本鋼轉爐鋼渣處理技術實踐研究
1 引言
轉爐鋼渣是轉爐冶煉過程中的必然產物，是固體廢棄物的一種。如按每噸鋼產生10%渣量計算，國內年產生的廢棄鋼渣約為3000萬噸。鋼渣是由鈣、鐵、硅、鎂、錳、磷等氧化物構成的，其中鈣、鐵、硅、鎂的氧化物占絕大部分。各國都有大量鋼渣棄置堆積［1］，占用土地，影響環境。所以，轉爐鋼渣的循環利用是鋼鐵冶金技術研究的重要課題。
本鋼150噸轉爐研發、采用了一種新型的鋼渣處理方式，這種方法使鋼渣完全破碎；鋼與渣充分分離，有利于鋼渣的進一步應用。與傳統的鋼渣處理方法比較，工藝裝備操作簡單、自動化水平高、處理效率高、占地面積小、投資少，消除了鋼渣對環境的污染，粒化后的鋼渣有利于鋼渣的循環利用。
2 工藝設計
針對轉爐高溫液態爐渣，利用“化整為零”的思想，利用旋轉輪齒建立一種新型高溫液態鋼渣與水的接觸方式，避免形成高溫液態熔渣“包裹”水而產生爆炸現象；同時利用液態熔渣與水接觸的物理特性，采用快速“激冷”，抑制鋼渣內能，使鋼渣完全破碎；鋼與渣充分分離。
其工藝流程為：轉爐出渣后，通過車間吊車將渣罐運至渣罐傾翻機，轉爐熔渣經渣罐傾翻機均速（速度可調，處理一爐渣時間在5～15分鐘內）倒入熔渣流槽，流入到粒化器的鋼渣，被高速旋轉的粒化輪機械粉碎成粗顆粒。采用高壓水噴射對熔渣進行一次水淬，渣水一同落入二次水淬渣池進行二次水淬。經兩次遇水急冷收縮產生應力集中而碎裂，同時進行熱交換。二次水淬渣池中的粒化渣經提升脫水器提升并脫水，形成含水率約10%的成品渣，進入皮帶運輸機外運。
3 實踐結果與分析
3.1 鋼渣水淬的機理分析
高溫熔渣處理大都離不開水，由于高溫液態熔渣的熱含量高，當與水相遇時水會吸熱產生大量的蒸汽，如果環境封閉，則隨即產生爆炸。如果在鋼渣處理時避免出現封閉現象，則不會產生爆炸。
本鋼采用的轉爐鋼渣粒化方法，是由裝有高溫液態熔渣的渣罐在固定式傾翻機上均勻流出，經流渣槽鋪展、穩定進入高速旋轉的粒化輪，內部水冷的高速旋轉的粒化輪將集中的流動渣分散成基本運動方向相同的大量液態粒渣，運動中液態粒渣與運動方向的水簾相撞，產生冷卻與淬化，冷卻淬化后的粒渣落入下方水池中產生二次冷卻淬化。由于這種化集中為分散、分段冷卻的方式，完全消除了爆炸的可能性。
轉爐鋼渣在粒化的瞬間，鋼渣顆粒內一般存在兩種力的現象。即除去粒化輪旋轉撞擊力外，一是快速吸熱產生氣體的膨脹力；二是液態渣不同組分之間在冷卻時產生的應力。實踐證明，液態渣流出均勻、適度緩慢，粒化效果就越好。
3.2 粒化后鋼渣巖相分析
轉爐鋼渣在處理過程中如果噴灑少許水量，因鋼渣冷卻速度的加快，鋼渣的分離度則大大改觀，分解后的渣塊粒度也大大減小。水淬法則是采用快速水冷卻方式，這種方式充分利用了冷卻過程的應力促使鋼渣分解與粒化。
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粒化后的爐渣狀態為散、細小顆粒狀，黑色。照片1～2為轉爐鋼渣水淬后與未經水淬爐渣的巖相比較。巖相分析表示，快速水冷卻方式使爐渣的組織形態更加均勻。
爐渣主要巖相組成為長條狀硅酸三鈣[1]、較大板塊狀硅酸三鈣[2]、硅酸二鈣[3]、方鎂石[4]、鐵酸鈣[5]和RO相[6]。硅酸三鈣呈長條狀、較大板塊狀，其含量約占40%-45%；硅酸二鈣呈粒狀，其含量約占30%；方鎂石呈粒狀，其含量約占10%；鐵酸鈣、RO相呈它形晶，填充在C3S，C2S晶體間，其含量約占20%。
通過對水淬爐渣主要物相組成分析，得出以下結論：
（1）水淬爐渣的巖相組成仍與轉爐普通終渣結構基本相同，以長條狀硅酸三鈣、粒狀硅酸二鈣為主；（2）較普通轉爐終渣巖相更加均勻，且無游離氧化鈣；（3）水淬工藝對爐渣的巖相結構無大的影響。
3.3 粒化效果分析及粒鋼提取
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如表1是一組爐渣水淬的數據，鋼渣的粒化速度是6t/min。成品渣平均粒度為Φ3.3～3.5mm。成品渣粒度分析見照片3～6，采用化學法對渣中全鐵進行了分析，分析結果：W（TFe）%=24.44。
適度改變鋼渣流入流槽速度，會相應粒化后鋼渣的平均粒度。圖1為不同傾翻速度與成品渣粒度的分布關系，分析認為，由于傾翻速度緩慢，導致鋼渣與水充分接觸碰撞，鋼渣急冷破碎完全，使平均粒度降低。
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本鋼采用的這種鋼渣處理方式后，一次渣成型粒度小、且均勻，其鋼渣粒度如上表1，這種粒度的鋼渣大大減少了鋼渣粉化所需要的工作，由于鋼與渣的淬化分離，有利于金屬鐵的提取。如下表2為二組不同爐次采用吸鐵方法，對渣中金屬鐵的分離結果，照片7為磁選后的粒鋼，磁選后粒渣的金屬鐵分析為殘余（小于2%），從表2中可以看出不同爐次鋼渣中的鐵含量偏差較大。
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照片7 磁選后的粒鋼
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4 技術要點
轉爐鋼渣良好的流動性是轉爐鋼渣所有水淬法的前提條件，因為良好的轉爐鋼渣的流動性能使鋼渣平穩、均勻地流出，同時在流出時被粒化輪均勻地分散。所以，轉爐出渣后，應盡快開出渣車、盡快把裝有鋼渣的渣罐吊運到傾翻機上傾翻粒化，以便減少鋼渣溫降。
鋼渣流入流槽的流入速度也是非常重要的，鋼渣快速的流入對于鋼渣的粒化速度是有利的，縮短了粒化時間；但是，鋼渣過于快速的流入則不利液態鋼渣與水的熱交換，粒化后的鋼渣平均粒度增大。相反，慢速的鋼渣流入則會導致鋼渣溫降增大、流動性不好，會產生鋼渣流槽粘渣，增加流槽清理工作量，減少粒化作業率。所以必須適度增加鋼渣流入速度。
轉爐濺渣后的爐渣因鋼渣流動性變壞，從而不利于轉爐的鋼渣粒化。從理論與實踐驗證，轉爐在濺渣護爐時，不是轉爐內的液態鋼渣越多濺渣效果就越好，因為爐內的鋼渣殘留過多，會減弱射流的沖擊力而影響濺渣效果。所以根據經驗先倒轉爐內的一部分鋼渣進行淬化，而留有適量的爐渣進行濺渣護爐，濺渣后作為下爐的留渣，有利于二者的工藝目的。
5 結論
本鋼首次研發成功的轉爐鋼渣轉輪式水淬處理工藝方法，已應用于工業性生產試驗。生產實踐表明，提高轉爐鋼渣處理的效率，關鍵在于提高轉爐高溫液態熔渣的比例，減少落地渣和高溫半固態和固態爐渣。該工藝方法達到如下指標：
(1) 效率每分鐘高達8噸、安全可靠；鋼渣分離度好，磁選提取率可達98%以上；
(2) 工藝布置緊湊，主體設備結構簡單，占地面積小(100m2)；
(3) 鋼渣粒化液壓傾翻渣罐速度可調，粒化周期可控范圍大，時間在5～15分鐘內；節水、節電，耗水量0.457噸水/噸渣，噸渣耗電1.5kWh/t。
(4) 水淬后的鋼渣粒度均勻，粒度小于Φ5mm的比例達95%以上。
參 考 文 獻
[1] 王紹文等.固體廢棄物資源化技術與應用.北京：冶金工業出版社.2003.6.343
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