鞍鋼冶金固體廢棄物的應用技術與實踐

戴龍

經過高爐、轉爐生產而產生的各種含鐵物料種類繁雜，含鐵品位高低不一，并時常含有一些特殊元素，如何應用好這些物料備受關注。

鞍鋼經過多年的研究與實踐，使用各種粉狀含鐵物料生產出一種叫還原球的產品，在高爐、轉爐等工序使用，具有成本低、應用廣、經濟性好等特點，是各種粉狀含鐵物料應用的有效途徑。

在高爐渣回收處理方面，鞍鋼引進國內第一條德國立式磨礦渣粉生產線，對粒化高爐礦渣進行深加工，年可生產60萬噸礦渣粉和45萬噸礦渣硅酸鹽水泥。在轉爐鋼渣處理加工方面，鞍鋼采用熔融鋼渣熱燜技術、寬帶高效新型帶磁技術、磁選產品深加工提純技術等全套工藝技術，對轉爐鋼渣進行充分有效的處理與利用。此外，鞍鋼還率先研發了用精煉爐渣制球替代轉爐助熔劑的技術，節約了煉鋼成本，做到利廢增效，實現了循環經濟。同時，鞍鋼將脫硫渣磁選后得到的脫硫渣鋼和成球后變成高密度球體的脫硫磁選粉直接用于電爐煉鋼，用以調節冶煉溫度，充分利用鋼渣中的廢鋼資源，降低了煉鋼成本，使脫硫渣得到了有效利用。

高效利用靠先進的技術支撐

高爐渣的回收與處理技術。2002年，鞍鋼從德國蒂森克虜伯伯利休斯公司引進了國內第一條德國立式磨礦渣粉生產線，用來處理高爐渣。鞍鋼先將高爐渣經過水淬處理后得到粒化高爐礦渣，隨后粒化高爐礦渣經該生產線磨細，生產出的礦渣粉可代替熟料生產水泥。該礦渣粉摻到高標號混凝土中，可改善混凝土各項性能；將該礦渣粉和熟料按一定比例混合，可生產出各種標號礦渣硅酸鹽水泥，能夠有效降低水泥的生產成本。而且，粒化高爐礦渣中含鐵約0.3%，鞍鋼采用外循環雙磁道提鐵法，充分回收了金屬鐵，提高了礦渣粉的品質與產量，提取后的鐵珠含鐵品位大于90%，將其壓制成球后作為廢鋼用于轉爐煉鋼，可創造巨大的經濟效益。

2012年，鞍鋼從德國蒂森克虜伯伯利休斯公司引進的4條立式磨礦渣粉生產線建成投產。目前，鞍鋼共有6條礦渣粉生產線，總產能為420萬噸/年，成為東北地區礦渣粉生產的龍頭企業。

轉爐鋼渣燜渣工藝技術。鞍鋼本部采用簡易燜渣法對熔融鋼渣進行露天打水、熱燜、陳化后進行磁選加工。鞍鋼鲅魚圈分公司采用熔融鋼渣熱燜工藝，從物理、化學兩方面對鋼渣的性質進行改變，消除了鋼渣的膨脹性，這是對傳統鋼渣熱燜方式的一次革命性轉變。熔融鋼渣熱燜工藝與傳統鋼渣熱燜工藝相比，其燜渣周期大幅縮短，符合現代化鋼廠短流程的需要；粉化率更高，渣鐵分離更徹底，便于從鋼渣中提取鋼鐵物料，是鋼尾渣實現高附加值應用的前提；實現了用最少的時間、最低的成本對鋼渣進行效果最好的前處理，為鋼渣的100%高附加值應用創造了有利條件。

在鞍鋼鲅魚圈分公司熔融鋼渣熱燜生產過程中，該公司經過不斷實踐、改造和創新，成功解決了燜渣爆炸、熔渣攪拌不均勻、渣池襯板易損壞、循環水利用、鋼渣余熱回收等一系列技術難題，使該工藝逐漸走向成熟。熔融鋼渣熱燜工藝所帶來的短流程、短周期的高效率，以及鋼渣的高粉化率、廢鋼提取高選出率和對鋼渣膨脹性的完全消解等效果，使其成為國內鋼渣前處理的發展趨勢之一。

轉爐鋼渣磁選工藝技術。鞍鋼240萬噸鋼渣磁選生產線是由德國引進的，是截至目前國內加工能力最強、磁選效果最好、尾渣金屬鐵含量最低的鋼渣磁選加工線。該生產線采用世界范圍內較成熟的鋼渣磁選流程，可生產出不同規格的粒鐵和磁選粉。其中，磁選粉可供燒結生產使用，粒鐵經過深加工可直接代替部分廢鋼作為冷料加入轉爐進行煉鋼生產。

該生產線投產至今已經20多年。其間，鞍鋼通過對國外引進設備的消化、吸收，不斷改造和創新，多數零部件已實現了國產化，使設備達產達標。尤其是帶磁技術，在德國帶磁技術的基礎上，鞍鋼采用磁場選別技術，創造性地研發了寬帶高效新型帶磁技術。該項技術是國際上最先進的磁選技術，已被列入國家“十二五”冶金渣處理重點攻關項目。

鞍鋼鲅魚圈分公司100萬噸磁選生產線的工藝是在傳統的鋼渣磁選工藝的基礎上進行了優化，并結合鞍鋼獨創的鋼渣磁選產品深加工工藝的技術特點，采用寬帶高效新型帶磁技術和棒磨技術相結合的方法，實現了鋼渣短流程、精加工的工藝流程。生產出的粒鐵含鐵品位可達到90%以上，可以直接代替部分廢鋼作為煉鋼冷料進行煉鋼生產。

轉爐鋼渣磁選產品深加工工藝技術。2008年，鞍鋼自行投資、設計并改造建設了國內第一條轉爐鋼渣磁選產品深加工生產線。該生產線是將轉爐鋼渣磁選產品（粒鋼和磁選粉）通過球磨濕磨后分別磁選、重選得到全鐵品位大于90%的精選粒鐵和全鐵品位為55%的精鐵粉，隨后返回煉鋼與燒結工序進行高附加值應用。

對于傳統的含鐵粉狀物料，通常都是靠磁選來進行選別，精鐵粉的產量較少。鞍鋼轉爐鋼渣磁選產品深加工工藝采用將重選與磁選相結合的方法，避免了非磁性或弱磁性含鐵物料的流失，使含鐵物料回收更充分、更徹底。該工藝利用精鐵粉比重較大、與泥漿的比重差異較大的特點，創造性地采用重選方式選別精鐵粉，即利用螺旋分級機來選別精鐵粉，開創了鋼渣中含鐵物料用重選來選別的先例。該工藝分為選別干燥和水處理兩部分。其中，選別干燥系統采用球磨機濕磨、含鐵物料粗細分選工藝；水處理系統將選別的尾渣泥濃縮處理，水回收利用形成閉路循環，尾渣泥干料外運作為原料制作免燒磚。

脫硫渣處理技術。鞍鋼主廠區采用分類管理，單獨翻渣，單獨用240萬噸鋼渣磁選線加工脫硫渣，大大提高了脫硫渣的利用率。鞍鋼鲅魚圈分公司對脫硫渣采取帶罐打水工藝，將脫硫渣經抱罐車抱至帶罐打水生產線進行帶罐打水冷卻，冷卻后翻至脫硫渣池。隨后，陳化好的鋼渣和脫硫渣進入磁選加工線進行磁選加工。

由于脫硫渣磷、硫含量高，選出的磁性材料無法返回煉鋼重復使用，國內外都沒有找到好的處理方法，只能將其單獨堆放后廢棄。但是，電爐煉鋼對硫含量要求較低。因此，鞍鋼將脫硫渣經過轉爐鋼渣的磁選工藝選出脫硫渣鋼和脫硫磁選粉，脫硫磁選粉成球后變成高密度球體和脫硫渣鋼直接用于電爐煉鋼生產，用以調節冶煉溫度，充分利用脫硫渣中的廢鋼資源，降低了煉鋼成本，使脫硫渣得到了有效利用。

精煉渣處理技術。由于精煉爐渣的成分與煉鋼過程中脫硫、脫磷加入的石灰、白云石、鐵礬土、熒石等轉爐助熔劑的成分相似，鞍鋼將精煉爐渣進行單獨堆放，對精煉渣磁選處理后不含鐵部分制球替代轉爐助熔劑。

粉狀含鐵回收料的再利用技術。鞍鋼開發出一種還原球產品，這種產品由各種粉狀含鐵回收料制成，可以在高爐、轉爐等工序使用。該產品具有成本低、應用廣、經濟性好等特點，是各種粉狀含鐵回收料應用的最佳途徑。該產品的開發確保了鞍鋼粉狀含鐵回收料的全部自用。

鞍鋼在2008年~2010年先后建成了2條制球生產線。該生產線不僅可以將精煉渣壓制成球用于轉爐助熔劑，還可以利用多種原料生產不同種類的產品，達到生產線的利用最大化，解決了粉狀鋼鐵物料的再利用問題。該生產線既可以利用氧化鐵皮和強混料混合壓制成鐵碳球，用于轉爐煉鋼；又可將精煉渣壓制成球用于轉爐助熔劑。同時，該生產線還可以將礦渣粉生產線外循環磁選產品水渣鐵珠與鋼渣磁選產品深加工生產線生產的精鐵粉單獨壓制成球，或將兩者按一定比例混合壓制成球，利用兩者粒級的不同進行合理配比，壓制出的鐵砂球更密實，強度更高，用于轉爐煉鋼效果更好。該生產線將粉狀物料轉換成固體形態，密實度增加，解決了漂浮問題，可直接用于轉爐煉鋼，縮短了流程。這不但實現了節能降耗，而且可以將大部分粉狀鋼鐵物料回收再利用，使資源得到有效利用。該生產線還可以根據需要調整成球的大小規格，以便滿足煉鋼需求。

探索渣利用的腳步不停歇

鞍鋼為了發展循環經濟產業，全面加強與知名大專院校、科研所的戰略合作，建立以企業為主的產、學、研基地，充分發揮其技術優勢和科研平臺，積極開展冶金固體廢棄物利用的技術開發，先后進行了鋼渣粉、鋼鐵渣復合粉用于水泥和混凝土、S95級礦渣粉等課題研究；與首鋼合作進行了干混砂漿實驗；與北京科技大學合作利用鋼渣開發研制耐火澆注料、耐熱混凝土、人工魚礁混凝土；與國內知名高校合作，共同研發出利用熔態高爐渣生產高質量礦棉產品并準備建線生產；探索礦渣粉和燒結煙氣脫硫石膏的綜合利用并投入實際應用。同時，鞍鋼參與了鋼鐵渣復合粉國家標準的制訂，與德國蒂森克虜伯伯利休斯公司進行了鋼尾渣超細粉生產工藝設備研究工作，并取得了一系列重大研究成果，為鞍鋼實現技術、管理輸出奠定了堅實的基礎。

不僅如此，鞍鋼還大力開發冶金固廢新產品，全面提高資源利用率。該公司堅持“投入一個、研制一個、儲存一個、生產一個”的思路，充分發揮工藝、技術優勢，加大新產品開發力度，全面提高固廢產品的科技含量。該公司先后進行了鋼渣粉、鋼鐵渣復合粉、干粉砂漿、還原球、海水凈化石、礦棉板等9個新產品研制，形成了渣鋼、精選粒鐵、精鐵粉、鋼渣磁選粉、粒化高爐礦渣粉、免燒磚等12種產品。

鞍鋼通過不斷研究，準備將各種渣料中的鐵全部提凈。目前，鞍鋼高爐水淬渣中所含0.3%的鐵基本提凈；鋼渣中經過提純含鐵量已經小于1.2%，可以經過再提純達到凈化程度。這樣做的目的有兩個：一是減輕了煉鋼工序的壓力，在煉優質純凈鋼的過程中，不必過多考慮鐵損問題；二是凈化了渣料，提高了渣的純凈度和品質，提高了渣的售價，具有更廣泛的利用途徑。

鞍鋼將粉狀含鐵回收料制球重新用于高爐、轉爐等工序，實現了資源的有效再利用；高爐渣、鋼渣生產出來的高附加值產品用于建材行業，實現了鋼鐵與建材兩大行業的聯合，構建出新的產業鏈。鞍鋼對這些被稱為廢棄物的資源進行回收，使之再資源化，最大限度地提高其綜合利用水平，真正實現了鋼鐵生產的零排放，同時，也帶來了巨大的經濟效益和社會效益。

重點技術鏈接

----轉爐渣熱燜技術

鋼渣熱燜法是近些年興起的一種先進的鋼渣預處理工藝，其原理是利用鋼渣余熱，在容器內加入噴淋冷水后使其成為蒸汽，使鋼渣自解粉化。與傳統處理工藝相比，燜渣后鋼渣粉化率高，渣鐵分離徹底，而且處理后的鋼渣中的有害成分得到消解，可消除鋼渣遇水體積膨脹的特點，避免造成鋼渣應用時出現穩定性不良的現象。

傳統的燜渣法是對煉鋼廠產生的鋼渣首先進行自然冷卻6小時~12小時，或是熱潑后降溫，然后進行燜渣。鞍鋼鲅魚圈分公司轉爐燜渣生產線在全國率先采用將1400℃熔融態轉爐渣直接入池的燜渣方法。該工藝相比傳統方法省去了鋼渣在渣罐中的停留時間，明顯提高了處理效率，而且節約渣罐數量，減少了中間流程，大大降低了生產成本。同時，該工藝還解決了燜渣過程中的爆炸問題———在高溫時（急冷階段）盡可能保證氣體排出，當溫度降低以后，產生可燃氣體的反應速度減緩，可以在燜渣的中后期使渣池中保持一定的飽和蒸汽濃度，利用水蒸氣本身對可燃氣體的惰化作用，抑制其產生爆炸燃燒。

相比傳統的凝固后的燜渣工藝，熔融渣燜渣處理周期大幅縮短，渣罐占用率低，而且爐前處理降低了渣罐運輸的成本，將是今后鋼渣熱燜處理的發展方向。

----磁選技術

目前，我國鋼渣生產線仍處在起步階段，分選出來的渣鋼和磁選粉全鐵品位僅為60%和35%，尾渣金屬鐵含量達到5%，嚴重制約了其循環利用的空間。

沈陽隆基電磁科技股份有限公司是國家級高新技術企業，從成立即著眼于磁學技術產品的研制、生產和開發，建立了全國唯一的鋼渣綜合利用研究實驗室，取得了多項專利成果。例如其冶金渣零排放綜合利用工藝，采用振動篩、棒磨機、磁鼓精選機和帶磁機作為主要篩選設備，通過皮帶輸送機連接相關設備，采用兩棒磨、三磁選、四篩分方式，對物料進行分流、分選、破碎、磨礦，提高了磁選回收率，提高了物料單體金屬鐵含量。通過實施該工藝，能夠得到全鐵品位在90%以上的渣鋼、全鐵品位為60%的磁選粉、尾渣金屬鐵含量小于1%的產品，大幅提高企業的經濟效益。

該工藝中的篩分工序是將熔融態鋼渣經過固化處理后，分析金屬鐵在鋼渣中的分布狀態、鋼渣的粒度分布、不同粒度鋼渣的水分含量，在確定上述參數后，確定振動篩的種類、篩孔的大小、篩口的形狀等參數，以保證最高的篩分率和工作的連續性，通過篩分可以控制金屬鐵的分布，達到工藝需求。

該工藝中破磨設備的選擇需要根據金屬鐵的分布狀態、粒度大小、處理能力等數據進行選擇，設備的調試和參數優化還需要根據所要達到的目的進行調整。這樣才能夠保障鋼渣中的金屬鐵與渣充分解離，為后續分選出高品位渣鋼做鋪墊。

磁選工藝根據金屬鐵的粒度分布，選擇不同的磁選設備、磁場強度、磁場梯度，有效回收、提純鋼渣。

磁選設備作為鋼渣零排放綜合利用工藝中的關鍵環節之一，在工藝流程的不同位置，對不同粒度、不同含鐵量的物料要提供專用的磁選設備。

其中，該工藝使用的帶式磁選機采用寬帶磁場設計，分選出全鐵品位90%以上的渣鋼；鋼渣粗選機適用于大塊渣鋼的磁選，解決常規磁選設備卸鐵皮帶易損壞、選別效率低、選別效果差等問題；渣磁鼓精選機采用高梯度均勻多磁極磁場結構，增加了磁翻轉次數，縮小了磁翻寬度，提高了磁翻轉頻率，結合結構的專有設計，可分選出全鐵品位60%以上的磁選粉。

正是因為隆基公司的深度研究，為鋼渣的高效利用和鋼渣非鐵尾渣零排放創造了條件，并在鞍鋼等企業實現了工業效益。