钢渣的处理方式及利用途径探讨_吕心刚

此易 磨 性 差。 易 磨 指 数： 标 准 砂 为 1 ， 高炉渣为 0． 96 ， 而钢渣仅为 0． 7 。钢渣抗压性能好， 压碎值为 20． 4% ～ 30． 8% 。 1． 3 钢渣的化学性质 SiO2 、 Al2 O3 、 钢渣 的 化 学 组 成 主 要 有： CaO、 FeO、 MgO、 MnO 等。 安钢、 宝钢等几家钢厂转炉钢 渣的化学成分见表 1 。
home and abroad and reutilization routine of steel slag． The paper refers that external cyclic utilization should be the main routine of steel slag in steel enterprise， which provides reference to the utilization of steel slag KEY WORDS steel slag treatment utilization discussion
企业应以钢渣外部循环利用为主， 为钢铁企业钢渣的循环利用提供了参考 。
DISCUSSION ON TREATMENT METHODS AND UTILIZATION APPROACHES OF STEEL SLAG
Lv Xingang （ Anyang Iron and Steel Group Co． ， Ltd） ABSTRACT The paper introduces Generation and Basic Properties of steel slag， discusses the processing technology at
冷却介质， 急冷固化、 破碎。 其优点是排渣速度快、 占地面积少、 污染少； 其缺点是设备较复杂且故障率 高、 投资大、 钢渣活性低。 2． 5 风淬法 热熔钢渣被压缩空气击碎落入水中急冷 、 改质、 粒化。 其优点是排渣速度快、 占地面积少、 污染少、 处理后钢渣粒度均匀； 其缺点是处理率低、 钢渣利用 途径窄。 2． 6 粒化轮法 将熔融的钢渣落到高速旋转的粒化轮上， 因机 械作用将熔渣破碎、 粒化， 被粒化的熔渣在空间经喷 水冷却后， 渣水一同落入脱水转鼓。 其优点是排渣 速度快、 污染少； 其缺点是处理率低 （ 一般在 50% 左 右） 、 只能处理流动性好的钢渣、 设备磨损严重、 钢 渣胶凝性能变差影响其利用。 2． 7 热焖法 钢渣热焖处理技术是将熔融钢渣倾翻在热焖装 封盖， 喷水。 水遇热渣产生蒸汽， 使钢渣发生 置内， 化学反应， 游离氧化钙生成氢氧化钙， 体积膨胀并在 使钢渣稳定。 热闷 温度变化应力作用下破裂粉化， 处理工艺简单， 能够处理固态钢渣， 处理后的钢渣活 性高、 安定性好， 利于钢渣的后期利用。 根据以上分析， 从钢渣流动性考虑， 滚筒法、 风 淬法、 水淬法和粒化轮法只能处理流动性好的钢渣 ， 盘泼法、 热泼法、 热焖法可以处理流动性差的钢渣； 从工艺繁杂程度、 投资角度看， 风淬法、 热焖法工艺 投资少、 设备磨损少； 从节能和环保角度考 较简单、 虑， 风淬法、 热焖法、 滚筒法可行； 从处理后钢渣粒度 的均匀程度考虑， 风淬法得到的钢渣粒度最小且均 匀； 从处理后钢渣的安定性和活性考虑， 风淬法、 热 焖法较好。因此， 处理流动性好的钢渣其最佳工艺 是风淬法， 处理流动性差的钢渣其最佳工艺是热焖 法。 3 钢渣的利用途径探讨 钢渣的利用途径大致可分为内循环和外循环， 内循环指钢渣在钢铁企业内部利用， 作为烧结的原 料和炼钢的返回料。钢渣的外循环主要是指用于建 筑建材行业。 3． 1 钢渣的内循环利用 钢渣返烧结主要是利用钢渣中的残钢 、 氧化铁、 、 、 ， 氧化镁 氧化钙 氧化锰等有益成分 而且可以作为 烧结矿的增强剂， 因为它本身是熟料， 且含有一定数 量的铁酸钙， 对烧结矿的强度有一定的改善作用 。 另外转炉渣中的钙、 镁均以固溶体形式存在， 代替溶 可降低溶剂（ 石灰石、 白云石 ） 消耗， 使烧结过 剂后，
安钢及国内几家钢铁企业钢渣化学成分比较
C2 S 转炉钢渣的岩相组成为： C3 S （ 硅酸三钙 ） 、 （ 硅酸二钙 ） 、 C2 F （ 铁酸二钙 ） 、 RO 相［ 以 FeO 为主
Mg， Mn） 氧化物固溶体 ］ 、 的（ Fe， 游离石灰及少量铁 固溶体等。此外， 还有少量氟磷灰石 （ 3C2 P． CaF2 ） 、
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联系人： 吕心刚， 高级工程师， 副经理， 河南． 安阳（ 455004 ） ， 安钢集团综合利用开发公司；
收稿日期： 2013 —4 —28
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萤石（ CaF2 ） 、 铁粒等。 1． 4 钢渣的膨胀机理 ）， 钢渣中存在游离氧化钙 （ f － CaO、 该物质水 化时产生体积膨胀是钢渣膨胀的根本原因 。f － CaO 遇水后水化形成 Ca（ OH） 2 ， 体积膨胀 98% 。钢渣中 f － CaO 主要来自两方面。 一种是在 1400 ℃ ～ 1500 ℃ 高温下， 因为炼钢过程中造渣和调节碱度而加入 的石灰， 在转炉中因表面与 SiO2 生成难熔的硅酸二 钙， 阻止石灰进入渣相中， 在高温下形成死烧石灰， 是钢中 f － CaO 的主要来源； 另一种来源于钢渣中硅 酸三钙在冷却过程中分解成硅酸二钙和 f － CaO。 除游离氧化钙以外， 钢渣中还存在少量的游离氧化 （ f － MgO ） ， f － MgO 镁 遇水后水化形成 Mg （ OH ） 2 ， 体积膨胀 148% ， 也是钢渣膨胀的一个重要原因。 2 国内外钢渣处理方法对比分析 目前国内外钢渣处理工艺由于炼钢设备、 工艺、 造渣制度、 钢渣物化性能的不同以及利用上的多种途 主要有热泼法、 盘泼法、 水淬法、 滚 径而呈现多样化， 筒法、 风淬法、 粒化轮法、 热焖法等， 具体分析如下： 2． 1 热泼法 从炼钢车间将热态钢渣运至钢渣场 ， 倾翻落地， 喷水冷却。然后用铲运机将冷却的钢渣运至钢渣破 碎—筛分—磁选生产线。该工艺是 20 世纪 70 年代 引进国外生产线后发展的钢渣处理工艺 。其优点是 排渣速度快、 便于机械化生产、 钢渣活性较高； 其缺 点是占地大、 破碎加工粉尘大、 对环境污染严重、 钢 渣稳定性差。 2． 2 盘泼法 将热熔钢渣倒在渣罐中， 用吊车将罐中钢渣均 匀倒在渣盘上， 喷淋大量水急冷， 再倾翻到渣车中喷 水冷却， 最后翻入水池中冷却。其优点是快速冷却、 占地少、 粉尘少、 钢渣活性较高； 其缺点是渣盘易变 形、 工艺复杂、 投资和运行费用高、 钢渣稳定性差。 2． 3 水淬法 钢渣水淬是 20 世纪 70 年代为获得粒度小于 8 mm钢渣返回烧结而研究成功的工艺。 高温液态 钢渣在流出下降过程中， 被压力水分割、 击碎， 再加 上高温熔渣遇水急冷收缩产生应力集中而破裂 ， 同 时进行了热交换， 使熔渣在水幕中进行粒化。 其优 点是排渣速度快、 工艺流程简单、 占地面积少、 投资 少； 其缺点是处理率低 （ 最高 50% ） 、 水淬时操作不 、 、 当易发生爆炸 处理后渣利用途径窄 钢渣水硬胶凝 性低影响钢渣的利用。 2． 4 滚筒法 高温液体钢渣在高速旋转的滚筒内， 以水作为
% FeO 6 ～ 20 4 ～ 18 10 ～ 18 5 ～ 20 11 ～ 22 P2 O5 1 ～ 1． 9 0． 2 ～ 1． 3 3 ～5 2 ～3 1 ～ 1． 5 f － CaO 3 2 5 4 2 ～ 10 ～ 10 ～ 11 ～ 10 ～ 10 Fe2 O3 4 3 7 5 4 ～ 10 ～ 13 ～ 10 ～ 10 ～ 10 MnO 1 1 0． 5 1． 5 5 ～3 ～2 ～ 2． 5 ～ 2． 5 ～6
与少量铁氧化后生成的氧化物； 为了使炉渣具备所 需要的性质， 向炉内加入的造渣材料如石灰、 莹石、 白云石； 被侵蚀、 剥落下来的炉衬和补炉材料， 主要 MgO 等； 炉料带入的泥沙等。 是 CaO、 1． 2 钢渣的物理性质 钢渣呈褐黑色， 由于钢渣含铁较高， 因此密度
3 3 高， 一般在 3． 1 g / cm ～ 3． 6 g / cm 。 钢渣的体积密 度 因 冶 炼 工 艺 的 不 同 也 会 有 所 差 异， 平炉渣为 3 2． 17 g / cm3 ～ 2． 20 g / cm3 ， 电炉渣在 1． 62 g / cm 左 3 右， 转炉渣在 1． 74 g / cm 左右。 由于钢渣致密， 因
钢渣是 在 炼 钢 过 程 中 产 生 的， 约占钢产量的 15% ～ 20% 。钢渣的主要来源： 金属料中 Si、 Mn、 P
ห้องสมุดไป่ตู้表1
名称 安钢 邯钢 马钢 上钢 宝钢 CaO 40 42 45 45 40 ～ 55 ～ 54 ～ 50 ～ 51 ～ 50 SiO2 10 ～ 18 12 ～ 20 10 ～ 11 8 ～ 10 13 ～ 17 Al2 O3 1． 5 ～ 5 2 ～6 1 ～4 0． 6 ～ 1 1 ～3 MgO 5 ～ 10 3 ～8 4 ～5 5 ～ 12 4 ～7
2013 年 6月 21 第 卷 第3 期
河 南 冶 金 HENAN METALLURGY
Jun． 2013 Vol． 21 No． 3
钢渣的处理方式及利用途径探讨
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吕心刚
（ 安阳钢铁集团有限责任公司） 摘要 关键词 介绍了钢渣的产生及基本性质， 对国内外钢渣处理工艺 、 钢渣循环利用的途径进行了分析和探讨， 指出钢铁 钢渣 处理 利用 探讨
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前言
钢铁工业是国民经济的基础产业， 在国家经济 钢铁工业也呈现出快速发展的 高速发展的形势下， 态势。钢渣作为炼钢工艺流程的衍生物， 随着钢产 量的提高其产生量也不断递增。 根据最新资料统 2012 年我国粗钢产量达 7． 17 亿 t， 计， 钢渣的产生 量约为 9300 万 t， 而钢渣利用率仅为 22% 左右， 与 “十二五” 大宗固体废物综合利用规划要求的指标 距离钢铁企业固体废弃物“零 ” 排放 仍有一定差距， 的目标尚远。积极开发和应用先进有效的钢渣处理 和资源化利用新技术， 提高其利用率和附加值， 是钢 铁企业发展循环经济， 实现可持续发展的重要课题 之一。 1 1． 1 钢渣的产生及基本性质 钢渣的产生
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程碳酸盐分解热减少， 降低烧结固体燃料消耗。 钢渣在钢铁企业内部循环历来受到重视和普遍 采用， 配加转炉渣的烧结矿可改善高炉的流动性 ， 增 加铁的还原产量。 但是配矿工艺对返烧结有影响， S 等有害元素的富集； 配加转炉 过度使用会造成 P、 渣的烧结矿品位、 碱度有所降低。研究表明， 当高炉 5% 转炉渣作为溶 炉料使用 100% 自熔性球团矿时， 剂加入会引起高炉运行不畅， 原因是明显影响球团 矿的软熔特性， 增大软熔温度间隔， 使炉渣粘性有增 大趋势。另外钢渣的成分波动较大， 烧结配矿时要 求钢渣各种氧化物成分波动≤ ± 2% ， 粒度要求一般 小于 5 mm， 钢渣在成分上很难满足要求， 对钢渣破 。 碎和筛分的要求也高 由于上述不利因素存在， 致 使返回烧结利用的钢渣量不大， 目前钢铁企业混匀 烧结矿中加入钢渣量一般不超过 5% 左右。 3． 2 钢渣的外循环利用 钢渣的外循环主要是应用于建筑 、 建材行业， 钢 渣在建筑建材行业中利用受制约的主要因素是钢渣 的体积不稳定性。钢渣不同于高炉渣的地方是钢渣 f － MgO， 它们在高于水泥熟料烧成 中存在 f － CaO、 温度下形成， 结构致密， 水化很慢， 遇水后水化形成 Ca（ OH） 2 、 Mg（ OH） 2 ， 产生体积膨胀， 导致掺有钢渣 的混凝土工程、 道路、 建材制品开裂， 因此钢渣在利 f－ 用之前必须采取有效的处理， 使渣中 f － CaO、 MgO 充分消解才能使用。 钢渣经热焖处理后， 由于 热融钢渣在热焖装置中喷雾冷却产生饱和蒸汽 ， 与 f － CaO 、 f － MgO ， 发生反应 使钢渣自解粉 钢渣中 化， 同时消除了钢渣的不稳定性， 使钢渣在建筑建材 行业上的应用安全可靠。钢渣在建筑建材行业上的 应用有以下几种利用途径： 3． 2． 1 做水泥生料 钢渣在水泥生料中主要是做水泥的铁质校正 剂， 目前生料中配加量为约 3% ～ 5% ， 工艺比较成 熟。 在水泥工艺中煅烧 1 t 石灰石产生 440 kg CO2 ， 需 500 Kcal 热量， 煅烧 1 t 熟料需 230 kg 优质煤。 水泥生料配加钢渣可以节约石灰石和煤， 但其仍需 煅烧的特征未从根本上消除对能源环保方面的负作 用， 而且钢渣的全铁含量在 15% ～ 28% 之间， 含铁 量偏低， 水泥生产企业在计算成本时， 比较倾向于选 择其他含铁量达到 40% 以上的废渣。 3． 2． 2 做钢渣水泥原料和硅酸盐水泥的混合材 根据对钢渣的岩相检定和 X 射线检定， 钢渣之