綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)下鋼渣的回收管理研究

王大正

[本溪鋼鐵(集團(tuán))實業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司,遼寧 本溪 117000]

鋼渣是煉鋼生產(chǎn)過程中的常見廢棄物,占據(jù)鋼產(chǎn)量的15%左右。隨著煉鋼體系的擴(kuò)大,鋼渣產(chǎn)量不斷提升。目前鋼渣利用效率較低,不僅會污染環(huán)境,還會導(dǎo)致資源浪費。作為回收利用材料,鋼渣在處理及成分提取方面技術(shù)還不成熟,在綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)背景下合理打造鋼渣處理回收體系、進(jìn)一步開發(fā)其綜合價值,不僅可以充分挖掘廢棄物的隱藏潛力,還能助推我國煉鋼行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)節(jié)能減排創(chuàng)新。

1 轉(zhuǎn)爐鋼渣的常規(guī)處理

鋼鐵冶煉企業(yè)對鋼渣的處理方式多樣。以某煉鋼廠轉(zhuǎn)爐鋼渣處理為例,采用滾筒法,在1300 ℃～1550 ℃高溫下將鋼渣在滾筒內(nèi)部進(jìn)行極冷固化、破碎,整體流程較短,可為后續(xù)的鋼渣利用提供條件。從煉鋼轉(zhuǎn)爐運送出的鋼渣處于高溫狀態(tài),通過設(shè)備輸送到鋼渣處理車間,將其運送到滾筒裝置內(nèi)進(jìn)行處理,其中一部分流動性較差的鋼渣會轉(zhuǎn)移到熱潑渣池。滾筒處理之后的鋼渣會由排渣口排出,后續(xù)經(jīng)過振動篩、斗提機(jī)進(jìn)行二次處理,其中大于40 mm的大塊鋼渣會被分拆出來進(jìn)入粒鐵渣框,40 mm以下的鋼渣進(jìn)入料倉進(jìn)行后續(xù)處理。此處理方案有較大限制,處理的鋼渣往往是從煉鋼轉(zhuǎn)爐中輸送出的高溫鋼渣,塊度通常在30 mm以下。30 mm以上的鋼渣則通過熱潑渣池進(jìn)行后續(xù)處理并回收其中一部分金屬鋼片,將其作為固體廢棄物料集中處理[1]。該鋼鐵廠的生產(chǎn)運營規(guī)模較大,排放的鋼渣量約為每噸鋼水118 kg,其中含有近11%的鐵資源,若未能進(jìn)行后續(xù)加工提取會導(dǎo)致資源浪費。鋼渣處理過程中形成的渣粉缺乏集中處理體系,會對周邊環(huán)境造成較大的影響,污染水源及空氣,導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)被破壞,影響綠植生長。部分鋼渣通過轉(zhuǎn)賣方式獲取經(jīng)濟(jì)效益,但未能進(jìn)行磁選加工的鋼渣含鐵量較低,很難符合回收條件,導(dǎo)致外賣價格較低,無法實現(xiàn)資源最大化。

2 鋼渣的回收利用方向

鋼渣外觀形態(tài)及顏色存在較大的差異,這主要是由化學(xué)成分及生產(chǎn)加工過程中的各種影響因素導(dǎo)致的。呈現(xiàn)黑灰色的鋼渣堿度較低,呈現(xiàn)褐灰色及灰白色的鋼渣則堿度較高。大部分鋼渣質(zhì)地堅硬,孔隙較少,不同鋼廠生產(chǎn)體系及鍛造工藝下的鋼渣粒度也有所不同。從鋼渣回收處理模式來看,主要應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施工程及農(nóng)業(yè)肥料中,有著較強(qiáng)的附加價值[2]。如作為路面抗滑材料、冶金溶劑,部分鋼渣經(jīng)過處理后可作為農(nóng)業(yè)肥料,但目前用量較少,用量較高的是建筑施工領(lǐng)域,主要將其作為瀝青集料。具體類型及利用方向見表1。

表1 鋼渣常規(guī)利用方向

我國鋼渣的回收利用以鋼渣粉生產(chǎn)及鋼鐵渣復(fù)合粉生產(chǎn)為主。如建筑行業(yè)確定了礦物摻和規(guī)范,鋼渣已成為我國混凝土摻和料中的重要組成。鋼渣微粉及礦渣微粉的推廣應(yīng)用促進(jìn)了鋼渣循環(huán)經(jīng)濟(jì)價值的提升。鋼渣利用率受到f-CaO含量的影響,如將鋼渣作為道路基層材料及建筑回填料,要求材料浸水膨脹率控制在2%以下,金屬含鐵量控制在2%以下,因此f-CaO含量越高代表鋼渣利用價值越低。從不同處理工藝角度來看,經(jīng)過滾筒法及熱潑法處理的鋼渣具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值,可以與大型水泥企業(yè)進(jìn)行對接,將鋼渣作為水泥混凝土生產(chǎn)原料,實現(xiàn)鋼渣零排放及資源回收利用,創(chuàng)造附加價值。某企業(yè)采用熱潑法處理鋼渣,將其用于建筑瀝青、道路基層填料、配重砂。部分采用熱悶法處理工藝的企業(yè)可對尾渣成分進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)一步提升產(chǎn)量。利用鋼渣粉及礦渣粉進(jìn)行鋼鐵渣粉生產(chǎn),將其應(yīng)用于大型技術(shù)改造工程或煉鋼生產(chǎn)中,滿足混凝土C30的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求。鋼鐵渣粉在混凝土材料中占比20%左右,需進(jìn)一步加強(qiáng)工業(yè)化實驗,提升使用質(zhì)量。還可用于水泥生產(chǎn),如42.5級鋼渣硅酸鹽水泥已投入使用[3]。

3 鋼渣回收利用管理體系的設(shè)定

3.1 分級處理方案

結(jié)合鋼渣綜合利用價值及節(jié)能環(huán)保需求,為提高鋼渣利用率,減少資源浪費,需對原有生產(chǎn)線進(jìn)行工藝創(chuàng)新,結(jié)合煉鋼區(qū)域流動性選擇分級鋼渣處理體系。一次處理主要選擇滾筒處理方法及熱門處理方法。二次處理選擇篩分、破碎、磁選等處理技術(shù),打造一套科學(xué)的、合理的處理方案,提升處理效果,實現(xiàn)鋼渣與鐵的分離,保證鋼渣活性。在二次處理過程中打造閉環(huán)處理體系,處理后的鋼渣要按照粒度分成3個不同等級,40 mm以上的重新進(jìn)行破碎處理,10～40 mm的鋼渣及10 mm以下的渣粉按照性能和用途分別轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的回收及處理生產(chǎn)線上進(jìn)行集中處理。

3.2 處理方法的創(chuàng)新

3.2.1 滿足鋼渣分離需求

結(jié)合鋼鐵廠的具體生產(chǎn)及運作需求,為避免大塊鋼渣被廢棄,對經(jīng)過預(yù)處理的鋼渣進(jìn)行二次處理,采用破損、磁選及篩分方式將其分為不同粒度的原材料,滿足不同領(lǐng)域的使用需求。破碎之后利用傾斜隔篩進(jìn)行篩分,篩孔參數(shù)為150 mm,大于150 mm的鋼渣清理到一側(cè)進(jìn)行破碎處理。小于150 mm的進(jìn)行第二次粗篩,篩孔為40 mm,將篩分好的兩種不同級別鋼渣運送到不同的輸送帶上,設(shè)置除鐵器,避免鋼筋或鐵絲等雜物破壞破碎機(jī)[4]。利用破碎機(jī)破碎大于10 mm的鋼渣,經(jīng)10 mm篩口排出。帶式輸送機(jī)頭部設(shè)有1個磁選滾筒,將選出的廢棄物料轉(zhuǎn)送到集料箱中進(jìn)行后續(xù)處理。未經(jīng)過磁選的鋼渣轉(zhuǎn)送到儲存?zhèn)}庫,集中運輸?shù)礁魈幾鳛樵牧侠谩?/p>

3.2.2 滿足鋼渣回收需求

受鋼鐵生產(chǎn)線的影響,爐渣中的渣片有所增加,為快速回收此類渣鋼片,部分企業(yè)采取人工方式回收,不僅增加了成本,還導(dǎo)致效益下降。可通過創(chuàng)新設(shè)備方式設(shè)定二次處理工藝流程,在粗篩過程中回收含鐵量80%以上的渣鋼片,重新運送到轉(zhuǎn)爐進(jìn)行處理。在廢鋼磁選機(jī)上增加可調(diào)節(jié)的升降機(jī)構(gòu),結(jié)合具體磁選需求進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整,以提升廢鋼磁選機(jī)的運維能力。在皮帶磁選機(jī)末端增加一套細(xì)篩裝置,將磁選后的物料進(jìn)行再次篩分,大塊的尾料進(jìn)入破碎機(jī),等待下一道工序處理,而細(xì)碎的渣粉將作為原材料進(jìn)行后續(xù)利用。這種方式不僅能提升生產(chǎn)線上鋼渣回收效率,還能增加爐渣尾料性能的穩(wěn)定性。經(jīng)過篩分后的鋼渣成分及性能規(guī)范性更強(qiáng),有助于提升外賣價格,解決生產(chǎn)線處理不及時導(dǎo)致的細(xì)料潮濕問題。

4 鋼渣回收系統(tǒng)的優(yōu)化對策

結(jié)合煉鋼廠生產(chǎn)運行現(xiàn)狀,優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)及各項細(xì)節(jié),為鋼渣生產(chǎn)及回收利用提供參考。針對煉鋼廠的原料入爐、點火吹煉、過程控制、異常處置等進(jìn)行工藝模型優(yōu)化,打造系統(tǒng)化的管控體系,滿足鋼渣可持續(xù)生產(chǎn)利用的需求。

4.1 完善廢鋼管理制度

大部分鋼渣呈片狀或較小的粒度浮在鐵水表面,導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐開吹點火效果下降,容易發(fā)生泄爆事故,給生產(chǎn)線埋下安全隱患。需合理調(diào)整回收渣鋼加入量,將其調(diào)整為每爐1～1.5 t,在廢鋼斗上部加入。調(diào)整入爐操作細(xì)節(jié),鋼渣入爐后快速晃動,避免聚集點火異常及氫高泄爆[5]。

4.2 改造自動化吹煉模型

導(dǎo)致泄爆問題的主要因素是部分點火氧槍槍位偏高,加入鋼渣之后,大部分鋼渣浮在鐵水表面,部分區(qū)域打火失敗,而大量氧氣堆積在電除塵器內(nèi)部導(dǎo)致泄漏。因此需嚴(yán)格控制鋼渣回收及加入量,針對原有設(shè)備體系及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,構(gòu)建低槍位、低流量開吹點火模型,點火槍位置調(diào)整至1300 mm,將原有的供氧進(jìn)程2%(約34 s)提升至正常吹煉槍位,供氧強(qiáng)度控制在1.67 m3/(min·t),維持45 s之后通過系統(tǒng)自動控制實現(xiàn)階梯式供氧,該狀態(tài)維持90 s之后進(jìn)行正常供氧。

從實際運作角度來說,在鋼渣倒入轉(zhuǎn)爐之后,點火槍位置為吹煉槍位,點火流量控制在常規(guī)流量的52%左右,自動控制氧腔進(jìn)行階梯式供氧。冶煉過程中要交替槍位吹煉,深吹時間控制在30 s以上,深吹槍位不得在1100 mm以下。轉(zhuǎn)爐起槍前,深吹時間控制在1 min以上,其間持續(xù)供氧,直至達(dá)到了每噸每分鐘3 m3,此時深吹槍位不得低于900 mm。

4.3 控制加料溫度

原煉鋼廠冶煉過程控制主要根據(jù)人工經(jīng)驗,并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),而現(xiàn)代化信息技術(shù)實現(xiàn)了自動化調(diào)控,為人工控制提供了高質(zhì)量輔助體系。煉鋼廠需嚴(yán)格按照《煉鋼廠轉(zhuǎn)爐吹煉標(biāo)準(zhǔn)化管理制度》進(jìn)行過程控制,利用熱平衡計算得出不同輔料加入后的溫控標(biāo)準(zhǔn),制定規(guī)范性的加料操作方法。結(jié)合不同的鋼種或鐵水參數(shù)利用雙渣法進(jìn)行操作,考慮鐵水中的Si含量,Si≤0.35%時,前期可不扒渣,雙渣倒渣時保證倒出1/2左右渣量。由于轉(zhuǎn)爐終渣的流動性及堿度較高,需適當(dāng)保留部分鋼渣,提升前期效率,減少實際的消耗量,提升成渣速度。但是過多的留渣量會在一定程度上影響開吹點火效果,導(dǎo)致多次點火失敗,從而影響生產(chǎn)進(jìn)度。通過對生產(chǎn)體系的核算及現(xiàn)場實際情況分析,結(jié)合具體需求,在不影響點火情況的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高留渣量,保證渣鋼使用的安全。

某鋼鐵廠按照上述模式進(jìn)行生產(chǎn)線創(chuàng)新,全年處理了近73 029 t的轉(zhuǎn)爐鋼渣,其中回收渣鋼數(shù)量接近8000 t,有65 000 t的尾渣采取外賣方式處理,創(chuàng)造了極為可觀的循環(huán)收益。在鋼渣回收期間打造了一套能夠應(yīng)對多種原料及多種影響因素的吹煉模型,在提升煉鋼精度的同時實現(xiàn)原材料及成本控制,推動企業(yè)生產(chǎn)體系的節(jié)能環(huán)保建設(shè)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

建設(shè)節(jié)能環(huán)保體系已成為各行各業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。從鋼渣回收管理角度入手,結(jié)合煉鋼生產(chǎn)線實際,對鋼渣回收處理體系進(jìn)行分析,打造了一套低流量、低槍位點火模式,驗證其應(yīng)用效果,解決了生產(chǎn)過程中的泄爆問題,提升了鋼渣生產(chǎn)及利用率,促進(jìn)了鋼渣的回收,為我國鋼鐵冶煉資源回收再利用提供參考。