鞍钢冶金固体废弃物的应用技术与实践

鞍钢冶金固体废弃物的应用技术与实践戴龙经过高炉、转炉生产而产生的各种含铁物料种类繁杂，含铁品位高低不一，并时常含有一些特殊元素，如何应用好这些物料备受关注。鞍钢经过多年的研究与实践，使用各种粉状含铁物料生产出一种叫还原球的产品，在高炉、转炉等工序使用，具有成本低、应用广、经济性好等特点，是各种粉状含铁物料应用的有效途径。在高炉渣回收处理方面，鞍钢引进国内第一条德国立式磨矿渣粉生产线，对粒化高炉矿渣进行深加工，年可生产60万吨矿渣粉和45万吨矿渣硅酸盐水泥。在转炉钢渣处理加工方面，鞍钢采用熔融钢渣热焖技术、宽带高效新型带磁技术、磁选产品深加工提纯技术等全套工艺技术，对转炉钢渣进行充分有效的处理与利用。此外，鞍钢还率先研发了用精炼炉渣制球替代转炉助熔剂的技术，节约了炼钢成本，做到利废增效，实现了循环经济。同时，鞍钢将脱硫渣磁选后得到的脱硫渣钢和成球后变成高密度球体的脱硫磁选粉直接用于电炉炼钢，用以调节冶炼温度，充分利用钢渣中的废钢资源，降低了炼钢成本，使脱硫渣得到了有效利用。高效利用靠先进的技术支撑高炉渣的回收与处理技术。2002年，鞍钢从德国蒂森克虏伯伯利休斯公司引进了国内第一条德国立式磨矿渣粉生产线，用来处理高炉渣。鞍钢先将高炉渣经过水淬处理后得到粒化高炉矿渣，随后粒化高炉矿渣经该生产线磨细，生产出的矿渣粉可代替熟料生产水泥。该矿渣粉掺到高标号混凝土中，可改善混凝土各项性能；将该矿渣粉和熟料按一定比例混合，可生产出各种标号矿渣硅酸盐水泥，能够有效降低水泥的生产成本。而且，粒化高炉矿渣中含铁约0.3%，鞍钢采用外循环双磁道提铁法，充分回收了金属铁，提高了矿渣粉的品质与产量，提取后的铁珠含铁品位大于90%，将其压制成球后作为废钢用于转炉炼钢，可创造巨大的经济效益。2012年，鞍钢从德国蒂森克虏伯伯利休斯公司引进的4条立式磨矿渣粉生产线建成投产。目前，鞍钢共有6条矿渣粉生产线，总产能为420万吨/年，成为东北地区矿渣粉生产的龙头企业。转炉钢渣焖渣工艺技术。鞍钢本部采用简易焖渣法对熔融钢渣进行露天打水、热焖、陈化后进行磁选加工。鞍钢鲅鱼圈分公司采用熔融钢渣热焖工艺，从物理、化学两方面对钢渣的性质进行改变，消除了钢渣的膨胀性，这是对传统钢渣热焖方式的一次革命性转变。熔融钢渣热焖工艺与传统钢渣热焖工艺相比，其焖渣周期大幅缩短，符合现代化钢厂短流程的需要；粉化率更高，渣铁分离更彻底，便于从钢渣中提取钢铁物料，是钢尾渣实现高附加值应用的前提；实现了用最少的时间、最低的成本对钢渣进行效果最好的前处理，为钢渣的100%高附加值应用创造了有利条件。在鞍钢鲅鱼圈分公司熔融钢渣热焖生产过程中，该公司经过不断实践、改造和创新，成功解决了焖渣爆炸、熔渣搅拌不均匀、渣池衬板易损坏、循环水利用、钢渣余热回收等一系列技术难题，使该工艺逐渐走向成熟。熔融钢渣热焖工艺所带来的短流程、短周期的高效率，以及钢渣的高粉化率、废钢提取高选出率和对钢渣膨胀性的完全消解等效果，使其成为国内钢渣前处理的发展趋势之一。转炉钢渣磁选工艺技术。鞍钢240万吨钢渣磁选生产线是由德国引进的，是截至目前国内加工能力最强、磁选效果最好、尾渣金属铁含量最低的钢渣磁选加工线。该生产线采用世界范围内较成熟的钢渣磁选流程，可生产出不同规格的粒铁和磁选粉。其中，磁选粉可供烧结生产使用，粒铁经过深加工可直接代替部分废钢作为冷料加入转炉进行炼钢生产。该生产线投产至今已经20多年。其间，鞍钢通过对国外引进设备的消化、吸收，不断改造和创新，多数零部件已实现了国产化，使设备达产达标。尤其是带磁技术，在德国带磁技术的基础上，鞍钢采用磁场选别技术，创造性地研发了宽带高效新型带磁技术。该项技术是国际上最先进的磁选技术，已被列入国家“十二五”冶金渣处理重点攻关项目。鞍钢鲅鱼圈分公司100万吨磁选生产线的工艺是在传统的钢渣磁选工艺的基础上进行了优化，并结合鞍钢独创的钢渣磁选产品深加工工艺的技术特点，采用宽带高效新型带磁技术和棒磨技术相结合的方法，实现了钢渣短流程、精加工的工艺流程。生产出的粒铁含铁品位可达到90%以上，可以直接代替部分废钢作为炼钢冷料进行炼钢生产。转炉钢渣磁选产品深加工工艺技术。2008年，鞍钢自行投资、设计并改造建设了国内第一条转炉钢渣磁选产品深加工生产线。该生产线是将转炉钢渣磁选产品（粒钢和磁选粉）通过球磨湿磨后分别磁选、重选得到全铁品位大于90%的精选粒铁和全铁品位为55%的精铁粉，随后返回炼钢与烧结工序进行高附加值应用。对于传统的含铁粉状物料，通常都是靠磁选来进行选别，精铁粉的产量较少。鞍钢转炉钢渣磁选产品深加工工艺采用将重选与磁选相结合的方法，避免了非磁性或弱磁性含铁物料的流失，使含铁物料回收更充分、更彻底。该工艺利用精铁粉比重较大、与泥浆的比重差异较大的特点，创造性地采用重选方式选别精铁粉，即利用螺旋分级机来选别精铁粉，开创了钢渣中含铁物料用重选来选别的先例。该工艺分为选别干燥和水处理两部分。其中，选别干燥系统采用球磨机湿磨、含铁物料粗细分选工艺；水处理系统将选别的尾渣泥浓缩处理，水回收利用形成闭路循环，尾渣泥干料外运作为原料制作免烧砖。脱硫渣处理技术。鞍钢主厂区采用分类管理，单独翻渣，单独用240万吨钢渣磁选线加工脱硫渣，大大提高了脱硫渣的利用率。鞍钢鲅鱼圈分公司对脱硫渣采取带罐打水工艺，将脱硫渣经抱罐车抱至带罐打水生产线进行带罐打水冷却，冷却后翻至脱硫渣池。随后，陈化好的钢渣和脱硫渣进入磁选加工线进行磁选加工。由于脱硫渣磷、硫含量高，选出的磁性材料无法返回炼钢重复使用，国内外都没有找到好的处理方法，只能将其单独堆放后废弃。但是，电炉炼钢对硫含量要求较低。因此，鞍钢将脱硫渣经过转炉钢渣的磁选工艺选出脱硫渣钢和脱硫磁选粉，脱硫磁选粉成球后变成高密度球体和脱硫渣钢直接用于电炉炼钢生产，用以调节冶炼温度，充分利用脱硫渣中的废钢资源，降低了炼钢成本，使脱硫渣得到了有效利用。精炼渣处理技术。由于精炼炉渣的成分与炼钢过程中脱硫、脱磷加入的石灰、白云石、铁矾土、荧石等转炉助熔剂的成分相似，鞍钢将精炼炉渣进行单独堆放，对精炼渣磁选处理后不含铁部分制球替代转炉助熔剂。粉状含铁回收料的再利用技术。鞍钢开发出一种还原球产品，这种产品由各种粉状含铁回收料制成，可以在高炉、转炉等工序使用。该产品具有成本低、应用广、经济性好等特点，是各种粉状含铁回收料应用的最佳途径。该产品的开发确保了鞍钢粉状含铁回收料的全部自用。鞍钢在2008年~2010年先后建成了2条制球生产线。该生产线不仅可以将精炼渣压制成球用于转炉助熔剂，还可以利用多种原料生产不同种类的产品，达到生产线的利用最大化，解决了粉状钢铁物料的再利用问题。该生产线既可以利用氧化铁皮和强混料混合压制成铁碳球，用于转炉炼钢；又可将精炼渣压制成球用于转炉助熔剂。同时，该生产线还可以将矿渣粉生产线外循环磁选产品水渣铁珠与钢渣磁选产品深加工生产线生产的精铁粉单独压制成球，或将两者按一定比例混合压制成球，利用两者粒级的不同进行合理配比，压制出的铁砂球更密实，强度更高，用于转炉炼钢效果更好。该生产线将粉状物料转换成固体形态，密实度增加，解决了漂浮问题，可直接用于转炉炼钢，缩短了流程。这不但实现了节能降耗，而且可以将大部分粉状钢铁物料回收再利用，使资源得到有效利用。该生产线还可以根据需要调整成球的大小规格，以便满足炼钢需求。探索渣利用的脚步不停歇鞍钢为了发展循环经济产业，全面加强与知名大专院校、科研所的战略合作，建立以企业为主的产、学、研基地，充分发挥其技术优势和科研平台，积极开展冶金固体废弃物利用的技术开发，先后进行了钢渣粉、钢铁渣复合粉用于水泥和混凝土、S95级矿渣粉等课题研究；与首钢合作进行了干混砂浆实验；与北京科技大学合作利用钢渣开发研制耐火浇注料、耐热混凝土、人工鱼礁混凝土；与国内知名高校合作，共同研发出利用熔态高炉渣生产高质量矿棉产品并准备建线生产；探索矿渣粉和烧结烟气脱硫石膏的综合利用并投入实际应用。同时，鞍钢参与了钢铁渣复合粉国家标准的制订，与德国蒂森克虏伯伯利休斯公司进行了钢尾渣超细粉生产工艺设备研究工作，并取得了一系列重大研究成果，为鞍钢实现技术、管理输出奠定了坚实的基础。不仅如此，鞍钢还大力开发冶金固废新产品，全面提高资源利用率。该公司坚持“投入一个、研制一个、储存一个、生产一个”的思路，充分发挥工艺、技术优势，加大新产品开发力度，全面提高固废产品的科技含量。该公司先后进行了钢渣粉、钢铁渣复合粉、干粉砂浆、还原球、海水净化石、矿棉板等9个新产品研制，形成了渣钢、精选粒铁、精铁粉、钢渣磁选粉、粒化高炉矿渣粉、免烧砖等12种产品。鞍钢通过不断研究，准备将各种渣料中的铁全部提净。目前，鞍钢高炉水淬渣中所含0.3%的铁基本提净；钢渣中经过提纯含铁量已经小于1.2%，可以经过再提纯达到净化程度。这样做的目的有两个：一是减轻了炼钢工序的压力，在炼优质纯净钢的过程中，不必过多考虑铁损问题；二是净化了渣料，提高了渣的纯净度和品质，提高了渣的售价，具有更广泛的利用途径。鞍钢将粉状含铁回收料制球重新用于高炉、转炉等工序，实现了资源的有效再利用；高炉渣、钢渣生产出来的高附加值产品用于建材行业，实现了钢铁与建材两大行业的联合，构建出新的产业链。鞍钢对这些被称为废弃物的资源进行回收，使之再资源化，最大限度地提高其综合利用水平，真正实现了钢铁生产的零排放，同时，也带来了巨大的经济效益和社会效益。重点技术链接----转炉渣热焖技术钢渣热焖法是近些年兴起的一种先进的钢渣预处理工艺，其原理是利用钢渣余热，在容器内加入喷淋冷水后使其成为蒸汽，使钢渣自解粉化。与传统处理工艺相比，焖渣后钢渣粉化率高，渣铁分离彻底，而且处理后的钢渣中的有害成分得到消解，可消除钢渣遇水体积膨胀的特点，避免造成钢渣应用时出现稳定性不良的现象。传统的焖渣法是对炼钢厂产生的钢渣首先进行自然冷却6小时~12小时，或是热泼后降温，然后进行焖渣。鞍钢鲅鱼圈分公司转炉焖渣生产线在全国率先采用将1400℃熔融态转炉渣直接入池的焖渣方法。该工艺相比传统方法省去了钢渣在渣罐中的停留时间，明显提高了处理效率，而且节约渣罐数量，减少了中间流程，大大降低了生产成本。同时，该工艺还解决了焖渣过程中的爆炸问题———在高温时（急冷阶段）尽可能保证气体排出，当温度降低以后，产生可燃气体的反应速度减缓，可以在焖渣的中后期使渣池中保持一定的饱和蒸汽浓度，利用水蒸气本身对可燃气体的惰化作用，抑制其产生爆炸燃烧。相比传统的凝固后的焖渣工艺，熔融渣焖渣处理周期大幅缩短，渣罐占用率低，而且炉前处理降低了渣罐运输的成本，将是今后钢渣热焖处理的发展方向。----磁选技术目前，我国钢渣生产线仍处在起步阶段，分选出来的渣钢和磁选粉全铁品位仅为60%和35%，尾渣金属铁含量达到5%，严重制约了其循环利用的空间。沈阳隆基电磁科技股份有限公司是国家级高新技术企业，从成立即着眼于磁学技术产品的研制、生产和开发，建立了全国唯一的钢渣综合利用研究实验室，取得了多项专利成果。例如其冶金渣零排放综合利用工艺，采用振动筛、棒磨机、磁鼓精选机和带磁机作为主要筛选设备，通过皮带输送机连接相关设备，采用两棒磨、三磁选、四筛分方式，对物料进行分流、分选、破碎、磨矿，提高了磁选回收率，提高了物料单体金属铁含量。通过实施该工艺，能够得到全铁品位在90%以上的渣钢、全铁品位为60%的磁选粉、尾渣金属铁含量小于1%的产品，大幅提高企业的经济效益。该工艺中的筛分工序是将熔融态钢渣经过固化处理后，分析金属铁在钢渣中的分布状态、钢渣的粒度分布、不同粒度钢渣的水分含量，在确定上述参数后，确定振动筛的种类、筛孔的大小、筛口的形状等参数，以保证最高的筛分率和工作的连续性，通过筛分可以控制金属铁的分布，达到工艺需求。该工艺中破磨设备的选择需要根据金属铁的分布状态、粒度大小、处理能力等数据进行选择，设备的调试和参数优化还需要根据所要达到的目的进行调整。这样才能够保障钢渣中的金属铁与渣充分解离，为后续分选出高品位渣钢做铺垫。磁选工艺根据金属铁的粒度分布，选择不同的磁选设备、磁场强度、磁场梯度，有效回收、提纯钢