马钢钢渣在线粒化处理与循环利用

马钢钢渣在线粒化处理与循环利用2014年11月

马钢第四钢轧总厂2

马钢新区有300t转炉3座，设计产量820万吨钢/年。马钢公司在建设新厂区炼钢系统时，在厂内同步建设了转炉渣风碎生产线、转炉渣水淬生产线、KR渣加工线、无组织干渣加工线、钢包渣滚筒处理线、废弃耐火材料处理线，分别用于处理KR渣、转炉渣、钢包渣等。

其中转炉渣风碎生产线、转炉渣滚筒水淬生产线、KR渣加工线、无组织干渣加工线布置在炉渣间、炉渣热泼槽布置在炉渣间，废耐材加工线设在冷修区，钢包渣处理线设在热修区。另外还在废钢间配套建设了细颗粒料返回利用线。

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渣处理一期项目于2006年6月开始施工，

生产线线陆续达到工业性连续生产要求。2007年3月12日转炉滚筒水淬处理线投产热试，2007年3月21日转炉渣风碎生产线投入热试。至2008年年底，转炉渣滚筒水淬生产线、转炉渣风碎生产线、钢包渣滚筒水淬生产线及废钢料配料2011年6月26日渣处理二期工程开始建设，2012年7月28日渣处理二期工程主体项目钢渣热闷生产线投产热试。2012年8月热闷渣加工线投入运行。

通过对国内外渣处理工艺及生产现状调研考察，明确渣处理的工艺选择及工艺流程设计依照“在线实时细分、全过程不落地、综合处理、综合利用”的原则进行。

除了将炼钢系统产生冶炼渣分为高温液态转炉渣、脱硫渣、无组织干渣、钢包铸余渣和废包衬之外，还将高温液态转炉渣按流动性分为稀渣和粘渣，脱硫渣分前渣和后渣，钢包渣根据钢种工艺路线和渣中金属含量进行划分。

4在线实时细分，全方位多角度处理分别选择不同处理方式来处理，选择处理工艺时充分考虑处理成本与收益之间的平衡，尾渣利用与铁元素回收兼顾。例如，转炉粘渣铁含量较高，通过热闷法处理，渣铁分离彻底，铁元素回收率高，效益好，而对于铁含量较低的稀渣来说，热闷效果差，成本高，回收渣钢的收益补偿不了成本，因此不适合用热闷法处理。在线实时细分，全方位多角度处理可以较低处理成本、扩大尾渣利用途径，提高利用价值，解决尾渣利用难题，实现总体效益优化，而常规的混合处理将导致钢渣很多特性价值丧失，加大钢渣利用难度。

5在线实时细分，全方位多角度处理新区规划之时，马钢和国内绝大多数钢铁企业一样，采用热泼法处理钢渣，也就是用渣罐或汽车将钢渣拉到渣场上去处理。热泼法存在占地大、污染严重、资源容易流失等大量问题。当时宝钢的转炉渣滚筒水淬处理线的设置比较简单，其主要功能是在线对高温液渣进行粒块化处理，处理后的钢渣依然落地，需要装车觅地进行二次处理，不可避免地有二次污染问题。马钢为了实现“钢渣处理全过程不落地”，在设计工艺流程时，为了使流程中各工序的衔接可靠，对各工序设备的能力、可靠性、流程布置及缓冲设置等进行了考察和反复讨论，使经过处理线生产的渣钢与尾渣产品能够直接进入高位料仓，再用汽车拉到使用点。

6全过程不落地，节约能源降低污染

到目前为止，国内钢渣处理的重点是回收渣钢，至于尾渣利用是名义上很多，有效部分很少，其主要原因是钢渣组成复杂，利用困难，还没有公认有效的解决方法。就目前的热点钢渣微粉来说，虚头较多，其实际产量也不高。大部分尾渣的去向是化整为零，偷排偷放，不但没有有效利用，反而造成将来利用困难。马钢新区以钢渣在线分类处理为基础，对钢渣产品实行“综合循环利用”，即根据钢渣产品特性使其分别进入“小、中、大循环”。

所谓“小循环”是指钢渣产品在钢厂内部循环利用，“中循环”是指在公司内部的循环利用，“大循环”指在公司外部的循环利用。“大循环”的重点是在处理线上生产出适合社会应用的尾渣产品，目标是让钢渣能够全部循环利用，实现零排放。

7综合循环利用，节约资源，降低成本（1）转炉渣风碎生产线用于高温液态转炉渣的粒化，设有两个喷吹工位，一个工位进行粒化作业时，另一个工位进行出渣作业，定时轮换。处理能力：4~4.5吨/分钟，月生产风碎渣3万吨。产品风碎渣主要用于铸造、喷砂、混凝土等，也可直接返回烧结。（2）转炉渣滚筒水淬处理线用于处理黏度较高的高温液态转炉渣。处理能力：~2吨/分钟，月生产水淬渣7千吨。产品滚筒水淬渣出厂后经过再次破碎返回烧结。（3）KR渣处理线用于处理冷态KR渣。处理能力：~1.5吨/分钟，月处理KR渣8千吨。产品粒铁返回炼钢，磁选粉及尾渣返回炼铁。

8一期项目（4）无组织干渣处理线用于处理厂内回收的各种落地渣。月处理量7千吨。产品粒铁\磁选粉返回炼钢，尾渣返回炼铁。（5）钢包铸余渣处理线用于对高温液态钢包渣进行在线粒块化处理，块状钢包渣经过破碎分选后，渣钢直接返回废钢间，尾渣按钢种分类储存待用。（6）废耐材处理线主要用于分类加工回收废旧耐火材料和渣钢。渣钢返回炼钢，有一定块度的耐火材料分类回收外销，细颗粒料返回炼钢。

9一期项目

在扩大渣处理能力的同时，对渣处理工艺进行了优化和完善。（1）炉渣间：完善改造转炉渣风碎处理线，扩大产能，用于处理高温液态转炉渣。新建钢渣热闷系统用于处理炉坑渣、罐底渣以及流动性不好的转炉渣。新建热闷渣加工线用于加工经过热闷的钢渣，回收渣钢和磁选粉。（2）钢包渣处理：完善钢包渣滚筒处理线(E线)用于处理钢水含量少的钢包渣。增加小渣罐用于接受钢水含量多的钢包渣，待钢水凝固后用抱罐车运到炉渣间把钢块倒出，在炉渣间对钢块进行切割加工。

（3）KR渣处理：新建KR渣滴水润湿系统（包含翻渣台、道路、滴水设施等）；把KR脱硫站北面冷修区改建用作抱罐周转区，用抱罐车把KR渣运到滴水区，对KR渣进行滴水润湿，解决KR渣扬尘污染问题。10二期项目11将炼钢系统产生的渣子来源特性分类，分别选择适用工艺，设计建设在线处理生产线，使各种渣子实现在线实时分类处理，达到降低处理成本，减少处理污染，提高利用水平，降低循环半径，实现渣处理效益最优化。马钢具有完全自主知识产权的转炉渣风碎技术，其原理是用高速气流将高温液态渣流打碎成小液滴，小液滴经过空气和水冷却后形成风碎渣。

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行车将装有渣液的渣罐吊运到中间渣罐上方对位停好，打开压缩空气切断阀，确认粒化器喷出气流后指挥行车倾动渣罐，将渣液按每分钟3~5吨的速度倒入中间渣罐，渣液经中间渣罐缓冲后以比较均匀的流速从下部流槽流出，渣流从粒化器前方下落时，被粒化器喷出的高速气流击散雾化成细小液滴，液滴随气流前行过程中陆续落入水池。

液滴在空中时由于表面张力的作用收缩成球形，入水冷却凝固形成渣球。粒化处理完毕后，拉开渣池顶盖，用行车抓斗把渣球从池里抓出，进行脱水分选。风碎渣经过筛分磁选分为磁性渣与非磁性渣，分别入仓储存，磁选渣返回转炉，非磁性渣放到自卸车里直接运送到用户。

风碎生产过程13尾渣大倾角皮带转炉渣悬挂式磁选机

磁辊皮带1#高位料仓大倾角皮带机2#高位料仓中转仓

渣池

中间罐（粒化器）钢珠图1转炉渣风碎工艺流程图风碎工艺流程钢珠14

转炉渣风碎技术是在上世纪80年初由马钢牵头开发并推广应用的一项钢渣处理技术。1987年马钢转炉渣风碎技术通过冶金部组织的部级鉴定，90年代初，包括马钢在内国内有多家钢厂采用了该项技术建设了转炉渣风碎处理线，2000年以后，随着溅渣护炉技术的推广应用，转炉渣的流动性波动加大，转炉渣风碎处理率不断下降，难以满足钢厂正常生产需要，因此国内的转炉渣风碎处理线陆续停止运行。马钢转炉渣风碎生产线于2007年3月投入试生产，经过多次改造，到9月份初步实现了在溅渣护炉条件下转炉渣风碎的工业性连续生产，通过不断完善，目前转炉渣的风碎处理率达50％以上，月生产风碎渣3万吨以上。

马钢转炉渣风碎技术发展过程15

风碎工艺适于流动性较好的熔渣，特点是投资少、占用场地少、处理能力大、处理成本低。对风碎技术顾虑最多的是金属铁烧损问题。检测表明，流动性好的高温转炉渣中金属铁含量很低，且以细微金属粒形态分布在渣中，用常规的破碎分选方法难以回收回来，需要用球磨湿选方法才能提取出来，而球磨湿选的成本较高，用球磨湿选法来回收高温稀渣中金属铁是得不偿失。

转炉渣风碎技术特点16风碎转炉渣的游离氧化钙含量<1.5%，粒径0～6mm，可在多个领域直接使用。目前，新区风碎渣主要用作烧结配料，混凝土、喷砂材料等。据烧结厂反映，风碎渣具有配料流畅均匀，不堵仓的特点，现场操作工乐于使用。根据实践，转炉渣返回烧结量不宜超过转炉渣总量20％，因此，转炉渣利用除了烧结之外，必须考虑在建筑上利用，对于大宗料来说，作建材是一个必然选择。制约钢渣在建筑上利用的主要因素是渣中f-CaO、f-MgO，钢渣中f-CaO、f-MgO在高于水泥熟料烧成温度下形成，结构致密，水化很慢，加到混凝土里以后，在硬化的混凝土中继续反应膨胀，导致掺有钢渣的混凝土建筑制品开裂毁损。风碎渣利用17

渣处理的任务之一是消解降低渣中f-CaO、f-MgO含量。取样检验证实，露天堆积的钢渣即使经过10年以上的自然陈化，其体积稳定性依然很差。对比分析表明，除了风碎技术之外，其他处理方法，很难把渣中f-CaO消解到2%以下，因此尾渣的利用一直是个难题。

马钢对1987年用风碎渣铺设的试验路面的进行了持续跟踪测试，测试结果表明风碎渣混凝土的稳定性、强度完全符合道路混凝土要求。马钢于2007年在厂内再次用风碎渣代替黄砂铺设了一段路面，经过几年来的重载考验，路况依然良好。风碎渣利用18

渣钢包渣是钢厂重要的含铁资源，各钢厂都在设法进行处理利用，处理方式较多，目前，钢包渣的处理方法有小罐收集法、普通渣罐收集法，渣罐格栅法、模铸法、沙坑法等。这些方法的共同点是冷却后进行处理，其重点是回收渣钢。之外还有钢厂把液渣直接返回炼钢，直接回收利用热态金属，不过钢包转运费事，对生产有影响，实行起来较难。用渣罐收集法和沙坑法回收的渣钢还需要进行烧氧切割，金属铁烧损较多，一般金属铁烧损7%以上，另外，烧氧切割时产生的大量烟尘，对环境污染较大；渣罐格栅法能够使钢水直接形成块度合适的渣钢，省去烧氧切割，但格栅成本较高，而且翻渣时的灰尘也比较大。马钢新区使用钢包全程加盖技术后，钢包渣的流动性较好，具备热态下直接粒化的条件，因此在渣处理一期工程中建设了钢包渣滚筒水淬处理线，在线粒化处理钢包渣，实现厂内回收利用。钢包渣常用处理方法19

2008年马钢购进BSSF装置并加以改造配套建成了钢包渣在线处理线，实现了热态下钢包渣直接粒化，并在线分选利用。钢包渣滚筒水淬生产线2008年4月投产，投产初期的处理率很低，原因主要有两点，一是受料口和流槽堵塞，二是钢水经常把钢球凝结成大钢块，使滚筒不能正常转动直至卡死，而清理大钢块和粘结在滚筒壁的废钢极其困难，特别是滚筒内高温高湿，作业环境非常恶劣，清理一次需要一两天时间。根据热试结果，马钢对滚筒进行了多次改造，在滚筒内部增设了防止钢水结块装置以及防止受料口和流槽堵塞装置，使钢包渣滚筒水淬处理率初步达到工业化生产要求。

钢包渣滚筒水淬法20结构形式：

双腔滚筒设计处理能力：

2.5t/min滚筒工作直径：

4米滚筒转速：

1～6rpm驱动功率：

280kW(VVVF控制)最大装球量：

2×25t连续处理时间：

≯20min。处理间隔时间：

要求≮10min。滚筒装置的主要技术参数21

浇钢完毕后，行车将钢包吊至滚筒装置上方定位停稳，待滚筒转动后，行车倾动钢包将渣液倒进滚筒受料斗，渣液通过受料斗进入滚筒，落到滚动的钢球上，在钢球与水的共同作用下，渣液冷凝成小块渣钢和渣块。随着钢球滚动,小块渣钢和渣块滚到钢球下面穿过篦条进入滚筒外层，随滚筒转动小块渣钢和渣块依次滚筒底部排渣口排出。

从滚筒内排出的渣钢-渣块通过鳞板机、链斗机先输送到中间仓里进行脱水冷却，待渣钢-渣块混合料温度降到200℃以下，打开中间仓下面振动给料器，渣料经由输送带上输送到破碎分选系统进行在线分选。选出的渣钢和尾渣分别送到高位仓存放待用。目前钢包渣滚筒水淬线年处理钢包渣6.5万吨左右，从中回收渣钢2万吨以上。钢包渣滚筒水淬的生产过程22钢包渣滚筒水淬示意图图2钢包渣滚筒水淬示意图23优点：布置紧凑，占地面积小。能够处理含有一些小渣块（块度<300mm）的液态钢渣。渣钢与渣的分离性较好，容易分选。可实现处理过程中钢渣不落地。问题：对筒腔清理量大，作业环境差，劳动强度大。维护成本较高。当渣中钢水多时，容易使钢球结块导致滚筒无法工作滚筒水淬处理线特点24适于处理固态、半固态以及流动性不好的钢渣。热闷后渣、钢分离较好，利于渣钢回收。铁元素回收率高。与传统的机械破碎工艺相比，污染小、成本低。近年来，热闷工艺由于具有渣与钢分离彻底，铁元素回收率高，综合成本相对较低，环境比热泼法好等优点，得到广泛应用。马钢分选了热闷工艺的长处与不足，确定引进热闷技术，建设钢渣热闷生产线及热闷渣加工线用于处理粘渣。热闷工艺特点25热闷装置结构示意图图3热闷装置结构示意图图中：

1—热闷池盖

2—水封槽

3—混凝土壁4—热闷池钢坯内衬

5—回水通廊

6—回水沟7—蒸汽排放孔26

确认热闷池排水通畅后按要求垫好底渣，行车将装有热渣的渣罐吊至热闷池上方，倾动渣罐将热渣倒入池中，渣罐复位吊走，指挥挖掘机松动池内钢渣直至全部成为小渣块，挖掘机开到旁边，将打水罩车开到热闷池上，接上水管打开水阀向池内打水，直到钢渣表面发黑为止。在打水时要避免渣面有积水。

查看确认渣面无积水后进行第二轮倒渣，重复上述过程直至池内渣总量达220吨为止。热闷池装渣完毕，集中喷水至渣温满足加盖要求，盖上热闷盖，启动自动喷水流程进行喷水热闷。加盖喷水闷渣10小时左右，检查热闷盖温度，确认热闷池内消解反应结束，启开热闷盖出渣。启盖后及时用挖掘机翻渣散去水汽，待渣中水分符合进线要求立即送入加工线进行分选加工。

热闷生产过程27

马钢热闷渣加工线由热闷渣初选、大块渣破碎、渣钢提纯三部分组成。初选部分设有3次筛分、2次磁选（分别为带式除铁器和单辊磁选机。初选部分的功能是选出大块渣钢。经过初选筛分后，<30mm的磁性料送到2#缓冲仓进渣钢提纯生产流程，>30mm的初选尾渣送到1#缓冲仓进破碎生产流程。热闷渣初选工艺流程28热闷渣初选部分工艺流程<150mm渣钢<150mm钢渣1#带式除铁器地面料槽1#振动筛(30mm)1#单辊磁选机>30mm渣

1#中间仓<30mm2#中间仓磁性料3#振动筛(10mm)非磁性料2#尾渣仓10～30mm尾渣<10mm尾渣1#尾渣仓<150mm>150mm热闷坑振动给料筛地面料槽1#胶带机图4热闷渣初选部分工艺流程图29

大块渣破碎部分有1道破碎，一次筛分，一次磁选。30~150mm尾渣经过破碎（棒磨机）筛分，>30mm部分经过磁选分别落入渣钢槽和尾渣槽。<30mm部分通过皮带返回前面分选流程进行磁选筛分分为磁性料和尾渣。

渣钢提纯部分设有一次棒磨、一次磁选、两次筛分。2#中间仓的磁性料经过棒磨后再进行磁选筛分分为粒子钢、磁选粉、尾粉、粒渣四种产品。块渣破碎及渣钢提纯工艺流程30块渣破碎部分工艺流程30~150mm钢渣1#中间仓1#棒磨机2#振动筛(30mm)8#胶带机7#胶带机<30mm1#单辊磁选机3#振动筛(10mm)非磁性料2#尾渣仓10～30mm尾渣<10mm1#尾渣仓>30mm2#带式除铁器渣钢槽尾渣槽磁性料2#中间仓图5块渣破碎部分工艺流程图31渣钢提纯部分工艺流程图图6渣钢提纯部分工艺流程图<30mm磁性料2#中间仓3#振动给料机2#棒磨机2#单辊磁选机5#振动筛(10mm)非磁性料4#尾渣仓10～30mm<10mm3#尾渣仓磁性料4#振动筛(10mm)10～30mm渣钢<10mm磁选粉5#仓6#仓32

1、渣钢返回炼钢，磁选粉可直接返回炼钢，也可返回烧结利用。

2、经过热闷的钢尾渣游离钙含量一般<3%，可用于生产钢渣微粉，也可作路基填料。热闷渣的利用图7马钢热闷渣加工线面貌33一期建设的KR渣处理线从2007年5月至2009年年底进行了多次热试和改造，但一直没有达到工业性连续化生产要求。主要原因如下：1）KR渣冷却到常温需要的时间太长，一般打水冷却一罐（25m3罐）KR渣需要2~3天时间，才能达到进线要求，因此周转所需渣罐很多，投资巨大。另外厂内也没有场地摆放这些冷却渣罐。2）冷却后的脱硫渣中粉料很多，破碎筛分时扬尘很大，虽然在生产线上设置了很多除尘吸风口，但是生产时粉尘溢出还是很多，使得生产过程难以继续进行。由于KR渣处理生产线不能正常运行，致使

KR渣一直采用热泼后外排的方式进行处置。KR渣热泼时扬尘极大，对厂区及周边环境污染极大。原存在的问题34小渣罐在KR站接渣后由抱罐车把装满红渣的小渣罐抱运到滴水台指定位置放好，打开滴水阀向罐内缓慢滴水12小时以上，待罐内KR渣完全冷却湿透后，再由抱罐车把该渣罐抱运到翻渣位，把渣罐翻空。经过润湿基本消除翻渣及转运扬尘。KR渣滴水润湿预处理生产过程图8KR渣滴水润湿后翻渣过程35

KR渣罐内滴水润湿系统投用，消除了KR渣翻渣及转运过程中产生的严重污染。厂区面貌得到了极大改观。KR渣滴水润湿系统投用前后渣处理区域环境面貌对比见下图。运行效果图9

KR渣抱罐外运后炉渣间外貌变化36生产方案渣类数量万吨/年处理方法处理量万吨/年产品及利用液态转炉渣80风碎25风碎渣。直接送到使用点。滚筒水淬8水淬渣。二次加工。热泼5热泼渣。在热闷系统出现故障时使用。热闷42热闷后进热闷渣加工线。产品：渣钢、磁选粉、热闷渣。无组织干渣25.5热闷25.5钢包渣11滚筒水淬7小块渣钢、钢包渣尾渣。罐冷7处理钢水多的精炼渣。产品：大块渣钢、少量钢包渣表1渣处理生产方案37生产调度根据新区渣处理的设备设施条件，按照效益最优化的原则，对钢渣处理的工艺路径规定如下：1、高温液态转炉渣优先进风碎处理线。高温液态渣的特点是金属含量较少，热闷消解效果差，采用热闷或热泼法处理经济上不划算，在目前可用的钢渣处理方法中，高温渣用风碎法处理的成本最低。高温渣生产风碎渣不仅处理成本低，而且产品也好利用，综合效益最好。2、炉坑渣、流动性差的转炉渣等全部进热闷。通过热闷使渣中游离钙镁消解膨胀，钢渣碎裂粉化，金属铁与渣子剥离，利于分选，可提高渣钢回收率。3、非精炼钢包渣进钢包渣滚筒水淬处理线，尽量在钢厂内完成渣钢回收，滚筒水淬处理线难以处理的LF精炼渣倒入渣罐冷却后用抱罐车运到厂外渣处理区进行加工。38生产运行结果

2011年3月渣处理二期工程方案获得公司通过，2011年6月26日渣处理二期工程开始建设，2012年7月28日渣处理二期工程主体项目钢渣热闷生产线投产热试。2012年8月全部投入运行，经过一段时间试生产和整改，到2012年底基本运行正常，运行一年多来，经济效益显著，厂区环境改善明显。今年上半年生产情况如下所示：月份123456合计风碎渣(吨)24060.920696.831558.330584.730431.635532.9172865.3渣钢(吨)11112.111652.216982.216796.519032.218182.293757.4表