熱態(tài)改性轉(zhuǎn)爐渣轉(zhuǎn)杯�；�試驗研究

王向鋒 馬光宇  劉常鵬  李衛(wèi)東  孫守斌  張?zhí)熨x  王東山

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山，114009）

摘  要：通過鐵尾礦熱態(tài)改性轉(zhuǎn)爐渣制備出與高爐渣堿度相近的復(fù)配渣，對復(fù)配渣進(jìn)行轉(zhuǎn)杯�；�試驗，分析了不同堿度對復(fù)配高爐渣玻璃化率和渣粒、渣棉產(chǎn)生量的影響。試驗結(jié)果表明，隨著復(fù)配渣四元堿度的降低，�；�渣粒玻璃化率逐漸升高，≤3mm渣粒產(chǎn)生量逐漸下降，渣棉產(chǎn)生量逐漸增加；復(fù)配渣四元堿度≤1.1時產(chǎn)生大量渣棉，渣粒產(chǎn)生量明顯減少；四元堿度≥1.2的鐵尾礦改性轉(zhuǎn)爐渣具備利用轉(zhuǎn)杯�；�工藝進(jìn)行干式粒化和余熱回收的技術(shù)可行性。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐渣；堿度；轉(zhuǎn)杯�；�

Experimental Study on Granulation of Hot Modified Converter Slag in Rotor

WANG Xiang-feng    MA Guang-yu    LIU Chang-peng    LI Wei-dong

SUN Shou-bin   ZHANG Tian-fu    WANG Dong-shan

(Iron and Steel Research Institute of ANGANG Group, Anshan 114009, Liaoning, China)

Abstract: Compound slag similar to basicity of blast furnace slag was prepared by hot modification of converter slag from iron tailings. Rotary granulation test was carried out on compound slag. The effects of different basicity of compound slag to vitrification rate and production of slag grains and slag cotton were analyzed. The test results showed that with the decrease of quaternary basicity of compound slag, vitrification rate of granulated slag grains and the production of slag grains less than 3mm increased gradually. The production of slag cotton increases gradually with the gradual decrease of slag basicity. When the quaternary basicity of the compound slag is less than 1.2, a large amount of slag cotton is produced, and the production of slag particles is obviously reduced. The iron tailings modified converter slag with quaternary basicity (≥1.2) has the technical feasibility of dry granulation and waste heat recovery by using the rotary cup granulation process.

Key words: converter slag; basicity; rotary granulation

1 前言

鋼渣是煉鋼過程產(chǎn)生的副產(chǎn)廢渣。據(jù)公開數(shù)據(jù)，2018年我國粗鋼產(chǎn)量約9.28億噸，鋼鐵冶煉過程中渣鋼比按0.13估算，全國產(chǎn)生的鋼渣總量約1.21億噸。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生的液態(tài)熔渣的出口溫度在1400~1500℃之間，熔渣的比熱容約為1.2kJ/(kg·℃)，每噸熔渣含有的顯熱約1260MJ~1880MJ。每噸熔渣含有的顯熱按照60千克標(biāo)準(zhǔn)煤折算，2018年我國鋼鐵行業(yè)液態(tài)熔渣所含余熱量折合約726萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，熱態(tài)鋼渣的節(jié)能減排潛力和經(jīng)濟效益巨大。

目前國內(nèi)外大部分鋼鐵企業(yè)均先將高溫熔渣進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s處理后再加工，提取其中的金屬作為物資來利用，而鋼渣顯熱的回收利用問題一直沒有得到有效地解決。我國鋼鐵企業(yè)大多采用熱悶法、滾筒法、風(fēng)淬法等處理鋼渣。本鋼等企業(yè)將熱悶工藝副產(chǎn)的余熱水換熱后用于洗浴、供暖[1]，估算熱利用率約10%左右；其它季節(jié)并無利用，能源浪費嚴(yán)重。另有某企業(yè)開發(fā)的鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶處理技術(shù)，其技術(shù)要點是鋼渣余熱有壓熱悶蒸汽溫度120℃，壓力0.2-0.4MPa，采用有壓熱悶蒸汽經(jīng)換熱器加熱其中的密閉循環(huán)水，加熱后的循環(huán)水進(jìn)而加熱發(fā)電工質(zhì)，最終通過工質(zhì)驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，其余熱回收比例較低，目前也未進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用[2]。

綜上所述，國內(nèi)外暫無成熟的鋼渣余熱回收技術(shù)，開發(fā)高溫鋼渣余熱回收利用技術(shù)將是降低鋼鐵生產(chǎn)能耗、提高能源利用率、促進(jìn)鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的重要研發(fā)方向。

作者提出一種新的轉(zhuǎn)爐渣余熱回收研究思路，即將轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行熱態(tài)改性為堿度接近高爐渣的復(fù)配渣，然后將其與高爐熔渣匯合利用轉(zhuǎn)杯�；�工藝進(jìn)行干式粒化和余熱回收，其優(yōu)勢在于：一是避開轉(zhuǎn)爐渣因熔點高、粘度大、流動性差等而難以進(jìn)行余熱回收的技術(shù)難點，從而間接實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐渣的余熱回收；二是�；�渣玻璃化率≥90%，可作為礦渣微粉原料使用，解決了轉(zhuǎn)爐渣因f-CaO、f-MgO超標(biāo)等引起安定性不良而導(dǎo)致的資源化難題。本文重點考察了不同堿度對轉(zhuǎn)爐渣改性復(fù)配渣玻璃化率和渣粒、渣棉產(chǎn)生量等因素的影響，為轉(zhuǎn)爐渣復(fù)配渣轉(zhuǎn)杯粒化余熱回收工藝的可行性提供依據(jù)。

2 試驗方法和試驗條件

2.1 試驗方法

試驗以500kg感應(yīng)爐和轉(zhuǎn)杯�；�試驗裝置為載體，先按照復(fù)配渣配方準(zhǔn)備好原料并混勻，然后啟動感應(yīng)爐，石墨坩堝預(yù)熱后將原料放入，熔化至1500℃后保溫30min，使復(fù)配渣熔液成分、溫度實現(xiàn)均勻化。然后將熔渣倒入轉(zhuǎn)運中間包中，運往轉(zhuǎn)杯粒化試驗平臺開展轉(zhuǎn)杯�；�試驗，考察不同堿度條件下復(fù)配渣進(jìn)行轉(zhuǎn)杯�；�余熱回收的可行性。

2.2 試驗原料及配方

轉(zhuǎn)爐渣取自鞍鋼煉鋼總廠。

改性劑為鐵尾礦，取自鞍山某尾礦庫。

表1是轉(zhuǎn)爐渣改性原料的化學(xué)成分 %

由表1可知，該鐵尾礦以酸性物質(zhì)為主，且由于與鐵礦石同源，復(fù)配后無二次污染，不會降低渣的潛在活性，適宜作為轉(zhuǎn)爐渣改性的原料。

表2是不同堿度轉(zhuǎn)爐渣改性復(fù)配渣化學(xué)成分。

表2 不同堿度轉(zhuǎn)爐渣改性復(fù)配渣化學(xué)成分

復(fù)配渣熔化混勻后進(jìn)行取樣，經(jīng)化學(xué)檢驗和X衍射分析，復(fù)配渣中無f-CaO、f-MgO存在，說明f-CaO、f-MgO已被鐵尾礦中的酸性物質(zhì)充分反應(yīng)，不影響復(fù)配渣的穩(wěn)定性。

2.3 復(fù)配渣轉(zhuǎn)杯�；�試驗參數(shù)設(shè)置

試驗除高爐渣堿度不同外，轉(zhuǎn)杯�；瘏�數(shù)設(shè)置及其它試驗條件不變。

表3是復(fù)配渣轉(zhuǎn)杯�；�試驗基本參數(shù)。

表3 復(fù)配渣轉(zhuǎn)杯�；�試驗基本參數(shù)

試驗檢測參數(shù)包括：冷卻初始風(fēng)溫及終了風(fēng)溫（最高風(fēng)溫），最終水溫，�；�后的高爐渣粒徑及玻璃化率等。

3 復(fù)配渣轉(zhuǎn)杯�；�試驗

3.1 轉(zhuǎn)杯粒化試驗裝置

圖1-圖4為轉(zhuǎn)杯�；�試驗系統(tǒng)。

3.2 試驗過程

不同堿度高爐渣轉(zhuǎn)杯試驗數(shù)據(jù)見表4，初始風(fēng)溫為30℃。

表4 不同堿度高爐渣轉(zhuǎn)杯試驗結(jié)果

圖5~圖8為復(fù)配渣轉(zhuǎn)杯�；�試驗產(chǎn)生的渣粒和渣棉情況。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 復(fù)配渣堿度與玻璃化率間的關(guān)系

圖9是不同堿度復(fù)配渣�；�后的玻璃化率情況。

由圖9可以看出，當(dāng)復(fù)配渣四元堿度為0.7~0.9時，復(fù)配渣渣粒玻璃化率很穩(wěn)定，均高于99%；當(dāng)復(fù)配渣四元堿度為0.9~1.3時，隨著四元堿度的降低，渣粒玻璃化率下降趨勢明顯增強，當(dāng)四元堿度為1.3時，玻璃化率最低，為91.09%。以上結(jié)果證明復(fù)配渣四元堿度與其玻璃化率總體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

4.2 復(fù)配渣四元堿度對渣粒、渣棉產(chǎn)生量的影響

圖10是不同堿度條件下復(fù)配渣渣粒、渣棉產(chǎn)生情況。

由圖10可以看出，隨著復(fù)配渣堿度的升高，≤3mm渣粒逐漸增加，而渣棉產(chǎn)生量逐漸下降，≤3mm渣粒與渣棉產(chǎn)生量在堿度為0.9~1.0范圍內(nèi)時接近平衡。當(dāng)堿度為1.3時，渣棉產(chǎn)生量已下降為5.43%。而渣棉的產(chǎn)生可對爐渣轉(zhuǎn)杯粒化工藝造成嚴(yán)重干擾，如熱風(fēng)含纖維量大，風(fēng)阻高，換熱效率下降等。

據(jù)重慶大學(xué)李凱等的研究，在轉(zhuǎn)杯�；�過程中，工質(zhì)流量負(fù)荷是關(guān)系到造粒是否成功的關(guān)鍵因素，并能顯著影響液滴粒徑。工質(zhì)流量和轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速對�；�液滴大小均有影響；轉(zhuǎn)速較低時，流量對粒徑影響更為明顯[3]。吳君軍等通過熱態(tài)實驗可以發(fā)現(xiàn)，渣棉等絲狀物形成的根本原因在于液與空氣發(fā)生對流換熱后冷卻凝固。降低溫度、減小流量或增大轉(zhuǎn)速都將會導(dǎo)致絲狀物比例升高[4]。

因此，當(dāng)操作工況、流體性質(zhì)、轉(zhuǎn)杯結(jié)構(gòu)等參數(shù)改變時，復(fù)配渣渣棉的產(chǎn)生量還可進(jìn)一步下降，渣粒產(chǎn)生量和換熱效果還有進(jìn)一步改善的空間，吳君軍等進(jìn)行的運行工況對�；�影響理論分析結(jié)果[5]亦可予以證實。

5結(jié)論

（1）四元堿度≥1.2的鐵尾礦改性轉(zhuǎn)爐渣具備利用轉(zhuǎn)杯粒化工藝進(jìn)行干式粒化和余熱回收的技術(shù)可行性，試驗條件下渣粒玻璃化率＞92%，≤3mm渣粒產(chǎn)生量＞85%，渣棉產(chǎn)生量＜9%，最高風(fēng)溫730℃。

（2）隨著復(fù)配渣四元堿度的降低，�；�渣粒玻璃化率逐漸升高，試驗復(fù)配渣四元堿度為0.7~1.3，其�；�渣玻璃化率全部≥90%，均可用于制備礦渣微粉。

（3）復(fù)配渣四元堿度≤1.1時將產(chǎn)生大量渣棉，≤3mm渣粒產(chǎn)生比例明顯降低，余熱回收難度較大。

參考文獻(xiàn)

[1] 李德斌.鋼渣熱悶處理工藝回水余熱的有效利用[C].第九屆中國鋼鐵年會論文集,2013.

[2] 郝以黨,吳龍.鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶處理及發(fā)電新技術(shù)[N].世界金屬導(dǎo)報,2017-8-1(B12).

[3] 李凱,王宏,朱恂等.流體轉(zhuǎn)杯離心粒化特性試驗[J].鋼鐵,2014,49(10),95-99.

[4] 吳君軍.高爐渣離心�；瘷C理及規(guī)律[D].重慶:重慶大學(xué),2016.

[5] 吳君軍,王宏,朱恂等.轉(zhuǎn)盤離心粒化中絲狀成粒特性[J].化工學(xué)報,2015,66(7),2474-2480.