钢渣处理工艺与国内外钢渣利用技术

第25卷第7期2013年7月钢铁研究学报J o u r n a l o f I r o n a n d S t e e l R e s e a r c h V o l .25,N o .7J u l y2013作者简介:张朝晖(1967—,男,博士,教授; E -m a i l :305201096@q q.c o m ;收稿日期:2013-03-18钢渣处理工艺与国内外钢渣利用技术张朝晖,廖杰龙,巨建涛,党要均(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055摘要:介绍了钢渣的组成成分,简述了目前国内钢渣的主要处理工艺,对其中最为主流的热泼法、滚筒法、热闷法等钢渣处理工艺的工作原理及其优缺点进行简要评述。

并在介绍钢渣特性的基础上,着重综述了钢渣在钢铁冶炼、建材生产、环境工程、农业等方面的综合利用途径。

从钢渣综合利用的现状出发,总结了制约钢渣应用的问题,提出针对具体问题所需提高的钢渣再利用技术与理念,展望了钢渣利用的发展趋势。

关键词:钢渣;烧结材料;游离氧化钙;混凝土文献标志码:A 文章编号:1001-0963(201307-0001-04T r e a t m e n t P r o c e s s a n d U t i l i z a t i o n T e c h n o l o g yo f S t e e l S l a gi n C h i n a a n d A b r o a d Z HA N G Z h a o -h u i ,L I A O J i e -l o n g ,J U J i a n -t a o , D A N G Y a o -ju n (S c h o o l o f M e t a l l u r g i c a l E n g i n e e r i n g ,X i ′a n U n i v e r s i t yo f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y ,X i ′a n 710055,S h a a n x i ,C h i n a A b s t r a c t :T h e c o m p o s i t i o n o f t h e s t e e l s l a g w a s i n t r o d u c e d ,t h e c u r r e n t d o m e s t i c s t e e l s l a g t r e a t m e n t p r o c e s s w a s a l s o d e s c r i b e d ,a n d t h e w o r k i n g p r i n c i p l e a n d t h e r e l a t i v e m e r i t s o f s t e e l s l a g t r e a t m e n t p r o c e s s ,s u c h a s h e a t o v e r m e t h o d ,r o l l e r m e t h o d a n d h o t s t u f f y m e t h o d ,w e r e r e v i e w e d .T h e c o n s t i t u t i o n o f s l a gw a s i n t r o d u c e d a n d t h e a p -p r o a c h e s t o c o m p r e h e n s i v e u t i l i z i n g w e r e d e s c r i b e d i n a s p e c t s o f s t e e l s m e l t i n g ,m a n u f a c t u r e o f a r c h i t e c t u r a l m a t e -r i a l s ,e n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g a n d a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n ,e t c .T h e r e s t r i c t i o n o f t h e a p p l i c a t i o n o f s t e e l s l a g w a s s u m m a r i z e d f r o m t h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f t h e c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f s t e e l s l a g .T h e s p e c i f i c p r o b l e m s a -b o u t t h e s t e e l s l a g r e u s i n g t e c h n o l o g y a n d c o n c e p t w e r e p r e s e n t ,a n d t h e f u t u r e d e v e l o p m e n t t r e n d o f t h e u s e o f s t e e l s l a gw a s d i s c u s s e d .K e yw o r d s :s t e e l s l a g ;s i n t e r e d m a t e r i a l s ;f r e e l i m e ;c o n c r e t e 钢渣是冶金工业中产生的废渣,其产生率为粗钢产量的8%~15%,2012年全世界排钢渣量约1.8亿t。

中国的钢渣产生量随着钢铁工业的快速发展而迅速递增,因此,钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。

国家“十一五”发展规划中指出,钢渣的综合利用率应达86%以上,基本实现“零排放”。

然而,中国目前综合利用的现状与该规划相差甚远,尤其是素有“劣质水泥熟料”之称的转炉钢渣的利用率仅为10%~20%[1]。

国内钢铁企业产生的钢渣不能及时处理,致使大量钢渣占用土地,污染环境。

然而钢渣并非不可用固体废弃物,其中含有大量的渣钢、氧化钙、铁以及氧化镁等可利用组分。

所以,为使钢铁企业创造经济和环境效益,选择合适的处理工艺和利用途径来开发钢渣的再利用价值是十分必要和迫切的[2-3]。

1钢渣的组成钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、R O (镁、铁、锰的氧化物,即F e O 、M g O 、M n O 形成的固熔体、游离石灰(f -C a O 等。

钢渣的矿物组成不尽相同,其影响因素在于钢DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.2013.07.008渣本身的化学成分及碱度。

2目前国内钢渣主要处理工艺目前国内钢渣主要处理工艺有:热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法。

其中热泼法、滚筒法、热闷法最为常用,在此对其工作原理和优缺点进行简单介绍。

2.1热泼法2.1.1渣线热泼法将钢渣倾翻,喷水冷却3~4天后使钢渣大部分自解破碎,运至磁选线处理。

此工艺的优点在于对渣的物理状态无特殊要求、操作简单、处理量大。

其缺点为占地面积大、浇水时间长、耗水量大,处理后渣铁分离不好、回收的渣钢含铁品位低、污染环境、钢渣稳定性不好、不利于尾渣的综合利用。

2.1.2渣跨内箱式热泼法该工艺的翻渣场地为三面砌筑并镶有钢坯的储渣槽,钢渣罐直接从炼钢车间吊运至渣跨内,翻入槽式箱中,然后浇水冷却。

此工艺的优点在于占地面积比渣线热泼小、对渣的物理状态无特殊要求、处理量大、操作简单、建设费用比热闷装置少。

其缺点为浇水时间24h以上、耗水量大、污染渣跨和炼钢作业区、厂房内蒸汽大、影响作业安全。

钢渣稳定性不好、不利于尾渣综合利用。

2.2滚筒法高温液态钢渣从溜槽流淌下降时,被高压空气击碎,喷至周围的钢挡板后落入下面水池中。

此工艺的优点在于流程短、设备体积小、占地少、钢渣稳定性好、渣呈颗粒状、渣铁分离好、渣中f-C a O含量小于4%(质量分数,下同、便于尾渣在建材行业的应用。

其缺点为对渣的流动性要求较高、必须是液态稀渣、渣处理率较低、仍有大量的干渣排放、处理时操作不当易产生爆炸现象。

2.3热闷法待熔渣温度自然冷却至300~800℃时,将热态钢渣倾翻至热闷罐中,盖上罐盖密封,待其均热半小时后对钢渣进行间歇式喷水。

急冷产生的热应力使钢渣龟裂破碎,同时大量的饱和蒸汽渗入渣中与f-C a O、f-M g O发生水化反应使钢渣局部体积增大从而令其自解粉化。

此工艺的优点在于渣平均温度大于300℃均适用,处理时间短(10~12h,粉化率高(粒径20m m 以下者达85%,渣铁分离好,渣性能稳定,f-C a O、f-M g O含量小于2%,可用于建材和道路基层材料。

其缺点为需要建固定的封闭式内嵌钢坯的热闷箱及天车厂房、建设投入大、操作程序要求较严格、冬季厂房内会产生少量蒸汽[4]。

3转炉钢渣综合利用现状3.1国外钢渣利用概况3.1.1日本钢渣综合利用情况日本目前的钢渣有效利用率已达到95%以上。

转炉渣和电炉渣的利用方向分为外销、自使用、填埋[5]。

3.1.2德国钢渣综合利用情况德国目前的钢渣有效利用率达98%以上,其主要利用方向为土建、农肥以及配入烧结和高炉进行再利用。

目前,德国已将转炉渣用于加固莱茵河港口和谬司河岸。

3.1.3其他国家钢渣综合利用情况美国目前的钢渣有效利用率达98%,其主要利用方向(烧结和高炉再利用、筑路的钢渣用量占总钢渣利用量的65%以上。

美国的8条主要铁路均用钢渣作铁道渣。

美国研究机构对氧气顶吹转炉渣性能进行研究,开发出利用钢渣去除土壤含水层中有机物与无机物的使用途径[6]。

瑞典通过向熔融钢渣中加入碳、硅和铝质材料对钢渣进行成分重构,在回收渣中渣钢后将钢渣用于水泥生产。

加拿大将处理后的钢渣用于道路建设。

阿拉伯地区利用电弧炉钢渣(分级作为混凝土掺合料配制出属性更好的混凝土[7]。

3.2国内钢渣利用概况3.2.1钢渣用于冶金原料1回收废钢铁钢渣中含有较大数量的铁,平均质量分数约为25%,其中金属铁约占10%[8]。

磁选后,可回收各粒级的废钢,其中大部分含铁品位高的钢渣作为炼钢、炼铁原料。

2钢渣用作烧结材料由于转炉钢渣中含40%~50%的C a O,用其代替部分石灰石作烧结配料,不仅可回收利用钢渣中残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰、稀有元素(V、N b 等等,而且可使转鼓指数和结块率提高并有利于烧结造球及提高烧结速度[9]。