一种热能回收钢渣处理工艺方法研究

（上海市宝山区中冶宝钢技术服务有限公司，上海 201900）

摘 要：本文针对钢渣以及钢渣余热的利用问题，提出了一种钢渣处理方法，文中简述了底滤法（OCP）、因巴法（INBA）、拉萨法（RASA）、图拉法（TYNA）等典型的水淬法工艺，对风淬法、双内冷却转筒粒化法、Merotec熔渔粒化流化法、机械粒化法、连铸连轧法、化学法等丁？法处理技术的研究进展和发展现状进行了总结。本文主要研究冷却方式对炉渣产品的物相结构及品质的影响;建立冷却速率与炉渣品质的关系;对熔渣等温和连续冷却结晶的动力学进行分析。并对旋转杯干法粒化高炉熔渣工艺条件的优化进行探讨。同时建立高炉熔渣旋转粒化过程中颗粒成型过程模型，研究高温高炉熔渣在旋转粒化过程的成型机理;建立渣粒粒径预测模型。

关键词：高炉渣;佘热利用;冷却速率;预测模型

1 前言

我国是目前全球最大的钢铁生产大国。钢铁的产量遥遥领先于其他国家，已经连续16年保持世界第一。往往每生产1吨生铁所产生的高温炉渣为0.3吨，而钢渣的产生比例为13%。目前，我国年生产钢铁6.83亿吨，为此要产生出2.9亿吨的钢铁渣，与此相伴随的显热，相当于1740万吨标准煤所产生的热值。

2 高温炉渣的处理方法

高炉渣实际上是钢铁生产原材料中没有挥发组分形成的物质，约占钢铁原投入材料的95%[1-3]。这种方法不仅会污染地下水源，而且在降温时会放出大量的水蒸气，同时，在处理过程中会释放大量的H2S和SO2气体，这对钢铁生产设备以及大气环境均会产生一定的影响，因此主要应用于事故处理中的紧急预案。

（1）底滤法。底滤法就是在冲制箱内先利用多孔喷头喷射高压水对高炉炉渣进行水淬粒化，然后进入沉渣池。最后集水管会对过滤后的冲渣水经由泵加压后送入到冷却塔进行冷却后重复使用。在底滤法的应用中，滤池总深度较低，而相应的机械设备较少，在进行相应的施工、操作、维修相对来说都较为便利。底滤的缺点就是所占的面积大，系统的投资也比较大。

（2）拉萨法。1967年，日本福山钢铁厂1号高炉（2004 m3）上首次应用拉萨法来进行相应的高温炉渣处理。拉萨法由英国RASA公司和日本钢管公司共同合作开发，其具体工艺流程如下：首先，将高炉溶渣引流到冲制箱，然后通过压力水进行水淬，之后混合而成的渣浆，引流到粗粒分离槽中进行浓缩，浓缩渣浆再引流到脱水槽进行脱水，分离槽水面的漂浮的微粒渣经由溢流口流入中间槽，然后由中间槽泵流到沉淀池，再利用排泥泵送回到脱水槽，与粗粒分离器流入的渣水混合物一起进行脱水处理，最后脱水后得到水渣由卡车外运。

（3）图拉法。图拉法粒化渣工艺是由俄罗斯图拉厂发明，其原理是通过机械力将熔渣粒化并喷水冷却产生水渣。图拉法的特别之处在于，其在渣沟下增加了粒化轮，炉渣落至高速旋转的粒化轮上，被机械破碎、粒化，粒化后的炉渣颗粒在空中被水冷却、水淬，最后产生的气体通过烟囪排出。

（4）因巴法。20世纪80年代初，比利时西德玛（SDIMAR）公司与卢森堡保尔-乌斯（APUL-WURTH）公司共同开发出因巴法，并于1981年在西德玛公司投入运行。

通过对上述几种典型高炉渣处理湿法工艺的主要技术指标进行比较，结合当前我国企业的技术实践，目前安全性能最高的是图拉法，而环保型因巴法尽管在技术上较为成熟，但投资量相对较多，在目前我国环保高压政策下，因巴法在企业实践中也得到较多的应用。。而传统的水淬渣方式，尽管较有简便，但却存在一些不足，主要体现在：

1）对高炉渣所带来的高品质余热资源有一定的浪费。目前我国高炉排出的液态高炉渣温度为1350°C？1450°C，而为了将这些高炉渣冷却，这时需要大量的水，而在高温下，这些液态水迅速转化成了气化水蒸气，在没有相应的回收装置下，这些气化水直接排放到空中，这对高品质余热资源也是一个很大的浪费。据统计，在我国2.9亿吨的年产生高炉渣和转炉渣的冷却水中，其浪费的显热，相当于1740万吨标准煤;2）对水资源是一个很大的浪费。目前在水冲渣过程中，水渣比例相当，而水压大于0.2MPa，这样每吨渣需要消耗新水0.8？1.2吨。由此算来，我国目前高炉生铁产量超过6. 8亿吨，由此产生的渣和需要消耗的水量均约为2亿吨，这在某种程度上提高水资源的承载力，对水环境平衡造成了一定的影响。

3 高炉渣余热回收的重要性

随着钢铁行业节能减排的约束指标更加严格，同时降耗空间越来越小、难度越来越大，这就需要将工作重心转移到二次能源的回收利用与能源的高效转换上。

4 本文研究的主要工作

高炉渣余热回收的关键是热量回收与品质调控的协同调控，当前的研究在理论基础和实验手段上都取得了长足的进行，但存在很多问题，主要表现在：已有的众多研究成果多数都是侧重余热回收和品质调控中的一个方面来研究，未将二者统一起来考虑;高炉渣的资源化主要由其矿物组成所决定，这与熔渣冷却过程中的冷却过程紧密相关，而目前的研究缺少炉渣冷却速率对炉渣物相结构及品质的演变机理的系统研究;余热回收途径的延吉主要集中在物理法，对于化学法回收余热的方法研究相对较为匮乏。

本论文以钢铁工业节能减排为背景，以能量转化与传递为主线，以余热回收和品质调控为目标，为钢铁工业高效回收高炉熔渣余热技术的发展提供科学支撑。

旋转杯干法粒化高炉熔渣工艺条件的优化。旋转杯粒化装置的优化设计;研究转杯开孔孔径、转速等工艺条件对粒化渣粒平均粒径、粒度分布、颗粒均匀程度和非晶品质等的影响;得到实验装置条件下最佳的粒化条件。

通过以上研究达到如下目标：弄清高炉渣冷却过程冷却速度与产品物相结构及品质二者之间的相互关系，优化高炉渣余热回收和品质调控的工艺技术，为高炉渣资源最大限度综合利用的工业化实现提供理论和技术支撑，这对于冶金行业实现低碳经济、循环经济有显著推进作用。

5 总结

本文提出一种在高炉渣余热回收中充分将余热回收和品质调控相结合的方法，克服了传统过程中单一因素考虑的弊端，为高炉渣余热回收提供了新的方向。文中充分研究了炉渣冷却速率对炉渣物相结构及品质的演变机理，为高效回收高炉渣显热与炉渣品质调控的协同机制提供了方向，同时提出建立高炉熔渣旋转粒化过程中颗粒成型过程模型，研究高温高炉熔渣在旋转粒化过程的成型机理;建立渣粒粒径预测模型。

参考文献：

[1]胡俊鸽.国内外高炉渣综合利用技术的发展及对鞍姻的建议[J].鞍钢技术，2003（03）：8-11.

[2]张朝晖，莫涛.高炉渣综合利用技术的发展[J].中国资源综合利用，2006，24（05）：12-15.

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