鋼渣作為煉鋼工藝流程的衍生物,隨著鋼產量的提高,其年產量也在不斷增加。鋼渣也是一種潛在的資源,必須加以回收和利用。
鋼廠轉爐鋼渣處理一直是一個難題,熔渣溫度高,可達1400℃,黏度分散性大,堿度高,遇水易爆炸,且處理環境臟亂、污染大。
選擇和應用先進有效的鋼渣處理工藝和資源化利用技術,達到渣鐵的有效分離和尾渣的綜合利用,是鋼鐵企業發展循環經濟、實現可持續發展的重要課題之一。
1 傳統渣處理方法
目前,國內外鋼廠對于轉爐渣的主要傳統處理方式為熱潑法、悶罐法、水淬法、風淬法、淺盤法等,有幾種已經被部分鋼廠淘汰。
1.1 熱潑法
熱態鋼渣裝罐后運至翻渣場或者用行車起吊至渣箱,傾翻后噴水冷卻3—4天,鋼渣大部分自解破碎,用挖掘機挖掘、倒運后運至后續處理線。
優點:對渣的物理狀態無特殊要求,操作簡單,便于機械化操作。
缺點:占地面積大、澆水時間長、耗水量大,處理后渣鐵分離不好、回收的渣鋼含鐵品位低,污染環境,鋼渣穩定性不好,不利于尾渣的綜合利用。
1.2 熱悶法
利用高溫液態渣的顯熱、灑水產生的物理力學作用和游離氧化鈣的水解作用使渣碎化。
優點:工藝簡單,適用于處理高堿度鋼渣,鋼渣活性較高、安定性較好,并能處理固態渣。
缺點:粒度不均勻、后續破碎加工量大、處理周期長。
1.3 水淬法
高溫液態渣在流出、下降過程中被壓力水分割、擊碎,再加上高溫熔渣遇水急冷收縮產生應力集中而破碎,同時進行熱交換,使熔渣在水幕中粒化。
優點:排渣快,渣粒性能穩定,粒度均勻(5mm左右)。
缺點:只能處理流動性極好的液態鋼渣,極易發生爆炸。
1.4 風淬法
用壓縮空氣作冷卻介質,使液態鋼渣急冷、改質、粒化。
優點:排渣快,渣粒性能穩定,粒度均勻(5mm左右)。
缺點:只能處理流動性極好的液態鋼渣,Fe被氧化不利于磁選,噪聲及粉塵污染大,抓渣設備復雜。
2 寶鋼BSSF滾筒法
滾筒法取名BSSF來源為英文Baosteel's Slag Shot:Flow取每個詞的第一個字母,即為一種短流程化的渣處理工藝。
基于傳統渣處理方法的局限性,寶鋼從20世紀90年代起就致力于轉爐鋼渣滾筒法處理技術的研究探索,從第一套BSSF滾筒的試驗成功到現在滾筒法在國內外眾多鋼廠的推廣應用,已經歷了十多年的技術改進和優化。到今天寶鋼滾筒渣處理技術已擁有一大批專業技術人才、64項技術專利、15項技術秘密及31套工業化應用業績。這些數字背后包含著無數參與此項技術研發同志的智慧和辛勤汗水。
近幾年寶鋼廠區一煉鋼、二煉鋼、電爐廠相繼都對傳統渣處理法進行了改造,換以滾筒替代,配合現有滾筒法“渣不落地”的工藝流程,大大改善了之前現場臟、亂、差的作業環境。滾筒法除了在寶鋼得以應用外,在寧鋼、八鋼、邯鋼、酒鋼、中國臺灣、韓國、巴西、印度等國內外鋼廠也得到推廣應用并獲得了客戶的充分肯定,同時意大利、土耳其、日本等國外知名鋼廠也對這項技術有著濃厚興趣,已進行多次前期方案交流。
3 滾筒法的優勢
3.1 短流程化
滾筒的工作原理,如圖1所示。連續處理,鋼渣在設備中停留3—5min,多介質分區冷卻破碎,使熔渣從約1300—1500℃急速冷卻至接近常溫固態粒渣,幾分鐘后就可以從出料口排出來,大大縮短了處理時間,見圖2。
3.2 清潔化
渣處理過程中蒸汽集中排放,有利于加裝除塵裝置,減少空氣污染,成品渣通過斗提機提升到料倉儲渣,現場揚塵少,避免了環境污染。
3.3 資源化
◆渣、鋼分離較好,見圖3;
◆金屬回收率大于85%(針對A渣);
◆成品渣粒度均勻、性能穩定,便于后續處理及利用;
◆滾筒出來的鋼渣顆粒基本上在10mm以下,其中5mm以下的占據一半以上,見圖4。
3.4 安全化
◆利用渣、鋼收縮率不同——鋼渣分離;
◆利用介質一次冷卻、破碎,采用不同的分割空間——安全性高;
◆充分的顆粒化——穩定性好。
4 渣處理行業展望
寶鋼滾筒法經過這幾年的發展,不光在一次渣處理上進行一次又一次的技術突破和工藝優化,在渣的后續利用上也結合滾筒渣本身的優勢性能,研發出了抗浮配重混凝土、高強高透混凝土、鋼渣微粉、鋼渣型砂等二次產品。滾筒渣的優點在渣的后續資源綜合利用上占據了絕對優勢,轉爐渣采用滾筒法的一次渣處理拓寬了成品渣后續利用的道路。寶鋼熱態渣處理研究方向,見圖5。
鋼渣處理利用的關鍵在于熱態處理工藝,渣處理技術決不僅僅是滾筒技術,是融環保、節能、資源化于一體的技術,圍繞冶金渣的熱態處理和利用,其內涵和外延都是巨大的——領域化、系統化、持續的創新和開拓無疑是寶鋼實現技術精品戰略的必由之路!
作為能源、資源消耗大戶的鋼鐵企業,走低碳發展之路,踐行環境經營是符合世界經濟發展潮流的必然選擇。鋼渣的環保處理和資源化利用是行業面臨的國際難題,不但直接影響鋼鐵企業的節能減排,也是整個社會實現低碳經濟,可持續發展亟待解決的一個重要環節。同時鋼渣作為再生資源的利用前景也非常巨大,相信在不久的將來鋼渣環保處理及節能、綜合利用方面會得到越來越多的探索研究和推動。