钢渣辊压破碎-余热有压热闷处理新技术
2016-04-21 08:30 来源：钢联资讯
随着环保要求日益严格，需要采用更加环保的方法实现钢渣处理和资源化利用。中冶节能环保有限责任公司通过多年研究，研发出以渣罐倾翻车、辊压破碎机、有压热闷罐等具有自主知识产权的技术装备为核心的“钢渣辊压破碎-余热有压热闷处理技术”，以成套工艺设备替代了以工程机械为主体的作业方式，彻底消除了钢渣处理过程中的岗位环境污染和厂房腐蚀问题。本文介绍了该技术的发展、工艺流程及示范生产线的使用情况。
目前，国内50%以上的钢渣处理仍采用落后的热泼处理方式，生产现场环境恶劣，存在铁回收率低，钢渣安定性不合格，排放超标等问题。当前国内外对资源和环保问题日益关注，需要采用更加环保的方法实现钢渣的破碎和金属回收。因此，各企业都在进行钢渣处理新工艺的开发和推广。
中冶建筑研究总院一直致力于钢渣热闷工艺的开发和完善，近年来在钢渣池式热闷的基础上，进行了熔融钢渣辊压破碎余热有压热闷新工艺装备和技术的开发，实现了钢渣热闷工艺的装备化和自动化。
1钢渣热闷的原理和技术发展
1.1钢渣热闷原理
炼钢过程添加大量石灰，由于造渣时间较短，过量的CaO、MgO还未能完全熔化，就以游离态被包裹在钢渣中。钢渣热闷处理是在密闭容器内利用钢渣余热，对热态钢渣进行打水，使其产生过饱和水蒸气，促进钢渣中f-CaO和水蒸气快速反应消解。热闷过程中发生复杂的物理和化学作用，具体特点如下。
1）钢渣急冷破裂。高温钢渣遇到大量水急剧温降，在快速冷却过程中，熔渣中各矿物发生剧烈相变，产生应力，使钢渣破裂。
2）汽蒸作用。高温渣和热闷打水反应产生大量温度在105℃以上且具有一定压力的过饱和水蒸气。这种环境促进了水蒸气向破裂的钢渣缝隙内扩散、渗透，有利于f-CaO消解反应的进行。
3）硅酸二钙(C2S)晶型转变。在钢渣从750℃冷却到650℃过程中，硅酸二钙(C2S)由β- C2S转变为γ- C2S，体积膨胀10%，钢渣继续碎裂。
4）钢渣和过饱和水蒸气封闭条件下f-CaO与水反应生成Ca(OH)2，体积膨胀98%，f-MgO与水反应生成Mg(OH)2，体积膨胀98%。
基于上述物理化学作用的破碎、粉化，热闷消除了钢渣不稳定性，促进了渣铁分离。
钢渣热闷过程发生的主要反应为游离氧化钙和游离氧化镁的反应。钢渣中f-CaO因过烧而结晶致密，活性差，常温下水化反应慢，自然条件下往往需要数年的时间才能全部消解。水蒸气浓度含量越大，压力越高，越有利于f-CaO的消解反应，且在反应能够进行的条件下，温度越高，反应速率也较快。
1.2钢渣热闷技术的发展
为解决钢渣快速破碎和安定性问题，中冶建筑研究总院与有关单位于1992年研究成功第一代钢渣热闷处理技术。第一代钢渣热闷处理技术是将钢渣热泼，落地冷却到400℃左右，再铲运倾倒在热闷装置内，盖上盖密封喷水产生蒸汽，与钢渣发生物理和化学反应而开裂粉化。但存在钢渣热泼落地环境污染、占地面积大、处理时间长等缺点。
2004年成功开发了第二代钢渣热闷处理技术。为了缩短钢渣处理周期，将液态钢渣热泼落地，冷却到800℃时用铲车或抓斗机将钢渣运往热闷装置倾翻，然后盖上盖密封喷水热闷。第一代热闷装置内衬钢板在800℃易变形，第二代工艺采用耐热铸铁板作内衬。存在的问题是没有彻底解决钢渣热泼落地环境污染、占地大的问题，并存在800℃钢渣损坏抓运设备的问题。
2008年成功研发出第三代熔融钢渣热闷处理技术。该技术是将1650℃左右的钢渣直接倾翻在热闷装置内，喷水使其表面固化，然后盖上装置盖间断喷水，直到钢渣温度降到65℃左右时热闷结束。该技术基本解决了以往的占地大和环保排放问题，但仍存在装备自动化水平不够高、热闷周期仍较长的问题。
2012年成功研发出第四代钢渣热闷处理技术，即熔融钢渣辊压破碎-余热有压热闷新技术。先后进行了实验室模拟试验和中试试验，最后在河南济源钢铁（集团）有限公司建设示范生产线，实现了工业化生产，在热闷技术装备和自动化水平上实现了巨大进步。
2钢渣辊压破碎-余热有压热闷工艺流程
钢渣辊压破碎-余热有压热闷技术是中冶建筑研究总院在其前三代钢渣热闷技术基础上开发出的一种新型钢渣稳定化处理技术。通过国内外钢渣处理技术现状的分析可知，无论是热泼后自然陈化处理还是池式热闷处理，均是在常压条件下完成钢渣中游离氧化钙等不稳定物质的消解。从游离氧化钙与水反应的动力学及热力学原理分析得知，提高热闷工作压力，可促进游离氧化钙消解反应的进行、提高水蒸气在钢渣体系中的渗透速率、加快水蒸气与钢渣的充分接触。
因此，在常压池式热闷技术的基础上，开发余热有压热闷工艺及成套专用装备，可以实现钢渣处理过程的装备化、高效化、自动化和洁净化。其热闷工作压力约为0.2-0.4MPa，而常压池式热闷工艺的工作压力仅为0.002MPa左右，在较高的压力条件下，增大了水蒸气的渗透压，加快了水蒸气与钢渣中的游离氧化钙的反应速率，将热闷时间由十几个小时缩短至两个小时左右。同时，该技术在进行钢渣处理时，整个过程基本都是在密闭体系下进行，因此，与现有钢渣处理技术相比，其洁净化程度更高、更加环保。
从工艺处理过程上讲，该技术主要分为钢渣辊压破碎和钢渣余热有压热闷两个阶段。辊压破碎阶段主要是完成熔融钢渣的快速冷却、破碎。余热有压热闷阶段主要是完成经辊压破碎后钢渣的稳定化处理。图1为该技术工艺流程。其技术特点如下。
辊压破碎阶段：盛有高温液态熔融钢渣的渣罐经由天车吊运至渣罐倾翻车上，渣罐倾翻车将盛渣渣罐运至密闭工作区域内进行倾翻倒渣。倾翻完毕后，由辊压破碎机对高温钢渣进行冷却破碎。辊压破碎机的主体部分为一表面带齿的圆柱型破碎辊，破碎辊可按一定的速度旋转，实现对高温熔融钢渣的搅拌、辊压破碎。辊压破碎机可沿轨道直线往复运动，实现对钢渣的多次搅拌辊压破碎。另外，通过调整辊压破碎机破碎辊的旋转方向和速度，与行走机构的行走速度达到匹配后，辊压破碎机还可实现推渣落料的功能。该阶段主要是完成熔融钢渣的快速冷却、破碎，每罐钢渣在此阶段的处理时间约30min，经过此阶段的处理，可将熔融钢渣的温度由1300℃以上冷却至600-800℃左右，粒度破碎至300mm以下。
余热有压热闷阶段：钢渣有压热闷装置为一端带快开门式结构的承压设备，可承受工作压力约0.7MPa。将辊压破碎后的钢渣运至余热有压自解处理装置内，控制喷水产生蒸汽对钢渣进行消解处理，喷雾遇热渣产生饱和蒸汽，消解钢渣中游离氧化钙、游离氧化镁。此阶段的处理时间约为2小时左右，处理后钢渣的稳定性良好，游离氧化钙含量小于3%，浸水膨胀率小于2%。
钢渣辊压破碎-余热有压热闷技术与钢渣处理技术相比，具有以下独特优势。
1）实现了钢渣处理过程的高效化、装备化、自动化和洁净化，可进一步利用钢渣余热并实现热能回收。
2）热闷工作压力0.4MPa。
3）热闷时间缩短，处理时间仅需2-3h。
4）粉化率高，处理后钢渣中-20mm粒级含量可达到70%以上。
5）减少了热闷岗位操作人员，提高了劳动生产效率，降低了生产运行成本。
3示范工程生产线
钢渣辊压破碎-余热有压热闷处理工艺技术在经过一系列系统化研究和工业优化设计后，于2012年10月在河南济源钢厂完成首套产业化示范推广应用工程，建成了60万吨/年的钢渣处理生产线。现已投产运行，钢渣处理效果良好，主要技术指标如下。
1）热闷罐内工作压力为0.2-0.4MPa。
2）热闷时间2h，与常压池式热闷工艺相比，缩短7-10h。
3）吨渣电耗7.25kWh、吨渣新水耗量0.3-0.4t。
4）与常压池式热闷工艺相比，运营成本节约40%。
5）热闷后钢渣产品指标：浸水膨胀率1.6%、游离氧化钙含量2.2%。
6）钢渣粉化率（粒度小于20mm的钢渣含量）为72.5%。
另外，珠海粤裕丰钢厂采用该技术也建设了一条50万吨/年的钢渣处理生产线，已于2012年12月投产运行；河北沧州中铁装备材料制造公司的有压热闷生产线已于2014年底投产运行。
4结论
中冶建筑研究总院通过多年研究，在钢渣处理领域做出了开拓性工作，自主开发了“钢渣辊压破碎-余热有压热闷”成套装备及工艺包，其中余热有压热闷装置、辊压破碎装置、渣罐倾翻车为多相态并存钢渣有压热闷工艺奠定了基础，具备了工程推广应用的条件；同时，钢渣余热有压热闷蒸汽温度120℃，压力0.2-0.4MPa，为钢渣余热回收利用创造了条件。该技术属国内外首创，已经通过中国钢铁工业协会组织的科技成果鉴定。钢渣辊压破碎-余热有压热闷新工艺实现了钢渣处理过程的高效化、装备化和环境洁净化。该工艺目前已在国内三家企业投产运行，具备较好的工业化推广前景。
(来源：钢铁产业)
