高爐礦渣綜合利用技術(shù)的研究與應(yīng)用
高爐礦渣是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中排出的水淬廢渣，其主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3和CaO，與水泥成分相近。高爐礦渣經(jīng)干燥、粉磨制成一定細度的礦渣粉，可按一定比例配入水泥或混凝土中。礦渣粉具有超高活性的同時還具有潛在水硬性，使其成為水泥或混凝土的優(yōu)質(zhì)混合、摻合材料。用礦渣粉作為混凝土摻合料不僅可等量替代水泥，而且可使混凝土的多項性能得以極大改善，具體表現(xiàn)在：泌水少、可塑性好、水化析熱速度慢、水化熱小、有利于防止大體積混凝土因內(nèi)部溫升引起的開裂，并能使混凝土后期強度得以大幅提高，具有良好的耐久性。
隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，高層建筑、大跨度橋梁、高速鐵路、高速公路等工程建設(shè)的開展，高性能水泥的需求量迅速增大，礦渣粉作為新型水泥混凝土摻合料，有著廣闊的市場前景，對我國建材行業(yè)及鋼鐵行業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。首鋼國際工程公司采用成熟先進的立磨粉磨礦渣工藝，先后完成9條礦渣粉生產(chǎn)線的設(shè)計工作，其中8條礦渣粉生產(chǎn)線已經(jīng)投產(chǎn)，并且運行穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量達標(biāo)、取得了良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，具有較大的市場推廣價值。
立磨粉磨礦渣工藝特點及流程簡述
立磨粉磨礦渣工藝具有粉磨效率高、生產(chǎn)可靠，系統(tǒng)節(jié)能，噪音小、單機能力大、維修工作量小、適應(yīng)工廠大型化要求的特點，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。
立磨粉磨礦渣工藝主要包括：原料儲運系統(tǒng)、礦渣粉磨系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)、成品儲運系統(tǒng)和公輔系統(tǒng)等。
高爐礦渣經(jīng)原料儲運系統(tǒng)送至配料站水渣倉，石膏由汽車運輸進廠，在石膏堆棚內(nèi)儲存，生產(chǎn)時經(jīng)斗式提升機送入配料站的石膏倉。礦渣倉和石膏倉底均設(shè)定量給料裝置，倉內(nèi)礦渣、石膏經(jīng)配料后，由帶式輸送機、磨頂喂料設(shè)施送入立磨。為防止金屬塊進入立磨，在原料輸送環(huán)節(jié)設(shè)置兩道除鐵設(shè)施。
進入立磨的物料在磨盤與磨輥之間研磨，在一定負荷下被烘干、粉磨，研磨后的物料被熱風(fēng)即上升承載空氣送入位于立磨頂部的高效選粉機，分選成細粉和粗粉。細粉即成品礦渣粉隨熱風(fēng)進入布袋收粉器，由布袋收粉器收集，后經(jīng)成品輸送設(shè)施送入成品庫；粗粉沿磨機機殼內(nèi)側(cè)掉落到磨盤上，并再次研磨；一部分較大顆粒的粗粉被排入立磨外循環(huán)系統(tǒng)，并經(jīng)外循環(huán)系統(tǒng)除鐵后重新返回立磨進行粉磨。立磨烘干熱風(fēng)由熱風(fēng)爐供給，廢氣經(jīng)高效布袋收粉器凈化后排入大氣。成品輸送系統(tǒng)設(shè)自動取樣機，定時自動取樣，樣品送往實驗室進行檢驗。
布袋收粉器收集的礦渣粉經(jīng)成品輸送設(shè)施送入成品庫儲存，成品庫內(nèi)設(shè)置充氣斜槽等流化設(shè)施，成品庫充氣流化可防止礦渣粉在庫內(nèi)板結(jié)，礦渣粉通過庫底或庫側(cè)卸料設(shè)備、散裝機裝車外銷。
設(shè)計過程中需要考慮的問題
立磨粉磨礦渣工藝廠址選擇應(yīng)遵循國家相關(guān)規(guī)程和規(guī)范，優(yōu)先考慮投資省、建設(shè)快、運行費用低、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益好的廠址，并應(yīng)進行多方案比選，對建廠條件、投資費用、運輸、環(huán)境保護和安全條件進行充分論證比較，一般來說在滿足以上條件的前提下，應(yīng)首選距離原料較近的廠址，既能減少原料運輸環(huán)節(jié)的費用，又可以避免對原料運輸路線沿途的環(huán)境影響。
高爐礦渣儲運方式的選擇。高爐礦渣最好采用帶式輸送機運輸至原料系統(tǒng)，可以降低運輸費用，帶式輸送機通廊采用封閉式結(jié)構(gòu)，可減少對周邊環(huán)境的污染。
高爐和立磨粉磨礦渣工藝生產(chǎn)作業(yè)制度不同，因此應(yīng)設(shè)置礦渣堆場，高爐在出渣過程會帶出很多水分，礦渣堆場周圍應(yīng)設(shè)計排水溝，從礦渣中滲出的水排入污水處理系統(tǒng)，處理達標(biāo)后方可外排，另外礦渣內(nèi)的水分對建筑有腐蝕作用，因此礦渣堆場內(nèi)的建、構(gòu)筑物與礦渣接觸的部分還應(yīng)考慮防腐措施。
一般來說高爐礦渣的上料有兩種方式，一種為高爐礦渣在原料堆場堆存，生產(chǎn)時通過抓斗、前裝機或其他設(shè)施上料；另一種為通過高爐出渣系統(tǒng)帶式輸送機直供立磨粉磨礦渣工藝配料站礦渣倉。不建議采用通過高爐出渣系統(tǒng)帶式輸送機直供配料站礦渣倉的上料方式，主要原因如下：高爐出渣制度與立磨粉磨礦渣工藝生產(chǎn)操作制度、檢修時間不同，實際生產(chǎn)中能夠直供的礦渣量非常有限；剛剛從高爐出渣系統(tǒng)排出的礦渣含水量較高，礦渣直供配料站礦渣倉，會導(dǎo)致配料站積水、工藝能耗偏高等問題；有關(guān)礦渣除鐵問題。
高爐礦渣中一般含有0.3%—0.5%左右的鐵質(zhì)，一部分鐵質(zhì)以鐵粒或鐵塊形式夾帶在礦渣原料中，另一部分被包裹在礦渣顆粒中。為保護磨盤和磨輥，降低研磨體消耗，延長磨盤、磨輥使用壽命，立磨粉磨礦渣工藝均需要設(shè)置除鐵裝置。
通常在原料系統(tǒng)礦渣輸送環(huán)節(jié)設(shè)置兩道除鐵系統(tǒng)，可有效去除以鐵粒或鐵塊形式夾帶在礦渣原料中的鐵質(zhì)。包裹在礦渣顆粒中的那部分鐵質(zhì)，則需要經(jīng)過在立磨內(nèi)粉磨，去除表面礦渣料，使鐵質(zhì)裸露出來，才能由除鐵器將鐵質(zhì)分離，因此，立磨礦渣粉磨外循環(huán)系統(tǒng)通常都再設(shè)置一道除鐵設(shè)施。
粉磨設(shè)備的選擇。進口立磨具有堅固、可靠、耐用、故障率低、設(shè)備維修率低的優(yōu)點。二十世紀(jì)九十年代立磨粉磨礦渣工藝在國內(nèi)發(fā)展之初，各生產(chǎn)廠大多選用進口立磨，隨著立磨粉磨礦渣工藝在國內(nèi)不斷發(fā)展推廣以及國內(nèi)設(shè)備加工制造能力的提升，目前國產(chǎn)立磨及減速機設(shè)計、制造技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，完全能夠滿足立磨粉磨礦渣工藝的生產(chǎn)需要，且供貨周期短、價格低，因此國內(nèi)立磨粉磨礦渣工藝選用國產(chǎn)立磨及減速機的已經(jīng)越來越多。企業(yè)可根據(jù)資金情況、建設(shè)周期、原料特性、礦渣粉質(zhì)量要求等來決定選擇進口或國產(chǎn)立磨。選用國產(chǎn)立磨時還要根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)是否合理、維護檢修是否方便、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)是否先進、配件保證及費用、售后服務(wù)、運行費用等因素進行綜合考慮。
熱風(fēng)爐燃料的選擇。立磨烘干、粉磨的熱源由熱風(fēng)爐供給，熱風(fēng)爐分為燃煤熱風(fēng)爐和燃氣熱風(fēng)爐。通過比較這兩種熱風(fēng)爐得出，燃氣熱風(fēng)爐在占地、控制、環(huán)境保護等方面具有很大優(yōu)勢，因此在有燃氣供應(yīng)的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮燃氣熱風(fēng)爐。
成品儲運設(shè)施的選擇。礦渣粉成品儲庫是立磨粉磨礦渣工藝的重要組成部分，具有礦渣粉儲存、散裝外運以及滿足正常生產(chǎn)的緩沖功能。目前成功應(yīng)用的礦渣粉成品庫主要有混凝土儲庫和大型鋼板庫兩種形式。大型鋼板庫相對于混凝土儲庫具有投資低、建設(shè)周期短、單庫儲量大等優(yōu)點，已經(jīng)成功在遷鋼90萬噸/年礦渣粉生產(chǎn)線和河北三河3×60萬噸/年礦渣粉生產(chǎn)線上應(yīng)用。
典型工程介紹
遷安首嘉建材有限公司90萬噸/年礦渣粉生產(chǎn)線位于遷鋼西南側(cè)的遷鋼循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，遷鋼3座高爐煉鐵產(chǎn)生的礦渣由帶式輸送機系統(tǒng)輸送到礦渣堆場堆存。礦渣、石膏配料后送入立磨進行烘干、粉磨，成品礦渣粉由布袋收粉器收集，經(jīng)成品輸送系統(tǒng)送入2×10000噸大型鋼板庫內(nèi)儲存，最后礦渣粉由大型鋼板庫庫側(cè)散裝機裝入罐車，運輸出廠外銷。
京唐公司4×60萬噸/年礦渣粉生產(chǎn)線由京唐公司、環(huán)保事業(yè)部與唐山冀東水泥股份有限公司合作建設(shè)，可處理京唐公司高爐生產(chǎn)的全部礦渣。項目廠址緊鄰京唐公司煉鐵工程1號、2號高爐，可將高爐生產(chǎn)的礦渣就地完成深加工處理，總圖布置、工藝流程特別緊湊。
技術(shù)發(fā)展與展望
隨著現(xiàn)代鋼鐵行業(yè)對環(huán)境保護、節(jié)能減排方面的要求不斷提高，鋼鐵渣綜合利用項目已成為國內(nèi)外大型鋼鐵廠發(fā)展規(guī)劃中必不可少的部分，礦渣粉磨工藝可以實現(xiàn)高爐礦渣二次利用，為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)創(chuàng)造條件，近年來得到很大推廣與應(yīng)用。國際工程公司擁有國家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的工程設(shè)計綜合甲級資質(zhì)，能夠基于用戶需求，為用戶提供配置靈活、性能可靠、技術(shù)成熟、環(huán)境優(yōu)良的礦渣粉生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計和總承包等多種服務(wù)。國際工程公司將以市場為導(dǎo)向、用戶需求為己任，推動冶金行業(yè)節(jié)能減排、綜合利用技術(shù)的發(fā)展，為綠色冶金做出更大的貢獻。