鞍鋼冶金固體廢棄物的應(yīng)用技術(shù)與實(shí)踐
戴龍
經(jīng)過高爐、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)而產(chǎn)生的各種含鐵物料種類繁雜，含鐵品位高低不一，并時(shí)常含有一些特殊元素，如何應(yīng)用好這些物料備受關(guān)注。
鞍鋼經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐，使用各種粉狀含鐵物料生產(chǎn)出一種叫還原球的產(chǎn)品，在高爐、轉(zhuǎn)爐等工序使用，具有成本低、應(yīng)用廣、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，是各種粉狀含鐵物料應(yīng)用的有效途徑。
在高爐渣回收處理方面，鞍鋼引進(jìn)國內(nèi)第一條德國立式磨礦渣粉生產(chǎn)線，對?；郀t礦渣進(jìn)行深加工，年可生產(chǎn)60萬噸礦渣粉和45萬噸礦渣硅酸鹽水泥。在轉(zhuǎn)爐鋼渣處理加工方面，鞍鋼采用熔融鋼渣熱燜技術(shù)、寬帶高效新型帶磁技術(shù)、磁選產(chǎn)品深加工提純技術(shù)等全套工藝技術(shù)，對轉(zhuǎn)爐鋼渣進(jìn)行充分有效的處理與利用。此外，鞍鋼還率先研發(fā)了用精煉爐渣制球替代轉(zhuǎn)爐助熔劑的技術(shù)，節(jié)約了煉鋼成本，做到利廢增效，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，鞍鋼將脫硫渣磁選后得到的脫硫渣鋼和成球后變成高密度球體的脫硫磁選粉直接用于電爐煉鋼，用以調(diào)節(jié)冶煉溫度，充分利用鋼渣中的廢鋼資源，降低了煉鋼成本，使脫硫渣得到了有效利用。
高效利用靠先進(jìn)的技術(shù)支撐
高爐渣的回收與處理技術(shù)。2002年，鞍鋼從德國蒂森克虜伯伯利休斯公司引進(jìn)了國內(nèi)第一條德國立式磨礦渣粉生產(chǎn)線，用來處理高爐渣。鞍鋼先將高爐渣經(jīng)過水淬處理后得到?；郀t礦渣，隨后?；郀t礦渣經(jīng)該生產(chǎn)線磨細(xì)，生產(chǎn)出的礦渣粉可代替熟料生產(chǎn)水泥。該礦渣粉摻到高標(biāo)號混凝土中，可改善混凝土各項(xiàng)性能；將該礦渣粉和熟料按一定比例混合，可生產(chǎn)出各種標(biāo)號礦渣硅酸鹽水泥，能夠有效降低水泥的生產(chǎn)成本。而且，?；郀t礦渣中含鐵約0.3%，鞍鋼采用外循環(huán)雙磁道提鐵法，充分回收了金屬鐵，提高了礦渣粉的品質(zhì)與產(chǎn)量，提取后的鐵珠含鐵品位大于90%，將其壓制成球后作為廢鋼用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，可創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
2012年，鞍鋼從德國蒂森克虜伯伯利休斯公司引進(jìn)的4條立式磨礦渣粉生產(chǎn)線建成投產(chǎn)。目前，鞍鋼共有6條礦渣粉生產(chǎn)線，總產(chǎn)能為420萬噸/年，成為東北地區(qū)礦渣粉生產(chǎn)的龍頭企業(yè)。
轉(zhuǎn)爐鋼渣燜渣工藝技術(shù)。鞍鋼本部采用簡易燜渣法對熔融鋼渣進(jìn)行露天打水、熱燜、陳化后進(jìn)行磁選加工。鞍鋼鲅魚圈分公司采用熔融鋼渣熱燜工藝，從物理、化學(xué)兩方面對鋼渣的性質(zhì)進(jìn)行改變，消除了鋼渣的膨脹性，這是對傳統(tǒng)鋼渣熱燜方式的一次革命性轉(zhuǎn)變。熔融鋼渣熱燜工藝與傳統(tǒng)鋼渣熱燜工藝相比，其燜渣周期大幅縮短，符合現(xiàn)代化鋼廠短流程的需要；粉化率更高，渣鐵分離更徹底，便于從鋼渣中提取鋼鐵物料，是鋼尾渣實(shí)現(xiàn)高附加值應(yīng)用的前提；實(shí)現(xiàn)了用最少的時(shí)間、最低的成本對鋼渣進(jìn)行效果最好的前處理，為鋼渣的100%高附加值應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。
在鞍鋼鲅魚圈分公司熔融鋼渣熱燜生產(chǎn)過程中，該公司經(jīng)過不斷實(shí)踐、改造和創(chuàng)新，成功解決了燜渣爆炸、熔渣攪拌不均勻、渣池襯板易損壞、循環(huán)水利用、鋼渣余熱回收等一系列技術(shù)難題，使該工藝逐漸走向成熟。熔融鋼渣熱燜工藝所帶來的短流程、短周期的高效率，以及鋼渣的高粉化率、廢鋼提取高選出率和對鋼渣膨脹性的完全消解等效果，使其成為國內(nèi)鋼渣前處理的發(fā)展趨勢之一。
轉(zhuǎn)爐鋼渣磁選工藝技術(shù)。鞍鋼240萬噸鋼渣磁選生產(chǎn)線是由德國引進(jìn)的，是截至目前國內(nèi)加工能力最強(qiáng)、磁選效果最好、尾渣金屬鐵含量最低的鋼渣磁選加工線。該生產(chǎn)線采用世界范圍內(nèi)較成熟的鋼渣磁選流程，可生產(chǎn)出不同規(guī)格的粒鐵和磁選粉。其中，磁選粉可供燒結(jié)生產(chǎn)使用，粒鐵經(jīng)過深加工可直接代替部分廢鋼作為冷料加入轉(zhuǎn)爐進(jìn)行煉鋼生產(chǎn)。
該生產(chǎn)線投產(chǎn)至今已經(jīng)20多年。其間，鞍鋼通過對國外引進(jìn)設(shè)備的消化、吸收，不斷改造和創(chuàng)新，多數(shù)零部件已實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，使設(shè)備達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。尤其是帶磁技術(shù)，在德國帶磁技術(shù)的基礎(chǔ)上，鞍鋼采用磁場選別技術(shù)，創(chuàng)造性地研發(fā)了寬帶高效新型帶磁技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是國際上最先進(jìn)的磁選技術(shù)，已被列入國家“十二五”冶金渣處理重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。
鞍鋼鲅魚圈分公司100萬噸磁選生產(chǎn)線的工藝是在傳統(tǒng)的鋼渣磁選工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，并結(jié)合鞍鋼獨(dú)創(chuàng)的鋼渣磁選產(chǎn)品深加工工藝的技術(shù)特點(diǎn)，采用寬帶高效新型帶磁技術(shù)和棒磨技術(shù)相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了鋼渣短流程、精加工的工藝流程。生產(chǎn)出的粒鐵含鐵品位可達(dá)到90%以上，可以直接代替部分廢鋼作為煉鋼冷料進(jìn)行煉鋼生產(chǎn)。
轉(zhuǎn)爐鋼渣磁選產(chǎn)品深加工工藝技術(shù)。2008年，鞍鋼自行投資、設(shè)計(jì)并改造建設(shè)了國內(nèi)第一條轉(zhuǎn)爐鋼渣磁選產(chǎn)品深加工生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是將轉(zhuǎn)爐鋼渣磁選產(chǎn)品（粒鋼和磁選粉）通過球磨濕磨后分別磁選、重選得到全鐵品位大于90%的精選粒鐵和全鐵品位為55%的精鐵粉，隨后返回?zé)掍撆c燒結(jié)工序進(jìn)行高附加值應(yīng)用。
對于傳統(tǒng)的含鐵粉狀物料，通常都是靠磁選來進(jìn)行選別，精鐵粉的產(chǎn)量較少。鞍鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣磁選產(chǎn)品深加工工藝采用將重選與磁選相結(jié)合的方法，避免了非磁性或弱磁性含鐵物料的流失，使含鐵物料回收更充分、更徹底。該工藝?yán)镁F粉比重較大、與泥漿的比重差異較大的特點(diǎn)，創(chuàng)造性地采用重選方式選別精鐵粉，即利用螺旋分級機(jī)來選別精鐵粉，開創(chuàng)了鋼渣中含鐵物料用重選來選別的先例。該工藝分為選別干燥和水處理兩部分。其中，選別干燥系統(tǒng)采用球磨機(jī)濕磨、含鐵物料粗細(xì)分選工藝；水處理系統(tǒng)將選別的尾渣泥濃縮處理，水回收利用形成閉路循環(huán)，尾渣泥干料外運(yùn)作為原料制作免燒磚。
脫硫渣處理技術(shù)。鞍鋼主廠區(qū)采用分類管理，單獨(dú)翻渣，單獨(dú)用240萬噸鋼渣磁選線加工脫硫渣，大大提高了脫硫渣的利用率。鞍鋼鲅魚圈分公司對脫硫渣采取帶罐打水工藝，將脫硫渣經(jīng)抱罐車抱至帶罐打水生產(chǎn)線進(jìn)行帶罐打水冷卻，冷卻后翻至脫硫渣池。隨后，陳化好的鋼渣和脫硫渣進(jìn)入磁選加工線進(jìn)行磁選加工。
由于脫硫渣磷、硫含量高，選出的磁性材料無法返回?zé)掍撝貜?fù)使用，國內(nèi)外都沒有找到好的處理方法，只能將其單獨(dú)堆放后廢棄。但是，電爐煉鋼對硫含量要求較低。因此，鞍鋼將脫硫渣經(jīng)過轉(zhuǎn)爐鋼渣的磁選工藝選出脫硫渣鋼和脫硫磁選粉，脫硫磁選粉成球后變成高密度球體和脫硫渣鋼直接用于電爐煉鋼生產(chǎn)，用以調(diào)節(jié)冶煉溫度，充分利用脫硫渣中的廢鋼資源，降低了煉鋼成本，使脫硫渣得到了有效利用。
精煉渣處理技術(shù)。由于精煉爐渣的成分與煉鋼過程中脫硫、脫磷加入的石灰、白云石、鐵礬土、熒石等轉(zhuǎn)爐助熔劑的成分相似，鞍鋼將精煉爐渣進(jìn)行單獨(dú)堆放，對精煉渣磁選處理后不含鐵部分制球替代轉(zhuǎn)爐助熔劑。
粉狀含鐵回收料的再利用技術(shù)。鞍鋼開發(fā)出一種還原球產(chǎn)品，這種產(chǎn)品由各種粉狀含鐵回收料制成，可以在高爐、轉(zhuǎn)爐等工序使用。該產(chǎn)品具有成本低、應(yīng)用廣、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，是各種粉狀含鐵回收料應(yīng)用的最佳途徑。該產(chǎn)品的開發(fā)確保了鞍鋼粉狀含鐵回收料的全部自用。
鞍鋼在2008年~2010年先后建成了2條制球生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線不僅可以將精煉渣壓制成球用于轉(zhuǎn)爐助熔劑，還可以利用多種原料生產(chǎn)不同種類的產(chǎn)品，達(dá)到生產(chǎn)線的利用最大化，解決了粉狀鋼鐵物料的再利用問題。該生產(chǎn)線既可以利用氧化鐵皮和強(qiáng)混料混合壓制成鐵碳球，用于轉(zhuǎn)爐煉鋼；又可將精煉渣壓制成球用于轉(zhuǎn)爐助熔劑。同時(shí)，該生產(chǎn)線還可以將礦渣粉生產(chǎn)線外循環(huán)磁選產(chǎn)品水渣鐵珠與鋼渣磁選產(chǎn)品深加工生產(chǎn)線生產(chǎn)的精鐵粉單獨(dú)壓制成球，或?qū)烧甙匆欢ū壤旌蠅褐瞥汕?，利用兩者粒級的不同進(jìn)行合理配比，壓制出的鐵砂球更密實(shí)，強(qiáng)度更高，用于轉(zhuǎn)爐煉鋼效果更好。該生產(chǎn)線將粉狀物料轉(zhuǎn)換成固體形態(tài)，密實(shí)度增加，解決了漂浮問題，可直接用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，縮短了流程。這不但實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，而且可以將大部分粉狀鋼鐵物料回收再利用，使資源得到有效利用。該生產(chǎn)線還可以根據(jù)需要調(diào)整成球的大小規(guī)格，以便滿足煉鋼需求。
探索渣利用的腳步不停歇
鞍鋼為了發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，全面加強(qiáng)與知名大專院校、科研所的戰(zhàn)略合作，建立以企業(yè)為主的產(chǎn)、學(xué)、研基地，充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢和科研平臺(tái)，積極開展冶金固體廢棄物利用的技術(shù)開發(fā)，先后進(jìn)行了鋼渣粉、鋼鐵渣復(fù)合粉用于水泥和混凝土、S95級礦渣粉等課題研究；與首鋼合作進(jìn)行了干混砂漿實(shí)驗(yàn)；與北京科技大學(xué)合作利用鋼渣開發(fā)研制耐火澆注料、耐熱混凝土、人工魚礁混凝土；與國內(nèi)知名高校合作，共同研發(fā)出利用熔態(tài)高爐渣生產(chǎn)高質(zhì)量礦棉產(chǎn)品并準(zhǔn)備建線生產(chǎn)；探索礦渣粉和燒結(jié)煙氣脫硫石膏的綜合利用并投入實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，鞍鋼參與了鋼鐵渣復(fù)合粉國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂，與德國蒂森克虜伯伯利休斯公司進(jìn)行了鋼尾渣超細(xì)粉生產(chǎn)工藝設(shè)備研究工作，并取得了一系列重大研究成果，為鞍鋼實(shí)現(xiàn)技術(shù)、管理輸出奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
不僅如此，鞍鋼還大力開發(fā)冶金固廢新產(chǎn)品，全面提高資源利用率。該公司堅(jiān)持“投入一個(gè)、研制一個(gè)、儲(chǔ)存一個(gè)、生產(chǎn)一個(gè)”的思路，充分發(fā)揮工藝、技術(shù)優(yōu)勢，加大新產(chǎn)品開發(fā)力度，全面提高固廢產(chǎn)品的科技含量。該公司先后進(jìn)行了鋼渣粉、鋼鐵渣復(fù)合粉、干粉砂漿、還原球、海水凈化石、礦棉板等9個(gè)新產(chǎn)品研制，形成了渣鋼、精選粒鐵、精鐵粉、鋼渣磁選粉、?；郀t礦渣粉、免燒磚等12種產(chǎn)品。
鞍鋼通過不斷研究，準(zhǔn)備將各種渣料中的鐵全部提凈。目前，鞍鋼高爐水淬渣中所含0.3%的鐵基本提凈；鋼渣中經(jīng)過提純含鐵量已經(jīng)小于1.2%，可以經(jīng)過再提純達(dá)到凈化程度。這樣做的目的有兩個(gè)：一是減輕了煉鋼工序的壓力，在煉優(yōu)質(zhì)純凈鋼的過程中，不必過多考慮鐵損問題；二是凈化了渣料，提高了渣的純凈度和品質(zhì)，提高了渣的售價(jià)，具有更廣泛的利用途徑。
鞍鋼將粉狀含鐵回收料制球重新用于高爐、轉(zhuǎn)爐等工序，實(shí)現(xiàn)了資源的有效再利用；高爐渣、鋼渣生產(chǎn)出來的高附加值產(chǎn)品用于建材行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵與建材兩大行業(yè)的聯(lián)合，構(gòu)建出新的產(chǎn)業(yè)鏈。鞍鋼對這些被稱為廢棄物的資源進(jìn)行回收，使之再資源化，最大限度地提高其綜合利用水平，真正實(shí)現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)的零排放，同時(shí)，也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
重點(diǎn)技術(shù)鏈接
----轉(zhuǎn)爐渣熱燜技術(shù)
鋼渣熱燜法是近些年興起的一種先進(jìn)的鋼渣預(yù)處理工藝，其原理是利用鋼渣余熱，在容器內(nèi)加入噴淋冷水后使其成為蒸汽，使鋼渣自解粉化。與傳統(tǒng)處理工藝相比，燜渣后鋼渣粉化率高，渣鐵分離徹底，而且處理后的鋼渣中的有害成分得到消解，可消除鋼渣遇水體積膨脹的特點(diǎn)，避免造成鋼渣應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)穩(wěn)定性不良的現(xiàn)象。
傳統(tǒng)的燜渣法是對煉鋼廠產(chǎn)生的鋼渣首先進(jìn)行自然冷卻6小時(shí)~12小時(shí)，或是熱潑后降溫，然后進(jìn)行燜渣。鞍鋼鲅魚圈分公司轉(zhuǎn)爐燜渣生產(chǎn)線在全國率先采用將1400℃熔融態(tài)轉(zhuǎn)爐渣直接入池的燜渣方法。該工藝相比傳統(tǒng)方法省去了鋼渣在渣罐中的停留時(shí)間，明顯提高了處理效率，而且節(jié)約渣罐數(shù)量，減少了中間流程，大大降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，該工藝還解決了燜渣過程中的爆炸問題———在高溫時(shí)（急冷階段）盡可能保證氣體排出，當(dāng)溫度降低以后，產(chǎn)生可燃?xì)怏w的反應(yīng)速度減緩，可以在燜渣的中后期使渣池中保持一定的飽和蒸汽濃度，利用水蒸氣本身對可燃?xì)怏w的惰化作用，抑制其產(chǎn)生爆炸燃燒。
相比傳統(tǒng)的凝固后的燜渣工藝，熔融渣燜渣處理周期大幅縮短，渣罐占用率低，而且爐前處理降低了渣罐運(yùn)輸?shù)某杀?，將是今后鋼渣熱燜處理的發(fā)展方向。
----磁選技術(shù)
目前，我國鋼渣生產(chǎn)線仍處在起步階段，分選出來的渣鋼和磁選粉全鐵品位僅為60%和35%，尾渣金屬鐵含量達(dá)到5%，嚴(yán)重制約了其循環(huán)利用的空間。
沈陽隆基電磁科技股份有限公司是國家級高新技術(shù)企業(yè)，從成立即著眼于磁學(xué)技術(shù)產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和開發(fā)，建立了全國唯一的鋼渣綜合利用研究實(shí)驗(yàn)室，取得了多項(xiàng)專利成果。例如其冶金渣零排放綜合利用工藝，采用振動(dòng)篩、棒磨機(jī)、磁鼓精選機(jī)和帶磁機(jī)作為主要篩選設(shè)備，通過皮帶輸送機(jī)連接相關(guān)設(shè)備，采用兩棒磨、三磁選、四篩分方式，對物料進(jìn)行分流、分選、破碎、磨礦，提高了磁選回收率，提高了物料單體金屬鐵含量。通過實(shí)施該工藝，能夠得到全鐵品位在90%以上的渣鋼、全鐵品位為60%的磁選粉、尾渣金屬鐵含量小于1%的產(chǎn)品，大幅提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
該工藝中的篩分工序是將熔融態(tài)鋼渣經(jīng)過固化處理后，分析金屬鐵在鋼渣中的分布狀態(tài)、鋼渣的粒度分布、不同粒度鋼渣的水分含量，在確定上述參數(shù)后，確定振動(dòng)篩的種類、篩孔的大小、篩口的形狀等參數(shù)，以保證最高的篩分率和工作的連續(xù)性，通過篩分可以控制金屬鐵的分布，達(dá)到工藝需求。
該工藝中破磨設(shè)備的選擇需要根據(jù)金屬鐵的分布狀態(tài)、粒度大小、處理能力等數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，設(shè)備的調(diào)試和參數(shù)優(yōu)化還需要根據(jù)所要達(dá)到的目的進(jìn)行調(diào)整。這樣才能夠保障鋼渣中的金屬鐵與渣充分解離，為后續(xù)分選出高品位渣鋼做鋪墊。
磁選工藝根據(jù)金屬鐵的粒度分布，選擇不同的磁選設(shè)備、磁場強(qiáng)度、磁場梯度，有效回收、提純鋼渣。
磁選設(shè)備作為鋼渣零排放綜合利用工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在工藝流程的不同位置，對不同粒度、不同含鐵量的物料要提供專用的磁選設(shè)備。
其中，該工藝使用的帶式磁選機(jī)采用寬帶磁場設(shè)計(jì)，分選出全鐵品位90%以上的渣鋼；鋼渣粗選機(jī)適用于大塊渣鋼的磁選，解決常規(guī)磁選設(shè)備卸鐵皮帶易損壞、選別效率低、選別效果差等問題；渣磁鼓精選機(jī)采用高梯度均勻多磁極磁場結(jié)構(gòu)，增加了磁翻轉(zhuǎn)次數(shù)，縮小了磁翻寬度，提高了磁翻轉(zhuǎn)頻率，結(jié)合結(jié)構(gòu)的專有設(shè)計(jì)，可分選出全鐵品位60%以上的磁選粉。
正是因?yàn)槁』镜纳疃妊芯?，為鋼渣的高效利用和鋼渣非鐵尾渣零排放創(chuàng)造了條件，并在鞍鋼等企業(yè)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)效益。