高炉渣综合利用现状及发展趋势闫兆民,周扬民,杨志远,仪垂杰(青岛理工大学,青岛266033)摘 要:介绍高炉渣干法与湿法处理工艺及其余热利用方式的国内外研究和应用现状,评述了底滤法(O CP)、因巴法(INBA )典型的水淬法工艺,重点概括了风淬法、双滚筒法、离心粒化法3种干法处理技术的研究进展和发展趋势。

最后得出结论:离心粒化处理工艺在充分利用高炉渣的高品质热源同时,不会产生硫化氢、二氧化硫等有害气体,不会造成水资源的浪费,是今后高炉渣处理工艺的发展趋势。

关键词:高炉渣;干法粒化;热量回收中图分类号:X756 文献标识码:A 文章编号:1001 1447(2010)02 0053 04Present situation and development trend of blast furnaceslag comprehensive utilizationYAN Zhao min,ZH OU Yang min,YA NG Zhi yuan,YI Chui jie(Qingdao T echno logy U niversity,Qingdao 266033,China)Abstract:This paper introduces the research and application status of dry and w et blast fur nace slag treatment pr ocesses,as w ell as their w aste heat utilization w ays bo th hom e and o bro ad.The typical w ater quenching slag treatm ent metho ds,including OCP,IN BA are com mented,w ith fo cus on three kinds of dry g ranulation processing technolog y,i.e air blast gr anulation,tw in dr um g ranulatio n and centr ifugal granulation.Finally ,it is co ncluded that the centrifug al g ranulatio n can not only make full use of high quality heat source,but also avoid pr oducing H 2S 、SO 2and o ther harmful gases,and it can sav e w ater consumption as w ell.T herefore,the centrifugal g ranulation can be considered the trend o f blast furnace slag treatment process for the future.Key w ords:blast furnace slag;dry granulation;heat recycle 基金项目:钢铁研究联合基金重点项目(50934010)作者简介:闫兆民(1984-),男,硕士生,主要从事高炉渣余热回收的研究.高炉渣是钢铁冶炼过程的主要副产品,每炼出lt 生铁大约产生300~350kg 的高炉渣[1],按照我国年生铁年产量46944万t 计算[2],产渣量达14000万t 。

高炉渣出渣温度达1400 以上,每吨渣含有相当于60kg 标准煤的热量[3]。

因此,做好高炉渣的余热回收和综合利用,是钢铁行业节能降耗的有效途径。

1 高炉渣湿法处理工艺湿法工艺是指用水或水与空气的混合物使熔融渣冷却,然后再运输的方案,一般也称为水淬工艺。

高炉渣水淬方式很多,主要处理工艺有:底滤法(OCP)、因巴法(INBA)、拉萨法(RASA )、图拉法(T YNA)、明特克法(M TC)等。

国内生产大部分采用底滤法(OCP);国外生产大部分采用因巴法(INBA)[4]。

1.1 底滤法(OCP)工艺底滤法(OCP)工艺流程见图1[5 6]。

高炉熔渣在冲制箱内由多孔喷头喷出的高压水进行水淬,水淬渣流经粒化槽,然后进入沉渣池。

沉渣池中的水渣由抓斗吊抓出堆放于渣场继续脱水。

沉渣池内的水及悬浮物通过分配渠流入过滤池,过滤池内设有砾石过滤层,过滤后的水经集水管由泵加压后送入冷却塔冷却,循环使用。

53 2010年 4月第38卷第2期钢铁研究Research on Iron &SteelApr. 2010Vo l.38 No.2图1 底滤法(O CP )工艺流程图1.2 因巴法(INBA)工艺因巴法(INBA)工艺流程见图2[5 6]。

高炉熔渣由熔渣沟流人冲制箱,经冲制箱的压力水冲成水渣进入水渣沟,然后流入水渣方管、分配器、缓冲槽落入滚筒过滤器;随滚筒过滤器的旋转,水渣被带到滚筒过滤器的上部,脱水后的水渣落到筒内皮带机上运出,然后由外部皮带机运至水渣槽。

图2 因巴法(IN BA )工艺流程图从企业应用实践来看,拉萨法因工艺复杂、设备较多、维护费用高等缺点,在新建大型高炉上已不再采用;图拉法安全性能最高(渣中带铁达40%时,仍能正常工作);明特克法具有国内自主知识产权并且投资与占地面积相对最小;环保INBA 法投资最大,但是在技术上最为成熟、实际应用的高炉亦较多。

国内新建大中型高炉炉渣处理工艺一般在这几种方法中选取。

表1为上述几种典型高炉渣处理湿法工艺的主要技术指标[6]。

水淬法没有从根本上改变粒化渣耗水的工艺特点,炉渣物理热基本全部散失,SO 2、H 2S 等污染物的排放并没有减少,其区别仅在于冲渣使用的循环水量有所不同和新水消耗量的差别。

2 高炉渣干法处理工艺干法即依靠高压空气实现熔融金属冷却、粒化的工艺。

针对水渣处理工艺的缺点,20世纪70年代国外就已开始研究干式粒化高炉渣的方法。

前苏联、英国、瑞典、德国、日本、澳大利亚等国都有研究高温熔渣(包括高炉渣、钢渣等)干式粒化技术的研究。

2.1 风淬法工艺NKK [7 8]转炉钢渣风淬粒化工艺如图3所示。

吹风粒化熔渣流,渣粒在气流中飞行时固化,温度由1500 降到1000 ,然后在热交换器内冷却到300 。

表1 几种高炉渣处理方法技术经济指标的比较项目耗电量/(kWh t -1)循环水耗量/m 3新水耗量/(m 3 t -1)渣含水率/%国内钢厂应用情况底滤法8 1.21024~40最多因巴法50.96~815多图拉法 2.50.838~10较多拉萨法15~16110~1515~20很少图3 N K K 转炉钢渣风淬粒化工艺流程图风淬法在粒化过程中动力消耗很大,风淬与水淬相比冷却速度很慢,为了防止粒化渣在固结之前粘连到设备表面上,就要加大设备的尺寸。

风淬法得到的粒化渣的颗粒直径分布范围较宽,不利于后续处理。

2.2 双内冷却转筒粒化工艺该技术由日本钢管公司(NKK)开发[7 9],其基本原理是:让熔渣在二个反向旋转的圆筒表面被转筒内部循环的热媒介质冷却,然后从热媒介54 钢铁研究第38卷质中回收其显热生产蒸汽进行发电,如图4所示。

采用热媒介质是本法的最大特点,热媒介质是以二苯醚为主的高沸点冷却液,沸点257 。

该法的热效率较高,热回收率达77%。

滚筒法存在着处理能力不高、设备作业率低等缺点,不适合在现场大规模连续处理高炉渣,通常只能接受来自渣罐的熔渣。

凝固的薄渣片粘在滚筒上,必须用刮板刮下来,工作效率低并使设备的热回收效率和寿命下降,而且薄片状的渣给后续处理带来麻烦。

图4 双冷却转筒粒化工艺流程图2.3 M erotec 熔渣粒化流化工艺该工艺由德国设计开发,见图5[9]。

粒化器是充填了介质(细渣粒)的流化床,其温度远低于熔渣的固化温度,因此熔渣在应力作用下粒化。

随后粒化渣进入流化床式换热器换热冷却,再筛分为0~3mm 和大于3mm 两种粒级分别进入渣仓1和2,细渣粒返回用于循环操作。

熔渣热量通过介质的吸热、粒化器的冷却空气和流化床换热器得到回收。

流化床内渣粒的温度可通过风量调节,一般为500~800 。

Merotec 熔渣粒化流化工艺,该装置的热量回收率约为64%,但有效能利用率偏低。

图5 M ero tec 熔渣粒化流化工艺流程图2.4 离心粒化法Kvaerner M etals[10-12]发明了1种干式粒化法,采用流化床技术,增加热回收率,工艺流程见图6。

它是采用高速旋转的中心略凹的盘子作为粒化器,液渣通过渣沟或管道注入到盘子中心。

当盘子旋转达到一定速度时,液渣在离心力作用下从盘沿飞出且粒化成粒。

液态粒渣在运行中与空气热交换至凝固。

凝固后的高炉渣继续下落到设备底部,凝固的渣在底部流化床内进一步与空气热交换,热空气从设备顶部回收。

图6 旋转杯粒化工艺流程图Mizuochi 等人[10,13]采用了如图7所示的实验装置,研究了旋转杯用于熔渣粒化的可行性,考察了不同旋转杯形状和不同转速下的熔渣粒化情况。

供渣罐(B)内的高炉熔渣由出渣口(A)排出,落人正下方的旋转杯(F),随后,熔渣在旋转杯的离心力剪切作用下,或是在喷嘴(G)喷出高速气流的共同作用下破碎并被甩出。

粒化的渣粒最后散落到与旋转杯同平面的渣收集器(C)上。

统计分析渣收集器(C)不同径向上收集到的渣粒。

图7 旋转杯粒化(RCA)工艺流程图55 第2期闫兆民,等:高炉渣综合利用现状及发展趋势Purw anto等[13,14]进一步研究了旋转杯粒化法(RCA)所得渣粒的性能,并用高速摄像机拍摄了粒化过程的散布图。

实验发现,旋转杯的转速是高炉渣粒化的主要因素,当转速增加到2000r/ min时,熔渣完全分散在旋转杯的边缘,还可观察到1圈光滑的线条,说明高转速下离心力的增加阻止了熔渣在旋转杯面上的分散,下落的熔渣很快且很好地分散到杯子的边缘,然后被甩出粒化。

通过图像还看到,熔渣离开杯子边缘后先形成韧带状,然后继续破碎成颗粒状。

离心粒化法相对于以上各种干式粒化方法更有效。

单体设备简单、布置紧凑、处理能力大;操作参数少,通过改变转速即可调整粒化程度,可获得尺寸小、球形度好、玻璃化程度高的均质高附加值成品渣;将粒化室内粒化的高温渣粒与反应性混合气体直接接触的方法,使高温熔渣持有的热量较彻底地用于吸热化学反应,即高效地将熔渣显热转变成为洁净的化学能。

3 结 语近年来,高炉熔渣干式粒化技术的研究在国外尤其是日本掀起了新的浪潮,而国内在这方面的研究也刚刚起步。

目前,尽管世界上还没有任何一种干式处理工艺实现了工业应用,但已有的各类技术研究积累了很多相关的理论知识和实践经验。