王成杰
（武鋼中冶工業技術服務有限公司鄂州分公司）
摘要：“十三五”是我國經濟社會發展的重要戰略機遇期，也是轉變發展方式，加快建設資源節約型和環境友好型生態工業體系的關鍵時刻。為貫徹國家“十三五”規劃綱要精神，積極落實鋼鐵產業發展政策與鋼鐵產業調整和振興規劃，加速兼并重組，根據《國務院關于進一步淘汰落后產能工作的通知》和《節能環保產業發展規劃》發展需求，全國各大小鋼企紛紛轉變管理策略，探索和研究鋼鐵“節能減排、固廢處理”新思路。
鋼鐵工業，是資源、能源密集型產業，其特點是產業規模大、生產工藝流程長，從礦石開采到最終加工，需要經過很多生產工序，其中的一些主體工序資源、能源消耗量都很大，污染排放量也比較大。
鋼鐵聯合企業生產過程中產生的固體廢棄物主要有高爐渣、鋼渣、除塵灰、氧化鐵皮、粉煤灰及廢耐火材料等。固體廢棄物量大、面廣，如對其進行資源化利用不僅可獲得好的效益，同時也解決了環保難題。
我國鋼鐵企業經幾十年的努力，在這方面已取得了很好效果，廢棄固體物的利用率都已達到80%以上，但基本上還停留在簡單的、低附加值利用水平。
為提高固體廢棄物利用率和提高其利用價值，近年來國內外都在不斷進行這方面的探索和研究，并已取得了新進展，為固體廢棄物的利用開辟了新途徑。 本文就我工作經驗對鋼渣，塵泥的處理做一下介紹，希望在開展這方面工作時能有所借鑒。
關鍵詞：鋼鐵固廢；鋼渣；除塵灰；應用
1 鋼渣處理
（一） 鋼渣現狀
鋼渣是在煉鋼過程中排出的熔渣，是煉鋼過程的副產品，主要來源于金屬爐料中的硅、錳、磷和少量的鐵氧化后的氧化物，調節爐渣的性能所加入的造渣劑如石灰石、白云石、螢石、硅石等，這是鋼渣的主要來源。目前我國采用的煉鋼方法主要有轉爐和電爐煉鋼，其中有80%鋼是有轉爐冶煉的，所以轉爐渣是鋼渣的主要組成部分。
如按每噸鋼產生10%渣量計算，國內年產生的廢棄鋼渣約為3000萬噸。鋼渣中每年鐵耗達540多萬噸。到目前為止，國內外絕大部分鋼廠冶煉后產生的鋼渣大都采取廢棄的方式，而一小部分鋼廠采用盤潑、滾筒、機械破碎、直接水淬、風淬法及渣坑內悶渣方式等。綜合多年經驗，目前最好的處理辦法就是熱悶法。鋼渣通過熱悶處理后，經過一系列加工回收，能有效利用廢棄資源，達到資源回收的目的。
（二） 熱悶技術
1、鋼渣余熱自解熱悶原理
本工藝是將1600 –1650度的液態鋼渣直接傾翻在熱悶裝置進行熱悶處理的新技術，不需要先熱潑冷卻到800度再熱悶的環節，節省了熱潑場設施和倒運設備，減少了設備損耗和操作人員，改善了環境，該工藝無廢水排放，無噪聲，無粉塵污染，可實現清潔生產。
液態鋼渣直接倒入熱悶裝置中，噴霧遇熱渣產生飽和蒸氣與鋼渣中游離的氧化鈣 f-CaO，游離氧化鎂 f- MgO 發生如下反應：
f-CaO+H2O→Ca(OH)2 體積膨脹98%
f-MgO+H2O→Mg(OH)2 體積膨脹148%
由于上述反應致使鋼渣開裂、粉化及渣鐵分離。
熱悶鋼渣工藝鋼渣粉化有三個階段：第一階段是高溫熱態鋼渣遇水冷卻，池內產生大量飽和蒸汽；第二階段是鋼渣表面與內部或周圍區域存在溫差而產生熱應力，與此同時，隨著溫度降低鋼渣形態產生變化——流態變固態而產生相變應力，而相變時常伴隨著放熱和體積變化，因此鋼渣進入破裂階段；第三階段是悶坑內大量飽和水蒸汽沿裂縫進入鋼渣發生物理化學反應進行水解粉化。
熱悶過程中，因為鋼渣中的氧化鈣 f-CaO和氧化鎂 f- MgO得以充分消解，所得鋼渣具有較高的穩定性，對鋼渣后期處理和充分再資源化利用提供了條件。鋼渣熱悶流程中可以消化常溫固態鋼渣。
2、 工藝流程說明
煉鋼車間出渣后由渣包臺車將渣罐運至鋼渣熱悶生產車間，由橋式起重機吊起渣罐將熱熔鋼渣傾倒入熱悶坑內。每傾倒一次熱渣，少量噴水冷卻，并挖掘松動鋼渣，以保證透氣透水性。確保鋼渣悶坑內鋼渣表面無積水，方可進行下一次倒渣，直到填滿悶坑。
悶坑裝滿后由橋式起重機吊起悶坑蓋蓋上，鎖上鎖緊裝置并確保密封蓋上的安全閥完好有效，由PLC控制系統按程序多次自動開啟閉合噴霧蝶閥進行噴水冷卻，直到鋼渣溫度降到60℃~80℃以下，卸出悶坑內余氣，打開密封蓋鎖緊裝置，由橋式起重機吊起悶坑蓋移到蓋架上，以便于操作人員進行必要的安全檢查。
熱悶后的鋼渣由抓斗機出渣，送入大塊篩進行分離，大塊渣鋼由輸送設備送去渣鋼深加工系統加工，篩下鋼渣由輸送設備送去鋼渣破碎——篩分——磁選系統處理。
（三）鋼渣加工項目
1、鋼渣破碎-篩分-磁選工藝流程
鋼渣經熱悶處理完后，采用汽車運輸至鋼渣加工處理場，采用鏟車上料到上料臺。上料斗上裝有格篩，小于300 mm的鋼渣進入生產線的原料倉。需處理的鋼渣由1#皮帶機，并由磁選機選出 <300mm以下的渣鋼。磁選后的鋼渣由1#皮帶機送往1＃振動篩，篩上>70 mm的鋼渣進入破碎機破碎，變成<70 mm的鋼渣到達3#皮帶機；篩下<70 mm 的鋼渣進入2#振動篩，篩出>35 mm的鋼渣進入3# 皮帶機。3#皮帶機安裝有磁選機，選出<70 mm的渣鋼。磁選后< 70 mm的鋼渣，進入破碎機破碎，破碎成 <35 mm 的鋼渣到達 4#皮帶機，4#皮帶機上安裝有磁選機，選出<35mm渣鋼。磁選后的鋼渣進入3#孔振動篩，篩下<10mm的鋼渣進入5＃皮帶機，把鋼渣料送入料場。篩上>10mm的鋼渣進入6＃皮帶機；2#振動篩的篩下的鋼渣進入2#皮帶機，2#皮帶機上安裝有磁選機，選出粒度 <35mm以下的渣鋼，磁選后的鋼渣進入3#振動篩，篩下<10mm的鋼渣進入5＃皮帶機，由5#皮帶機將鋼渣料送入料場，篩上鋼渣進入6＃皮帶機，由6#皮帶機把>10mm的鋼渣料送入料場。整個過程經過4次跨帶磁選和2次磁輥磁選后獲得不同品位和粒級的產品。
2、廢渣鋼深加工工藝流程
渣鋼提純生產線分為三個功能區：渣鋼干法自磨生產區、濕法球磨生產區、水處理區。
干法自磨工藝流程：大塊渣鋼通過格篩篩分，小于300mm初選渣鋼進入1#料倉中，經1#皮帶輸送到自磨機中自磨，大于30mm的塊鋼（品位達85%以上），通過自磨機溜槽進入成品堆場儲存。小于30mm的渣鋼由2#皮帶機輸送到堆場與從鋼渣處理線產生的小于30mm的初選渣鋼混合堆存（品位達99%以上）。
濕法球磨工藝流程：小于30mm的渣鋼原料由鏟車送入2#料倉，經3#皮帶機送至濕式球磨機進行濕磨，經筒篩篩分后，5-30mm的小塊豆鋼（品位達95%以上）經4#皮帶機運至成品堆場堆存，篩下料漿液經過兩級筒式磁選機磁選后，精礦液經螺旋分級機提升脫水后，魚子鋼運至成品堆場儲存，尾礦液經另一螺旋分級機提升脫水分離后，尾渣粉由5#皮帶機運至相應的堆場。
水處理工藝流程：清水池內的循環用水由清水泵打入球磨機磨頭、筒篩內部以及磁選機中，磁選后產生的料漿分別進入尾礦液螺旋分級機和精礦液螺旋分級機中，螺旋分級機溢流產生的尾水流入沉淀池中，通過渣漿泵打入斜板沉淀池中進行濃縮，處理后溢流產生的水通過管道流入清水池中，沉淀產生的泥漿通過渣漿泵打入過濾機中進行脫水，產生的水回流至清水池中循環使用。產生的尾渣泥料進入儲泥斗進行儲存。
（四）鋼渣尾渣的利用
1、生產鋼渣水泥——把處理后的鋼渣與一定量的高爐水渣、煅燒石灰、水泥熟料等，即可生產出與425號普通硅酸鹽水泥的指標相同的鋼渣礦渣水泥。
2、生產建材制品——比如，鋼渣瓦、鋼渣磚、人造石等，生產建材制品的鋼渣一定要控制好f-CaO的含量和堿度。
3、用于道路材料——鋼渣做道路墊層、基層材料，其強度、抗沉彎性、抗滲透性均優于天然石材。
4、鋼渣干混砂漿——鋼渣尾渣經過制砂系統與除塵系統后得到>1mm鋼渣砂和<1mm鋼渣粉塵供干混砂漿系統生產砌筑砂漿和抹灰砂漿。
5、鋼渣經過磨機制成350m2/kg左右比表面積的鋼渣粉，可替代CaO，用于燒結煙氣脫硫。
6、鋼渣尾渣含鐵（全鐵）10-20%左右，可用作燒結溶劑，改善燒結礦轉鼓系數。
除了以上利用外，經過處理得到的規模渣還可用于土壤改良劑和農肥、醫和藥的醫學領域、處理廢水的吸附劑以及微晶玻璃等等。
2 除塵灰利用
（一）、鋼鐵企業各種除塵灰及現狀
各大鋼鐵企業各個環節每年都會產生大量的除塵灰，其中包括：燒結除塵灰、高爐除塵灰，轉爐除塵灰，電爐除塵灰等，目前很多企業都是把這些灰送往燒結廠，燒結后繼續使用。但是除塵灰作為燒結原料很不好處理。
冷固球團作為冷卻劑、造渣劑回用轉爐煉鋼生產，不僅能夠減少除塵灰對環境的污染，而且能夠優化鋼廠原料結構，節省能源，降低轉爐煉鋼生產成本，同時還可以實現含鐵資源的循環再利用。本項目符合國家發展循環經濟的產業政策，是促進鋼廠降本增效，改善環境的新興項目，本項目的經濟效益和社會效益顯著，具有良好的發展前景。
一、冷固球團工藝
1、 生產流程
各種除塵灰原料由密閉罐車運至各自的原料倉，原料倉底設定量配料裝置。為提高冷固球團成品的含鐵品位，在造球過程中根據原料條件配入一定比例的氧化鐵皮作為提高含鐵品位和強度的骨料，另外除塵灰在造球之前還需要加濕消化。
配料和消化后的混合料在混碾機內與粘結劑充分攪拌和混勻，混勻后的混合料經壓球機高壓擠壓成球，再經過篩分，合格成品送往煉鋼車間，不合格成品返回冷固球團生產線重新參與造球。
2、工藝
2.1、原料
目前各鋼廠在煉鋼、煉鐵等生產環節產生的部分含鐵除塵灰都能作為冷固球團的原料，如果是濕法產生的污泥，需要經過干燥后使用。由于各種除塵灰的含鐵品位不同，如果是多原料進行生產，需要進行配料，以保證產品的含鐵品位穩定。
2.2、粘接劑
通過試驗比較，及經濟方面考慮，采用有機膠作為粘結劑，工業生產可達到較好效果。不會對煉鋼產生負面影響。
2.3、主要工藝流程
現代化轉爐煉鋼對爐料的要求較高，冷固球團作為造渣劑、冷卻劑回用轉爐生產時，要求其TFe≥50%，且具有一定的強度。
為提高冷固球團的含鐵品位，部分除塵灰在造球之前需配加7～10%左右的氧化鐵皮等含鐵品位較高的物料作為骨料，以提高其含鐵品位和強度。
另外轉爐除塵灰中活性CaO含量較高，在造球之前還需加濕消化，否則成品球易發生粉化，影響造球強度，甚至難以成球。
2.4、工藝特點
1）本生產線設計方案工藝布置緊湊、順暢、流程短。
2）本生產線設計方案所采用的技術成熟、先進、經濟、運行可靠、檢修方便。
3）原料運輸采用密閉罐車，防止二次污染。粉塵運輸配置順暢合理，降低工人勞動強度，改善工作條件及環境。
4）在原料倉頂設置除塵器，車間內設置環境除塵設施，改善工作條件和環境。
5）在混碾過程中添加的粘合劑，不含S、P等有害成分，不會對轉爐煉鋼產生負面影響。
6）成品倉集存儲、烘干為一體。避免了成品球落地對環境造成的二次污染；
7）成品倉設計螺旋式滑道收集裝置，避免因倉內落差造成球團破損，該工藝為全國同行業首創。
8）成品倉利用高爐熱風爐產生的廢煙氣的余熱，能夠加速倉內成品球的表面固化和干燥，有利于提高成品球的質量，并且還具有以下特點：
a、節約能源，降低燃煤消耗。
b、投資小，降低投資費用。
c、土地占用少。
2.5、工藝優勢
1）冷固球團作為造渣劑、冷卻劑回用轉爐生產，相比回原料場，流程縮短，節省能源消耗。如果每年6萬噸球團，可節約將近1.5萬噸標煤。
2）煉鋼目前采用燒結返礦做冷卻劑，結算價格為800元/噸，而利用除塵灰制成的冷固球團成本約為565元/噸，加上利潤，每噸結算價格不超過650元/噸，可以大幅度的降低煉鋼成本。
3）用冷固球團替代返礦（塊礦）作冷料的方法，已被許多大型鋼廠（鞍鋼、首鋼、柳鋼、馬鋼、沙鋼、邯鋼、漣鋼、湘鋼、龍鋼、包鋼）普遍采用，實踐證明用冷固球團替代煉鋼用返礦（塊礦）具有以下優點：
a、降溫冷卻效果與返礦（塊礦）基本相同，均為石灰降溫量的1.75倍。
b、冷固球團造渣效果好，可替代部分石灰、瑩石，并有輔助降碳作用。
c、冷固球團在吹煉后連續小批量加入，不會因反應激烈而產生噴鋼，可提高鋼水的收得率。
e、冷固球團在加入過程中，即使調整槍位，吹煉也比較平穩，反應速率和化學成份均符合煉鋼要求。
f、使用冷固球團可縮短供氧時間和冶煉時間。
g、由于冷固球團與返礦（塊礦）、廢鋼相比有價格的優勢，因此使用冷固球團能降低煉鋼成本。
h、生產冷固球團是將各種除塵灰進行集中處理，因此減少大循環過程中的多次環境污染，同時因使用冷固球團減少了瑩石用量，從而減輕了氟化氫對金屬管道的腐蝕和爐襯的侵蝕，也減少對大氣的污染。
（二）除塵灰（泥）在燒結和水泥行業中的應用
鋼鐵廠在生產運行中，會在不同工藝部位產生不同物質成分且含量不同的除塵灰（泥），都以含FeO，CaO，SiO2，C等為主，只是不同工藝部分產生的除塵灰（泥），在各種成分的含量百分比不一樣而已。有兩種簡單易行的方法可以解決排放和影響環保的問題。
（1）用于鋼鐵廠燒結礦中
由于除塵灰（泥）中的成分、含量不一樣，含FeO,CaO, C的除塵灰（泥），可以將各種灰、泥按要求進行燒結預混料配制，摻入到燒結礦的原料中，不但可以節約燃料，又能節約成本，還解決了排放和環保問題。
（2）用于水泥行業中
生產水泥熟料的原料成分主要就是Ca， SiO2，C等。部分含TFe和C較低，但含CaO，SiO2較高的除塵灰（泥）可用于水泥熟料生產中的原料配制，可以極大地解決排放和環保問題，同時也可以降低水泥廠的生產成本。
參考文獻
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