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1、 钢铁冶炼渣的处理利用难点探究 摘要： 为进一步提升钢铁冶炼渣的综合利用效率，降低冶炼整体能耗，提升钢铁冶炼熔渣的热回收能力，本文的研究分析了现阶段常用的干法粒化技术存在的突出问题，提出了溶渣泡沫化和提升导热系数等相应的技术措施。关键字： 钢铁冶炼渣，干法粒化，导热系数，钢铁行业的发展必然伴随着节能降耗技术的应用。我国炼铁技术日趋成熟，如何高效利用钢铁炼渣，实现冶炼渣的回收利用，是钢铁企业减少污染的重要突破口。钢铁冶炼渣的处理中，干法粒化技术由来已久，最早由英国学者提出，但是现阶段并没有很成熟的工业化应用案例。本文的研究重点探讨了干法粒化技术在钢铁冶炼渣处理及利用过程中的难点，并针对性的提出了
2、解决措施。1、钢铁厂炉渣利用现状统计数据显示，每炼一吨铁会产生300-500kg铁渣，炉渣是钢铁行业主要的废弃物，实现对高炉渣的有效回收利用，不仅降低了炼铁过程对土地和环境的污染，还能够有效降低能源消耗。现阶段高炉渣主要用于制造矿渣水泥、无机肥料及微晶玻璃，其中以矿渣水泥的用量最大，约占总体废弃物利用的90%。高炉渣制备矿渣水泥的添加量可达到20%一70%，从而降低水泥熟料的用量及相应的一次资源和能源消耗，其原理在于高炉渣中的活性组元通过碱激发形成C-S-H型胶凝材料，高炉渣必须为玻璃态。为实现玻璃化率95%以上，高炉渣一般采取水淬处理达到所需的冷却速率。高炉的排渣温度为1 400-1 500
3、 ，每吨高炉渣带走的热量相当于40 -60 kg标准煤，由于水淬过程产生的水蒸气品质包括温度和压力均较低，无法用于汽轮机发电。大量的高炉渣物理显热被浪费，同时水淬过程消耗大量的水资源。一个典型的钢铁冶炼渣利用流程如图所示。典型的钢铁冶炼渣利用流程示意图在钢铁冶炼渣的粒化过程中，常使用的技术方法包括风淬法、水淬法、热焖法和滚筒法等，其核心在于利用冷却剂实现。这一过程中，大部分的热能被浪费。另一方面，受制于钢铁冶炼渣的物理、化学性质，在利用方面存在以下问题：（1）钢铁冶炼渣流动性差、温度高、碱性强，在粒化过程后仍然含有较高的氧化钙和氧化镁，导致钢铁冶炼渣的稳定性不足，再利用过程中实现稳态的时间长。
4、（2）钢铁冶炼渣硬度高、致密，研磨性较差，研磨成本高。在用作混凝土添加剂时存在吸水性强，硬化时间短的问题，导致用量受限。综合来看，钢铁冶炼渣的利用受限主要原因是组分不合理、组织稳定性差。2、钢铁冶炼渣利用探析2.1 干法粒化难点分析在钢铁冶炼渣利用过程中，一个重要问题是显热没有有效利用，理论上可使用干法粒化技术解决这一问题。国外学者从上世纪70年代就开始了高炉炼渣干法粒化技术的研究，并探索应用了转杯法、滚筒法、转盘法和钢珠浸淬法等技术，但是没有形成工业化应用的范式，主要的问题体现在以下几点：（1）产品质量不稳定。使用干法粒化技术实现钢铁冶炼渣的回收利用，主要目的是满足水泥原料要求的玻璃相基础上
5、，对炼渣的物理显热进行回收。在实验室条件下基本可以实现，但是工业化生产过程难以保证。除此之外，在使用干法粒化处理炼钢炉渣时容易形成丝状绵，后期处理成本高。（2）热能回收利用效率低。由于气体的导热能力差，比热容低，为了降低炼钢炉渣的温度，必须加大风量，消耗更多的动力来源，热回收效率低。（3）运行成本高。该种方式对于设备的要求高，尤其是在抗磨损性能方面，由于钢铁冶炼渣的硬度大，导致设备损耗高。高温条件下连续运行，设备的稳定性较差。通过上方的分析，使用干法粒化技术处理钢铁冶炼渣，主要存在两个问题，首先粒化设备的结构复杂度需要进一步降低，以提升设备运行的稳定性，降低设备运行及维护成本。其次，应选用导热
6、系数更高的冷却介质，提升换热效率，降低风量以实现动力的降低。2.2 钢铁冶炼渣成分调质处理结合干法粒化技术在钢铁冶炼渣处理的应用，认为钢铁冶炼渣成分是影响粒化效果的一个主要因素，为此应通过对钢铁冶炼渣成分的调制处理，使其转变为类似高炉渣的物理、化学特性。在此基础上可借用高炉渣处理及回收的模式及方法。在钢铁冶炼渣的调制过程中，主要应通过添加酸性的溶剂，实现酸碱度的调节，去除钢铁冶炼渣中的氧化钙及氧化镁。另一方面适当补充还原剂，可以使用碳作为还原物质，降低含铁量。3、钢铁冶炼渣稀相干法粒化技术结合上文中钢铁冶炼渣处理的技术优化的策略，本文研究提出了钢铁冶炼渣稀相干法粒化技术，技术工艺路线如下图所示
7、。钢铁冶炼渣稀相干法粒化技术首先，将钢铁冶炼的废渣装入调制炉中，通过添加酸碱性调和剂适当降低高炉渣的碱度，使其处于中性的范围内，该步骤的主要目的是调节钢铁冶炼渣成分的不合理性。其次，适当添加有机碳等还原性物质，将氧化铁还原为金属铁。在这一过程中，应从底部鼓入的惰性气体，在不影响炼钢冶炼废渣化学性质的基础上，形成弥散混合物，增大导热系数，高效利用热能。在此过程中，鼓入的惰性气体造成泡沫渣，泡沫渣进入粒化室内。在体积膨胀数倍至数10倍后，处于负压环境下的泡沫渣由于受到冷淬风的冲击，会爆裂为细小颗粒，实现钢铁冶炼渣的粒化，进一步提升换热面积和比表面系数。最后，经粒子化的钢铁冶炼渣进入流化床。在流化床
8、内完成二次换热，剩余热能可用于锅炉发电，冷却后的钢铁冶炼渣经磁选和磨粉工艺回收其中的有用物质，剩余的渣粉可用于水泥的制备。在工艺流程中添加了电热炉，更加便于对炉渣的温度进行控制，在快速升温过程中提升了钢铁冶炼渣的流动性，与此同时通过酸性物质的添加调节酸碱度，便于进行大规模的工业化生产和应用。除此之外应注意到，在钢铁冶炼渣的脱碳过程中，形成的金属液滴，一氧化碳和炉渣激烈的混合与碰撞，形成高度弥散的体系，在高弥散体系中存在大量的小气泡和金属液滴，构成乳浊液泡沫张体系。在此过程中的泡沫渣，主要通过底部吹气提供气泡源。工艺具有理论上的可行性，同时未来一阶段，钢铁冶炼渣的处理与利用应在以下几方面开展研究
9、。（1）对钢铁冶炼渣溶渣的起泡性能进一步深入的研究。重点探讨温度。、酸碱度的分布模型，以及底部吹气量与泡沫体系的相互关系，实现冶炼过程的稳态泡沫化；（2）深入探讨泡沫渣体系的粒子化性能，以及如何高效的实现钢铁炼钢炉渣的粒子化，重点分析粒子化的效率与负压控制、溶渣粒径分布、风淬量的相互影响；（3）探讨与分析导热系数与钢铁冶炼渣中金属含量之间的影响关系，进一步明确炼钢铁冶炼渣粒子化的临界尺寸，实现导热系数，冷却风量的精准化控制，尽可能的提升介质的传热效率，降低能耗。4、结语近年来我国工业升级转型的压力越来越大，与此同时政府支持开展绿色、循环生产方式，钢铁行业作为一个传统的资源与能源消耗型行业，在碳
10、中和碳达峰的背景下急需进行升级和转型。钢铁冶炼过程中会产生大量的冶炼废渣，如不进行有效的处理，必然带来严重的资源污染和环境浪费。本文的研究基于现阶段高炉渣和钢铁冶炼渣处理利用的现实情况，探究了干法粒化技术存在的技术难点，并针对性的提出了稀相干法粒化技术，对于提升钢铁冶炼渣的利用效率，实现能源的综合利用具有积极的指导意义。参考文献：1付骁,蔡金文,沈飞,马爱元.钢铁冶炼渣在水泥及混凝土生产中的应用J.中国金属通报,2020(11):17-18.2张国裕,尚大军.钢铁冶炼过程的固体废渣鉴别研究J.中国金属通报,2019(11):209+211.3刘硕,张亚辉.国内外钢铁冶炼渣综合利用概况J.有色金属(选矿部分),2013(S1):28-31. -全文完-
