袁方明
(中鋼國際工程技術有限公司 北京)
摘要：本文簡要介紹了國內常見的鋼渣處理工藝，并歸納總結合適的鋼渣處理工藝方式組合，可以為鋼廠選擇各自合適的鋼渣處理方式提供參考。簡要介紹了鋼渣處理最新技術的發(fā)展，提高鋼渣綜合利用價值和拓展應用范圍。
關鍵詞：鋼渣；渣處理工藝；循環(huán)利用
1 前言
在全球環(huán)境惡化的今天，對鋼鐵行業(yè)來說，二氧化碳排放的削減、工業(yè)廢棄物的循環(huán)利用等各項環(huán)保措施是很重要的課題。鋼鐵生產過程中，高爐渣、高爐塵、煉鋼渣和除塵灰的回收利用是我們長期研究的內容，目前國內各企業(yè)根據(jù)各自情況也開發(fā)了多種回收利用的方法。但大多數(shù)鋼廠的鋼渣處理和回收利用仍然處于一種比較粗放的模式，存在鋼渣處理規(guī)模與煉鋼規(guī)模不相匹配，鋼渣處理工藝的選擇缺乏對鋼渣后續(xù)利用的考慮。
此外，鋼渣的顯熱如何回收利用也是鋼鐵領域長期研究的內容和難題，如何綜合考慮鋼渣處理能耗、鋼渣顯熱利用、提高鋼渣后續(xù)利用價值幾個難題的平衡，鋼渣處理最新的技術和研究對此有了初步進展。
2 目前國內常用的鋼渣處理工藝簡介
鋼渣處理工藝的發(fā)展一直伴隨著鋼鐵生產過程的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)過多種方式和工藝，其中很多工藝由于成本、處理效率、環(huán)保政策等原因而最終被淘汰。有一些國外引進的鋼渣處理工藝，如日本的鋼渣蒸汽陳化工藝、風淬工藝等，在國內近20年的發(fā)展中已經得到極大的改善和革新，其實用性、效率得到根本性的提升。目前國內常用的鋼渣處理工藝簡述如下。
2.1 熱悶坑熱悶處理工藝
圖1 國內某廠熱悶坑熱悶工藝
渣罐和渣罐車放置于轉爐或電爐平臺下出渣位置。接渣后，渣罐車開出平臺外，通過軌道或者由吊車將渣罐吊至運輸卡車上，運至渣處理車間。也可以用抱罐車將渣罐運至渣處理車間。
吊車將渣罐中的液態(tài)渣倒入熱悶坑內，加蓋，噴入一定量的水。加蓋后，水蒸氣產生一定的壓力，可加速鋼渣的消解速度。初步凝固后，揭蓋，用挖斗車翻攪后，再倒入下一罐液態(tài)渣，反復操作，直至該熱悶坑裝滿。加蓋放置約20小時（最短不低于10小時）后，用挖斗車將鋼渣挖出，進入破碎磁選生產線。
坑式熱悶工藝的優(yōu)點是鋼渣消解比較徹底，f-CaO含量小，尾渣利用程度高。破碎生產線可以回收一部分渣鐵。缺點是占地比較大，車間內存在一定的環(huán)境污染。
2.2 有壓箱式或罐式熱悶工藝
圖2 國內某廠箱式以及罐式熱悶工藝
處理工藝流程類似上述熱悶坑，用帶蓋的罐體或者箱體代替熱悶坑。前端配置破碎輥，高溫鋼渣經過破碎輥破碎并初步冷卻后，卸入渣罐，渣罐整體放入熱悶罐內，加蓋，噴水，利用產生的水蒸氣加壓，加速鋼渣的粉化和f-CaO的消解過程。箱式熱悶是將破碎輥處理后的鋼渣卸入渣槽，將渣槽放置于特制箱體內，同樣是在密閉裝置內打水汽化，產生一定的壓力從而加速鋼渣處理過程。
優(yōu)缺點類似熱悶坑熱悶工藝，但更加環(huán)保，廠房比較干凈，便于高水平的自動化操作、無人操作的設計。
2.3 風淬（干式?；┕に?/span>
圖3 國內某廠風淬工藝
鋼渣風淬處理工藝最早于上世紀80年代初在日本福山鋼廠開發(fā)成功，上世紀80、90年代國內馬鋼、新?lián)?、石鋼和重鋼等鋼廠先后采用和成功實施。風淬工藝對鋼渣流動性要求較高，鋼渣所含金屬鐵的回收困難，一般情況下需要和其他鋼渣處理工藝配合使用。
裝有液態(tài)鋼渣的渣罐，用抱罐車、吊車或者液壓傾翻臺架，將液態(tài)鋼渣倒入溜槽中，在溜槽出口處，用高速空氣流，直接把液態(tài)渣打碎、冷卻，形成的微小顆粒產品直接落于地面或水槽。
由于風淬工藝處理全量的鋼渣比較困難（例如流動性不好的鋼渣），并且仍然希望能夠回收部分金屬鐵，近年來我公司采用的設計理念是風淬工藝配合其他工藝如坑式熱悶工藝、有壓熱悶工藝。一方面，如果液態(tài)鋼渣的流動性較差不適合風淬處理，可以直接送往熱悶坑或者有壓熱悶處理，另一方面，即使流動性良好的鋼渣，每罐只風淬處理70%的液態(tài)鋼渣，罐內剩余30%鋼渣含金屬鐵的比例較高，可以送往熱悶坑或有壓熱悶處理后，破碎、磁選回收大部分的金屬鐵。
2.4 渣處理工藝的組合
最近幾年，根據(jù)我公司提供給國內外客戶各類鋼渣處理工程項目，總結出幾種鋼渣處理工藝的組合。
（1） 坑式熱悶+破碎棒磨磁選線；
（2） 風淬（干法或濕法）+坑式熱悶+破碎棒磨磁選線；
（3） 風淬+輥破+有壓罐悶或箱悶+破碎棒磨磁選線；
（4） 輥破+有壓罐悶或箱悶+破碎棒磨磁選線；
（5） 其他已經取得初步效果的新工藝。
以上各種組合各有其特點，可以適用于各種煉鋼生產規(guī)模、現(xiàn)有設施改造。鋼鐵企業(yè)的環(huán)境綜合治理過程中，鋼渣處理量遠大于比煙氣粉塵、污水廢液等污染源的處理量。國內很多鋼廠已經投入巨額資金，建成一批整齊潔凈的渣處理車間，同時取得較大的經濟效益和社會效益。
4 鋼渣處理新技術的發(fā)展
4.1 鋼渣的還原和重構技術
前文已經提及不同的鋼渣處理工藝對鋼渣的成分、性能會有較大的影響，從而影響鋼渣的最終利用途徑。我國目前對鋼渣的綜合利用，基本上是根據(jù)鋼渣處理過程中的物理性能變化或者其他少量處理介質手段，如水（熱悶消解）、空氣（風淬急冷）等影響鋼渣的部分化學性能，來初步確定鋼渣的最終用途。
我公司近年來的研究和工程實踐表明，煉鋼渣在高溫熔融狀態(tài)加入特定的還原劑和改性劑，一方面可以直接還原鋼渣中鐵的氧化物成為金屬鐵回收利用，改變了傳統(tǒng)鋼渣處理工藝只能選出部分磁性物的情況，另一方面，改變了煉鋼渣的性能，拓寬了煉鋼渣的利用途徑，例如，鋼渣經過改性和粉磨后，可以達到S95級礦渣粉的活性，也可以用于制作石棉等材料。此外，煉鋼渣處理所選用的特殊爐型以及隨后的冷卻過程控制的設計，使得高溫鋼渣的潛熱得以回收利用。
4.2 精煉渣的處理技術
精煉渣由于其獨特的組成，如何高效的回收金屬鐵和處理粉塵污染，一直是鋼廠環(huán)保和綜合利用的難點之一。傳統(tǒng)的打水冷卻、破碎處理，一方面金屬鐵的回收效率較低，另一方面粉塵污染嚴重，現(xiàn)場操作環(huán)境惡劣，需要改進處理方法。
近年來，對鋼廠渣處理工程的設計，已經采取了很多改善精煉渣處理的方法，簡述如下：
（1）渣罐格柵、渣盤格柵的采用，減少了大塊凝固鋼渣的切割工作，提高了金屬鐵的回收效率。
（2）統(tǒng)一規(guī)劃精煉渣（包括脫硫渣）處理區(qū)域，將精煉渣、脫硫渣集中在渣罐后，統(tǒng)一布置區(qū)域，加蓋密閉，自動控制打水過程，蒸汽熱能回收，粉塵收集處理，可以極大的改善車間操作環(huán)境。
近年來我公司深入研究精煉渣處理最新工藝，完成的工程設計旨在進一步提高金屬鐵的回收效率，加快精煉渣的處理周期，盡可能的回收精煉渣熱能。精煉渣處理的新技術，例如連續(xù)直凝法、裂解粒化法和還原重構法，已經在中試過程以及實際生產中使用并獲得了明顯的經濟效益，具有極大的推廣應用價值。其中裂解?；ú捎眉尤胨巹┖途珶捲l(fā)生化學反應的方式，將精煉渣分解成小塊的同時還降低了精煉渣的溫度，既解決了產生大塊廢鋼的問題，又減少了精煉渣打水冷卻的時間，大幅度縮減了精煉渣處理成本和周期。
5 結語
鋼渣處理工藝和綜合利用是一個大課題，在如今對環(huán)境保護和資源循環(huán)利用的政策要求和引導下，需要更進一步的研究和完善。例如，目前鋼渣的處理工藝對于鋼渣尾渣利用基本上沒有改善作用，只是將鋼渣冷卻后選出內部磁性物，剩余大量的鋼渣尾渣找不到出路，是大部分鋼鐵企業(yè)面臨的困境；目前精煉渣的處理工藝沒有解決大塊廢鋼的問題，在大塊廢鋼倒運、切割過程中，造成環(huán)境污染和處理成本增加，也是現(xiàn)在大部分鋼鐵企業(yè)的痛點。
所以，選擇不同的鋼渣處理工藝需要結合后續(xù)的鋼渣應用需求。不同的應用場合，對鋼渣的特性是有要求的，例如粒度、消解程度、物理性能、化學成分等，而這些特性，是可以通過對鋼渣的前端處理來實現(xiàn)的，比如水解、風淬急冷等方法，達到鋼渣綜合利用所需要的性能指標。我們還可以采用鋼渣還原和重構的方法，拓展鋼渣的應用途徑。
各鋼廠應根據(jù)本廠的條件，如處理場地面積大小、廠內廠外運輸條件、煉鋼出渣條件等因素來選擇適合自己的渣處理工藝，此外，還需要結合周邊資源利用狀況，即鋼渣最終用途、銷路等因素來綜合考慮。