绿色循环经济下钢渣的回收管理研究

王大正

[本溪钢铁(集团)实业发展有限责任公司,辽宁 本溪 117000]

钢渣是炼钢生产过程中的常见废弃物,占据钢产量的15%左右。随着炼钢体系的扩大,钢渣产量不断提升。目前钢渣利用效率较低,不仅会污染环境,还会导致资源浪费。作为回收利用材料,钢渣在处理及成分提取方面技术还不成熟,在绿色循环经济背景下合理打造钢渣处理回收体系、进一步开发其综合价值,不仅可以充分挖掘废弃物的隐藏潜力,还能助推我国炼钢行业的可持续发展,实现节能减排创新。

1 转炉钢渣的常规处理

钢铁冶炼企业对钢渣的处理方式多样。以某炼钢厂转炉钢渣处理为例,采用滚筒法,在1300 ℃～1550 ℃高温下将钢渣在滚筒内部进行极冷固化、破碎,整体流程较短,可为后续的钢渣利用提供条件。从炼钢转炉运送出的钢渣处于高温状态,通过设备输送到钢渣处理车间,将其运送到滚筒装置内进行处理,其中一部分流动性较差的钢渣会转移到热泼渣池。滚筒处理之后的钢渣会由排渣口排出,后续经过振动筛、斗提机进行二次处理,其中大于40 mm的大块钢渣会被分拆出来进入粒铁渣框,40 mm以下的钢渣进入料仓进行后续处理。此处理方案有较大限制,处理的钢渣往往是从炼钢转炉中输送出的高温钢渣,块度通常在30 mm以下。30 mm以上的钢渣则通过热泼渣池进行后续处理并回收其中一部分金属钢片,将其作为固体废弃物料集中处理[1]。该钢铁厂的生产运营规模较大,排放的钢渣量约为每吨钢水118 kg,其中含有近11%的铁资源,若未能进行后续加工提取会导致资源浪费。钢渣处理过程中形成的渣粉缺乏集中处理体系,会对周边环境造成较大的影响,污染水源及空气,导致土壤结构被破坏,影响绿植生长。部分钢渣通过转卖方式获取经济效益,但未能进行磁选加工的钢渣含铁量较低,很难符合回收条件,导致外卖价格较低,无法实现资源最大化。

2 钢渣的回收利用方向

钢渣外观形态及颜色存在较大的差异,这主要是由化学成分及生产加工过程中的各种影响因素导致的。呈现黑灰色的钢渣碱度较低,呈现褐灰色及灰白色的钢渣则碱度较高。大部分钢渣质地坚硬,孔隙较少,不同钢厂生产体系及锻造工艺下的钢渣粒度也有所不同。从钢渣回收处理模式来看,主要应用于基础设施工程及农业肥料中,有着较强的附加价值[2]。如作为路面抗滑材料、冶金溶剂,部分钢渣经过处理后可作为农业肥料,但目前用量较少,用量较高的是建筑施工领域,主要将其作为沥青集料。具体类型及利用方向见表1。

表1 钢渣常规利用方向

我国钢渣的回收利用以钢渣粉生产及钢铁渣复合粉生产为主。如建筑行业确定了矿物掺和规范,钢渣已成为我国混凝土掺和料中的重要组成。钢渣微粉及矿渣微粉的推广应用促进了钢渣循环经济价值的提升。钢渣利用率受到f-CaO含量的影响,如将钢渣作为道路基层材料及建筑回填料,要求材料浸水膨胀率控制在2%以下,金属含铁量控制在2%以下,因此f-CaO含量越高代表钢渣利用价值越低。从不同处理工艺角度来看,经过滚筒法及热泼法处理的钢渣具有较强的应用价值,可以与大型水泥企业进行对接,将钢渣作为水泥混凝土生产原料,实现钢渣零排放及资源回收利用,创造附加价值。某企业采用热泼法处理钢渣,将其用于建筑沥青、道路基层填料、配重砂。部分采用热闷法处理工艺的企业可对尾渣成分进行优化,进一步提升产量。利用钢渣粉及矿渣粉进行钢铁渣粉生产,将其应用于大型技术改造工程或炼钢生产中,满足混凝土C30的强度标准要求。钢铁渣粉在混凝土材料中占比20%左右,需进一步加强工业化实验,提升使用质量。还可用于水泥生产,如42.5级钢渣硅酸盐水泥已投入使用[3]。

3 钢渣回收利用管理体系的设定

3.1 分级处理方案

结合钢渣综合利用价值及节能环保需求,为提高钢渣利用率,减少资源浪费,需对原有生产线进行工艺创新,结合炼钢区域流动性选择分级钢渣处理体系。一次处理主要选择滚筒处理方法及热门处理方法。二次处理选择筛分、破碎、磁选等处理技术,打造一套科学的、合理的处理方案,提升处理效果,实现钢渣与铁的分离,保证钢渣活性。在二次处理过程中打造闭环处理体系,处理后的钢渣要按照粒度分成3个不同等级,40 mm以上的重新进行破碎处理,10～40 mm的钢渣及10 mm以下的渣粉按照性能和用途分别转移到相应的回收及处理生产线上进行集中处理。

3.2 处理方法的创新

3.2.1 满足钢渣分离需求

结合钢铁厂的具体生产及运作需求,为避免大块钢渣被废弃,对经过预处理的钢渣进行二次处理,采用破损、磁选及筛分方式将其分为不同粒度的原材料,满足不同领域的使用需求。破碎之后利用倾斜隔筛进行筛分,筛孔参数为150 mm,大于150 mm的钢渣清理到一侧进行破碎处理。小于150 mm的进行第二次粗筛,筛孔为40 mm,将筛分好的两种不同级别钢渣运送到不同的输送带上,设置除铁器,避免钢筋或铁丝等杂物破坏破碎机[4]。利用破碎机破碎大于10 mm的钢渣,经10 mm筛口排出。带式输送机头部设有1个磁选滚筒,将选出的废弃物料转送到集料箱中进行后续处理。未经过磁选的钢渣转送到储存仓库,集中运输到各处作为原材料利用。

3.2.2 满足钢渣回收需求

受钢铁生产线的影响,炉渣中的渣片有所增加,为快速回收此类渣钢片,部分企业采取人工方式回收,不仅增加了成本,还导致效益下降。可通过创新设备方式设定二次处理工艺流程,在粗筛过程中回收含铁量80%以上的渣钢片,重新运送到转炉进行处理。在废钢磁选机上增加可调节的升降机构,结合具体磁选需求进行工艺参数调整,以提升废钢磁选机的运维能力。在皮带磁选机末端增加一套细筛装置,将磁选后的物料进行再次筛分,大块的尾料进入破碎机,等待下一道工序处理,而细碎的渣粉将作为原材料进行后续利用。这种方式不仅能提升生产线上钢渣回收效率,还能增加炉渣尾料性能的稳定性。经过筛分后的钢渣成分及性能规范性更强,有助于提升外卖价格,解决生产线处理不及时导致的细料潮湿问题。

4 钢渣回收系统的优化对策

结合炼钢厂生产运行现状,优化生产环节及各项细节,为钢渣生产及回收利用提供参考。针对炼钢厂的原料入炉、点火吹炼、过程控制、异常处置等进行工艺模型优化,打造系统化的管控体系,满足钢渣可持续生产利用的需求。

4.1 完善废钢管理制度

大部分钢渣呈片状或较小的粒度浮在铁水表面,导致转炉开吹点火效果下降,容易发生泄爆事故,给生产线埋下安全隐患。需合理调整回收渣钢加入量,将其调整为每炉1～1.5 t,在废钢斗上部加入。调整入炉操作细节,钢渣入炉后快速晃动,避免聚集点火异常及氢高泄爆[5]。

4.2 改造自动化吹炼模型

导致泄爆问题的主要因素是部分点火氧枪枪位偏高,加入钢渣之后,大部分钢渣浮在铁水表面,部分区域打火失败,而大量氧气堆积在电除尘器内部导致泄漏。因此需严格控制钢渣回收及加入量,针对原有设备体系及结构进行优化,构建低枪位、低流量开吹点火模型,点火枪位置调整至1300 mm,将原有的供氧进程2%(约34 s)提升至正常吹炼枪位,供氧强度控制在1.67 m3/(min·t),维持45 s之后通过系统自动控制实现阶梯式供氧,该状态维持90 s之后进行正常供氧。

从实际运作角度来说,在钢渣倒入转炉之后,点火枪位置为吹炼枪位,点火流量控制在常规流量的52%左右,自动控制氧腔进行阶梯式供氧。冶炼过程中要交替枪位吹炼,深吹时间控制在30 s以上,深吹枪位不得在1100 mm以下。转炉起枪前,深吹时间控制在1 min以上,其间持续供氧,直至达到了每吨每分钟3 m3,此时深吹枪位不得低于900 mm。

4.3 控制加料温度

原炼钢厂冶炼过程控制主要根据人工经验,并无统一的标准,而现代化信息技术实现了自动化调控,为人工控制提供了高质量辅助体系。炼钢厂需严格按照《炼钢厂转炉吹炼标准化管理制度》进行过程控制,利用热平衡计算得出不同辅料加入后的温控标准,制定规范性的加料操作方法。结合不同的钢种或铁水参数利用双渣法进行操作,考虑铁水中的Si含量,Si≤0.35%时,前期可不扒渣,双渣倒渣时保证倒出1/2左右渣量。由于转炉终渣的流动性及碱度较高,需适当保留部分钢渣,提升前期效率,减少实际的消耗量,提升成渣速度。但是过多的留渣量会在一定程度上影响开吹点火效果,导致多次点火失败,从而影响生产进度。通过对生产体系的核算及现场实际情况分析,结合具体需求,在不影响点火情况的基础上适当提高留渣量,保证渣钢使用的安全。

某钢铁厂按照上述模式进行生产线创新,全年处理了近73 029 t的转炉钢渣,其中回收渣钢数量接近8000 t,有65 000 t的尾渣采取外卖方式处理,创造了极为可观的循环收益。在钢渣回收期间打造了一套能够应对多种原料及多种影响因素的吹炼模型,在提升炼钢精度的同时实现原材料及成本控制,推动企业生产体系的节能环保建设及循环经济生产。

5 结束语

建设节能环保体系已成为各行各业发展的首要任务。从钢渣回收管理角度入手,结合炼钢生产线实际,对钢渣回收处理体系进行分析,打造了一套低流量、低枪位点火模式,验证其应用效果,解决了生产过程中的泄爆问题,提升了钢渣生产及利用率,促进了钢渣的回收,为我国钢铁冶炼资源回收再利用提供参考。