轉(zhuǎn)爐鋼渣熱能回收利用的理論分析和實(shí)踐

　　摘要：鋼渣的熱能回收利用，是目前國內(nèi)外冶金企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。八鋼公司自主開發(fā)了利用鋼渣熱能改質(zhì)、利用鋼渣烘烤潮濕原輔料等工藝方法，實(shí)踐結(jié)果表明，通過梯級(jí)利用鋼渣熱能的工藝方法獲得了好的效果。

　　關(guān)鍵詞：鋼渣；熱能回收；熱能利用

　　1前言

　　轉(zhuǎn)爐鋼渣的溫度高于鋼水溫度的，并且鋼渣的熱熔值較大。熔融鋼渣溫度在1400～1750℃,渣的比熱容約為1.25kJ/（kg˙℃）。通過計(jì)算可知，鋼渣從1400℃降低到400℃，每噸熔渣可回收1.2×109J的顯熱，相當(dāng)于40kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量[1]。所以回收轉(zhuǎn)爐鋼渣的熱能，能夠降低鋼鐵企業(yè)的能耗。八鋼公司通過多種途徑回收利用轉(zhuǎn)爐鋼渣熱能，并取得了很好的節(jié)能降耗效果。

　　2轉(zhuǎn)爐鋼渣熱能利用的難點(diǎn)

　　由于鋼渣的導(dǎo)熱系數(shù)較小，鋼渣的主要巖相結(jié)構(gòu)屬于硅酸鹽相，硅酸鹽類爐渣有如下特點(diǎn)[2]：（1）導(dǎo)熱系數(shù)低，1400～1500℃的液相階段約為0.1～0.3W/（m˙K），玻璃相階段為1～2W/(m˙K)，晶體相階段約為7W/(m˙K)，平均的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.4W/（m˙K）。

　?。?）鋼渣的粘度隨溫度降低急劇升高，鋼渣的預(yù)處理工藝和鋼渣的結(jié)晶過程有著較為緊密的聯(lián)系，鋼渣的處理工藝過程中，各項(xiàng)渣處理的工藝參數(shù)波動(dòng)較大。

　?。?）熔渣熱焓大，鋼渣中的熱含量隨著渣的溫度變化波動(dòng)很大，加上其導(dǎo)熱率低，換熱慢，換熱介質(zhì)難以選擇。

　?。?）轉(zhuǎn)爐液態(tài)鋼渣采用水淬工藝處理，高溫蒸汽內(nèi)含有的f-CaO對(duì)于回收熱能的設(shè)備損壞嚴(yán)重。

　　鋼渣的特性決定了回收回收其含有的熱能工藝難度大。通過冶金工作者的不懈努力，鋼渣顯熱回收利用技術(shù)開發(fā)已有成功的方法，這些工藝方法主要是利用渣處理過程中的空氣或者蒸汽帶走的鋼渣熱能,用于發(fā)電、取暖等。

　　3轉(zhuǎn)爐鋼渣熱能利用的實(shí)踐

　　八鋼3×120t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線，產(chǎn)能350萬t/年，年產(chǎn)42萬t轉(zhuǎn)爐鋼渣。

　　轉(zhuǎn)爐鋼渣的噸鋼渣量，95～150kg/t；

　　轉(zhuǎn)爐的渣罐重量，28～33t；

　　轉(zhuǎn)爐渣罐的容積，11m3；

　　轉(zhuǎn)爐鋼渣的渣溫，1400～1750℃。

　　對(duì)轉(zhuǎn)爐鋼渣采用熱悶渣工藝處理，針對(duì)鋼渣的熱能回收利用研究與工藝方法的應(yīng)用探索已經(jīng)有4年，鋼渣的余熱被用于煉鋼生產(chǎn)中。

　　3.1利用液態(tài)鋼渣的熱能處理部分冶煉渣

　　該廠鋼渣余熱的利用最初的思路是利用鋼渣的熱能，用于鋼渣的改質(zhì)。即將鋼廠產(chǎn)生的其它不能夠用于熱悶渣處理的冶煉渣，加入到高溫液態(tài)轉(zhuǎn)爐鋼渣中間，利用鋼渣的熱能促進(jìn)鋼渣的改質(zhì)反應(yīng)。進(jìn)行改質(zhì)反應(yīng)的主要是轉(zhuǎn)爐的脫硫渣和高爐的瓦斯灰，軋鋼的含酸塵泥與含油氧化鐵泥。將這部分冶煉渣加入到轉(zhuǎn)爐的液態(tài)氧化鋼渣中間，利用反應(yīng)吸熱，將轉(zhuǎn)爐的液態(tài)鋼渣迅速降溫到約1400℃，利用熱能將不能夠進(jìn)行熱悶渣處理的冶煉渣加熱到熱悶渣工藝能夠?qū)嵤┑臏囟?，利用這些冶煉渣中間的還原性物質(zhì)還原轉(zhuǎn)爐液態(tài)鋼渣中間的氧化物，將熱能向反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)移，然后將處于接近固態(tài)的鋼渣用于熱悶處理，在隨后的工藝環(huán)節(jié)進(jìn)一步回收利用。運(yùn)行的三年的工藝實(shí)踐表明，這種改質(zhì)的工藝方法，是穩(wěn)定回收鋼渣液態(tài)高溫階段熱能的有效方法之一。

　　這種工藝方法主要在渣罐內(nèi)進(jìn)行，所以反應(yīng)過程中的化學(xué)熱基本上是液態(tài)鋼渣提供的，其中脫硫渣改質(zhì)反應(yīng)的主要方程[3]：

3(Fe、Mn)O+2Al=3Fe/Mn+Al2O3+Q（1）

Si+2FeO=2Fe+SiO2-Q（2）

Mn+FeO=Fe+MnO-Q（3）

C+2FeO=2Fe+CO2-Q（4）

2P+5FeO=5Fe+P2O5-Q（5）

式（1）中的Al來源于KR脫硫渣中間沒有反應(yīng)完全的高鋁渣粉，式（2）～（5）的反應(yīng)中間的Si、Mn、C、P等來源于脫硫渣扒渣過程中進(jìn)入渣罐的鐵液或者鐵珠。