转炉钢渣处理工艺

刘列喜 王立青 李 海 杨韦毅 戎广平 李海恩 夏长东

(芜湖新兴铸管有限责任公司 安徽芜湖241000)

1 前言

冶金过程要消耗大量的原料、燃料，并产生相应量的固体、液体和气体废料。世界各国一般每生产1t生铁产生约300kg炉渣，每生产1t粗钢要产生约130kg钢渣，40kg含铁粉尘及其它废料[1]。钢渣是炼钢产生的废物，2017年全国钢产量达到8.3亿t，产生钢渣1.079亿t(按13%产生量计算)，钢渣经过磁选加工后，排放钢尾渣达到5533万t，钢尾渣利用率较低，大部分都堆放未处理，对周边环境产生污染，造成大量资源浪费，严重制约了钢厂的循环经济发展。到目前为止，国内积存的钢渣已在1亿t以上，占用了大量土地并污染了环境[2]。钢渣的化学组成和结构以及水硬性与粒化高炉渣非常相似，为其用于高强混凝土提供了可能，掺入适量的钢渣微粉取代部分水泥，既能改善混凝土的和易性，还能提高其结构致密度及力学强度[3]，因此钢渣微粉生产工艺是满足各钢厂需要、发展非钢产业、实现资源最大化利用、发展建筑行业的有效途径。同时还可创造可观的经济效益，对循环经济和清洁生产，实现钢厂可持续、健康发展具有重要意义[4]。

2 实验方法

2.1 制样方法

钢渣通过HX-86型分样器初分为两份试样，一份待磨试样约200g；一份做水分。两份试样均放入105℃烘箱内烘干2小时。先将200g左右待磨试样倒入盘内进行60s研磨，取出后过40目网筛，放入振动筛内振动60s。用纸包吸铁对筛上物进行铁粒吸附，未吸出部分倒入40目网筛下试样内再经过60s研磨后倒入筛下物。吸出铁粒和40目筛下物进行称重和百分比计算。称重后筛上物和筛下物取适量装入试样袋做Fe、FeO含量滴定。

2.2 钢渣精粉TFe品位测定

对钢渣Fe、FeO含量用重铬酸钾滴定。滴定Fe时取0.2g试样加入30ml盐酸、80ml水、20ml磺磷混酸、数滴二苯胺磺酸钠，滴定终点为蓝色褪去；滴定FeO时取0.4g加入30ml盐酸滴定终点为深紫色。滴定完成后对TFe含量进行计算。

3 转炉钢渣处理工艺

3.1 热泼工艺

原料为经过热泼工艺处理后的钢渣。其化学成分如下表1。热泼工艺其优点为：间隔打水，利用热泼熔融渣本身热能所产生的蒸汽压力进行焖渣，使钢渣快速膨胀，使钢渣的稳定性活性好，游离氧化钙(f-CaO)遇水进行下列反应[5]：CaO+H2O=Ca(OH)2体积膨胀97.8%；钢渣快速膨胀，渣铁分离更彻底，游离物质得到消解、渣铁分离度大、稳定性活性好，金属回收率高而且具有安全可靠的特点。粉化钢渣中水硬性矿物硅酸二钙、硅酸三钙的活性不降低，保证钢渣质量，粉化后的粒度小于10 mm 钢渣占60%以上，因此可提高粉磨效率，降低粉磨能耗。

3.2 钢渣处理工艺流程

转炉钢渣经过热泼工艺处理后的原料进入棒磨机进行粉磨，工艺为：翻转筛大于180mm钢渣破碎，≤180mm钢渣入棒磨机后筛分。筛上物磁选(选出部分片钢、粒钢，品位≥65%)，称重后返回炼钢用于冶炼；筛下物经过干式滚筒磁选(选出钢渣精粉，粒度≤10mm，品位≥50%)后用作烧结原料或做冷固球，钢渣精粉成分见下表2。

分离后的尾渣(选出粒度≤10mm，品位≤15%)进入尾渣仓，运至尾渣堆场。钢渣粉磨磁选生产工艺布置如图 1所示。

表1 钢渣化学成分(质量分数%)

表2 钢渣精粉化学成分(质量分数%)

图1 钢渣粉磨磁选生产工艺流程

该钢渣粉磨工艺流程的特点如下：(1)对任何种类和各种流动性的钢渣均适用。特别是炼钢过程采用钢渣护炉技术，使钢渣粘度大，流动性差，普通工艺难以处理，而采用钢渣热泼及钢渣粉磨工艺可实现100%处理率，可实现钢铁厂钢渣零排放的指标；(2)可以在入料处及外循环处增加除铁器，可将原料及半成品中的磁性物质(粒钢、磁选粉)进一步提取分离，提高产品质量及设备使用寿命、钢渣的经济价值；(3)可实现外循环闭合回路研磨。使原料直接成为合格品；(4)研磨过程中，利用两个反向旋转辊来挤压料层。由于料层是由许多连结在一起的粒子组成，所以施加的压力造成料层强烈的相互挤压，导致颗粒破碎，使研磨效率明显提高；(5)可根据拟建厂区的地形地貌，合理布置原料和成品运输，功能清晰，使各生产车间之间布置流畅简洁；(6)自动化控制先进、实用、可靠。该工艺可在中央控制室设置工控操作站集中监控管理，并在各电气室设立现场控制站进行分散控制，可以充分发挥先进的数字通讯和计算机信息处理传输快、可靠的特点；(7)生产的钢渣尾渣作水泥和混凝土的高活性掺合料，可代替10%～40%的水泥，提高混凝土的后期强度和耐久性。该钢渣粉磨工艺适合在条件具备的大型钢铁企业地区应用，同时也是钢渣高价值利用的重要途径。

3.3 再利用

钢渣综合利用，经济价值极高[6]。不同品种的钢渣用途也不同，TFeO品位高的钢渣可用来作炼钢、炼铁以及烧结原料，剩下的尾渣一般用于筑路、生产钢渣水泥、混凝土掺合料[7～9]，还可用于预陈化处理的道路材料、钢渣吸附剂、化肥及酸性土壤改良剂等[10]。

4 结论

1)热泼工艺处理可使钢渣快速膨胀，渣铁分离更彻底，游离物质得到消解、渣铁分离度大、稳定性活性好，金属回收率高而且具有安全可靠的特点。

2)热泼工艺处理后的原料进行棒磨磁选后可以获得粒度≤10mm，品位≥50%的钢渣精粉和品位≤15%的尾渣。

3)钢渣精粉可用来作炼钢、炼铁以及烧结原料，尾渣可用于筑路、生产钢渣水泥等建材。

4)钢渣热泼及钢渣粉磨磁选工艺可实现100%处理率，可实现钢铁厂钢渣零排放的指标，具有广阔的市场前景。