莱钢钢渣处理工艺及资源化利用技术
1 前言
“十五”以来，莱钢集团泰东实业有限公司在钢渣综合利用方面走出一条以废养废、自我完善、良性循环的可持续发展道路，成功探索出“资源－产品－再生资源－再生产品”的循环经济模式，建立了钢渣资源化循环利用平台，即环保稳定型钢渣全粉化处理工艺—节能高效型渣铁分离生产工艺—循环提质的含铁渣粉精选工艺—资源化利用的建材生产工艺—综合利用的钢渣微粉生产工艺，再建立输送物流平台，形成一体化综合控制系统，使莱钢转炉钢渣得到了100%资源化处理利用。
2 钢渣处理工艺
2.1 节能环保型钢渣全粉化处理工艺
将热融钢渣冷却至300～800 ℃后倾入热焖池中，进行喷水热焖处理，利用钢渣自身热量所产生的热应力使大块钢渣裂解，同时在罐中产生的大量常压饱和蒸汽与渣中游离氧化钙、游离氧化镁作用所产生的化学应力使钢渣进一步破碎粉化，达到钢渣破碎的目的。该工艺主要包括翻盆装置、自动打水装置、热焖池、蒸汽回收装置、热焖盖、循环水系统、筛分贮运系统等。工艺流程为：钢渣盆→翻盆倒渣至热焖池→封盖打水热焖淋化→取渣→筛分（＜200 mm 钢渣）→进入各料仓→皮带机输送至破碎磁选生产线受料仓。
该工艺主要特点：1）实现了红钢渣盆一次翻盆入池作业，提高了作业效率。通过对喷淋水电动阀门的流量控制，实现了自动精确喷淋水粉化钢渣，钢渣粉化率100%。2）热焖法对喷溅渣、流动性钢渣都能进行处理。通过优化热焖池壁板坯自由搭接工艺，板坯安装无螺栓连接，高温下不变形，实现了热焖池的长效利用。3）通过在热焖池盖上设计水封装置及防爆膜，既保证了热焖池蒸汽不外溢，又能保证蒸汽压力超过0.16 MPa 时池盖不被顶起。 4）通过在蒸汽管道上加设引风机或电动控制阀门及自控压力表，实现了蒸汽供暖的回收利用，减少蒸汽的放散，节约了能源。5）通过对粉化后钢渣渗水收集，并进行三级过滤，实现了污水的再循环利用。 2.2 高效可控的渣铁分离生产工艺热钢渣经热焖处理后，粒度＜220 mm 的钢渣经皮带输送至粗颚破碎机进行粗破，然后经皮带输送至细颚破碎机细破，再经高细破循环破碎。三级皮带上方均安装悬挂式永磁除铁器，将较大含铁块进行吸除收集，经粗细颚及高细破碎机破碎后的原料再经皮带输送至振动筛，≤7 mm 的细粉直接经各料筛汇流至汇集皮带输送至渣场区域；＞7 mm 的粗颗料经第3 次破碎后再返送回振动筛筛分破碎，如此循环处理，加工成为粒度≤7 mm 的尾渣成品。在皮带机上安装有4 级永磁滚筒，对破碎后的钢渣进行磁选，主要包括上料系统、粗颚破碎系统、细颚破碎系统、可调式高细破碎系统、悬挂除铁装置、振动筛分装置、电磁除铁装置、除尘系统和皮带输送系统等。
该工艺主要特点：1）在入料前用铸钢落料筛控制原料粒度，≤220 mm 的渣块进入颚破机进行破碎，保护了颚破设备，保证了生产稳定顺行。在落料量控制上采用电动给料机进行机械化控制，保持上料均匀性。2）该生产线全部采用皮带输送，转运站转运料，设备垂直布置，尾渣及球磨料均采用汇集皮带收集输送至原料场地的方式，占地面积小，减少车辆倒运量，降低物流成本。3）利用“三破七选四筛分”工艺将钢渣中的含铁物质基本清除，特别是选择使用了永磁滚筒对汇流尾渣进行最后一道磁选，充分选出钢渣中的含铁物质，提升钢渣的最终产品—球磨料和尾渣质量，实现全部钢渣资源的闭路循环。4）采取了循环可调式高细破碎机，经过永磁滚筒、振动筛筛选，使尾渣粒度≤7 mm，铁素含量≤17%，经沉化后可直接用于建材产品等，同时达到了钢渣微粉对原料粒度≤10 mm的要求。该工艺最终产品有3 类，粒钢和废钢可用于转炉炼钢，球磨料进水洗球磨生产系统进行深加工处理，尾渣可作为钢渣微粉及建材原料。
2.3 循环提质的含铁渣粉精选工艺
含铁渣粉通过给料筛、皮带进入磨机粉磨，筛选后，粒钢经过电磁滚筒磁选选出，晾干后为粒钢产品；渣液经过均匀布料后进入磁选机，选出的钢精粉通过螺旋分离器制得钢精粉产品；尾渣液也通过螺旋分离器分离出尾渣，尾渣利用皮带输出储存销售；污水进入斜板沉淀池沉淀，沉淀出的尾泥经过板框压滤后销售和作为建材原料。各过程脱出的清水与沉淀池上部溢出的清水汇入循环清水池循环利用。该工艺主要包括上料、供水、粉磨、钢精粉磁选、渣液螺旋分离、尾泥压滤和污水净化等系统。该工艺主要特点：1）最大限度地选取含铁渣粉中的金属铁质，提高附加值。经检验，粒钢品位达 90%以上，钢精粉品位达60%以上，全部符合返厂标准要求；尾渣、尾泥中铁素含量均在11%以下，已不具备再次球磨选铁条件，只能作为水泥和建材原料。2）该生产线是目前国内处理能力最大、技术最先进的一条含铁渣粉精选铁质生产线，将选矿工艺和污水处理工艺进行有效结合，3 台球磨机可处理钢渣粉50 万t/a。3）全线实现PLC 自动控制和系统监控，实现了生产过程的精确控制。设计安装自动计量控制系统，实现生产过程的定量分析。4）改进了斜板沉淀池，结合生产实际，增加检修放料口和震动装置，避免了斜板沉淀池堵料。
2.4 资源化利用的建材生产工艺
利用陈化处理后的干渣、尾渣作为骨料，配入水泥，经过搅拌后在高压制砖机压制成型。采用钢渣部分代替混凝土骨料生产彩色地面砖。莱钢存贮1 a 以上的钢渣取样分析指标见表1。表1 中 f-CaO 含量在1%左右，远小于标准，陈化后尾渣代替混凝土骨料完全可行。建材项目投产以来，主要生产空心砌块砖、标准砖、植草砖以及彩色地面砖4 种砖型，产品质量完全合格，已应用于各类建筑，为尾渣的处理探索出了新途径。表1 钢渣取样分析指标%
3 钢渣微粉
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，主要生成过烧熟料，其中C3S、C2S 具有水化活性，游离氧化钙对水泡强度有一定影响，钢渣通过磨细，当细度＞450 m2/kg 时，可最大限度清除金属铁成分，并激发活性，起到水硬性胶凝材料的作用，作为商品砼掺合料在20%以下等量替代水泥；当与矿渣微粉双掺时，还具有优势叠加功效。钢渣微粉细化后激发机理来源于超细粉，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内能和表面能，提高混凝土水反应中活性的发挥。钢渣微粉化技术不仅彻底消除了作为水泥混合原料的易磨性不同产生的均化品质影响，而且将直接推动钢渣资源的高附加值利用。
泰东公司自2004 年以来就一直致力于钢渣微粉技术的研究与应用，并进行了充分调研和初步设计，目前该项目已经列入莱钢循环经济规划。伴随着热焖技术的应用，钢渣潜在硬度高、安定性好的特性必将使其成为一种新型建筑材料，今后应将进一步加强钢渣微粉的应用研究和商品化工作。
4 结语
实践证明，钢渣资源化处理平台技术研究与应用是成功的，实现了钢渣资源高效利用，达到了铁与尾渣有效分离。选出的渣铁与粒钢、豆钢TFe 90%、钢精粉TFe 60%，生产的尾渣与尾泥产品经储存沉化后用于建材，钢渣微粉生产，实现了固体废弃物的零排放，年创经济效益两千余万元，同时，满足了环保标准要求，社会效益及环保效益显著，为钢渣处理技术开辟了一条新的高效综合利用途径。
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