钢渣热焖工艺技术改进实践

王连其，刘志海，任起坡，张现东

（河北纵横集团丰南钢铁有限公司，河北 唐山 063313）

目前，我国未利用钢渣尾渣累积堆存量超过18亿t，利用率却只有10%左右，与西方国家相比，利用率较低，这不仅浪费了资源，同时也会对环境造成破坏。钢渣主要是由硅酸三钙、硅酸二钙等矿物组成，属于一种潜在的凝胶材料。但钢渣所含的凝胶成分少、活性低，在很大程度上制约了钢渣高价值资源化利用[1]。所以，必须要做好钢渣预处理，尽可能将钢渣粉化，将铁渣分离，从而提高金属料回收率，降低尾渣中游离氧化钙含量。

自河北纵横集团丰南钢铁集团有限公司（全文简称丰钢）一期项目投产以来，钢渣热焖一直困扰着生产，经常出现渣子闷不透、渣中带钢、出坑率低，导致热焖坑周转不及时，直接影响到正常生产和安全生产。为此成立公关小组对钢渣热焖进行技术攻关，取得了较好的效果。

1 钢渣热焖原理及流程

钢渣热闷工艺的反应机理包括物理变化和化学反应，受化学反应膨胀应力、相变应力以及收缩应力的共同作用，钢渣粉化，游离氧化钙大幅度降低，实现钢渣分离[2]。

1.1 物理变化

物理变化是指高温钢渣遇水蒸汽急速冷却，由于钢与渣的膨胀系数不同，产生不均匀冷缩，致使渣壳爆裂分开。另外，随着钢渣温度的降低，渣中的水硬性矿物C3S开始发生晶形转变，体积膨胀，钢渣进一步粉化。以上物理变化是钢渣热闷工艺实现渣钢分离的基础。

水硬性矿物C3S的晶形转变过程：C3S→C2S+CaO

1.2 化学反应

化学反应是指钢渣中游离的氧化钙和氧化镁遇水蒸气发生水解反应，并出现程度不一的体积膨胀，在热焖罐中，基于高温、高压条件，钢渣可快速粉化。这种水解反应消除了钢渣的不稳定性，是钢渣资源化利用的基础。具体反应为：CaO+H2O=Ca（OH）2，体积膨胀97.8%；MgO+H2O=Mg（OH）2，体积膨胀148%。

根据渗透理论，随着水蒸气分压变大，传质系数随之增大，所以在钢渣热焖工艺中，水化反应时间将随着热焖罐水蒸气浓度增加而缩短[3]。利用热焖罐中钢渣余热，借助自解技术产生过饱和蒸汽进行热焖，可快速消解掉钢渣中游离的氧化钙和氧化镁。

1.3 钢渣热闷工艺流程

钢渣热闷工艺流程：高温钢渣—天车—冷凝—闷渣池—翻渣—盖盖—打水热闷—开盖—汽运、皮带—钢渣二次磁选。

1.4 技术特点

1）可在线处理钢渣，整个流程精简、效率高。

2）适用性强，对钢渣初始温度、流动性等没有具体要求。

3）通过对热焖过程中罐中的温度、压力等参数进行调整，可以对钢渣中游离氧化钙的含量进行有效控制。

4）该工艺耗时短，与其他热焖法相比，时间可缩短约10 h，仅需1.0～1.5 h即可，可以满足大中型炉炼钢快速排渣的需求。

5）尾渣具有较强的稳定性，加之并没有降低水硬性矿物的活性，所以具有较高的资源化利用率。

6）钢渣粉化彻底，处理后的钢渣60%以上中粒度小于10 mm。

7）工艺流程环保节能，减少了环境污染，有利于清洁生产。

2 造成热焖坑周转不及时的原因

1）丰钢生产以低碳钢为主，钢水碳含量相对偏低，过氧化严重，渣中FeO含量相对偏高，渣子偏稀入坑温度高；倒渣时渣中带钢。

2）钢渣热焖、翻渣工艺不能满足快节奏生产需要。

3）除尘阀门控制不好，不能实现有压热闷。

4）焖渣效果差，钢渣块度大，不能直接皮带输送。

3 改进措施

3.1 转炉渣改进

1）首先从转炉入手调整转炉底吹参数，采用大流量底吹气体，增强中后期搅拌，严格把控一次倒炉碳含量，减少钢水过氧化，降低渣中FeO含量，控制w（FeO）在15%以内[4]。

2）降低转炉造渣料的加入量，控制炉渣碱度在2.6～2.8之间，终渣w（MgO）为8%左右。

3）加强转炉操作，控制喷溅，减少炉坑白渣量。4）转炉出钢必须出净，严禁倒渣带钢。

3.2 改进热焖工艺制度

1）增加渣罐数量，延长液态渣在渣罐当中的冷凝时间达到6 h以上，基本保证倒罐时罐内全部为固态渣或有一定黏度的钢渣。

2）重点关注翻渣过程，对存在液态渣较多的罐次，至少翻渣3次以上。每次翻渣做到深翻，大块渣子用耙子打开，确保块状渣子小于400 mm。延长两罐之间的翻罐时间，使钢渣充分降温。

3）翻渣过程中有打不开的大块或钢块要清理出来，以免大块在渣子上方形成保护伞影响透水。

4）对各闷渣坑的气动阀门进行了改进，闷渣过程中根据蒸汽情况及时调节气动阀门的开度，保证两个排气孔有蒸汽冒出，使闷渣坑内部始终处于正压状态，确保闷渣效果。

5）水系统增加了冷却塔，大大降低了喷淋水的温度，较少了闷渣打水时间。

6）焖渣打水时间控制在8～10 h，前1 h根据蒸汽量适当调整水量，之后按60 m3/t打水，使钢渣充分与水结合，减少了钢渣板结，总用水量控制在400m3。

3.3 增加钩机数量

改进钩机携带翻渣爬，提高备件质量降低车辆故障率，提高车辆作业时间。加强员工操作技能培训。

4 改进效果

1）采用新的焖渣处理工艺，钢渣处理周期由原来的20 h缩短到目前的不足12 h，消除了原来渣跨堆积大量渣山的情况；钢渣热焖后含有10%～15%水分，现场二次扬尘的现象得到杜绝。渣处理场地空气平均含尘量由原来的10 mg/m3降低到4 mg/m3，较好地改善了环境。

2）采用焖渣处理后的钢渣，粒度＜20 mm的量占60%～80%，与原来的钢渣热泼工艺相比，省去了后续深处理的多级破碎设备。

3）钢渣分离效果好，大粒级的钢渣铁品位高，金属回收率由原来的94%提高到95%；尾渣中金属含量＜2%，减少了金属资源的浪费。

4）钢渣热焖处理使尾渣中的游离CaO和游离MgO充分消解，消除钢渣不稳定因素，使钢渣用于建材和道路工程安全可靠，尾渣的利用率达100%。

5）钢渣热焖处理使用来自于其他工序产生的污水，不需要新水补充，节约水资源，同时减少了废水排放对环境的污染。

6）改进后的热焖技术钢渣小粒级有了明显提升，皮带运输作业率提升到60%，极大降低了汽运车辆使用量。

5 结语

通过各道转炉和热焖工艺上的改进，降低了原有热焖工艺对环境的污染，缩短了处理周期，大大降低了工人的劳动强度，提高了皮带作业率，真正起到了为生产保驾护航的作用。