【分享】寧鋼鋼渣資源化利用的創新與實踐

寧鋼鋼渣資源化利用的創新與實踐

鋼渣是鍊鋼生產過程中排出的熔渣，是一種數量巨大的工業固體廢棄物。由於各鋼廠鍊鋼工藝不同，鋼渣產出量佔粗鋼產量的10%～15%。近幾年我國粗鋼產量年均8億t左右，鋼渣產出量約1億t，綜合利用率約30%，遠低於日本(綜合利用率98.7%) 。大量鋼渣的堆積造成土地侵佔、環境汙染和資源浪費。因此，如何有效地採用先進技術，解決鋼渣轉化使用難題，將大量鋼渣轉化為資源，已經是各鋼廠急需解決的問題。

寧波鋼鐵有限公司(簡稱寧鋼)位於浙江省寧波市北侖區，是一傢俱備400萬t轉爐鋼生產能力的長流程鋼鐵生產企業，每年產生鋼渣約50萬t。該公司高度重視鋼渣資源的開發與利用，建立了從轉爐鋼渣接收、處理、回收和尾渣磨細粉的全流程控制體系，解決了渣鐵分離難、尾渣無去向的兩大難題，實現了鋼渣100%資源化利用，達到了零排放，取得了巨大的社會、經濟和生態效益。

1 鋼渣的組成

1.1 鋼渣的化學成分

用X射線熒光光譜分析儀測試寧鋼轉爐鋼渣化學成分，主要由氧化鈣、氧化亞鐵、氧化鎂、二氧化硅和氧化鋁等組成，如表1所示，其中氧化鈣成分高達43%，鐵氧化物含量達到34%。從理論上來說，經過特定的技術實現有效地回收，鈣質可以返回鋼廠燒結替代石灰，鐵質可以代替廢鋼，提高金屬回收率。因此，鋼渣是可以有效利用的“二次資源”，應該採用專有技術進行資源開發。

1.2 鋼渣的礦物成分

寧鋼轉爐鋼渣最主要的礦物相成分有硅酸二鈣(C2S) 、硅酸三鈣(C3S) 、鐵酸三鈣( C3F) ，其次是ＲO相和少量的遊離氧化鈣(f－CaO) 和遊離的氧化鎂(f－MgO) 。由於主要礦物組成為硅酸二鈣和硅酸三鈣，與硅酸鹽水泥熟料相似，是一種具有潛在活性的膠凝材料，滿足國標《用於水泥和混凝土中的鋼渣粉》規定的活性指數要求，為鋼渣生產鋼渣粉並在水泥和混凝土中綜合利用創造了很好的條件。

2 寧鋼鋼渣處理工藝技術

寧鋼鋼渣處理工藝路線如圖1所示，各工藝流程需要匹配，同時前道工序要為下道生產產品創造好條件。

2.1 轉爐留渣雙渣造渣技術

採用轉爐留渣雙渣造渣工藝技術，從源頭減少鋼渣量。其工藝要點是: 在同一個轉爐中，先進行脫硅、脫磷操作，中間排渣; 然後進行脫碳操作，出鋼後留渣，兌入鐵水後進行下一輪操作。該工藝實現了脫碳渣的循環利用，同時實現了脫磷渣的中間排渣。基本原理就是利用轉爐冶煉前期溫度低這一有利於脫磷反應熱力學條件，將上爐由於溫度高已基本不具備脫磷能力的終渣，用於下爐吹煉初期脫磷。溫度降低後的爐渣又重新具備了脫磷能力，並在溫度上升至對脫磷不利之前，將爐渣部分倒出，然後加入少量渣料造渣進行第二階段吹煉脫碳和進一步脫磷。由於上爐爐渣可以被下爐再利用，因而能夠大幅度減少鍊鋼石灰、輕燒白雲石等原材料消耗和鍊鋼渣量，石灰等輔料消耗量可降低15% 以上，產出渣量可降低15%以上。

2.2 鋼渣預處理工藝

寧鋼鋼渣處理主要採用滾筒法工藝，轉爐出渣後，將液態渣直接傾倒進裝有鋼球且運轉的滾筒中，並進行噴水。高溫鋼渣被急速冷卻、粉化、研磨後流入粒化輪被甩出，實現破碎和渣鋼分離同步完成，做到了鍊鋼熔渣不落地。滾筒渣處理流程短，處理能力2～5t /min，生產效率高，鋼渣充分粉化，粒度小於10mm 的渣粒約佔總量的90%以上，實現渣-鐵有效分離，便於後續含鐵物質磁選。

鋼渣中的遊離氧化鈣和遊離氧化鎂遇水膨脹，會造成後續的產品開裂，易引發事故，因此在預處理時要充分進行穩定化處理。滾筒工藝的優點是熔渣破碎充分，大量的遊離氧化鈣和遊離氧化鎂與水蒸汽反應生成了氫氧化鈣和氫氧化鎂，f－CaO≤3%，具有微膨脹特性，解決了鋼渣的安定性問題。

2.3 鋼渣加工處理技術

寧鋼的鋼渣加工採用機械破碎和粉磨兩種工藝。預處理後的鋼渣送到破碎磁選生產線，採用溼法磁選分級技術，經過破碎磁選鋼渣中的大尺寸鐵顆粒後，篩下的小顆粒和鐵粉處理環保難度大，該技術用溼法處理無粉塵。將磁選篩分後的富鐵渣料、精鐵粉、粒子鋼的混合料放入球磨機中，通過鋼球和鋼渣的相互作用衝擊及鋼渣和鋼渣之間的衝擊，使渣鐵分離，用0.4～0.6MPa的高壓水沖洗廢鋼表面的雜質，再通過二級磁選把精鐵粉、粒子鋼、乙級渣鋼和尾渣分離。提升乙級渣鋼品位70%以上，鋼渣尾渣中的精礦粉全部提取，尾渣中的金屬鐵含量小於1%。可返鋼廠使用產品的利用情況列於表2。

2.4 尾渣深度處理技術

國內對鋼渣尾渣利用方式的研究很多，但工業化應用很少。寧鋼通過多種方式的比較，結合區域市場特點，採用尾渣生產鋼渣微粉路徑，在2017年年初建成投產一條具備年產30萬t的鋼渣尾渣微粉生產線，每月生產鋼渣微粉約2萬t。作為加工鋼渣微粉的原料，要求尾渣的金屬鐵含量＜1%，水分＜10%，粒度＜10mm，通過高壓輥壓機+高效選粉機+收塵系統組成的閉路擠壓系統，經過多次擠壓、分選、除鐵和烘乾逐步細化，由收塵系統送入管磨機+ 收塵系統的開路粉磨工藝系統，最終磨成鋼渣粉送到成品庫。經過實踐得出，鋼渣粉磨得越細，活性越高。隨著鋼渣比表面積的增大，鋼渣中的礦物質與水接觸面積增大，水分子容易進入礦物內部加大水化反應，提高鋼渣的活性。該工藝粉磨效率高，鋼渣粉產量50t /h，產品比表面積450m2 /kg，細度合格率達到98%以上，Ｒ7強度比達到75%，Ｒ28強度比達到90%。

3 經濟效益分析

從鋼渣中選取鐵質、鈣質等有價資源返回鋼廠使用，為鋼廠節約了大量的成本，全年返回渣鋼約佔鋼渣產出量的25%，按照當前廢鋼價格，僅這項就降低鋼廠的生產成本5700萬元。鋼渣粉按照3%的比例配加到燒結參與混勻造堆，每年可節約生產成本約300萬元。鋼渣尾渣加工成鋼渣微粉，銷售給水泥建材行業，按照年產30萬t 測算，可增加銷售收入4500 餘萬元。

4 結語

寧鋼的實踐證明，要做到鋼渣的資源化處理，重點要在鋼渣的預處理工藝流程中解決鋼渣的安定性問題，同時採用鋼渣微粉生產工藝是目前工業化應用的有效路徑。寧鋼實現了鋼渣零排放，鋼渣由“汙染”向“資源”的華麗轉變，具有明顯的效益優勢和巨大的環境優勢。

文章來源：殳黎平 吳洪義

( 寧波鋼鐵有限公司)