王成杰
（武鋼中冶工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司鄂州分公司）
摘要：“十三五”是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，也是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，加快建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型生態(tài)工業(yè)體系的關(guān)鍵時(shí)刻。為貫徹國家“十三五”規(guī)劃綱要精神，積極落實(shí)鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策與鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃，加速兼并重組，根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步淘汰落后產(chǎn)能工作的通知》和《節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》發(fā)展需求，全國各大小鋼企紛紛轉(zhuǎn)變管理策略，探索和研究鋼鐵“節(jié)能減排、固廢處理”新思路。
鋼鐵工業(yè)，是資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)，其特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、生產(chǎn)工藝流程長，從礦石開采到最終加工，需要經(jīng)過很多生產(chǎn)工序，其中的一些主體工序資源、能源消耗量都很大，污染排放量也比較大。
鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物主要有高爐渣、鋼渣、除塵灰、氧化鐵皮、粉煤灰及廢耐火材料等。固體廢棄物量大、面廣，如對其進(jìn)行資源化利用不僅可獲得好的效益，同時(shí)也解決了環(huán)保難題。
我國鋼鐵企業(yè)經(jīng)幾十年的努力，在這方面已取得了很好效果，廢棄固體物的利用率都已達(dá)到80%以上，但基本上還停留在簡單的、低附加值利用水平。
為提高固體廢棄物利用率和提高其利用價(jià)值，近年來國內(nèi)外都在不斷進(jìn)行這方面的探索和研究，并已取得了新進(jìn)展，為固體廢棄物的利用開辟了新途徑。 本文就我工作經(jīng)驗(yàn)對鋼渣，塵泥的處理做一下介紹，希望在開展這方面工作時(shí)能有所借鑒。
關(guān)鍵詞：鋼鐵固廢；鋼渣；除塵灰；應(yīng)用
1 鋼渣處理
（一） 鋼渣現(xiàn)狀
鋼渣是在煉鋼過程中排出的熔渣，是煉鋼過程的副產(chǎn)品，主要來源于金屬爐料中的硅、錳、磷和少量的鐵氧化后的氧化物，調(diào)節(jié)爐渣的性能所加入的造渣劑如石灰石、白云石、螢石、硅石等，這是鋼渣的主要來源。目前我國采用的煉鋼方法主要有轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼，其中有80%鋼是有轉(zhuǎn)爐冶煉的，所以轉(zhuǎn)爐渣是鋼渣的主要組成部分。
如按每噸鋼產(chǎn)生10%渣量計(jì)算，國內(nèi)年產(chǎn)生的廢棄鋼渣約為3000萬噸。鋼渣中每年鐵耗達(dá)540多萬噸。到目前為止，國內(nèi)外絕大部分鋼廠冶煉后產(chǎn)生的鋼渣大都采取廢棄的方式，而一小部分鋼廠采用盤潑、滾筒、機(jī)械破碎、直接水淬、風(fēng)淬法及渣坑內(nèi)悶渣方式等。綜合多年經(jīng)驗(yàn)，目前最好的處理辦法就是熱悶法。鋼渣通過熱悶處理后，經(jīng)過一系列加工回收，能有效利用廢棄資源，達(dá)到資源回收的目的。
（二） 熱悶技術(shù)
1、鋼渣余熱自解熱悶原理
本工藝是將1600 –1650度的液態(tài)鋼渣直接傾翻在熱悶裝置進(jìn)行熱悶處理的新技術(shù)，不需要先熱潑冷卻到800度再熱悶的環(huán)節(jié)，節(jié)省了熱潑場設(shè)施和倒運(yùn)設(shè)備，減少了設(shè)備損耗和操作人員，改善了環(huán)境，該工藝無廢水排放，無噪聲，無粉塵污染，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
液態(tài)鋼渣直接倒入熱悶裝置中，噴霧遇熱渣產(chǎn)生飽和蒸氣與鋼渣中游離的氧化鈣 f-CaO，游離氧化鎂 f- MgO 發(fā)生如下反應(yīng)：
f-CaO+H2O→Ca(OH)2 體積膨脹98%
f-MgO+H2O→Mg(OH)2 體積膨脹148%
由于上述反應(yīng)致使鋼渣開裂、粉化及渣鐵分離。
熱悶鋼渣工藝鋼渣粉化有三個(gè)階段：第一階段是高溫?zé)釕B(tài)鋼渣遇水冷卻，池內(nèi)產(chǎn)生大量飽和蒸汽；第二階段是鋼渣表面與內(nèi)部或周圍區(qū)域存在溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，與此同時(shí)，隨著溫度降低鋼渣形態(tài)產(chǎn)生變化——流態(tài)變固態(tài)而產(chǎn)生相變應(yīng)力，而相變時(shí)常伴隨著放熱和體積變化，因此鋼渣進(jìn)入破裂階段；第三階段是悶坑內(nèi)大量飽和水蒸汽沿裂縫進(jìn)入鋼渣發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行水解粉化。
熱悶過程中，因?yàn)殇撛械难趸} f-CaO和氧化鎂 f- MgO得以充分消解，所得鋼渣具有較高的穩(wěn)定性，對鋼渣后期處理和充分再資源化利用提供了條件。鋼渣熱悶流程中可以消化常溫固態(tài)鋼渣。
2、 工藝流程說明
煉鋼車間出渣后由渣包臺車將渣罐運(yùn)至鋼渣熱悶生產(chǎn)車間，由橋式起重機(jī)吊起渣罐將熱熔鋼渣傾倒入熱悶坑內(nèi)。每傾倒一次熱渣，少量噴水冷卻，并挖掘松動鋼渣，以保證透氣透水性。確保鋼渣悶坑內(nèi)鋼渣表面無積水，方可進(jìn)行下一次倒渣，直到填滿悶坑。
悶坑裝滿后由橋式起重機(jī)吊起悶坑蓋蓋上，鎖上鎖緊裝置并確保密封蓋上的安全閥完好有效，由PLC控制系統(tǒng)按程序多次自動開啟閉合噴霧蝶閥進(jìn)行噴水冷卻，直到鋼渣溫度降到60℃~80℃以下，卸出悶坑內(nèi)余氣，打開密封蓋鎖緊裝置，由橋式起重機(jī)吊起悶坑蓋移到蓋架上，以便于操作人員進(jìn)行必要的安全檢查。
熱悶后的鋼渣由抓斗機(jī)出渣，送入大塊篩進(jìn)行分離，大塊渣鋼由輸送設(shè)備送去渣鋼深加工系統(tǒng)加工，篩下鋼渣由輸送設(shè)備送去鋼渣破碎——篩分——磁選系統(tǒng)處理。
（三）鋼渣加工項(xiàng)目
1、鋼渣破碎-篩分-磁選工藝流程
鋼渣經(jīng)熱悶處理完后，采用汽車運(yùn)輸至鋼渣加工處理場，采用鏟車上料到上料臺。上料斗上裝有格篩，小于300 mm的鋼渣進(jìn)入生產(chǎn)線的原料倉。需處理的鋼渣由1#皮帶機(jī)，并由磁選機(jī)選出 <300mm以下的渣鋼。磁選后的鋼渣由1#皮帶機(jī)送往1＃振動篩，篩上>70 mm的鋼渣進(jìn)入破碎機(jī)破碎，變成<70 mm的鋼渣到達(dá)3#皮帶機(jī)；篩下<70 mm 的鋼渣進(jìn)入2#振動篩，篩出>35 mm的鋼渣進(jìn)入3# 皮帶機(jī)。3#皮帶機(jī)安裝有磁選機(jī)，選出<70 mm的渣鋼。磁選后< 70 mm的鋼渣，進(jìn)入破碎機(jī)破碎，破碎成 <35 mm 的鋼渣到達(dá) 4#皮帶機(jī)，4#皮帶機(jī)上安裝有磁選機(jī)，選出<35mm渣鋼。磁選后的鋼渣進(jìn)入3#孔振動篩，篩下<10mm的鋼渣進(jìn)入5＃皮帶機(jī)，把鋼渣料送入料場。篩上>10mm的鋼渣進(jìn)入6＃皮帶機(jī)；2#振動篩的篩下的鋼渣進(jìn)入2#皮帶機(jī)，2#皮帶機(jī)上安裝有磁選機(jī)，選出粒度 <35mm以下的渣鋼，磁選后的鋼渣進(jìn)入3#振動篩，篩下<10mm的鋼渣進(jìn)入5＃皮帶機(jī)，由5#皮帶機(jī)將鋼渣料送入料場，篩上鋼渣進(jìn)入6＃皮帶機(jī)，由6#皮帶機(jī)把>10mm的鋼渣料送入料場。整個(gè)過程經(jīng)過4次跨帶磁選和2次磁輥磁選后獲得不同品位和粒級的產(chǎn)品。
2、廢渣鋼深加工工藝流程
渣鋼提純生產(chǎn)線分為三個(gè)功能區(qū)：渣鋼干法自磨生產(chǎn)區(qū)、濕法球磨生產(chǎn)區(qū)、水處理區(qū)。
干法自磨工藝流程：大塊渣鋼通過格篩篩分，小于300mm初選渣鋼進(jìn)入1#料倉中，經(jīng)1#皮帶輸送到自磨機(jī)中自磨，大于30mm的塊鋼（品位達(dá)85%以上），通過自磨機(jī)溜槽進(jìn)入成品堆場儲存。小于30mm的渣鋼由2#皮帶機(jī)輸送到堆場與從鋼渣處理線產(chǎn)生的小于30mm的初選渣鋼混合堆存（品位達(dá)99%以上）。
濕法球磨工藝流程：小于30mm的渣鋼原料由鏟車送入2#料倉，經(jīng)3#皮帶機(jī)送至濕式球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，經(jīng)筒篩篩分后，5-30mm的小塊豆鋼（品位達(dá)95%以上）經(jīng)4#皮帶機(jī)運(yùn)至成品堆場堆存，篩下料漿液經(jīng)過兩級筒式磁選機(jī)磁選后，精礦液經(jīng)螺旋分級機(jī)提升脫水后，魚子鋼運(yùn)至成品堆場儲存，尾礦液經(jīng)另一螺旋分級機(jī)提升脫水分離后，尾渣粉由5#皮帶機(jī)運(yùn)至相應(yīng)的堆場。
水處理工藝流程：清水池內(nèi)的循環(huán)用水由清水泵打入球磨機(jī)磨頭、筒篩內(nèi)部以及磁選機(jī)中，磁選后產(chǎn)生的料漿分別進(jìn)入尾礦液螺旋分級機(jī)和精礦液螺旋分級機(jī)中，螺旋分級機(jī)溢流產(chǎn)生的尾水流入沉淀池中，通過渣漿泵打入斜板沉淀池中進(jìn)行濃縮，處理后溢流產(chǎn)生的水通過管道流入清水池中，沉淀產(chǎn)生的泥漿通過渣漿泵打入過濾機(jī)中進(jìn)行脫水，產(chǎn)生的水回流至清水池中循環(huán)使用。產(chǎn)生的尾渣泥料進(jìn)入儲泥斗進(jìn)行儲存。
（四）鋼渣尾渣的利用
1、生產(chǎn)鋼渣水泥——把處理后的鋼渣與一定量的高爐水渣、煅燒石灰、水泥熟料等，即可生產(chǎn)出與425號普通硅酸鹽水泥的指標(biāo)相同的鋼渣礦渣水泥。
2、生產(chǎn)建材制品——比如，鋼渣瓦、鋼渣磚、人造石等，生產(chǎn)建材制品的鋼渣一定要控制好f-CaO的含量和堿度。
3、用于道路材料——鋼渣做道路墊層、基層材料，其強(qiáng)度、抗沉彎性、抗?jié)B透性均優(yōu)于天然石材。
4、鋼渣干混砂漿——鋼渣尾渣經(jīng)過制砂系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)后得到>1mm鋼渣砂和<1mm鋼渣粉塵供干混砂漿系統(tǒng)生產(chǎn)砌筑砂漿和抹灰砂漿。
5、鋼渣經(jīng)過磨機(jī)制成350m2/kg左右比表面積的鋼渣粉，可替代CaO，用于燒結(jié)煙氣脫硫。
6、鋼渣尾渣含鐵（全鐵）10-20%左右，可用作燒結(jié)溶劑，改善燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓系數(shù)。
除了以上利用外，經(jīng)過處理得到的規(guī)模渣還可用于土壤改良劑和農(nóng)肥、醫(yī)和藥的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、處理廢水的吸附劑以及微晶玻璃等等。
2 除塵灰利用
（一）、鋼鐵企業(yè)各種除塵灰及現(xiàn)狀
各大鋼鐵企業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)每年都會產(chǎn)生大量的除塵灰，其中包括：燒結(jié)除塵灰、高爐除塵灰，轉(zhuǎn)爐除塵灰，電爐除塵灰等，目前很多企業(yè)都是把這些灰送往燒結(jié)廠，燒結(jié)后繼續(xù)使用。但是除塵灰作為燒結(jié)原料很不好處理。
冷固球團(tuán)作為冷卻劑、造渣劑回用轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)，不僅能夠減少除塵灰對環(huán)境的污染，而且能夠優(yōu)化鋼廠原料結(jié)構(gòu)，節(jié)省能源，降低轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)含鐵資源的循環(huán)再利用。本項(xiàng)目符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)政策，是促進(jìn)鋼廠降本增效，改善環(huán)境的新興項(xiàng)目，本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，具有良好的發(fā)展前景。
一、冷固球團(tuán)工藝
1、 生產(chǎn)流程
各種除塵灰原料由密閉罐車運(yùn)至各自的原料倉，原料倉底設(shè)定量配料裝置。為提高冷固球團(tuán)成品的含鐵品位，在造球過程中根據(jù)原料條件配入一定比例的氧化鐵皮作為提高含鐵品位和強(qiáng)度的骨料，另外除塵灰在造球之前還需要加濕消化。
配料和消化后的混合料在混碾機(jī)內(nèi)與粘結(jié)劑充分?jǐn)嚢韬突靹?，混勻后的混合料?jīng)壓球機(jī)高壓擠壓成球，再經(jīng)過篩分，合格成品送往煉鋼車間，不合格成品返回冷固球團(tuán)生產(chǎn)線重新參與造球。
2、工藝
2.1、原料
目前各鋼廠在煉鋼、煉鐵等生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的部分含鐵除塵灰都能作為冷固球團(tuán)的原料，如果是濕法產(chǎn)生的污泥，需要經(jīng)過干燥后使用。由于各種除塵灰的含鐵品位不同，如果是多原料進(jìn)行生產(chǎn)，需要進(jìn)行配料，以保證產(chǎn)品的含鐵品位穩(wěn)定。
2.2、粘接劑
通過試驗(yàn)比較，及經(jīng)濟(jì)方面考慮，采用有機(jī)膠作為粘結(jié)劑，工業(yè)生產(chǎn)可達(dá)到較好效果。不會對煉鋼產(chǎn)生負(fù)面影響。
2.3、主要工藝流程
現(xiàn)代化轉(zhuǎn)爐煉鋼對爐料的要求較高，冷固球團(tuán)作為造渣劑、冷卻劑回用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)時(shí)，要求其TFe≥50%，且具有一定的強(qiáng)度。
為提高冷固球團(tuán)的含鐵品位，部分除塵灰在造球之前需配加7～10%左右的氧化鐵皮等含鐵品位較高的物料作為骨料，以提高其含鐵品位和強(qiáng)度。
另外轉(zhuǎn)爐除塵灰中活性CaO含量較高，在造球之前還需加濕消化，否則成品球易發(fā)生粉化，影響造球強(qiáng)度，甚至難以成球。
2.4、工藝特點(diǎn)
1）本生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案工藝布置緊湊、順暢、流程短。
2）本生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案所采用的技術(shù)成熟、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行可靠、檢修方便。
3）原料運(yùn)輸采用密閉罐車，防止二次污染。粉塵運(yùn)輸配置順暢合理，降低工人勞動強(qiáng)度，改善工作條件及環(huán)境。
4）在原料倉頂設(shè)置除塵器，車間內(nèi)設(shè)置環(huán)境除塵設(shè)施，改善工作條件和環(huán)境。
5）在混碾過程中添加的粘合劑，不含S、P等有害成分，不會對轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生負(fù)面影響。
6）成品倉集存儲、烘干為一體。避免了成品球落地對環(huán)境造成的二次污染；
7）成品倉設(shè)計(jì)螺旋式滑道收集裝置，避免因倉內(nèi)落差造成球團(tuán)破損，該工藝為全國同行業(yè)首創(chuàng)。
8）成品倉利用高爐熱風(fēng)爐產(chǎn)生的廢煙氣的余熱，能夠加速倉內(nèi)成品球的表面固化和干燥，有利于提高成品球的質(zhì)量，并且還具有以下特點(diǎn)：
a、節(jié)約能源，降低燃煤消耗。
b、投資小，降低投資費(fèi)用。
c、土地占用少。
2.5、工藝優(yōu)勢
1）冷固球團(tuán)作為造渣劑、冷卻劑回用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，相比回原料場，流程縮短，節(jié)省能源消耗。如果每年6萬噸球團(tuán)，可節(jié)約將近1.5萬噸標(biāo)煤。
2）煉鋼目前采用燒結(jié)返礦做冷卻劑，結(jié)算價(jià)格為800元/噸，而利用除塵灰制成的冷固球團(tuán)成本約為565元/噸，加上利潤，每噸結(jié)算價(jià)格不超過650元/噸，可以大幅度的降低煉鋼成本。
3）用冷固球團(tuán)替代返礦（塊礦）作冷料的方法，已被許多大型鋼廠（鞍鋼、首鋼、柳鋼、馬鋼、沙鋼、邯鋼、漣鋼、湘鋼、龍鋼、包鋼）普遍采用，實(shí)踐證明用冷固球團(tuán)替代煉鋼用返礦（塊礦）具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a、降溫冷卻效果與返礦（塊礦）基本相同，均為石灰降溫量的1.75倍。
b、冷固球團(tuán)造渣效果好，可替代部分石灰、瑩石，并有輔助降碳作用。
c、冷固球團(tuán)在吹煉后連續(xù)小批量加入，不會因反應(yīng)激烈而產(chǎn)生噴鋼，可提高鋼水的收得率。
e、冷固球團(tuán)在加入過程中，即使調(diào)整槍位，吹煉也比較平穩(wěn)，反應(yīng)速率和化學(xué)成份均符合煉鋼要求。
f、使用冷固球團(tuán)可縮短供氧時(shí)間和冶煉時(shí)間。
g、由于冷固球團(tuán)與返礦（塊礦）、廢鋼相比有價(jià)格的優(yōu)勢，因此使用冷固球團(tuán)能降低煉鋼成本。
h、生產(chǎn)冷固球團(tuán)是將各種除塵灰進(jìn)行集中處理，因此減少大循環(huán)過程中的多次環(huán)境污染，同時(shí)因使用冷固球團(tuán)減少了瑩石用量，從而減輕了氟化氫對金屬管道的腐蝕和爐襯的侵蝕，也減少對大氣的污染。
（二）除塵灰（泥）在燒結(jié)和水泥行業(yè)中的應(yīng)用
鋼鐵廠在生產(chǎn)運(yùn)行中，會在不同工藝部位產(chǎn)生不同物質(zhì)成分且含量不同的除塵灰（泥），都以含F(xiàn)eO，CaO，SiO2，C等為主，只是不同工藝部分產(chǎn)生的除塵灰（泥），在各種成分的含量百分比不一樣而已。有兩種簡單易行的方法可以解決排放和影響環(huán)保的問題。
（1）用于鋼鐵廠燒結(jié)礦中
由于除塵灰（泥）中的成分、含量不一樣，含F(xiàn)eO,CaO, C的除塵灰（泥），可以將各種灰、泥按要求進(jìn)行燒結(jié)預(yù)混料配制，摻入到燒結(jié)礦的原料中，不但可以節(jié)約燃料，又能節(jié)約成本，還解決了排放和環(huán)保問題。
（2）用于水泥行業(yè)中
生產(chǎn)水泥熟料的原料成分主要就是Ca， SiO2，C等。部分含TFe和C較低，但含CaO，SiO2較高的除塵灰（泥）可用于水泥熟料生產(chǎn)中的原料配制，可以極大地解決排放和環(huán)保問題，同時(shí)也可以降低水泥廠的生產(chǎn)成本。
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