錢 強(qiáng)

(攀枝花鋼城集團(tuán)公司,四川攀枝花 617022)

轉(zhuǎn)爐渣熱燜試驗(yàn)研究

錢 強(qiáng)

(攀枝花鋼城集團(tuán)公司,四川攀枝花 617022)

為提高轉(zhuǎn)爐渣的綜合利用率,降低渣中游離氧化鈣含量,對(duì)熱態(tài)轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行熱燜預(yù)處理試驗(yàn),通過(guò)不同打水量和熱燜周期,探索了游離氧化鈣的最佳消解途徑。試驗(yàn)結(jié)果表明：利用轉(zhuǎn)爐渣余熱將冷水汽化后成為蒸汽,每噸熱渣需消耗近0.6t的水量。在冷卻水的噴灑時(shí)間周期上,應(yīng)以30 min的短周期為宜,且在第2天及第4天仍然需要各噴灑一次,整體熱燜時(shí)間需要近150 h,可使轉(zhuǎn)爐渣中的游離氧化鈣消解至2%以下。

轉(zhuǎn)爐渣;熱燜;f-CaO;粉化率

1 引言

轉(zhuǎn)爐鋼渣是煉鋼過(guò)程中,為了脫除雜質(zhì)而加入一定量石灰等造渣材料而形成的。由于氧化鈣、氧化鐵及氧化鎂含量高,目前已大部分用于水泥鐵質(zhì)校正料、水泥混合材以及煉鐵燒結(jié)熔劑等。但由于轉(zhuǎn)爐渣中含有較高的游離氧化鈣,極易產(chǎn)生膨脹開裂的危害,限制了其在水泥中的大量應(yīng)用。而對(duì)于其預(yù)處理及深加工需因地制宜,攀鋼由于場(chǎng)地有限無(wú)法實(shí)施在線翻渣處理,只能根據(jù)煉鋼生產(chǎn)安排的要求,轉(zhuǎn)爐渣渣罐統(tǒng)一組罐后才能運(yùn)往渣場(chǎng)傾翻,由此造成了轉(zhuǎn)爐渣流動(dòng)性差,大部分呈(半)固態(tài)。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)普遍采用的預(yù)處理方法為熱潑法[1],該方法具有排渣適應(yīng)性強(qiáng),渣、鋼分離效果較好,便于保產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn),不足之處在于占地面積大,燜渣時(shí)間長(zhǎng),用水量大,轉(zhuǎn)爐渣粉化率低。特別是其中含有較高的游離氧化鈣(f-Ca O),限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。為此,需采用匹配的處理工藝,解決這一問(wèn)題。

2 試驗(yàn)材料

目前國(guó)內(nèi)采用轉(zhuǎn)爐渣的預(yù)處理工藝后,渣的粉化率低,塊度不均勻,f-CaO含量普遍為6%～10%,這是采用傳統(tǒng)的熱潑工藝造成f-CaO偏高的主要原因,熱潑渣經(jīng)過(guò)打水后,表面的水分形成蒸汽隨即散發(fā),而內(nèi)部的水分由于不能形成一定的壓力,水分被蒸發(fā)或是冷卻后滲透至渣底流走,致使大量的水分無(wú)法與轉(zhuǎn)爐渣中的f-CaO充分接觸,從而降低f-CaO的消解。

攀鋼目前有120噸煉鋼轉(zhuǎn)爐5座,產(chǎn)鋼500萬(wàn)噸,可產(chǎn)鋼渣40萬(wàn)噸,日產(chǎn)渣量為1333 t。轉(zhuǎn)爐平均冶煉周期為40 min、日平均出鋼爐數(shù)35爐。對(duì)于造渣工藝,具有如下特點(diǎn)：鐵水煉鋼堿度R=CaO/ (SiO2+V2O5+TiO2)=2.66,石灰加入量為每噸鋼30～50 kg,半鋼煉鋼堿度R=CaO/SiO2=3～5,石灰加入量為每噸鋼15～30 kg。冶煉過(guò)程總渣量為65～70 kg/t鋼,經(jīng)拉碳倒?fàn)t流失一部分后,濺渣時(shí)的渣量約為35～45 kg/t鋼。冶煉終點(diǎn)的轉(zhuǎn)爐渣成分見表1,液態(tài)爐渣的溫度為1400～1430℃,粘稠度較大。

表1 半鋼煉鋼冶煉終點(diǎn)的轉(zhuǎn)爐渣成分

3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)用熱燜箱見圖1,是由10 mm厚的鋼板焊接成1800 mm×1800 mm×2500 mm的長(zhǎng)方體,上面加蓋1820 mm×2520 mm的鋼板一張,鋼板上布置兩個(gè)φ90 mm的減壓排氣閥。箱體四個(gè)頂角處焊接卡板,便于加上蓋板后用角鋼鍥片卡緊以保證密封性。箱體底部留有兩個(gè)泄水孔,便于冷卻水的收集,距箱體頂部20 mm處布置一圈φ30 mm水管(箱體外部入水管為φ60 mm),并在箱體外接10 m的φ50mm的橡膠軟水管,進(jìn)行遠(yuǎn)程輸送水,同時(shí)安裝水表計(jì)量。在蓋板內(nèi)側(cè)也焊接兩排平行的水管,在每一根水管上均布置兩排孔徑小于5 mm的小孔,兩排孔間距15 mm,同排之間孔距間隔40 mm。

圖1 試驗(yàn)用熱燜箱

4 試驗(yàn)方法

采用熱潑技術(shù)利用轉(zhuǎn)爐渣余熱,是目前國(guó)內(nèi)處理轉(zhuǎn)爐渣普遍運(yùn)用的方法。此次試驗(yàn)將熱潑和熱燜方式結(jié)合起來(lái),將熱潑產(chǎn)生的塊狀紅色渣裝入熱燜箱內(nèi),施以霧狀噴水,隨后分六次間斷噴水,停止噴水后保溫保壓。

將熱燜箱的4/5埋于渣坑內(nèi),連接好水管,確保通水順暢,即可進(jìn)行熱燜工藝試驗(yàn),探索最佳的噴水及熱燜工藝制度。

試驗(yàn)步驟：熱潑棄渣結(jié)束后,用抓鋼機(jī)抓取400～800℃的固態(tài)紅色渣,投入熱燜箱內(nèi),添加至箱體的4/5,壓實(shí)、壓平后加上蓋板,用四個(gè)角鋼鍥片將其卡緊,在蓋板上鋪以500 mm厚的轉(zhuǎn)爐鋼渣后壓實(shí),以利于密封形成保溫和保壓的條件,接通水管對(duì)轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行分階段打水,打水結(jié)束并熱燜一段時(shí)間后,開啟蓋板,挖出自然堆放,取樣分析。

4.1 第1次試驗(yàn)

按照上述試驗(yàn)步驟,分六次打水。前三次每打水10 min停1 h;后三次每打水10 min停2 h,打水結(jié)束后繼續(xù)熱燜10 h,打開蓋板,取樣分析。

試驗(yàn)開始即進(jìn)行打水,由于熱燜箱內(nèi)存有較高的熱應(yīng)力,熱量被水吸收后迅速氣化,產(chǎn)生強(qiáng)大的蒸汽壓力,迫使排氣閥瞬間被沖開,白色蒸汽釋放出來(lái),隨著內(nèi)部壓力的逐漸減少,水分也隨之蒸發(fā)完畢。1 h后無(wú)蒸汽排放,即進(jìn)行第2次補(bǔ)水,補(bǔ)水后仍有少量蒸汽排出,說(shuō)明表面的熱量已散失,只有內(nèi)部的鋼渣還有待進(jìn)一步的冷卻,第3次補(bǔ)水后無(wú)氣體釋放,箱體內(nèi)已無(wú)壓力存在,水分順渣流走。

4.2 第2次試驗(yàn)

依然分六次打水,加大打水量,前三次每打水30 min,停1 h;之后的三次每打水15 min,停1 h,打水結(jié)束后燜渣36 h再打開蓋板,取樣分析。

為了提供更多的蒸氣,增加了打水量,由于停水導(dǎo)致第二次的打水量不足,從而加大了第三次的打水量,隨后縮短打水周期,結(jié)束全部打水后繼續(xù)熱燜36 h,開蓋后取樣分析。

4.3 第3次試驗(yàn)

此次試驗(yàn),在熱燜箱體上方四周加焊水管,水管上布有5 mm的小孔,與箱體蓋板上的噴水管使用同一水源,從而加大水量。

依然分六次打水,前三次每打水30 min停30 min;后三次每打水15 min停30 min,打水結(jié)束燜渣48 h后補(bǔ)充水分15 min,熱燜4天后再補(bǔ)水15 min,打開蓋板,取樣分析。

第一次打水結(jié)束30 min后,強(qiáng)行關(guān)閉排氣閥,并用大塊鋼渣壓緊,防止新蒸汽的泄漏,并使熱燜箱內(nèi)保持一定的壓力,讓蒸汽與f-CaO充分接觸,之后分階段縮短打水周期,讓水分快速與f-CaO反應(yīng)。六次打水結(jié)束后熱燜2天,繼續(xù)打水15 min,4天后再打水15 min,開蓋后取樣分析。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)三次熱燜試驗(yàn),掌握了熱燜的技術(shù)要求,特別是水量及打水周期,對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼渣的熱燜起著主要的作用,表2、3、4為三次熱燜試驗(yàn)的打水及化驗(yàn)情況。

表2 第一次熱燜試驗(yàn)打水及化驗(yàn)結(jié)果

由表2中的打水情況及化驗(yàn)結(jié)果可以看出,按照逐步加大打水周期,每次打水10 min后,熱燜渣中的f-CaO含量相比熱潑渣有所減少,但只有上層及中層的稍有降低,說(shuō)明少量的水蒸氣與上層及中間層渣中的f-CaO發(fā)生了反應(yīng),而剩余的水分只能沿著冷渣的表面流走,沒(méi)有達(dá)到熱燜的條件。其次水量不足,導(dǎo)致未能產(chǎn)生更進(jìn)一步的急冷作用。觀察熱燜后的轉(zhuǎn)爐鋼渣,發(fā)現(xiàn)仍有300 mm左右的大塊渣存在,粉化情況不理想,未能進(jìn)入渣塊內(nèi)部進(jìn)行更充分的熱燜。轉(zhuǎn)爐渣密度按3000 kg/m3計(jì),經(jīng)測(cè)算,每噸熱渣的耗水量為7.8/(1.8×1.8×2.5)× 4/5×3=0.4 t,全部熱燜耗時(shí)18 h。

表3 第二次熱燜試驗(yàn)打水及化驗(yàn)結(jié)果

由表3可見,適當(dāng)增加水量并縮短打水周期,每噸熱渣的耗水量為8.4/(1.8×1.8×2.5)×4/5×3= 0.432,全部熱燜耗時(shí)43.25 h。同時(shí),為了保證更好的熱燜,全部打水結(jié)束后還自行燜渣36 h,可以增加一定的壓力,使?fàn)F解能力增強(qiáng)。最終,綜合取樣熱燜渣中的f-CaO含量得到了大幅度的下降,表明加大水量和延長(zhǎng)熱燜時(shí)間完全可以實(shí)現(xiàn)f-CaO的消解。

表4 第三次熱燜試驗(yàn)打水及化驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

由表4中的數(shù)據(jù)可見,為了達(dá)到再次增加水量并縮短打水周期,對(duì)熱燜箱體的打水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,同時(shí)對(duì)后續(xù)的自行熱燜繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間,給與充分的熱燜條件,讓水蒸氣進(jìn)入渣塊內(nèi)部,實(shí)現(xiàn)全部的燜解。每噸熱渣的耗水量為11.9/(1.8×1.8×2.5) ×4/5×3=0.61 t,全部熱燜耗時(shí)149.76 h。

首先,觀察了熱燜后的轉(zhuǎn)爐渣,第三次熱燜后的轉(zhuǎn)爐渣塊度大小不均,但相比前兩次已無(wú)大塊,粉化情況稍好于前兩次。采用鐵棍推搗熱燜渣時(shí),隨即松散分離。挖取15.5 kg的熱燜渣,通過(guò)19 mm的篩網(wǎng)篩分后,篩余為4.65 kg,篩下物占70%,表明粉化效果較好。這說(shuō)明以上的措施使熱燜箱內(nèi)保持一定的壓力,不僅讓蒸汽與f-CaO充分結(jié)合,而且產(chǎn)生急冷作用和體積膨脹,使轉(zhuǎn)爐渣破解。

綜合對(duì)比三次熱燜試驗(yàn)所需的水量及時(shí)間周期可見,要使轉(zhuǎn)爐渣中的游離氧化鈣得到充分的消解(＜2%),每噸熱渣消耗近0.6 t的水量是必不可少的;其次,在冷卻水的噴灑時(shí)間周期上,應(yīng)以30 min的短周期為宜,且在第2天及第4天仍然需要各噴灑一次,整體熱燜時(shí)間需要近150 h。這樣,第一天的高頻率噴灑產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)是為了熱渣的急速冷卻粉化,讓渣塊產(chǎn)生較大的裂縫,促使渣鐵的分離,便于后續(xù)冷卻水及蒸汽進(jìn)入熱渣的內(nèi)部,而第2天和第4天的噴灑則是為了實(shí)現(xiàn)游離氧化鈣的充分消解,轉(zhuǎn)化為氫氧化鈣達(dá)到最終的粉化目的。

綜合以上分析,采用燜罐熱處理工藝,保持一定的熱燜壓力,縮短熱燜周期,可使蒸汽在一定壓力作用下浸入轉(zhuǎn)爐鋼渣縫隙的能力增強(qiáng),蒸汽與轉(zhuǎn)爐鋼渣中的f-CaO發(fā)生反應(yīng),生成氫氧化鈣產(chǎn)生體積膨脹,使鋼渣自解粉化,達(dá)到破碎的目的,同時(shí)消除了轉(zhuǎn)爐鋼渣的不穩(wěn)定因素,為在建材中的應(yīng)用提供了一定的保障。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)利用轉(zhuǎn)爐鋼渣余熱將冷水汽化后成為蒸汽,使鋼渣f-CaO得到消解。

(2)熱燜中產(chǎn)生蒸汽越多,渣汽接觸時(shí)間越長(zhǎng),蒸汽在一定壓力作用下浸入鋼渣隙縫能力亦越強(qiáng),鋼渣中f-CaO獲得最大的消解,產(chǎn)生體積膨脹使轉(zhuǎn)爐渣自身破解。

(3)使轉(zhuǎn)爐渣中的游離氧化鈣消解至2%以下,每噸熱渣需消耗近0.6 t的水量。

(4)在冷卻水的噴灑時(shí)間周期上,應(yīng)以30 min的短周期為宜,且在第2天及第4天仍然需要各噴灑一次,整體熱燜時(shí)間需要近150 h。

[1] 李遼沙,曾 晶,蘇世懷,等.鋼渣預(yù)處理工藝對(duì)其礦物組成與資源化特性[J].金屬礦山,2006(12)：71-74.

[2] 張同生,劉福田,王建偉,等.鋼渣安定性與活性激發(fā)的研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào),2007,26(5)：980-984.

Experimental Research of Pyrolysis of Converter Steel Slag

QIAN Qiang
(Panzhihua Steel City Group Company,Panzhihua 617022,Sichuan,China)

In order to increase the comprehensive utilization ratio of converter slag and reduce the content of free calcium oxide,the hot reduction treatment of hot converter slag was carried out,and the optimum digestion route of free calcium oxide was explored by different water quantity and heat storage period.The test results showed that the waste heat of converter slag is used to vaporize the cold water into steam,and each ton of hot slag needs to consume nearly 0.6 tons of water.In the spraying time cycle of cooling water,the short period 30 min is appropriate,and in second day and 4th day still needs the spray once,takes nearly 150 hours of time to hot-stewed slag,digesting free calcium oxide in converter slag is less than 2%.

converter slag,pyrolysis,f-CaO,pulverization rate

TF09

A

1001-5108(2017)04-0017-03

錢強(qiáng),碩士,高級(jí)工程師,主要從事固體廢物處理與再利用研究工作。