滕樹滿 滕海灝

(1.廣西柳州鋼鐵集團有限公司 廣西柳州 545002； 2.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400044)

0 引言

廣西柳州鋼鐵集團有限公司在防城港新建千萬噸級鋼鐵基地(簡稱防鋼)，其中煉鋼系統(tǒng)一期建設(shè)4座210 t轉(zhuǎn)爐，年產(chǎn)鋼920萬t。防鋼鋼渣處理從實施節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟、著力建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的角度出發(fā),針對國內(nèi)現(xiàn)有鋼渣處理工藝存在的問題,采用鋼渣“輥壓破碎—有壓熱燜”工藝,新建轉(zhuǎn)爐鋼渣、脫硫渣和鑄余渣處理線，每年可處理轉(zhuǎn)爐鋼渣120萬t、脫硫渣20萬t、鑄余渣20萬t，實現(xiàn)了鋼渣固廢100%資源化利用，具有較好的經(jīng)濟效益和顯著的環(huán)境效益。

1 鋼渣有壓熱燜工藝

鋼渣熱燜法是利用鋼渣余熱，在有蓋容器內(nèi)加入冷水產(chǎn)生蒸汽使鋼渣中游離氧化鈣(f-CaO)、氧化鎂(f-MgO)得到消解，通過熱脹冷縮達到渣鋼分離以實現(xiàn)對鋼渣的回收與利用的工藝[1]。由中冶某節(jié)能環(huán)保公司新研發(fā)的鋼渣有壓熱燜工藝工作壓力0.2～0.4 MPa,比常壓池式熱燜工藝壓力提高100～200倍,從而增大了水蒸氣滲透壓,加快了水蒸氣與鋼渣中游離氧化鈣、氧化鎂的反應(yīng)速率,熱燜周期由22 h縮短至2.5～3 h[2]。同時該工藝在處理鋼渣整個過程基本都是在密閉體系下進行,和現(xiàn)有鋼渣處理工藝相比,潔凈化程度更高、更環(huán)保。

新鋼渣有壓熱燜工藝分為“輥壓破碎”和“有壓熱燜”兩個工序?！拜亯浩扑椤惫ば蛑饕峭瓿扇廴阡撛目焖倮鋮s、破碎(此階段處理時間約20～30 min),可將熔融鋼渣的溫度由約1 600 ℃冷卻至600 ℃左右,粒度破碎至300 mm以下；“有壓熱燜”工序主要是完成經(jīng)輥壓破碎后鋼渣的穩(wěn)定化處理(此階段處理時間約2.5～3 h),處理后鋼渣的穩(wěn)定性良好,浸水膨脹率小于2%，從而實現(xiàn)鋼渣固廢100%資源化利用。

新鋼渣有壓熱燜工藝與現(xiàn)有鋼渣熱燜工藝相比,主要具有以下優(yōu)勢[3-5]:①熱燜周期短,處理效率高，尾渣的穩(wěn)定性更好；②熱燜后的鋼渣粉化率高,小于20 mm粒級達到70%以上: 粒度均勻,最大粒度小于300 mm,有利于后續(xù)鋼渣加工磁選, 鋼渣處理費用顯著降低；③自動化水平高,勞動定員少；④潔凈化程度高,利于環(huán)境保護,對鋼渣處理廠房腐蝕小,廠房維護費用低；⑤鋼渣有壓熱燜過程中產(chǎn)生的帶壓蒸汽可綜合利用。

2 兩連跨式工藝布置

本處理線布置于防鋼一煉鋼南側(cè)，便于通過過跨車將轉(zhuǎn)爐鋼渣直接運送至鋼渣一次處理主廠房內(nèi)。處理線主要由鋼渣一次處理系統(tǒng)、二次處理系統(tǒng)(含中轉(zhuǎn)堆場，棒磨、篩分、磁選系統(tǒng)，成品庫等)及配套的公輔設(shè)施組成。

鋼渣一次處理系統(tǒng)采用兩連跨式工藝布置，一跨布置脫硫渣帶罐打水區(qū)、鑄余渣熱潑區(qū)、轉(zhuǎn)爐渣液態(tài)渣罐調(diào)運區(qū)；二跨布置轉(zhuǎn)爐渣熱燜區(qū)及出渣上料區(qū)，詳見圖1所示。

圖1 鋼渣熱燜處理線工藝布置

相較于單跨布置模式，兩連跨布置具有以下優(yōu)勢：

(1)單跨模式缺點：①為滿足龍門鉤距統(tǒng)一要求,需采用直徑近7 m的立式熱燜罐,造價昂貴；若采用可變鉤距，生產(chǎn)可靠性難以保證；②因1#、2#轉(zhuǎn)爐距3#、4#、5#(預(yù)留)轉(zhuǎn)爐較遠，若1#、2#轉(zhuǎn)爐對應(yīng)的渣罐傾翻機或者輥壓破碎機出現(xiàn)故障，吊運液態(tài)渣罐時需越過熱燜及卸料區(qū)(每罐卸料需6 min),行車需避讓、交叉作業(yè)，整個生產(chǎn)線處于行車交叉相互避讓的不利狀態(tài)。

(2)兩聯(lián)跨方案優(yōu)點:①液態(tài)出渣一跨實現(xiàn)4臺轉(zhuǎn)爐共用3套傾翻輥壓破碎設(shè)備(預(yù)留1套設(shè)備),每套傾翻輥壓破碎設(shè)備出現(xiàn)故障均可用其它2套傾翻輥壓破碎設(shè)備進行處理,2臺鑄造起重機相互備用,液態(tài)渣罐可及時吊運到渣罐傾翻機上作業(yè),保證液態(tài)渣罐及時返回煉鋼區(qū)；②固態(tài)出渣二跨設(shè)置2臺套100/32 t鑄造起重機，龍門鉤距匹配中間渣罐，2臺鑄造起重機相互備用，采用小直徑立式熱燜罐，節(jié)省投資。

3 工藝流程

轉(zhuǎn)爐渣、脫硫渣、鑄余渣分別送至轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜處理線、脫硫渣處理線、鑄余渣處理線進行一次處理，處理后的渣送至二次處理區(qū)域進行棒磨破碎、磁選收集，實現(xiàn)了鋼渣的全部固廢資源化利用。處理線設(shè)施布置緊湊，流程合理、物流順暢。

3.1 轉(zhuǎn)爐鋼渣一次處理工藝流程

轉(zhuǎn)爐鋼渣一次處理工藝流程:熔融鋼渣倒入20 m3渣罐內(nèi),通過爐下過跨車運至一次處理主廠房→將渣罐放置于渣罐傾翻機上→渣罐傾翻機運送渣罐至預(yù)定倒渣區(qū)進行傾翻倒渣(倒渣完畢后,再將其運至起始位置,由行車將空渣罐吊起, 返回煉鋼車間接渣)→輥壓破碎機多次破碎鋼渣→輥壓破碎機啟動推渣作業(yè),將鋼渣卸入到固態(tài)渣罐中→接渣車接渣后,運行至預(yù)定位置,由鋼渣跨行車將其吊運至有壓熱燜罐中熱燜→行車將熱燜后的渣罐運至卸料區(qū)的受料槽格篩篩分→塊度大于150 mm的鋼渣落至地面，由電磁起重機選出廢鋼并返回煉鋼車間, 余下鋼渣倒入鑄余渣池；小于150 mm的鋼渣通過振動給料機均勻給料至帶式輸送機，送至鋼渣轉(zhuǎn)運堆場。轉(zhuǎn)爐鋼渣輥壓—熱燜一次處理工藝流程如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)爐鋼渣輥壓—熱燜一次處理工藝流程

3.2 脫硫渣帶罐打水工藝流程

脫硫渣由渣罐車送至鋼渣一次處理車間后，由鑄造橋式起重機將其調(diào)至脫硫渣帶罐打水工位進行帶罐打水(18～24 h)。冷卻后的脫硫渣通過鑄造橋式起重機傾翻至脫硫渣熱潑場,用吊車電磁吸盤將渣鐵塊吸出放返回重新冶煉,其余渣用車倒運、經(jīng)膠帶機運至鋼渣二次處理區(qū)域的堆場。脫硫渣帶罐打水工藝流程如圖3所示。

圖3 脫硫渣帶罐打水工藝流程

3.3 鑄余渣處理工藝流程

鑄余渣由渣罐車送至連鑄渣一次處理區(qū)域后,橋式起重機將渣罐傾翻到鑄余渣熱潑場,進行封閉打水降塵(處理時間大于12 h),采用旋轉(zhuǎn)集氣罩打水工藝。打水結(jié)束后利用液壓錘破碎其中的大砣渣, 電磁吸盤磁選出其中的大塊廢鋼,剩余鑄余渣由輪式裝載機出渣經(jīng)膠帶輸送機運送至鋼渣二次處理區(qū)域的堆場。鑄余渣處理工藝流程如圖4所示。

圖4 鑄余渣處理工藝流程

3.4 鋼渣二次處理工藝流程

經(jīng)一次處理的轉(zhuǎn)爐渣、脫硫渣、鑄余渣送到鋼渣二次處理堆場存放、晾水,由鏟車鏟運到受料槽, 經(jīng)皮帶機運至一次篩分室,篩分后篩上物經(jīng)皮帶運至一次棒磨機棒磨；棒磨后鋼渣進入二次篩分室,篩上物返回二次處理堆場再次循環(huán),在返回皮帶上方設(shè)有帶式除鐵器,選出塊狀廢鋼。二次篩分篩下物與一次篩分篩下物匯總進入緩存?zhèn)},經(jīng)皮帶送入一次磁選室磁選；一次磁選后尾渣經(jīng)皮帶運至尾渣成品倉，一次磁選的磁性料經(jīng)轉(zhuǎn)運后進入磁性料緩存?zhèn)},經(jīng)倉下皮帶送入二次棒磨機棒磨；棒磨后轉(zhuǎn)運至二次磁選室再次磁選:二次磁選后的磁性料(鐵精粉)經(jīng)皮帶運至磁性料成品倉；尾渣經(jīng)皮帶運至尾渣成品倉。鋼渣二次處理工藝流程如圖5所示。

圖5 鋼渣二次處理工藝流程

本處理線主要工藝設(shè)備有：由中冶某節(jié)能環(huán)保公司自主研發(fā)的渣罐傾翻機、輥壓破碎機、接渣車和有壓熱燜罐及相應(yīng)的行車、破碎磁選、皮帶輸送機和配套的風氣水電等設(shè)施。

4 投資與效益

4.1 項目投資

本處理線采用BOO模式建設(shè)。該模式可減緩業(yè)主建設(shè)資金壓力，同時通過引進外部先進工藝技術(shù)與管理操作團隊，可解決防城港基地鋼渣處理技術(shù)與人力資源不足等問題，促進企業(yè)管理水平的提高。

本處理線建設(shè)總投資約3.2億元。投資范圍包括:120萬t/a轉(zhuǎn)爐鋼渣輥壓破碎—(立式余熱)有壓熱燜處理系統(tǒng)(含主廠房)、20萬t/a脫硫渣處理系統(tǒng)、20萬t/a鑄余渣處理系統(tǒng)、3種渣的二次處理系統(tǒng)(含棒磨車間、磁選篩分站、棚化堆場)及相應(yīng)的配套等設(shè)施。

4.2 項目效益

(1)經(jīng)濟效益。本處理線采用國際領(lǐng)先的“輥壓破碎—有壓熱燜”工藝，與現(xiàn)有熱燜工藝比，設(shè)備自動化程度高，熱燜周期短,鋼渣處理效率高；有壓熱燜后的鋼渣粉化率高,小于20 mm粒級達到70%以上，粒度均勻,最大粒度小于300 mm,利于后續(xù)鋼渣加工磁選,可顯著降低處理線生產(chǎn)成本?；厥盏玫郊s6%的渣鋼返回轉(zhuǎn)爐冶煉使用，有效降低了煉鋼成本；同時可回收大于15%的磁選粉(鐵精粉)；余下的尾渣可供應(yīng)水泥廠、混凝土攪拌站、道路施工、建材制磚等使用，尾渣市場前景良好，提高了尾渣的附加值。以磁選粉250元/t、尾渣20元/t的市場價格計，處理線年銷售收入約8 900萬元(未考慮回收6%的渣鋼產(chǎn)值)，年利潤大于4 500萬元，經(jīng)濟效益良好。

(2)環(huán)保效益。該處理線的環(huán)境效益是多方面的。首先，熱燜周期短,處理效率高，尾渣的穩(wěn)定性好,浸水膨脹率小于2%，從而實現(xiàn)了鋼渣100%資源化利用、尾渣“零”庫存，也減少了尾渣積壓堆放而占用土地。每利用1 t尾渣,可減少約0.8 t沙石開采,保護了山林土壤,對環(huán)境保護意義重大[6]。其次，生產(chǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線除塵設(shè)備全覆蓋，潔凈化程度高,對鋼渣處理廠房的腐蝕小。此外，項目采用國內(nèi)自主研發(fā)的輥壓破碎機破碎鋼渣，設(shè)備能耗更低，效率更高。最后，有壓熱燜過程中所產(chǎn)的帶壓蒸汽可用綜合利用，降低了企業(yè)生產(chǎn)能耗。

5 結(jié)論

防鋼鋼渣處理采用國際領(lǐng)先的“輥壓破碎-有壓熱燜”工藝技術(shù)，采取兩連跨式工藝布置、合理的工藝流程以及BOO建設(shè)模式，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。每年可有效處理轉(zhuǎn)爐鋼渣120萬t，脫硫渣20萬t，鑄余渣20萬t，處理后回收的渣鋼和磁選粉可返回冶煉系統(tǒng)回收使用，尾渣穩(wěn)定性良好,浸水膨脹率小于2%，可作為建材供水泥廠或進行深加工綜合利用，實現(xiàn)鋼渣固廢100%資源化利用，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。