液态渣显热回收技术现状及前景分析正文冶金液态渣综合利用技术主要包括三个方面，一是液态渣资源化预处理，二是液态渣显热回收，三是液态渣处理的环境保护。液态渣显热回收技术及设备是设计综合利用自动化生产线的核心课题。1 液态渣液态渣是冶金行业火法冶金过程中所产生的废弃物，呈高温、液态的工业废渣。火法冶金过程的液态渣主要有三种，即炼铁产生的高炉渣，炼钢产生的钢渣，生产铁合金产生的合金渣及冶炼有色金属产生的其它冶金渣。11 液态渣的温度由于生产工艺不同，冶炼产生的液态渣的温度也不同。炼铁、炼钢的液态渣温度为1 4501 700 oC，冶炼铁合金的液态渣温度范围为1 4001 800 oC，而冶炼有色金属的液态渣温度范围多数为1 4001 800 oC。12 液态渣显热火法冶金的液态渣，属于高品位的余热资源，具有很高的回收价值。高炉渣热焓约为1 700 MJt渣。钢渣热焓约为1 670 MJt渣。合金渣热焓约为1 7001 900 MJt渣。有色金属渣热焓波动范围较大，均超过1 000 MJt渣。13 液态渣性质由于原料的品种、成分以及冶金产品品种、冶炼工艺的不同，液态渣的物理和化学性质也不同。主要液态渣的化学成分范围见表1。从表1看出，液态渣主要成分由钙、硅、铝、镁、铁、锰、磷等化学元素及氧化物组成，含量在80以上。各种液态渣氧化物含量相差较大。131 碱度(R) 液态渣中的氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)与二氧化硅(sioz)之比，即R=(CaO+MgO)Si02。132 活性与稳定性虽然各种液态渣的化学成分相同，但由于冶炼和液态渣处理工艺条件不同，液态渣的矿物组成也有很大不同，矿物组成决定了材料的性质和用途。液态渣在缓冷时，形成晶体相，特别是游离氧化钙、氧化镁，与水化合易产生体积膨胀。只有当基本消解后，体积才会趋于稳定。液态渣在急冷即俗称的淬冷时，形成非晶相或玻璃相。硅酸三钙、硅酸二钙等为活性矿物，属于水硬胶凝材料的重要组成成分。133 耐磨性液态渣的耐磨程度与其矿物组成和结构有关。134 放热性在液态渣冷却发生不同相变时，释放出的热量不同。135 流动度与粘性在冷却时，液态渣流动度与粘性影响处理工艺的选择。14 液态渣显热回收技术的分类显热回收技术，一要回收液态渣余热，二要便于液态渣的再利用，三要不造成环境污染，四要达到短距离生产。液态渣显热回收技术所获得的产品是热风、湿蒸汽和建筑材料原料等。按照液态渣显热回收技术主要工艺特点分类如下。141 液态渣作为回炉原料在符合冶炼工艺条件下，当液态渣含金属成分和冶炼外加剂成分较高时，液态渣返回生产，直接作为生产原料使用。142 液态渣作为热兑原料在液态渣基本不含金属成分时，可根据渣成分，通过加人调整其成分原料，直接生产产品，作为建筑材料等的原料。143 液态渣作为其它工艺热源利用循环空气回收炉渣显热，通过余热锅炉以蒸汽的形式回收显热，称为风淬法；将高温液态渣注人容器内，在容器周围用水循环冷却，以蒸汽形式回收液态渣显热，称为环形床法；国内液态渣的余热利用主要是水冲渣工艺，冲渣水净化，以采暖的方式回收热量 。2 液态渣显热回收技术现状国内外已经高度重视对液态渣显热回收技术的开发，目前已开发出多种液态渣显热回收工艺。根据有关资料介绍，以下显热回收技术相对比较成熟，具有一定的实用性。21 利用高炉液态渣显热生产渣棉技术大连环保设计研究院建材研究所利用高炉液态渣开发渣棉生产技术。在对渣棉生产的温度控制、调质处理、熔体均化和质量控制等关键技术进行反复试验后，于2003年在某钢铁集团形成了年产2万t粒状棉的连续生产能力。经过两年多生产实践证明。该技术具有以下基本特点 】：(1)高炉液态渣显热回收率高达70以上；(2)对比冲天炉工艺，生产粒状棉具有可观的经济效益；(3)有利于生态环境的改善。22 滚筒法处理液态钢渣技术俄罗斯采用滚筒法进行钢渣的显热回收开发。钢渣通过渣罐进入滚筒内，生成的蒸汽混合气体温度为90170，可直接用于生活设施或将其加热至600用于发电，经测试，热利用系数可达到50 。上海宝钢引进俄罗斯滚筒法处理液态钢渣技术，并进行了改进，开发出了滚筒法处理液态钢渣技术。该技术属于目前最先进的液态钢渣的处理工艺。滚筒法处理钢渣具有以下优点：可取代目前投资大、占地多、污染重、处理效果差的热泼法、箱泼法、风淬法和水淬法等；处理后的钢渣稳定性好，可直接回收利用，有效改善了液态渣处理过程中对环境的污染；技术流程短，可节省大量投资。该项目形成的工艺技术和设备有广泛的推广应用价值，目前已在宣钢得到应用。23 风淬处理液态渣工艺1981年，新日本制铁株式会社名古屋钢厂申请了风淬处理液态渣工艺专利，开始在多个钢铁厂进行了长期试验，技术日趋成熟。该技术具有以下基本特点：高炉液态渣显热回收率高达70以上；液态渣处理后为干渣；封闭式处理，没有环境污染。俄罗斯乌拉尔钢铁研究院研制了一套附有热能回收的风淬钢渣处理工艺。在液态钢渣倾倒过程中，渣与空气流接触产生辐射热，通过专用设置收集转换为热水、蒸汽和热空气回收利用 。24 低温蓄池材料技术日本神户制钢和子公司神钢开发成功了低温蓄热材料液态渣显热转换技术，通过低温蓄热材料将液态渣显热转换为热水用于供暖和空调。25 改变单一处理工艺采用自然陈化法消除钢渣中的fCaO，占地面积大，时间长。为缩短陈化时间，日本开发了温水陈化、蒸汽陈化和蒸汽加压陈化法，同时实现液态渣显热回收。3 正在开发的液态渣显热回收技术在显热回收技术方面，我国先后引进日本、俄罗斯、德国、美国等国家的不同工艺及装备，已经使用或正在开发之中。目前在传统处理工艺的基础上，出现了许多新颖的工艺方法。31 提高液态渣水淬工艺层次对于冶金渣的综合利用，利用量最大的是建筑材料领域，而液态渣的淬冷是建筑材料高附加值的首道工艺。多年来，经过各方面的努力，液态渣水淬工艺等技术已非常成熟，在此基础上，结合冶金原料的品种、成分及冶炼工艺，进一步开发新一代的液态渣显热回收技术。如对热泼法、箱泼法、风水淬法和水淬法等方法进行改进。32 转碟法水淬技术英国克凡纳公司研制了转碟法的干渣处理技术，高温气流温度达到400600C，根据资料H 报道，仍在试验完善中。33 炉渣干式粒化近年来，我国有关专家根据1986年德聂伯彼得洛夫斯克冶金学院开发的炉渣干式粒化方案，结合我国国情并参照有色金属连铸连轧的资料，对其工艺进行了改造，开发出一种干式急冷炉渣回收系统 】。4 液态渣显热回收技术的开发前景近3O年，随着全球能源的日趋紧张，各国对液态渣的显热回收技术开展了大量科学研究。由于回收液态渣显热在技术、经济、实用等方面存在诸多难题，至今国内外尚未发现具备大规模推广、完善的液态渣显热回收技术。提高液态渣显热回收技术层次，增加附加值，提高工艺装备自动化技术水平，是液态渣显热回收技术开发的方向。按照我国2006年冶金企业液态渣产生量12 000万t(日产4O万t)计算，无论使用哪种液态渣显热回收技术，均可以建设日产1 000 t的“液态渣收热生产线”400条。41 提高气、汽体温度提高显热回收效率目前，水冲渣工艺取暖余热回收率很低，仅为lOOk左右。在夏季和无取暖设备的地区，这部分能量只能浪费。在已有和正在开发的回收技术中，回收高温气体温度最高能达到400600 oC，温度低必然增大设备投资。因此，对于金属回收率低的液态渣，只有提高气体回收温度，才能降低设备造价。42 降低气体湿度。降低干渣含水率根据液态渣的物理和化学性质，液态渣高附加值的主要利用方向是作为建筑材料、冶金炉料、农业肥料的原料，因此，要求液态渣处理后含水率要低。按照含水率的定义，显热回收技术分为湿法显热回收技术、半干法显热回收技术、干法显热回收技术。湿法显热回收技术是液态渣直接与水接触的水淬工艺；半干法显热回收技术是空气与水同时冷却渣的显热回收工艺，其产生的热风湿度较大；干法显热回收技术是空气冷却渣的显热回收工艺，产生的热风湿度可以满足建筑材料原料的水分要求。43 降低投资。降低运行成本日本等国家进行的风淬处理液态钢渣工艺试验存在设备庞大、投资较高等问题。特别是以机械为核心的技术回收，设备维修量较大。44 提高产品效益在降低投资、运行成本的前提下，进行液态渣显热回收，同时要兼顾副产品适合市场需求，以提高经济效益规模。45 提高工艺装备技术水平显热回收技术要以适合冶炼工艺为前提，从自动化生产线的角度设计工艺，使核心技术与设备通用化、标准化、系列化。5 结语综上所述，冶金行业产生的工业废渣，在其资源化的基础上，进行液态状态下显热回收，符合国家“节能、减排”的要求。同时，通过进一步的显热回收技术研究，可以加速冶金行业工艺流程的技术进行。3