宝钢钢渣处理工艺及其资源化利用技术

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由于该作业线分三次急速水冷却造成周围温度亦在 100℃上下,所以须配置遥控机械辅助 作业,操作者劳动条件好,而且作业安全。除产生大量白色蒸汽外,基本上无尘埃。因此, 该工艺机械化、自动化程度高,对环境的污染少、作业安全顺行。 2.2 独创革命性短流程 BSS 法
BSS 法又称滚筒法,是宝钢二炼钢投产时,引入俄罗斯乌拉尔钢铁研究院实验室渣处理
所以,钢渣微粉技术是钢渣资源化利用技术转化为生产力的集中体现,展示了钢渣资源 化利用技术的全面进步。宝钢目前虽属开发推广阶段,但只要技术不断完善,必将大有可为。
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同时,伴随着宝钢滚筒渣渣处理工业化的推进,其潜在硬度高、安定性好的特性,必将成为
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新工艺,投产后又融入进料装置、钢球冷却装置、托轮座调整装置、装置用大齿圈等多项新
技术,是目前世界上唯一投入工业化生产的工艺,也是宝钢具有自主知识产权的渣处理工艺。
在具体实施过程中,液态钢渣由吊车将渣罐顺着溜槽将高温熔渣倒入滚筒时,滚筒边旋转边
向筒内急速喷淋完成,由于其内部结构特殊,虽然水和钢渣同时分层次进入筒体,渣的高温
钢渣微粉后激发机理来自于超细粉磨,它带动物料、晶体结构及表面理化性质发生重组 转化并形成新生颗粒的内能和表面能,提高了混凝土水化反应中活性的发挥。 钢渣微粉产量 与细度对混凝土力学性能影响见图 1,复合钢渣微粉活性实验结果见表 4。
编号 稠度/%
0
24.5
GF1
25.6
GF2
26.1
GF3
25.3
GF4
钢渣微粉开发利用研究是近年来国内外兴起的热门课题,其开发利用前景广阔。钢渣在 转炉中高温冶炼后主要生成物是橄榄石、蔷薇石和 C3S、C2S 等过烧熟料,上述矿物组成中 C3S
4
和 C2S 具有水化活性,f.CaO 对水泥强度也有一定的影响。钢渣通过磨细适当加入外加剂助磨 后,当细度大于 450m2/kg 时,可以最大限度地清除金属铁的含量,并激发活性起到水硬性胶 凝材料的特性,作为商品混凝土掺和料可在 20%以下等量替代水泥。当与高炉矿渣微粉、粉 煤灰等复掺时,还有优势叠加的功效。用宝钢 D 渣超细微粉配制的混凝土具有耐磨性好、水 化热低和易性好等优点,符合高性能混凝土的发展方向〔3〕。
热量遇水形成高压蒸汽却能从底部放空,使渣未能将水形成密闭空间,所以不会引发爆炸,
达到安全可靠。当高温炉渣进入筒体,炉渣间分子聚合力较小,同时滚筒匀速旋转时,钢渣
与内部钢球介质碰撞时而被充分破碎,所以在较小能量碰撞下能将钢渣破碎成较小颗粒,其
中 90%颗粒的粒径在 10mm 以下。这样 BSS 滚筒法渣处理可以省却与 I.S.C 热拨法相匹配的粒
26.0
GF5
25.1
GF6
25.9
初凝 时刻 2:05 2:35 3:00 2:20 3:15 3:25 3:25
终凝 时刻 3:00 3:45 4:25 3:30 4:40 3:30 4:50
水灰比 /%
0.50 0.47 0.46 0.47 0.46 0.46 0.45
流动 度/% 196 195 192 194 194 193 194
3 宝钢钢渣资源化利用技术
宝钢多样化处理工艺方法,形成了宝钢不同钢渣的不同特性。经过近 10 年来共同的努
力,宝钢不但扭转了建厂初期一度钢渣成灾的局面,还形成了强化分类回收、分类加工、分 类管理的针对性利用等措施,使钢渣资源化利用技术取得了阶段性成果〔1〕。
3.1 宝钢钢渣的主要种类及其基本特性(表 2、表 3)
部分钢渣在企业内部循环利用历来受到重视和普遍采用,但不同的配矿工艺对返烧结使 用要求有巨大区别,过度使用还会造成 S、P 等有害元素的富集。宝钢返烧结的应用开始于 1996 年,是经过精确计算、反复实验而确定的,目前烧结矿中的掺量为 1.2%左右,平均粒径 达到 1.3 左右,使用量稳定在 15 万 t 高水平。 3.3 钢渣用于水泥生料原料中焙烧熟料
宝钢钢渣处理工艺及其资源化利用技术
金强,徐锦引,高卫波 (宝钢科协钢渣研究学会,上海 201900)
摘要:概述了宝钢钢渣处理工艺及其资源化利用技术,伴随宝钢 20 年来发展的过程,简要分 析总结了宝钢钢渣处理工艺的技术水平和多样化特征,强调了注重源头管理和工艺革命的必 要性、独创性。阐述了宝钢根据钢渣不同特性,针对性全方位利用,拓展资源化利用技术和 应用领域的阶段性成果,提出了渣处理工艺及其资源化利用技术的发展方向。 关键词:宝钢;钢渣处理工艺;资源化利用技术
1 前言 资源综合利用是国民经济和社会发展的长远战略方针。以清洁生产为中心发展循环经济,
实现可持续发展是冶金工业的必然选择,重视钢渣资源的二次开发利用,对冶金工业钢渣的 资源化利用技术提出了更为科学的发展观。宝钢在 20 年发展历程中,钢渣的资源化利用技术 经历了“变废为宝”的发展过程,为今后 100%资源化利用打下了坚实的基础。


5
铸余渣
一般
较差
一般
10
名称
浅盘渣 滚筒渣
表 3 浅盘水淬渣与滚筒渣的岩相比较
Table 3 Lithofacies comparison between I.S.C and BSS
铁酸钙 RO 相
C2S
橄榄石
C3S
阿利特
C2F
CaO.FeO
2(FeO)SiO2
-
38
30
12
3
9
47
20
13
14
28d 9.4/59.6 8.9/69.1 8.4/55.4 9.4/61.8 8.7/57.5 9.7/63.4 8.9/58.7
活性
减水率
3d
7d 28d
/%
100 100 100
0
68
69
99
6.2
56
58
93
8.0
75
77 104
6.2
61
62
96
7.0
78
78 106
8.0
63
64
98
10.2
铁水渣是由高炉铁水进入转炉预处理产生的钢渣。伴随冶金工业品种钢洁净生产技术的 发展而产生,并逐步成为钢铁行业炼钢全程渣处理技术发展的重要体现,也是今后渣处理产 生的重要品种。宝钢结合生产实践,总结开发了铁水渣湿法处理工艺技术。当渣罐在倾翻至 落锤车间前即由大量冷却水向铁水渣包倾注,使铁水渣包中渣与铁一起降温,待渣温降至 100 ℃-200℃间,即可倾翻渣包。此工艺不但有效抑制、消除了石墨晶片飘逸现象,减少污染源 的排放,还消除以往处理方式中的爆炸隐患。是宝钢发展全程渣处理技术的重要环保技术。
闷罐法是 1993 年引进上钢五厂渣处理设施。其原理是利用钢渣余热,在有盖容器内加入 冷水后使其成为蒸汽而使钢渣 f.CaO 得到消解的一种渣处理技术。入罐炉渣温度越高,则所 产生蒸汽越多,渣气接触时间亦长,蒸汽在一定压力作用下浸入钢渣细缝能力亦越强,钢渣 中 f.CaO 获得了最大的消解。
宝钢现有一、二炼钢二条闷罐生产线。一炼钢主要处理 I.S.C 车间内的 D 渣(流动性最 差的)和落锤车间铸余渣残渣,称之为钢渣闷罐生产线,由于宝钢渣处理工艺路线使之进入
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闷罐中的钢渣温度在 600℃,甚至更低,所以 f.CaO 消解率并不彻底。二炼钢集中处理所有 铁渣补充闷罐生产,使钢铁渣处理设施得到了充分利用。 2.4 冶金用渣罐——格栅新技术
铸余渣在钢水包中形成,渣中氧化铝相对较高。铸余渣倒入钢包后,包底形成大渣砣, 这些大渣砣往往需爆破、切割、重锤破碎等措施才能入炉使用。在渣罐内放置全冶金渣混凝 土隔板,达到了防止残钢在渣罐内形成大渣砣、并分成若干达到入炉标准块状的使用目标。 该新技术大生产实践一年来,100%大渣钢(铁)都能达到入炉要求。不但从源头防止了渣砣 的生成,节约了资源,降低了处理成本,而且彻底消除了生产的安全隐患,降低了对环境的 污染,为铸余渣处理工艺革命作出了贡献。据统计,仅从源头处理一项就可节约占地资源超 过 10 万 m2。 2.5 开发应用湿法处理技术
表 2 宝钢钢渣的基本特性和产生量
Table 2 钢渣种类
Basic characters and productive volume of steel slag at Baosteel
基本特性
年产生量
活性
安定性
硬度
/万 t
铁水渣
较高
较差
较高
10
D渣
较高
较差
一般
40
水淬渣
较高
较好
一般
35
3
滚筒渣
较低
钢渣中氧化钙、氧化硅和氧化铁含量相当丰富,三者之和达到 75%,其作用是水泥原料 的铁质校正料。相对价格低廉,在蓬勃发展的中国水泥工业中被大量使用,目前在生料中的 掺量约 10%以下水平。水泥工艺是采用石灰石焙烧熟料的,每分解 1t 石灰石则产生 440kgCO2, 这些石灰石分解需 2.0934×106J 热量,而每煅烧 1t 熟料则需优质煤 230kg〔3〕。水泥生料中配 入 10%钢渣后,每年也可节约相当数量的生石灰和优质煤,但其仍需煅烧的特征未从根本上 消除对能源环保的负面影响。尽管现在市场销售渠道畅通,但经济、社会效益不大。 3.4 钢渣微粉
铁回收车间以及如排渣车,水池等辅助设施,大大节约基建投资,其技术经济指标与 I.S.C
比较见表 1。
表Βιβλιοθήκη Baidu1 I.S.C 与 BSS 有关技术经济指标比较
Table 1 Comparison between I.S.C and BSS in technical &economic indexes
I.S.C
注:以上复合钢渣微粉 80μm 筛余量<2%,安定性全部合格
钢渣微粉化后作为商品混凝土掺合料的机理,虽同属水泥水硬性胶凝材范畴,但资源化 利用技术路线完全不同。微粉技术不但彻底消除了作为水泥生料混合原料的易磨性不同产生 的均化品质影响,水泥替代起到了降低 CO2 污染源排放作用,而且转化为新型建材将直接推动 资源的高附加值利用。
图 1 钢渣微粉产量与细度对混凝土力学性能影响
Fig.1 Effect of volume of steel slag powder and its fineness on concrete mechanic properties
表 4 复合钢渣微粉活性实验结果 Table 4 Testing results of activity for complex steel slag powder
-
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3.2 返生产用于冶金原料 烧结矿中配入粒度小于 5mm 钢渣代替溶剂,不仅可回收利用钢渣中精矿粉、氧化铁
(TFeO)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化锰(MnO)、稀有元素(V、Nb.…)等有益成分, 而且可作为烧结矿的“增强剂”,显著的提高烧结矿的质量和产量;钢渣代替石灰石作为高炉 或化铁炉的溶剂,既可利用渣中的有益成分,节省溶剂(石灰石、白云石、萤石)消耗,又 可改善高炉渣或化铁炉渣的流动性,增加铁的还原产量;转炉炼钢时,每吨钢使用高碱度的 返回钢渣 25kg 左右,并配合使用白云石,可以使炼钢成渣早,减少初期钢渣对炉衬的腐蚀, 有利于提高炉龄,降低耐火材料消耗,此外还可以富集和提取钢渣中稀有元素等〔2〕。
资源化技术是实现钢渣综合利用的途径。宝钢钢渣的特性反映了渣处理工艺的特点,有 效的利用源于先进的处理工艺,多样化的处理方式丰富和发展了宝钢资源化利用技术。
2 宝钢的渣处理工艺 2.1 引进先进的 I.S.C 浅盘处理法
宝钢 I.S.C 浅盘热泼法是宝钢投产初期引进日本大分钢厂专利技术,属于钢渣热拔体系。 该工艺将高温达 1500℃熔渣流动性好的 AB 渣用 120t 行车倒入高架浅盘上放流、喷水冷却, 使钢渣急速降至 700℃、产生自然龟裂,再将浅盘上的钢渣翻入排渣台车,二次淋水冷却, 降温至 200℃左右时倒入水池第三次冷却,从水池中捞出时渣温在 100℃以下。
需水 比/% 100
94 92 94 92 92 90
3d 6.3/28.6 5.0/19.4 4.1/16.1 5.2/21.5 4.3/17.5 5.4/20.2 43.5/18.1
FSO 强度 7d
7.5/39.8 6.2/27.6 5.3/23.2 6.3/30.7 5.4/29.7 6.6/31.3 5.4/25.5
BSS
投资

约为前者 1/3
设备
配套设备多
单一
厂房面积
较大
仅需前者 1/3
运行、检修费用

较低
放流及作业时间
较长
短流程
环境达标排放程度


安定性(成品中 f.CaO) 差

硬度


渣、钢分离度


可见,BSS 法实现了渣处理工艺的革命,代表了渣处理生产技术的发展方向,宝钢已开 始实施全面技术的输出和工业化生产战略。 2.3 拓展闷罐法的应用范围
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