高爐礦渣綜合利用技術的研究與應用
高爐礦渣是高爐煉鐵生產過程中排出的水淬廢渣，其主要化學成分為SiO2、Al2O3和CaO，與水泥成分相近。高爐礦渣經干燥、粉磨制成一定細度的礦渣粉，可按一定比例配入水泥或混凝土中。礦渣粉具有超高活性的同時還具有潛在水硬性，使其成為水泥或混凝土的優質混合、摻合材料。用礦渣粉作為混凝土摻合料不僅可等量替代水泥，而且可使混凝土的多項性能得以極大改善，具體表現在：泌水少、可塑性好、水化析熱速度慢、水化熱小、有利于防止大體積混凝土因內部溫升引起的開裂，并能使混凝土后期強度得以大幅提高，具有良好的耐久性。
隨著我國經濟建設的發展，高層建筑、大跨度橋梁、高速鐵路、高速公路等工程建設的開展，高性能水泥的需求量迅速增大，礦渣粉作為新型水泥混凝土摻合料，有著廣闊的市場前景，對我國建材行業及鋼鐵行業的發展和環境保護具有較好的經濟效益和社會效益。首鋼國際工程公司采用成熟先進的立磨粉磨礦渣工藝，先后完成9條礦渣粉生產線的設計工作，其中8條礦渣粉生產線已經投產，并且運行穩定、產品質量達標、取得了良好的經濟效益、社會效益和環境效益，具有較大的市場推廣價值。
立磨粉磨礦渣工藝特點及流程簡述
立磨粉磨礦渣工藝具有粉磨效率高、生產可靠，系統節能，噪音小、單機能力大、維修工作量小、適應工廠大型化要求的特點，因此在國內外得到廣泛應用。
立磨粉磨礦渣工藝主要包括：原料儲運系統、礦渣粉磨系統、熱風系統、成品儲運系統和公輔系統等。
高爐礦渣經原料儲運系統送至配料站水渣倉，石膏由汽車運輸進廠，在石膏堆棚內儲存，生產時經斗式提升機送入配料站的石膏倉。礦渣倉和石膏倉底均設定量給料裝置，倉內礦渣、石膏經配料后，由帶式輸送機、磨頂喂料設施送入立磨。為防止金屬塊進入立磨，在原料輸送環節設置兩道除鐵設施。
進入立磨的物料在磨盤與磨輥之間研磨，在一定負荷下被烘干、粉磨，研磨后的物料被熱風即上升承載空氣送入位于立磨頂部的高效選粉機，分選成細粉和粗粉。細粉即成品礦渣粉隨熱風進入布袋收粉器，由布袋收粉器收集，后經成品輸送設施送入成品庫；粗粉沿磨機機殼內側掉落到磨盤上，并再次研磨；一部分較大顆粒的粗粉被排入立磨外循環系統，并經外循環系統除鐵后重新返回立磨進行粉磨。立磨烘干熱風由熱風爐供給，廢氣經高效布袋收粉器凈化后排入大氣。成品輸送系統設自動取樣機，定時自動取樣，樣品送往實驗室進行檢驗。
布袋收粉器收集的礦渣粉經成品輸送設施送入成品庫儲存，成品庫內設置充氣斜槽等流化設施，成品庫充氣流化可防止礦渣粉在庫內板結，礦渣粉通過庫底或庫側卸料設備、散裝機裝車外銷。
設計過程中需要考慮的問題
立磨粉磨礦渣工藝廠址選擇應遵循國家相關規程和規范，優先考慮投資省、建設快、運行費用低、經濟效益和環境效益好的廠址，并應進行多方案比選，對建廠條件、投資費用、運輸、環境保護和安全條件進行充分論證比較，一般來說在滿足以上條件的前提下，應首選距離原料較近的廠址，既能減少原料運輸環節的費用，又可以避免對原料運輸路線沿途的環境影響。
高爐礦渣儲運方式的選擇。高爐礦渣最好采用帶式輸送機運輸至原料系統，可以降低運輸費用，帶式輸送機通廊采用封閉式結構，可減少對周邊環境的污染。
高爐和立磨粉磨礦渣工藝生產作業制度不同，因此應設置礦渣堆場，高爐在出渣過程會帶出很多水分，礦渣堆場周圍應設計排水溝，從礦渣中滲出的水排入污水處理系統，處理達標后方可外排，另外礦渣內的水分對建筑有腐蝕作用，因此礦渣堆場內的建、構筑物與礦渣接觸的部分還應考慮防腐措施。
一般來說高爐礦渣的上料有兩種方式，一種為高爐礦渣在原料堆場堆存，生產時通過抓斗、前裝機或其他設施上料；另一種為通過高爐出渣系統帶式輸送機直供立磨粉磨礦渣工藝配料站礦渣倉。不建議采用通過高爐出渣系統帶式輸送機直供配料站礦渣倉的上料方式，主要原因如下：高爐出渣制度與立磨粉磨礦渣工藝生產操作制度、檢修時間不同，實際生產中能夠直供的礦渣量非常有限；剛剛從高爐出渣系統排出的礦渣含水量較高，礦渣直供配料站礦渣倉，會導致配料站積水、工藝能耗偏高等問題；有關礦渣除鐵問題。
高爐礦渣中一般含有0.3%—0.5%左右的鐵質，一部分鐵質以鐵粒或鐵塊形式夾帶在礦渣原料中，另一部分被包裹在礦渣顆粒中。為保護磨盤和磨輥，降低研磨體消耗，延長磨盤、磨輥使用壽命，立磨粉磨礦渣工藝均需要設置除鐵裝置。
通常在原料系統礦渣輸送環節設置兩道除鐵系統，可有效去除以鐵粒或鐵塊形式夾帶在礦渣原料中的鐵質。包裹在礦渣顆粒中的那部分鐵質，則需要經過在立磨內粉磨，去除表面礦渣料，使鐵質裸露出來，才能由除鐵器將鐵質分離，因此，立磨礦渣粉磨外循環系統通常都再設置一道除鐵設施。
粉磨設備的選擇。進口立磨具有堅固、可靠、耐用、故障率低、設備維修率低的優點。二十世紀九十年代立磨粉磨礦渣工藝在國內發展之初，各生產廠大多選用進口立磨，隨著立磨粉磨礦渣工藝在國內不斷發展推廣以及國內設備加工制造能力的提升，目前國產立磨及減速機設計、制造技術已經趨于成熟，完全能夠滿足立磨粉磨礦渣工藝的生產需要，且供貨周期短、價格低，因此國內立磨粉磨礦渣工藝選用國產立磨及減速機的已經越來越多。企業可根據資金情況、建設周期、原料特性、礦渣粉質量要求等來決定選擇進口或國產立磨。選用國產立磨時還要根據設備結構是否合理、維護檢修是否方便、技術經濟指標是否先進、配件保證及費用、售后服務、運行費用等因素進行綜合考慮。
熱風爐燃料的選擇。立磨烘干、粉磨的熱源由熱風爐供給，熱風爐分為燃煤熱風爐和燃氣熱風爐。通過比較這兩種熱風爐得出，燃氣熱風爐在占地、控制、環境保護等方面具有很大優勢，因此在有燃氣供應的條件下，應優先考慮燃氣熱風爐。
成品儲運設施的選擇。礦渣粉成品儲庫是立磨粉磨礦渣工藝的重要組成部分，具有礦渣粉儲存、散裝外運以及滿足正常生產的緩沖功能。目前成功應用的礦渣粉成品庫主要有混凝土儲庫和大型鋼板庫兩種形式。大型鋼板庫相對于混凝土儲庫具有投資低、建設周期短、單庫儲量大等優點，已經成功在遷鋼90萬噸/年礦渣粉生產線和河北三河3×60萬噸/年礦渣粉生產線上應用。
典型工程介紹
遷安首嘉建材有限公司90萬噸/年礦渣粉生產線位于遷鋼西南側的遷鋼循環經濟產業園內，遷鋼3座高爐煉鐵產生的礦渣由帶式輸送機系統輸送到礦渣堆場堆存。礦渣、石膏配料后送入立磨進行烘干、粉磨，成品礦渣粉由布袋收粉器收集，經成品輸送系統送入2×10000噸大型鋼板庫內儲存，最后礦渣粉由大型鋼板庫庫側散裝機裝入罐車，運輸出廠外銷。
京唐公司4×60萬噸/年礦渣粉生產線由京唐公司、環保事業部與唐山冀東水泥股份有限公司合作建設，可處理京唐公司高爐生產的全部礦渣。項目廠址緊鄰京唐公司煉鐵工程1號、2號高爐，可將高爐生產的礦渣就地完成深加工處理，總圖布置、工藝流程特別緊湊。
技術發展與展望
隨著現代鋼鐵行業對環境保護、節能減排方面的要求不斷提高，鋼鐵渣綜合利用項目已成為國內外大型鋼鐵廠發展規劃中必不可少的部分，礦渣粉磨工藝可以實現高爐礦渣二次利用，為鋼鐵企業實現可持續發展目標創造條件，近年來得到很大推廣與應用。國際工程公司擁有國家住房與城鄉建設部頒發的工程設計綜合甲級資質，能夠基于用戶需求，為用戶提供配置靈活、性能可靠、技術成熟、環境優良的礦渣粉生產系統的設計和總承包等多種服務。國際工程公司將以市場為導向、用戶需求為己任，推動冶金行業節能減排、綜合利用技術的發展，為綠色冶金做出更大的貢獻。