炉渣的处理与利用高炉渣、转炉渣、电炉渣的产生和性质(1)高炉渣:高炉渣在高炉炼铁过程中产生,从高炉排出时其温度约为1500℃,呈熔融状态,根据冷却方法,分为缓冷渣和水淬渣.(2)钢渣包括转炉吹炼铁水炼钢时产生的转炉渣和用电炉以废钢为原料炼钢时产生的电炉渣,铁水预处理时产生的渣成为铁水预处理渣,一般统计为转炉渣.电炉渣分为氧化期渣和还原期渣.(3)高炉渣缓慢冷却时生成各种结晶矿物相,急冷时生成大量无定形的玻璃体和微晶,酸性高炉渣急冷时全部凝结成玻璃体.(4)钢渣不论缓冷或急冷都生成结晶矿物相,不形成玻璃态物质.(5)初期渣的主要物相:钙铁橄榄石和钙镁橄榄石的固溶体,其次还有硅酸二钙C2S和未熔石灰颗粒.C2S初期以粗大颗粒结晶析出,后又被熔融炉渣再吸收.后期渣的主要物相:次生C2S,硅酸三钙C3S,RO相.其次还有少量的铁酸钙、方镁石及未溶石灰颗粒,不同的炼钢过程,钢号、铁水、造渣材料都可造成钢渣的物相不同、成分波动.(6)转炉渣的主要物相:C2S是炉渣的主要物相碱度偏高的炉渣中,与次生C2S紧密共生结晶出一种较细,等轴暗色物相--RO相.RO相的物量仅次C2S是转炉渣的基本物相.钢渣中未溶解或过饱和析出的CaO称为自由氧化钙,它是影响钢渣稳定性的重要物相.转炉渣特点:①FeO含量高②残留的石灰(自由氧化钙)电炉炼钢过程中精炼方法和所炼钢种的不同产生的渣也不同,主要可分为电炉溶化期和氧化精炼期发生的氧化渣以及还原精炼期和钢包精炼产生的还原渣.氧化渣由于吹氧时产生,氧化铁较多.还原渣中CaO和S较多.4.2炉渣处理技术4.2.1高炉渣处理技术(1)高炉渣用不同的处理方法可以得到四种产品:缓冷高炉渣膨化和泡沫高炉渣:与缓冷渣的区别在于其相对高的孔隙度和低的体积密度.球状高炉渣:冷却速度越快,玻璃相越多,结晶越少.粒状高炉渣:其水硬性很适合作水泥的添加剂.(2)我国高炉渣水淬处理方法:①Ocp法:滤渣法②Rasa法:搅拌槽法特点:冲渣水闭路循环,渣速为6t/min时,补充水量为5.08m3/min,约占冲渣水量的9%.水淬后的渣浆用管道输送到离高炉较远的地方脱水.渣水比为1:10,渣浆及渣浆输送管道易磨损,渣泵寿命1年到1年半,中级泵寿命约为4年,排泥泵约1.5年,渣浆管道约为2年.耗电量较多不能完全避免浮渣的产品,处理较为复杂③Tyna法:粒化轮法工艺过程:高炉渣由渣沟流下,落到有一定高差的粒化轮上,当渣粒和粒化轮相碰时,因机械作用使熔渣粒化,被粒化的渣粒在短时间内被喷水冷却,渣与水一起落入脱水转鼓.装有水渣混合物的滤斗,在转动过程中逐步脱水,当达到安装位置的上部时,过滤脱水基本结束,渣粒落入导向漏斗,由外部皮带机运至渣场.脱出的水进入转鼓下方的上水槽,通过溢流管流入下水槽.溢流口保证上水槽的水位使转鼓下部浸入水中一定深度,以便继续冷却转鼓.下水槽设计有水位计和冲渣水泵,冲渣水泵将下水槽的水往粒化轮上下的喷水口供冷却、粒化熔渣用.补充水维持下水槽的水位.下水槽沉积的残渣有一套气动提升装置使其返回转鼓脱水器,减少其对冲渣泵的磨损.技术指标:表4-6特点:a.运行安全b.作业率高c.脱水转鼓小巧灵活d.循环水量小、动力消耗少e.粒化轮渣含水量少f.装置占地面积小④INBA法:是高炉熔渣经水淬粒化--脱水--运输全系统的循环.粒化过程:熔炼通过渣道流至喷水箱上方,在水流作用下粒化,然后水渣经过水渣通道到脱水转鼓脱水.当粒化水与熔渣接触时,渣流被破碎成片状和线状,进一步沿水渣通道前进,变成渣滴.在水渣通道上只有少部分渣被粒化,多数在撞击到接收仓的挡板时或者落入接收仓后才完全粒化.只有部分水流是用来粒化高炉渣的,从喷水箱喷出的水流有一部分用来冷却水渣通道的耐磨保护板.粒化槽的作用:槽中有一定量的水,为粒化过程提供补充水.炉渣在粒化槽中湍流水的作用下比在水渣通道上粒化快.被喷水推进粒化槽内的炉渣与粒化槽中水的热交换过程也被强化.高炉渣中含有1%~2%的硫,硫在渣中的存在形式主要是CaS.粒化过程中高温的高炉渣与水和空气发生反应,释放出H2S和SO2气体.CaS+H2O=H2S+CaOCaS+3/2O2=SO2+CaO采用冷水冲渣加上蒸汽冷凝系统可以减少H2S的排放.4.2.2钢渣的处理工艺钢渣中自由氧化钙的存在不利于钢渣的利用.钢渣破碎(热拔、盘泼水冷、水淬、风淬等)→与水作用使氧化钙转变为氢氧化钙→钢渣处理间进行破碎、筛分、磁选等工艺处理,回收铁粒.钢渣"焖渣"处理工艺及设备①首钢钢渣处理工艺及设备②鞍钢钢渣加工工艺及设备③武钢钢渣加工工艺及设备④唐钢钢渣加工工艺及设备盘泼水冷(ISC法)浅盘水淬法的优点:用水强制快速冷却,处理时间短整个过程采用喷水和水池浸泡,减少粉尘对环境污染改变了渣的稳定性减少分段破碎、筛分加工工序采用分段水冷却处理、蒸汽可自由扩散,操作安全整个处理工序紧凑,劳动条件好.缺点:产生蒸汽量较多,蒸汽对厂房设备有影响,对起重机寿命有影响.钢渣水淬工艺指熔融的钢渣在流出、下降过程中,被压力水分割、击碎.再加上熔渣遇水急冷收缩产生应力集中而破裂,使熔渣粒化.工艺特点:用压力水粒化液态钢渣,既能满足在瞬间快速排渣,又能实现加工渣粒产品的目的.工艺形成:渣罐倾翻池内水淬工艺渣罐孔流沟内水淬工艺直接水淬工艺不论采用何种工艺形式,其流程基本相同:液态钢渣→压力水粒化器水淬钢渣→水淬集渣池→抓斗抓出→送往用户关于钢渣水淬产生中的爆炸问题物理现象引起"爆炸"的成因均是因大量的高温液态熔渣(成固融状态)把水覆盖包住,产生局部过热高温区,形成"封闭系统",水迅速汽化变成过热饱和蒸汽,体积急速膨胀,甚至可以达到几千倍,一旦内部压力达到冲破"封闭系统"阻力的临界压力时,瞬间以冲击波的形式将能量放出,形成"爆炸".消除"爆炸":钢渣水淬中"水"要限制液态钢渣既能深入水幕之中,而又不超过水幕之外,在水力集中点上把钢渣击碎、粒化,使之不形成局部过热高温区,就可以消除"爆炸"现象和事故发生.钢渣水淬工艺设计生产要点a.钢渣具有良好的流动性是实现钢渣水淬的前提.b.保证供水是防止和消除"爆炸"的关键.c.有效地控制渣流量是防止"爆炸"的重要手段.d.严格操作水淬渣的用途a.因急冷,潜在较多的内孔,并抑制了C2S的晶型转变及C2S分解,使其性能稳定.b.呈颗粒状、粒度均匀、无粉尘、不需要再加工,产品质量好,为综合利用提供了非常方便的条件.c.烧结料层透气性好,显著提高了烧结矿强度及烧结机产量.d.制造水泥加工简便、强度高、性能稳定e.生产农用肥,磷、钙等有益成分容易被植物所吸收f.既可以代替河沙又可用于喷砂除锈g.既可筑路又可方便回收钢锭水淬工艺的特点a.简化了工艺b.炼钢排渣速度快c.钢渣水淬工艺要求水淬点尽量靠近排渣点,因而其工艺环节紧凑,占地面积小.d.基建投资省、运行成本低e.水淬钢渣质量好,利用价值高,可满足多种途径利用钢渣的要求,经济效益好.钢渣水淬工艺生存条件a.具有掌握"钢渣水淬工艺"生产的技术力量b.钢渣性能好c.有用户要求水淬钢渣可以用于制作渣砖、水泥,也可以作烧结矿添加剂,在有此类需求的情况下,水淬钢渣就有市场.(4)辊筒--水池热淬法操作过程:从炉内放出的液态渣通过渣罐倒入安装在对辊上方的中间罐,钢渣从中间罐下口按一定速度流到对辊之间,由于对辊旋转,形成薄层渣,并逐渐落入水池中急冷.有的采用单辊式.(5)风淬法①经风淬而形成微粒的转炉渣,可做建筑材料②工艺流程:前处理段、风淬段、热回收段、后处理段③优点:处理钢渣的同时,可回收钢渣显热的41%.这种处理方法液态钢渣不与水接触,无爆炸危险,整个过程在罩式锅炉内,操作环境好;排出的热空气和热渣的热量还可以进一步回收.④工艺参数a.工作压力:0.35~0.6MPa(压缩空气)b.耗气量:35m3/t渣(标态)c.处理能力:2~2.5t/mind.对钢渣流动性的要求:能倒入中间包,并能从中间包流出即可.⑤主要设备及构筑物a.风淬钢渣平台及倾翻装置,220-Ⅱ-Ⅰ型渣罐车的渣罐倾翻传动装置b.压缩空气管网及自动控制系统c.粒化器,外形尺寸:650mm*360mm*120mm,布有φ8mm、φ10mm的27个喷吹孔d.中间包,11m3渣罐e.固定渣罐座f.10t桥式抓斗起重机,1.5m3抓斗g.粒化钢渣冷却池14.5m*6m*4.2mh.水幕系统⑥特点a.技术成熟、工艺简单、投资少b.占场地小,同时需水量少,完全做到循环使用不外排c.粒化彻底、处理能力大d.节约渣罐、经济效应明显(6)钢渣粉化处理粉化方式:自然老化、温水老化及蒸汽老化自然老化:利用雨水、空气中的水分或人工洒水对钢渣进行自然水和,需较大的渣场,处理时间约2年.温水老化:处理时间1周,设备成本高,微粒成分偏析蒸汽老化:2天(7)选择钢渣处理方法的原则①处理能力大②处理后的成品状态适合于应用③处理后的成品应用效果好,经济效益高④生产工艺流程和设备简单⑤安全易行⑥处理成本低4.3炉渣的资源化途径与存在的问题4.3.1高炉渣利用途径(1)粒化高炉渣做水泥混合材(2)粒化高炉渣矿粉做水泥和混凝土掺和料(3)粒化高炉渣做砖(4)高炉渣做硅肥(5)缓冷渣做混凝土骨料、道路材料(6)膨胀矿渣珠做混凝土轻骨料(7)做矿渣棉、铸石、微晶玻璃材料4.3.2钢渣利用途径(1)钢渣利用途径:做水泥、做砖和砌块、作炼铁烧结矿原料、道路基层材料,配烧水泥熟料等.(2)钢渣的厂内循环再利用和冶金功能:A.用作烧结矿溶剂:(代替石灰石等)优点:①提高烧结矿强度,改善烧结矿质量②有利于提高烧结矿产量③有利于降低燃料消耗④有利于降低烧结矿的生产成本B.钢渣用作高炉溶剂优点:①提高铁水含锰量,在某些特定条件下还能富集钒、铌等有益元素,提高了资源综合利用程度②利用钢渣中的铁,取代部分铁矿石,降低了生产成本③代替石灰石,减少碳酸盐分解热,有利于降低焦比④钢渣中的MnO、MgO有利于改善高炉渣的流动性(3)筑路和建筑材料A.建筑材料:降低膨胀性B.铺筑道路优点:①防滑性好,不易开裂、拉裂(钢渣沥青路面)②承重层变形小,道路工作寿命长(轮碾试验)③抗冻解冻性,适应寒冷气候开放道路的使用(4)钢渣用于农业钢渣是一种以钙、硅为主含有多种成分的具有速效又有后劲的复合矿物质肥料.钢渣磷肥对酸性、中性和碱性土壤都有用,同时渣中丰富的CaO和SiO2等也有不同程度的肥效.(5)钢渣作水泥由于C2S的含量较多,水泥的后期强度持续增长优点:良好的耐磨性、耐腐蚀性、抗冻融性、水化热低、收缩率小等一系列特点.不足:水泥细度难以保证,细度不够影响水泥早期强度,水泥性能不稳定,尽量减少水泥中的MgO的含量.(6)钢铁渣作水泥的生态意义①水泥的制造过程采用石灰石配烧熟料,在高温下分解为CaO和CO2,直接参与反应的是CaO,而CO2排放到大气中,同时带走大量的热能,水泥的生产需要能耗大量的能源.能源的巨大消耗意味着大量CO2的排放因此在水泥生产中应愈来愈多地使用其他有水硬性能的原材料,至今为止最重要的是钢铁渣作为水泥的部分替代原料用钢铁渣配料则无CaCO3的分解,也不存在CO2污染大气现象,对水泥工业节能降耗、保护环境都有重要作用.(7)钢渣资源化所受的限制①CaO和MgO的存在使钢渣的体积不稳定②CaSiO4由α相向γ相的转变使钢渣容易粉化③其中氟和重金属有被雨水、浸出污染环境的危险④铁氧化物含量较高⑤与其他天然材料的市场竞争⑥钢渣直接返回冶金流程中再利用时磷会逐渐富集到铁中⑦某些含有有价元素如Cr、V等的钢渣还没有很好地开发利用(8)其他利用途径如果能除去钢渣中的P2O5,其余成分皆可作为炼钢溶剂循环使用.转炉渣在缓慢冷却凝固时,其中所含有的P2O5大部分固溶于初晶相Ca2SiO4-Ca3(PO4)2中,渣炉渣中的磷有98%进入初晶相Ca2SiO4-Ca3(PO4)2中.将转炉渣用碳质还原剂进行还原,可以将炉渣中的Fe、Mn、V、P等元素还原得到碳饱和铁,炉渣冷却后可回收铁粒.脱出了Fe、Mn、V、P等元素的转炉渣则主要含有CaO、SiO2、MgO等成分,很适合作冶金熔剂或其他材料.还原过程可以在转炉出渣时进行,利用高温炉渣的潜热,可以减少能量消耗.转炉渣高温碳热还原,不需添加任何溶剂,金属和氧化物容易分离,除磷彻底,如果在热态下进行,还可以充分利用转炉渣的热能,不失为转炉渣资源化的一个新途径.4.4少渣冶炼钢渣量增加的解决方法:减少钢渣的发生量促进钢渣的有效利用4.4.1日本几个钢铁公司的少渣冶炼工艺(1)新日铁的少渣冶炼工艺A.转炉双联法:一座转炉专用于脱磷,另一座用来脱碳B.同炉出铁排渣MSN空间完美搬家到新浪博客!。
