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改质反应结束后的氧化物SiO2、MnO、Al2O3等,在温度合适的条件下,还有可能与渣中的f-CaO和f-MgO进行成渣反应,有利于钢渣处理后的稳定性改善。其中成渣反应需要的热能仍然来源于钢渣的显热,钢渣的成渣反应主要方程式:
SiO2+2f-CaO→C2S-Q
SiO2+3f-CaO→C3S-Q
Al2O3+f-CaO→CmAn-Q
f-CaO+SiO2+2f-MgO→CMS-Q
3.2钢渣余热用于烘烤潮湿的合金和渣辅料
炼钢使用的原料,比如萤石、石灰石、白云石等通常在露天堆放。由于雨雪天气以及在空气湿度较大的时候,会吸潮。它们在炼钢工艺环节使用,其中的水分一方面会吸收炼钢的热能,增加能耗;另外一方面,在炼钢环节使用,水分与高温钢水接触,会发生分解反应,存在潜在发生爆炸事故的安全隐患。为了减少爆炸事故,提高冶炼钢水的质量,大多数钢厂对于这些原料采用烘烤的方法来保持干燥,烘烤通常采用燃气和其它的能源介质气体,这种方法会增加炼钢工序成本和CO2的排放量。
由于液态钢渣中间含有较为丰富的热能,在1000℃时,固体碱性渣的比热容为1.255kJ/(kg˙℃),1650℃液体渣的比热容约为2.51kJ/(kg˙℃)。在1600~1650℃时,液体碱性渣的焓变值为1670~2343J/g。转炉渣的焓见表1[4]:
即每吨1600℃的液态转炉渣,含有较多的热能,同时炼钢的渣罐采用铸钢件制作,既可以盛装液态钢渣,也能够盛装一般炼钢使用的原料,并且渣罐的重量较重。比如一座120t转炉使用的容积为11m3铸钢件渣罐,其铸造重量在30~35t,当其盛装液态转炉钢渣以后,渣罐本体在30min左右,温度达到350~550℃,倒出其中的钢渣,向这个渣罐内装入需要加热或者干燥的炼钢原料,在3~6h,渣罐本体的大部分热能被需要干燥的炼钢原料吸收,实现干燥物料的目的。
实践中该厂发现,渣罐在倒出其中的红热钢渣后,从4km的钢渣厂由特种汽车拉运返回到炼钢厂,冬季环境温度在-20℃的时候,采用红外线测温枪测得的空渣罐温度在250~350℃,潮湿物料被加热到摄氏20℃以上,并且保持4h,渣罐外壁温度在50℃时,倒出其中的烘烤物料,就能够完全烘干潮湿原料中间的水分。
钢的比热容为0.47kJ/(kg˙℃),按照33t渣罐的铸造重量计算,如果60%的热能被潮湿的原料吸收,则钢渣的余热利用为:
33×1000kg×0.47kJ/(kg˙℃)×(300-50)℃×60%=2326500kJ,相当于每次烘烤一次潮湿物料,节约80kg标准煤。
3.3热闷渣回水余热用于厂区取暖
该厂钢渣热闷生产线设置12个热闷装置,设计每个热闷装置平均用水量35m3/h,最大40m3/h,用水压力0.3~0.4MPa。热闷过程中喷水被热熔钢渣吸收并蒸发约为30%,其余为回水,回水温度80~90℃,热闷后的回水经热闷池底部装置的排水孔通过一道篦网进入排水管,经排水通廊汇流进入回水井,再由液下泵供水至沉淀池,经沉淀处理后循环利用。
该厂钢渣热闷装置多余的回水由底部排水通廊排入回水井,回水温度在80~90℃,通过在回水井内安装换热器进行余热利用,加热换热器内部循环使用的采暖管网的水,使经过热交换后的采暖管道的水温度达到规定值,由水泵将热水供入供暖管道中,为水路阀门间、设备维修间、钢渣加工生产线供暖。该工艺于2015年9月实施后,用于钢渣厂主要休息场所和办公场所的冬季供暖。
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