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炼钢铸余渣回收及综合利用

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《炼钢》2017年第6期

摘要:铸余渣主要含有C2S、C3S及少量铝酸盐和玻璃质,粒度小于1mm的铸余渣占比为53.11%,通过10mm过筛可获得41%的铸余渣尾粉。在水泥预粉磨中外掺6%的铸余渣,粉磨过程没有出现“饱磨返料”的现象,表明其易磨性较好,但粉磨产量下降4t/h,因此,单独粉磨铸余渣经济性不佳,需搭配各类混合材共同粉磨。在水泥中外掺6%的铸余渣后各项指标满足GB175—2007《通用硅酸盐水泥》。将铸余渣用于替代28%的磷渣微粉后的强度均有所降低,但后期强度可满足GB/T14902—2012《预拌混凝土》的使用要求。

关键词:铸余渣;回收;混合材;粉磨

0前言

LF钢包炉是借助电弧加热、造还原渣和底吹氩气搅拌等手段,达到快速脱氧、脱硫,均匀钢水温度、成分以及有效去除钢水中夹杂物的高效钢二次精炼设备,炼钢就是炼渣,由此产生的LF精炼渣,即是铸余渣[1]。目前,对铸余渣的处理都是与普通转炉钢渣混在一起翻倒于渣场内,冷却后磁选加工。由于铸余渣在冷却过程中为缓冷,最初的β型C2S相变为γ-C2S,导致铸余渣产生自然粉化现象[2-3],大量的细粉料极易产生粉尘,污染环境。目前,我国主要是将铸余渣进行热态循环再生利用,热态渣有两种循环途径,分别为倒入空包返回和倒入下一炉钢水返回精炼炉热态钢渣循环利用[4-5]。由于铸余渣倒入空包返回转炉出钢,其周转周期较长,余热利用值大大降低,操作难度大,因此,企业采用的较少。考虑到钢渣硫容量等问题,大多数钢铁企业一般循环利用3次左右,并根据循环次数不同采取不同的循环量[6]。现攀钢也采用在线循环利用法,已回收利用23%的铸余渣,剩余的因现有条件所限只能运往渣场处理。目前,鞍钢每年铸余渣产生量约30万t,曾开展过用于转炉助熔剂的研究。通过对铸余渣进行筛分、磁选,再运送到渣料仓,通过称量与少量黏结剂及其它物料配料后进入碾压机混均,最后通过压球机制成球状实体。但由于钢种不同使得铸余渣种类较多,对其分类要求较为严格,在实际操作中难以实施[7]。攀钢年产铸余渣约5万t,CaO含量约50%,Fe2O3含量平均小于2%,这与水泥熟料成分较为相近。经过相关研究认为,若能充分利用其所富含的Al2O3、CaO,使其替代转炉钢渣用于水泥混合材,将可以解决部分废渣循环利用的问题。

1试验原理

铸余渣从其组成大致可以分为五大类:CaO-CaF2渣系、CaO-Al2O3-CaF2渣系、CaO-Al2O3渣系、BaO-MgO-Al2O3-SiO2渣系、含铝灰的脱硫渣系。由于种类较多,在炼钢区域无法加以区分,在实际操作中只能将其混合处理和加工。将铸余渣经过简单筛分、磁选,渣、铁分离后分别使用,回收的精料返回电炉冶炼,尾渣则可用于水泥混合材。

2试验条件和方法

2.1试验条件和目的

结合实际生产进行规模试验,为此需新建一条简易的处理生产线,实现渣、铁的分离和尾渣的收集利用。确定合理的铸余渣分选工艺,在最大限度回收废钢铁的同时,确保尾渣产品的合格率,为工业性试验应用提供原料;其次,开拓尾渣在水泥中的应用研究,开展规模性试验,探索铸余渣在工业实际中的应用情况,为规模消化铸余渣创造可行条件。探索铸余渣在水泥中适宜的添加比例,确保水泥重要指标的合格和稳定。

2.2铸余渣的预处理

某渣场有一条钢渣处理生产线,其工艺流程较为复杂,各皮带落差较大,而铸余渣大部分为粉料,由其进行分选处理,如果环保措施未跟上,就会产生严重的粉尘污染,同时也会降低回收率。为避免上述问题的出现,需单独设计一条生产线。该生产线专门用于铸余渣的处理,需具备筛分、磁选功能,既能除渣回收其中的废钢铁,还能利用干净的尾渣粉。结合原钢渣处理生产线具有的筛分、磁选功能,对其进行微缩简化建设,以最短的流程实现分选。首先,由装载车或是货车将铸余渣输送至料仓,料仓垂直正下方是出料口,然后通过皮带输送,在其末端是永磁辊筒,可将铸余渣分离为渣钢和尾渣,尾渣进入震动分离筛,物料在此被分成2个不同规格的成品:0~10mm的渣粉和大于10mm的尾渣块。

2.3试验方法

2.3.1铸余渣的特性

铸余渣的特点是含铁量少、碱性高、氧化钙含量在45%~55%,粉状物料含量多,易粉化。

2.3.2试验方法

为了获得适用于水泥混合材的铸余渣,将铸余渣进行分选,生产出尾粉,为了解铸余渣作为水泥混合材的使用效果,先在试验室开展水泥胶砂试验,了解活性及安定性,然后在水泥粉磨站开展规模试验。

3铸余渣用于水泥混合材的试验研究

3.1铸余渣分选试验

将60t铸余渣原料运至改建后的铸余渣处理生产线。由于铸余渣粉料比例较大,且细度过细,极易形成粉尘污染,分选难度较大,为此,只能小批量进行喂料分选。

3.2试验室

试验为了解铸余渣作为水泥混合材的使用效果,按照水泥熟料和石膏分别为95%和5%的基准配比进行掺合料试验。将铸余渣以20%的比例替代水泥熟料,并分别用20%和30%的粉煤灰替代熟料,不同铸余渣和粉煤灰掺量下各物料的物理性能见表3。由表3可见,铸余渣掺量在20%时,28d抗压强度符合水泥的相应强度等级要求,并略高于掺粉煤灰的物料,且安定性合格。表明将铸余渣按20%的替代量作为水泥混合材使用,可以满足水泥的各项性能指标要求。

3.3规模试验

某水泥公司2×60万t水泥粉磨站以煤矸石电厂现有2×135MW机组的粉煤灰和炉渣为主要原料,采用无需生料粉磨和煅烧的工艺,生产高效能复合硅酸盐水泥。水泥粉磨采用二套由覫3.2×13m球磨机组成的开路系统,当水泥比表面积为400~440m2/kg时,每套系统产量45~55t/h。

4铸余渣用于混凝土混合材的试验研究

4.1铸余渣粉磨试验

前述试验室及工业性试验表明,铸余渣在成分及活性方面均具备作为水泥混合材的各项要求,这表明也可扩展铸余渣在混凝土中的应用途径,为此,在某建材公司进行了试验性研究。该公司是以粉磨电炉磷渣和煤矸石为主要原料的混凝土掺和料生产企业,现有的生产模式是电炉磷渣与煤气发生炉产生的煤矸石分别按70%及20%的配比,外加钛石膏,配料后通过覫2.2×11m球磨机粉磨至300目,产品主要供应混凝土搅拌站。该公司只有一条粉磨生产线,没有试验室条件,因此,只能根据前期在水泥厂的试验结果,将铸余渣在大球磨机进行粉磨后作为混凝土混合材使用。为保证混合材的质量稳定,磷渣的替代量为28%(20/70=28%),即替换相对量的20%。为了解铸余渣作为混凝土掺和料的使用效果,按表9的材料比进行粉磨试验。

4.2试验原材料

本次试验原材料主要为电炉磷渣、煤矸石、铸余渣。

4.3试验内容

粉磨过程中由于铸余渣细度过细,存在着和前述水泥粉磨时一样的情况,铸余包裹钢球进而影响粉磨效果,台时产量减少近2t/h,而磷渣也因细度问题常会产生“糊球”情况,为此需要搭配煤矸石炉渣进行“洗磨”,以便粉磨的顺利进行。

4.4试验结果

本次试验用P•O42.5级水泥,比表面积为315m2/kg的磷渣微粉,采用C∶W∶S∶G=360∶200∶820∶1020的配合比,并用磷渣微粉按40%等量取代水泥,再用20%的铸余渣替代磷渣微粉。

5结论

(1)根据铸余渣小于1mm粒径占53.11%的特性,简易改装普通钢渣处理生产线对铸余渣进行筛分处理,可获得41%的铸余渣尾粉,该尾粉可作为水泥及混凝土混合材使用。(2)在水泥预粉磨中外掺6%的铸余渣,粉磨过程没有出现“饱磨返料”的现象,表明其易磨性较好,但粉磨产量下降4t/h,因此,单独粉磨铸余渣经济性不佳,需搭配各类混合材共同粉磨。(3)在基准水泥中外掺6%的铸余渣后,其各项指标与常规水泥相近,满足GB175—2007规定的各项性能指标要求。(4)用20%的铸余渣替代磷渣微粉作为混凝土掺和料所配制的混凝土,其各龄期抗压强度均有所下降,但后期强度可满足GB/T14902—2012规定的使用要求。

参考文献:

[1]宋素格,王三忠,张振申.连铸铸余渣的返回利用[J].钢铁研究,2013,46(6):54-58.

[2]丁广友,徐志荣,史翠薇,等.LF热态钢渣循环再利用技术的开发与应用[J].炼钢,2006,22(4):12-15.

[3]李国宏,莫文海.LF精炼炉热态钢渣循环利用[J].冶金丛刊,2009,82(4):16-18.

[4]苏兴文,宋武,李晓阳.LF炉精炼炉渣用作转炉助熔剂[J].中国废钢铁,2009,63(3):61-63.

[5]吕延春,孙硕猛,张祥,等.一种精炼渣回收并在转炉回吃的使用方法[P].CN102337373,2012.

[6]徐建明.用液态状铁渣或钢渣利用转炉直接炼电石的方法[P].CN100368289C,2006.

[7]王菲,杨军,徐畔来.LF精炼炉渣性能探讨[J].甘肃冶金,2010,32(4):12-14.

作者:钱强 单位:攀枝花钢城集团有限公司

炼钢杂志责任编辑:张雨    阅读:人次