高聰春 周慶華 徐忠民 李曉葵

（昆明鋼鐵控股有限公司  云南  昆明）

摘要：本文介紹了昆鋼公司鋼渣余熱資源分布情況和鋼渣處理工藝現狀以及國內外現有主要鋼渣余熱利用技術方案。為持續推進公司節能減排工作做好技術儲備，結合云南綠色發展的要求，探討鋼渣余熱的利用方式，降低資源能源消耗，減少溫室氣體排放。

關鍵詞：鋼渣；余熱；利用；探討

0  引言

2019年昆鋼公司四個鋼鐵生產單元共產鋼773.4萬噸，其中安寧本部210.8萬噸、草鋪新區259.1萬噸、玉鋼132.5萬噸、紅鋼171萬噸。鋼渣產生量共112.03萬噸，其中安寧本部33.81萬噸、草鋪新區29.53萬噸、玉鋼20.15萬噸（提釩煉鋼工藝實施后產生釩渣1.25萬噸）、紅鋼27.28萬噸。

 按熔融鋼渣的比熱容1.2kJ/(kg·℃),可回收鋼渣顯熱1.2GJ/t，相當于41kg標準煤燃燒釋放的熱量。因此，昆鋼公司四個生產單元可回收利用的鋼渣余熱資源共相當于4.59萬噸標準煤，其中安寧本部1.38萬噸標準煤、草鋪新區1.21萬噸標準煤、玉鋼0.88萬噸標準煤、紅鋼1.12萬噸標準煤。從調查統計看，若充分利用鋼渣余熱資源對公司整體節能效果較顯著，且對以二氧化碳為主的溫室氣體減排貢獻較大，按節約一噸標準煤可減排2.6噸二氧化碳計算，若充分回收鋼渣余熱昆鋼公司可減排二氧化碳11.93萬噸，對促進公司綠色發展有積極的支撐效果。

1  鋼渣余熱利用的主要技術方案

1.1  鋼渣余熱在鋼鐵生產中內循環利用

熱管是一種具有高導熱性能的傳熱元件，熱效率約70%。它通過在全封閉真空管殼內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、良好的等溫性。悶渣過程中利用高效熱管技術，采取氣-水或氣-氣熱管換熱設備，可將悶渣過程中的低溫水蒸氣余熱通過熱交換集中到熱水或熱空風等清潔熱源中，可以用于廠區供暖，也可以用于煤粉制備過程的干燥。熱管示意圖如圖1所示。

圖1   熱管示意圖

1.2  鋼渣余熱外循環利用

鋼渣余熱的外循環利用是將鋼渣中的余熱回收后用于其他工藝的熱利用過程，實現余熱的資源化和最大化利用，降低鋼鐵生產過程中的能源消耗。

市政污泥處理是城市可持續發展中面臨的重要課題。當前污泥處理處置技術主要由濃縮、消化、脫水、發酵、干化、焚燒、填埋等環節組成。其中，污泥處理過程中干化工序不僅可以降低污泥體積便于處理，同時還可以將污泥再次資源化利用，具有廣闊的市場應用前景。但污泥干燥過程中需要大量150～200℃的熱量。直接采用其他能源供熱加熱時能源消耗量巨大，污泥處理過程中經濟性較差。而鋼渣處理工藝中的低溫水蒸氣溫度在110～130℃范圍內，可以利用升溫型熱泵技術，產生150～180℃熱空氣，用于污泥的直接干燥。不僅解決了低溫余熱的利用問題，也同時為污泥干燥工藝的干燥風提供了直接熱源。

升溫型吸收式熱泵是一種能夠回收中低溫廢熱，從而獲得高溫有用熱能的裝置。其自身不需要輸入高溫的有用能，卻可實現低溫位向高溫位的轉化，如圖2所示。

圖2   升溫型熱泵工作示意圖

1.3  鋼渣余熱發電

有機朗肯循環發電技術也稱ORC，主要是利用有機工質低沸點的特性代替水蒸氣作為循環工質推動發電機發電。主要工作原理是將悶渣過程中產生的不連續低壓含塵蒸汽引入換熱器與用于加熱朗肯循環中有機工質的水或其他中間工質換熱，再由水或其他中間工質加熱朗肯循環中的低沸點有機工質，使有機工質吸熱后蒸發為有壓氣態推動汽輪發電機發電，如圖3所示。

圖3   鋼渣余熱發電示意圖

ORC發電技術主要由以下四個環節組成：①水或其他中間工質通過換熱器與液態有機工質換熱后在蒸發器生成有壓氣態；②氣態有壓工質推動汽輪機發電；③做功發電后的有壓氣態有機工質進入冷凝器冷凝成液態；④冷凝后的液態有機工質再泵送至預熱器，組成一個封閉循環系統。其中，鋼渣余熱發電的關鍵環節是實現悶渣蒸汽的潔凈和連續，以保證發電機組的連續、穩定運行，從而達到可靠、經濟地實現鋼渣余熱回收。

2  昆鋼公司鋼渣粒化處理工藝技術現狀

2.1  安寧本部鋼渣粒化處理工藝

安寧本部煉鋼廠鋼渣以三座50噸頂底復吹轉爐生產過程產生的鋼渣為主，采用熱潑和鋼渣磁選工藝：高溫轉爐液渣倒入渣罐后運輸至露天渣池熱潑打水降溫硝化處理，其余鑄余渣混合在一起集中進行分揀大塊金屬廢鋼后，經過鋼磨磁選，產生部分磁選鋼粒金屬回收再利用，剩余部分為鋼尾渣。

2.2  草鋪新區鋼渣粒化處理工藝

新區煉鋼廠鋼渣以兩座120噸頂底復吹轉爐生產過程產生的高溫液渣鋼渣為主，采用熱悶渣處理工藝：鋼渣熱悶工藝就是將液態鋼渣倒入熱悶渣池內，噴水使鋼渣表面固化，然后蓋上蓋子間斷噴水，在鋼渣余熱的作用下冷卻水由液態轉變為蒸汽，鋼渣中游離氧化鈣（f-CaO）和氧化鎂（f-MgO）與水蒸汽發生消解反應后體積膨脹而粉化，直到鋼渣溫度降到65℃左右時熱悶結束，熱悶周期設計為24小時，目前基本在38小時左右，經過熱悶降溫粉化處理后處理后的鋼渣性能穩定，渣和鋼自然分離，經挖掘機出渣后輸送至篩分、磁選、提純加工線處理，最終分離得到一次磁選渣鋼、提純渣鋼、提純鋼粒、磁選粉四種磁選鋼粒金屬內部回收再利用，剩余部分為鋼尾渣。

2.3  玉鋼鋼渣粒化處理工藝

玉鋼煉鋼廠鋼渣采用也是采用熱潑工藝。玉鋼公司鋼渣拉運至磁選廠，分選出含鐵較高的大塊渣鋼（塊度100mm～800mm）直接供煉鋼廠使用，另外分選出小塊鐵（塊度20～100mm）、碎鐵（塊度小于20mm）、磁選返礦或3#料（塊鐵、碎鐵直接供煉鋼廠或煉鐵廠使用、磁選返礦作為加工磁選精粉的原料，3#料直接供燒結廠配料或作為加工磁選精粉的原料）及TFe＜20%、MFe＜3%的尾渣。

2.4  紅鋼鋼渣粒化處理工藝

紅鋼煉鋼廠鋼渣處理采用熱潑工藝，鋼渣經磁選廠磁選加工成合格物料后返回轉爐煉鋼使用。

3  國內外已運用余熱的鋼渣粒處理方法

日本NKK分別采用風淬高壓鼓風以及內冷滾筒機械破碎粒化鋼渣，而日本Mitsubishishi則使用風淬高壓鼓風粒化鋼渣。烏克蘭德聶伯披得羅夫斯克冶金學院使用連鑄連軋機械破碎粒化鋼渣，俄羅斯烏拉爾應用風淬高壓鼓風粒化鋼渣。中國寶鋼應用粒化輪機械沖擊粒化鋼渣，本鋼則采用熱悶粉化粒化鋼渣。

4  鋼渣粒化處理工藝對余熱回收的影響

從國內外已運用鋼渣余熱的案例分析研究，結合昆鋼公司現有的鋼渣粒化處理工藝調查看，安寧本部、玉鋼、紅鋼均采用熱潑工藝處理，僅草鋪新區采用熱悶工藝處理，欲實現昆鋼的鋼渣余熱的回收利用，安寧本部、玉鋼、紅鋼三個生產單元的基礎條件相對較差，需從鋼渣粒化處理工藝方面做較大的技改，草鋪新區相對好一些，且考慮安寧本部環保搬遷轉型升級等綜合因素，還需做更廣泛細致的經濟性、可靠性研究和技術積累。

5  結束語

鋼渣余熱回收利用僅是鋼鐵聯合生產企業持續推進節能減排環節中的一部分，鋼渣余熱資源的集聚、潔凈化和持續性是實現余熱回收的瓶頸，換熱器的性能是決定余熱回收的關鍵設備，采用的鋼渣粒化處理技術更是決定余熱回收的效果、經濟性和可靠性。進行節能、低碳、綠色發展是企業、國家乃至社會當今以及將來面臨的重要課題之一，每個具體鋼鐵企業需根據自身的生產運營特點結合工藝、裝備、技術、人才等研究運用合理、可靠、經濟的工藝技術方案推進節能降耗工作，實現經濟及社會效益的兼顧平衡目標。

參考文獻

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