钢渣作为炼钢工艺流程的衍生物,随着钢产量的提高,其年产量也在不断增加。钢渣也是一种潜在的资源,必须加以回收和利用。
钢厂转炉钢渣处理一直是一个难题,熔渣温度高,可达1400℃,黏度分散性大,碱度高,遇水易爆炸,且处理环境脏乱、污染大。
选择和应用先进有效的钢渣处理工艺和资源化利用技术,达到渣铁的有效分离和尾渣的综合利用,是钢铁企业发展循环经济、实现可持续发展的重要课题之一。
1 传统渣处理方法
目前,国内外钢厂对于转炉渣的主要传统处理方式为热泼法、闷罐法、水淬法、风淬法、浅盘法等,有几种已经被部分钢厂淘汰。
1.1 热泼法
热态钢渣装罐后运至翻渣场或者用行车起吊至渣箱,倾翻后喷水冷却3—4天,钢渣大部分自解破碎,用挖掘机挖掘、倒运后运至后续处理线。
优点:对渣的物理状态无特殊要求,操作简单,便于机械化操作。
缺点:占地面积大、浇水时间长、耗水量大,处理后渣铁分离不好、回收的渣钢含铁品位低,污染环境,钢渣稳定性不好,不利于尾渣的综合利用。
1.2 热闷法
利用高温液态渣的显热、洒水产生的物理力学作用和游离氧化钙的水解作用使渣碎化。
优点:工艺简单,适用于处理高碱度钢渣,钢渣活性较高、安定性较好,并能处理固态渣。
缺点:粒度不均匀、后续破碎加工量大、处理周期长。
1.3 水淬法
高温液态渣在流出、下降过程中被压力水分割、击碎,再加上高温熔渣遇水急冷收缩产生应力集中而破碎,同时进行热交换,使熔渣在水幕中粒化。
优点:排渣快,渣粒性能稳定,粒度均匀(5mm左右)。
缺点:只能处理流动性极好的液态钢渣,极易发生爆炸。
1.4 风淬法
用压缩空气作冷却介质,使液态钢渣急冷、改质、粒化。
优点:排渣快,渣粒性能稳定,粒度均匀(5mm左右)。
缺点:只能处理流动性极好的液态钢渣,Fe被氧化不利于磁选,噪声及粉尘污染大,抓渣设备复杂。
2 宝钢BSSF滚筒法
滚筒法取名BSSF来源为英文Baosteel's Slag Shot:Flow取每个词的第一个字母,即为一种短流程化的渣处理工艺。
基于传统渣处理方法的局限性,宝钢从20世纪90年代起就致力于转炉钢渣滚筒法处理技术的研究探索,从第一套BSSF滚筒的试验成功到现在滚筒法在国内外众多钢厂的推广应用,已经历了十多年的技术改进和优化。到今天宝钢滚筒渣处理技术已拥有一大批专业技术人才、64项技术专利、15项技术秘密及31套工业化应用业绩。这些数字背后包含着无数参与此项技术研发同志的智慧和辛勤汗水。
近几年宝钢厂区一炼钢、二炼钢、电炉厂相继都对传统渣处理法进行了改造,换以滚筒替代,配合现有滚筒法“渣不落地”的工艺流程,大大改善了之前现场脏、乱、差的作业环境。滚筒法除了在宝钢得以应用外,在宁钢、八钢、邯钢、酒钢、中国台湾、韩国、巴西、印度等国内外钢厂也得到推广应用并获得了客户的充分肯定,同时意大利、土耳其、日本等国外知名钢厂也对这项技术有着浓厚兴趣,已进行多次前期方案交流。
3 滚筒法的优势
3.1 短流程化
滚筒的工作原理,如图1所示。连续处理,钢渣在设备中停留3—5min,多介质分区冷却破碎,使熔渣从约1300—1500℃急速冷却至接近常温固态粒渣,几分钟后就可以从出料口排出来,大大缩短了处理时间,见图2。
3.2 清洁化
渣处理过程中蒸汽集中排放,有利于加装除尘装置,减少空气污染,成品渣通过斗提机提升到料仓储渣,现场扬尘少,避免了环境污染。
3.3 资源化
◆渣、钢分离较好,见图3;
◆金属回收率大于85%(针对A渣);
◆成品渣粒度均匀、性能稳定,便于后续处理及利用;
◆滚筒出来的钢渣颗粒基本上在10mm以下,其中5mm以下的占据一半以上,见图4。
3.4 安全化
◆利用渣、钢收缩率不同——钢渣分离;
◆利用介质一次冷却、破碎,采用不同的分割空间——安全性高;
◆充分的颗粒化——稳定性好。
4 渣处理行业展望
宝钢滚筒法经过这几年的发展,不光在一次渣处理上进行一次又一次的技术突破和工艺优化,在渣的后续利用上也结合滚筒渣本身的优势性能,研发出了抗浮配重混凝土、高强高透混凝土、钢渣微粉、钢渣型砂等二次产品。滚筒渣的优点在渣的后续资源综合利用上占据了绝对优势,转炉渣采用滚筒法的一次渣处理拓宽了成品渣后续利用的道路。宝钢热态渣处理研究方向,见图5。
钢渣处理利用的关键在于热态处理工艺,渣处理技术决不仅仅是滚筒技术,是融环保、节能、资源化于一体的技术,围绕冶金渣的热态处理和利用,其内涵和外延都是巨大的——领域化、系统化、持续的创新和开拓无疑是宝钢实现技术精品战略的必由之路!
作为能源、资源消耗大户的钢铁企业,走低碳发展之路,践行环境经营是符合世界经济发展潮流的必然选择。钢渣的环保处理和资源化利用是行业面临的国际难题,不但直接影响钢铁企业的节能减排,也是整个社会实现低碳经济,可持续发展亟待解决的一个重要环节。同时钢渣作为再生资源的利用前景也非常巨大,相信在不久的将来钢渣环保处理及节能、综合利用方面会得到越来越多的探索研究和推动。