，然后從70mm破碎到10mm。

六級磁選：利用粗選機選出>70mm的渣鐵，通過溜槽進入渣池；其余脫硫渣通過磁選機選出<70mm的渣鐵，通過皮帶機運輸和篩分機將渣鐵分成70-10mm的渣鐵和<10mm的渣鐵，進入不同的料倉待用。

三級篩分：脫硫渣全部破碎到<10mm，經過破碎、篩分、磁選，尾渣中的渣鐵 最大程度地磁選出來，得到盡量多的渣鐵，使磁選后的尾渣中渣鐵含量小于2%。尾渣運入料倉儲存。

4.2   KR脫硫渣處理工藝

KR脫硫渣處理工藝流程：

圖3  KR脫硫渣處理工藝

（1）KR脫硫渣帶罐熱悶工藝

    傳統工藝采用渣罐中的脫硫渣倒鐵斗中，鐵斗汽車運輸到卸料場地，翻渣后進行打水冷卻。翻卸過程煙塵很大，為無組織排放，環境污染大。采用帶罐汽車運，罐中打水，水份控制在7%左右，實現有組織排放，節約水資源。

（2）脫硫渣棒磨生產工藝

工藝采用“一級棒磨、四級篩分、一級磁選”。棒磨機采用2745型干式棒磨機（Φ2700×4500），入磨原料為300mm以下，出口尺寸300mm。處理能力100-150t/h，襯板壽命不低于12個月，渣鐵品位≥85%，尾渣磁性物含量≤1.5%。

四級篩分：根據KR脫硫渣的特性以及產品應用流程，工藝設計為四級篩分，一級振動篦，為原料篩分，尺寸250*250mm，篩上轉落錘產線，篩下滿足入磨原料要求。二級篩為10mm振動篩，篩下直接進入精煉機，篩上物進入棒磨機。三篩、四篩為成品篩，分別篩出0-10、10-40、40-250mm渣鐵產品，0-10mm進入精選機；10-40mm渣鐵供高爐；40-250mm渣鐵供轉爐。

一級磁選：此工藝設計了一級磁選設備，棒磨機出料端未設計磁選機，直接進行篩分，篩下0-10mm與一級篩篩下一同進精選機磁選。

渣鐵TFe含量：10-40、40-250渣鐵>90%；精選機磁選渣鐵粉>50%。

（3）落錘技術

鐵和鋼最根本的區別是含碳量，理論上一般把碳含量小于2.11%稱之為鋼，熔點在1450-1500℃，C大于2.11%的為生鐵，熔點在1100-1200℃。隨著碳含量的增加，其強度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。生鐵硬而脆，幾乎沒有塑性，針對大塊渣鐵的加工采用落錘工藝最為合適，采用高重錘和夾板錘兩種。

（4）脫硫渣鐵粉水洗磨提純技術

水洗磨加工線主要設施包括原料皮帶、水洗磨機（Φ2200×7000）、滾篩、雙輥磁選機（Φ1050×3000，滾筒表面磁感應強度2400/3000GS）、成品皮帶、螺旋輸送機等工藝設備以及泥漿泵、斜板沉淀器、壓濾機等水處理設施和配套的土建、電氣、自動化設備。設計能力40噸/小時，。工藝流程如下圖所示：

圖4  渣鐵粉水洗球磨工藝

水洗磨與球磨機不同之處，在于內部襯板結構，與溢流型球磨機比，結構比較復雜，更有利用磨料和產能提高。主要特點：進料端每轉一周進料兩次，給料器雙頭向心給料；筒體內部出料端設有一十六件獨立儲料斗，成品進入此料斗后，磨機每轉一周把所有物料全部罐向特制椎體，通過椎體八個斜面強制出磨；進入與磨連接在一體的滾筒篩篩分；磨機筒體分工作倉和筒體工作倉和成品相形排料倉，兩倉之間由特殊設計環形孔襯板隔開。

產品指標情況：

表2  水洗線產品指標

5  脫硫尾渣的綜合利用

5.1  脫硫渣粉磨試驗研究

依照GB/T20491-2017《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》和GB/T28293-2012《鋼鐵渣粉》進行脫硫尾渣粉磨試驗。

（1）密度試驗

表3  KR脫硫渣粉磨密度試驗結果

（2）粉磨及比表面積試驗（未添加助磨劑）

表4  粉磨及比表面積試驗

（3）化學成分分析

表5  粉磨成份分析結果

注：依據GB/T20491-2017《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》要求：

三氧化硫含量≤4.0%    氯離子含量≤0.06%   游離氧化鈣含量≤4%

實際測得數據顯示脫硫渣三氧化硫含量超過標準要求，兩種鋼渣氯離子含量超過標準要求，且 MgO含量均大于5%，需要做壓蒸法安定性試驗。

（4）晶像分析（XRD分析）

主要礦物組成γ-C2S、CaF₂、f-CaO 、Ca(OH)₂、CaCO₃、MgO、C、硫硅鈣石、CaS、黃長石、單質鐵、白云石等。

（4）放射性實驗

表6  粉磨放射性檢測結果

（5）安定性

表7  粉磨安定性試驗結果

（6）流動度比（≥95%）基準水泥

表8  粉磨流動度比試驗結果

（8）活性指數

a.基準水泥

表9  粉磨基準水泥洗性指數試驗結果

b.普通水泥

表10  粉磨普通水泥洗性指數試驗結果

5.2  復合粉試驗

經過多年的探索和實踐，礦渣微粉用于水泥和混凝土所具有的優良性能及經濟性已得到普遍認可，其社會需求量大，使用廣泛，效果突出。但是，近年來隨著京津冀區域鋼鐵業去產能、藍天保衛戰的強力推行、大量中小鋼鐵企業關停，礦渣和礦粉的來源大幅減少，市場出現供不應求的局面，這給鋼渣粉或復合粉帶來了巨大的市場機會，同時解決鋼鐵行業固廢資源的利用問題。復合粉采用礦渣粉與脫硫渣粉按一定比例摻合進行試驗研究，具體試驗按3種比例進行試驗，礦渣粉：脫硫渣粉分別為1代表1:1；2代表1:2；3代表2:1。

（1）復合粉流動度比（≥95%）

表11  復合粉流動度比試驗結果

（2）復合粉活性指數（普通水泥）

表12  復合粉普通水泥活性指數試驗結果

6  結論

6.1 KR脫硫渣作為鋼鐵行業固廢資源，因其金屬鐵元素、自由氧化鈣含量高，內部熱態或冷態循環利用，即實現了減量化，又節約了自然資源，是首選采用的綜合利用技術。各企業因自身特點，采用方式不盡相同。

6.2脫硫渣加工處理產生的渣鐵產品，因其硫含量較高，對鋼鐵行業生產會帶來一定的影響，特別是煉鋼品種生產、鐵水質量以及煙氣脫硫系統。渣鐵提純工藝是必要選擇。目前遷鋼公司采用棒磨機和水洗磨工藝是比較有效的工藝，渣鐵產品品位均可達到90%以上。

6.3經試驗研究，將脫硫渣磨細至比表面積400㎡/kg，脫硫渣粉7天活性指數均達到一級鋼渣粉指標要求，但28天強度增長緩慢，達到二級標準要求，判定為二級鋼渣。但氧化鎂含量、脫硫渣的游離氧化鈣含量均超過標準要求，但兩種鋼渣樣品的安定性及壓蒸安定性指標符合標準要求。

6.4 復合粉試驗表明，礦渣粉與脫硫渣粉按2：1比例混合成的鋼鐵渣粉，7天活性指數能達到G95級要求，但其28天活性指數基本無增長。

參考文獻

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