基本介紹
- 中文名：汽碎淺悶處理轉爐熔融鋼渣
- 類別：冶煉
- 提出日期：2009年
- 關鍵字：轉爐、 熔融鋼渣、 液態渣
技術方法,技術原理,工藝流程,
技術方法
熱悶法：將液態的鋼渣運至熱悶處理生產線，直接傾翻至熱悶裝置中，蓋上裝置蓋，自動化控制噴水產生蒸汽對鋼渣進行消解處理，8～12小時後裝置內溫度降至60℃，打開裝置蓋，用挖掘機將鋼渣剷出放入振動給料篩，<200mm的鋼渣輸送至篩分、磁選、提純加工生產線。
風碎法：用高速氣流在空中將落下的高溫液態鋼渣流股迅速擊碎為細小液滴，並隨氣流定向飛行，在飛行過程中迅速冷卻為半固態渣粒，直徑2mm左右，然後分散落入水中，迅速冷卻至常溫。
其它方法：主要有渣山冷棄法、淺盤熱潑水淬法、渣箱熱潑法、滾筒法等。熔融渣的顯熱利用方法，分為熔融渣物理熱回收技術和熔融渣化譽您櫃籃學熱回收技術。
熔融渣物理熱回收技術主要有風碎粒化餘熱鍋爐熱能回收法、風碎粒化振動流化床熱能回收法、連鑄式餘熱鍋爐熱能回收法、雙內冷轉筒粒化熱能回收法、轉杯粒化氣流化床熱能回收法、液態錫做熱載體的熱能回收方法享元只、滾筒鋼渣粒化及熱能回收法。熔融渣化學熱回收技術主要有生產礦棉、鋼渣熱態成型生產陶瓷產品、利用爐渣顯熱制氫求希舟技術、利用爐渣顯熱制煤氣技術等。
對於鋼渣處理，最完美的方案應該是：鋼渣所含全部資源（廢鋼、顯熱、終渣）能夠100%回收利用，並對環境不造成二次污染。作為實際方案，還可以加上經濟成本最低這一條。綜合分析目前國內外技術，還沒有一種技術能同時回收高溫熔融渣的顯熱、廢鋼並提高廢渣附加值。而隨著節能環保的大趨勢日漸到來，目前正是研發這一代新技術的大好時機。從回收廢鋼的角度來說，熱悶法也許是最合適的，最多可回收廢鋼10%，回收率90%以上；從有效回收熔融渣顯熱的角度來說，粒化技術最便於回收高品位餘熱；從提高廢渣附加值的角度來說，熱悶法和風碎法都比較合適，其廢渣產品穩定性和活性較好，可作水泥原料使用，粒徑等物理化學成分可控。
技術原理
汽碎淺悶餘熱回收法可回收轉爐熔融渣所含全部資源。它是在結合傳統風碎原理和傳統熱悶原理的基礎上，採用高壓蒸汽代替壓縮空氣，用淺悶池代替深悶池，並整合熱管餘熱回收系統，從而達到全部回收廢良頌辨鋼、顯熱、廢渣的目的。汽碎淺悶餘熱回收的原理主要包括熔渣冷卻原理、渣鐵分層原理、汽碎原理、淺悶原理及熱原理
（1）熔渣冷卻原理：關於高溫液態渣從1600℃冷卻到100℃以下室溫的過程，根據所選擇的冷卻工藝的不同，最後的終渣成分也十分不同。因此，為了獲得高品位的可供水泥行業使用的終渣，必須對熔渣的冷卻過程實行嚴格控制，這樣就必須對冷卻過程中所發生的內涵有所了解。基本上，在不同溫度段，有如下關鍵反應： 1600℃—液態渣 爐內高溫形成穩定熔融渣 1200℃—半液態渣 C3S分解成C2S800℃－700 ℃ —固態渣 β－C2S分解 500℃以下—固態渣 活性穩定，但安定性未定採用淬冷方式，數秒鐘之內渣溫度從1600℃降到600℃，快速通過了兩個不穩定溫度區，使分解反應較少發生，因此渣成分基本上保持爐內高溫渣成分（95%），活性成分得以保留。
（2）渣鐵分層原理：關於渣和鐵在液態下的存在狀態，有兩種不同的看邀喇法。傳統的看法，認為液態渣鐵由於比重、粘度等物理特性的不同，在包記憶體在一個分層接觸的界面。另一種看法認為，實際上這一明顯界只棗希紙面並不存在，而是液態渣鐵相互混溶與共存。本文認為，實際情況應為拆衷情況：在倒渣初期，應是混溶狀態；通過攪拌、靜置一段時間後，應會分層，鐵沉於底部。由於鐵渣的重量比一般在10%左右，而鐵的密度比渣的密度大2－3倍，所以鐵的體積一般只占總熔渣體積的3%－5%，也即很薄的一層。渣鐵是否分層對於後續各工序都有影響，甚至與是否加磁選設備和能否渣鐵預分離都有重要關係。
（3）汽碎的原理比較簡單，也是利用高壓蒸汽在空中將落下的高溫液態鋼渣流股迅速擊碎為細小液滴，液滴落下至篩板並與氣流介質換熱以回收顯熱，該過程中渣溫被冷卻至400℃左右。 汽碎有4個主要優點：1）高溫液態鐵極易氧化，採用蒸汽淬冷可減少氧化從而多回收廢鋼；2）同等條件下，蒸汽對渣粒的衝擊力優於空氣和氮氣；3）蒸汽的實質是H2O，處理過程可參與改善廢渣成分；4）蒸汽便於自產自用。
（4）淺悶的原理類似於傳統的熱悶渣工藝，也是利用水或帶壓蒸汽的作用穩定化處理渣成分，但是將悶渣時間大大縮短，即淺悶。傳統的熱悶渣約需懂譽龍十幾個小時，而淺悶的時間儘量控制在一小時以內，以減小占地和投資。淺悶的原因如下：採用蒸汽淬冷方法，可使液態渣瞬間粒化並成分基本穩定。淬冷過後的渣粒徑約φ2mm左右，已經達到普通熱悶的粉化效果； 蒸汽淬冷過後，主要活性物質C2S和C3S含量高，活性好；f－CaO含量在1%上下，渣穩定性好。風碎或汽碎鋼渣的活性成分要優於熱悶渣，而要加強穩定性，只需淺悶即可。汽碎過後渣溫仍有400℃左右，從安全和餘熱角度，需再降到常溫，因此需再悶，目的之一是換熱，因此淺悶即可。
（5）熱管原理：熱管是一種利用工質的相變來實現高效傳熱的元件。在餘熱回收場合，由於餘熱煙氣的溫度、含塵、間歇與波動等複雜性，使得換熱器的安全和壽命提到很重要的位置。熱管正適合這類場合的套用。
工藝流程
實際的系統可能在渣傳送及淺悶池等部分因工藝不同而有所不同，但整個汽碎淺悶餘熱回收法的流程基本上由以下幾大系統構成：
（1）進料系統：主要包括渣罐、流槽等；（2）處理塔：汽碎粒化系統：主要包括蒸汽噴嘴等；預分布室，送料系統：主要包括篩板、振動器等；擋板塔體 （3）淺悶池 （4）熱管換熱系統：包括軟化水箱、給水泵、除氧器、汽包、蒸汽蓄熱器、熱管束等；（5）磁選系統（6）除塵器及煙道系統技術經濟性分析
從資源價值分析可知，鋼渣中廢鋼的價值最大，因此鋼渣中廢鋼的實際比例關係重大。從文獻資料報導來看，鋼渣中廢鋼的比例可達10%，但實際調查發現，普遍只有7%左右。這其中有5%較易形成大塊鐵，容易回收；另2%混雜在廢渣中，大部分必須磁選才能選出，剩餘約0．5%左右存在於尾渣中無法簡單回收。因此，作為一個有代表性的經濟分析，我們取6．5%的廢鋼回收率比較符合普遍情況。 關於廢渣的品位，熱悶渣雖然穩定性好，但活性較差，必須再粉磨成鋼渣微粉激發活性才有利用價值。風碎渣穩定性也可，最重要是活性成分保留最多，而且粒度均勻細小。雖然實踐證明，無論哪兩種渣，都不適合直接用於水泥行業，但是，風碎渣的品位要高於熱悶渣這一點，是可以得到證實的。汽碎法比風碎法，Fe的氧化少。汽碎淺悶的終渣由於綜合汽碎與熱悶的優點，比風碎渣又要好些。幾類方法回收廢鋼與廢渣的情況比較見表2。 可見，汽碎淺悶法對於回收廢鋼和廢渣利用來說，是最優的方案。我國目前鋼渣利用率還較低（2009年只有22%左右），未來幾年我國的鋼渣處理可能以提高鋼渣利用率為主，重點解決好廢鋼渣的出路問題。鋼渣要做到“零排放”，其銷售出路必須要有一個廣闊、長期、穩定的市場來接納，這隻有水泥行業符合條件。
從這兩點來說，鋼渣熱悶先求成分穩定化保證安全，再配套鋼渣微粉工藝以便水泥套用，追求高附加價值，最適合我國目前的國情。但是，從長期的行業發展趨勢來看，汽碎淺悶餘熱回收法有著更強的生命力，更接近鋼渣利用的完美目標。其一，採用汽碎可以方便回收液態渣餘熱，餘熱效益甚至可與廢渣利用相提並論。鋼渣的餘熱利用，乃大勢所趨。其二，汽碎過程中，液態渣的活性成份更多地得以保留，並且初步得到穩定，有利於後續的廢渣升值利用。其三，汽碎粒化過程，使渣顆粒直徑達到2mm左右這對於後續的粉磨環節，可節省大量能耗。其四，汽碎過程耗時短，每噸渣只需3－5分鐘即同時完成餘熱回收、粒化、成分穩定等環節。尤其是粒化和成分穩定的耗時短，相比熱悶工藝，占地更少，投資更省，更節能。其五，汽碎過程中，1600℃的液態渣瞬間冷卻到600℃以下，整個冷卻過程在密閉塔內進行，並且不與水直接接觸，無爆炸危險，安全性優於熱悶工藝。
鑒於轉爐鋼渣流動性渣約70%，固態渣（含護爐渣、爐底渣）約30%的基本現狀、對鋼渣採用汽碎淺悶處理流動渣+常規熱悶工藝處理固態渣，可根本改變目前渣處理車間環境髒亂差和場地擁擠不堪的老大難局面。
（3）汽碎的原理比較簡單，也是利用高壓蒸汽在空中將落下的高溫液態鋼渣流股迅速擊碎為細小液滴，液滴落下至篩板並與氣流介質換熱以回收顯熱，該過程中渣溫被冷卻至400℃左右。 汽碎有4個主要優點：1）高溫液態鐵極易氧化，採用蒸汽淬冷可減少氧化從而多回收廢鋼；2）同等條件下，蒸汽對渣粒的衝擊力優於空氣和氮氣；3）蒸汽的實質是H2O，處理過程可參與改善廢渣成分；4）蒸汽便於自產自用。
（4）淺悶的原理類似於傳統的熱悶渣工藝，也是利用水或帶壓蒸汽的作用穩定化處理渣成分，但是將悶渣時間大大縮短，即淺悶。傳統的熱悶渣約需十幾個小時，而淺悶的時間儘量控制在一小時以內，以減小占地和投資。淺悶的原因如下：採用蒸汽淬冷方法，可使液態渣瞬間粒化並成分基本穩定。淬冷過後的渣粒徑約φ2mm左右，已經達到普通熱悶的粉化效果； 蒸汽淬冷過後，主要活性物質C2S和C3S含量高，活性好；f－CaO含量在1%上下，渣穩定性好。風碎或汽碎鋼渣的活性成分要優於熱悶渣，而要加強穩定性，只需淺悶即可。汽碎過後渣溫仍有400℃左右，從安全和餘熱角度，需再降到常溫，因此需再悶，目的之一是換熱，因此淺悶即可。
（5）熱管原理：熱管是一種利用工質的相變來實現高效傳熱的元件。在餘熱回收場合，由於餘熱煙氣的溫度、含塵、間歇與波動等複雜性，使得換熱器的安全和壽命提到很重要的位置。熱管正適合這類場合的套用。
工藝流程
實際的系統可能在渣傳送及淺悶池等部分因工藝不同而有所不同，但整個汽碎淺悶餘熱回收法的流程基本上由以下幾大系統構成：
（1）進料系統：主要包括渣罐、流槽等；（2）處理塔：汽碎粒化系統：主要包括蒸汽噴嘴等；預分布室，送料系統：主要包括篩板、振動器等；擋板塔體 （3）淺悶池 （4）熱管換熱系統：包括軟化水箱、給水泵、除氧器、汽包、蒸汽蓄熱器、熱管束等；（5）磁選系統（6）除塵器及煙道系統技術經濟性分析
從資源價值分析可知，鋼渣中廢鋼的價值最大，因此鋼渣中廢鋼的實際比例關係重大。從文獻資料報導來看，鋼渣中廢鋼的比例可達10%，但實際調查發現，普遍只有7%左右。這其中有5%較易形成大塊鐵，容易回收；另2%混雜在廢渣中，大部分必須磁選才能選出，剩餘約0．5%左右存在於尾渣中無法簡單回收。因此，作為一個有代表性的經濟分析，我們取6．5%的廢鋼回收率比較符合普遍情況。 關於廢渣的品位，熱悶渣雖然穩定性好，但活性較差，必須再粉磨成鋼渣微粉激發活性才有利用價值。風碎渣穩定性也可，最重要是活性成分保留最多，而且粒度均勻細小。雖然實踐證明，無論哪兩種渣，都不適合直接用於水泥行業，但是，風碎渣的品位要高於熱悶渣這一點，是可以得到證實的。汽碎法比風碎法，Fe的氧化少。汽碎淺悶的終渣由於綜合汽碎與熱悶的優點，比風碎渣又要好些。幾類方法回收廢鋼與廢渣的情況比較見表2。 可見，汽碎淺悶法對於回收廢鋼和廢渣利用來說，是最優的方案。我國目前鋼渣利用率還較低（2009年只有22%左右），未來幾年我國的鋼渣處理可能以提高鋼渣利用率為主，重點解決好廢鋼渣的出路問題。鋼渣要做到“零排放”，其銷售出路必須要有一個廣闊、長期、穩定的市場來接納，這隻有水泥行業符合條件。
從這兩點來說，鋼渣熱悶先求成分穩定化保證安全，再配套鋼渣微粉工藝以便水泥套用，追求高附加價值，最適合我國目前的國情。但是，從長期的行業發展趨勢來看，汽碎淺悶餘熱回收法有著更強的生命力，更接近鋼渣利用的完美目標。其一，採用汽碎可以方便回收液態渣餘熱，餘熱效益甚至可與廢渣利用相提並論。鋼渣的餘熱利用，乃大勢所趨。其二，汽碎過程中，液態渣的活性成份更多地得以保留，並且初步得到穩定，有利於後續的廢渣升值利用。其三，汽碎粒化過程，使渣顆粒直徑達到2mm左右這對於後續的粉磨環節，可節省大量能耗。其四，汽碎過程耗時短，每噸渣只需3－5分鐘即同時完成餘熱回收、粒化、成分穩定等環節。尤其是粒化和成分穩定的耗時短，相比熱悶工藝，占地更少，投資更省，更節能。其五，汽碎過程中，1600℃的液態渣瞬間冷卻到600℃以下，整個冷卻過程在密閉塔內進行，並且不與水直接接觸，無爆炸危險，安全性優於熱悶工藝。
鑒於轉爐鋼渣流動性渣約70%，固態渣（含護爐渣、爐底渣）約30%的基本現狀、對鋼渣採用汽碎淺悶處理流動渣+常規熱悶工藝處理固態渣，可根本改變目前渣處理車間環境髒亂差和場地擁擠不堪的老大難局面。
