钢铁生产中冶炼渣的处理和利用

• 3 钢渣作用于农业
• 钢渣是一种以钙、硅为主含有多种成分的具有速效又 有后劲的复合矿质肥料，发达国家一般有10％的冶金 渣用于农业，我国南方至少有3000万亩水稻的土壤缺 硅．有3．7亿亩酸性红土壤可用钢渣去改良。湖南娄 底市土地站曾预测：“每年将十万吨钢渣在百万亩农 田施用将取得千万元效益。”尽快开发利用此技术对 发展我国农业有非常重要的意义。
钢铁冶金的环保与节能-5
钢铁生产中冶炼渣的处理和利用
4．1 高炉渣、转炉渣、电炉渣的产生和性质 4．2 炉渣资源化途径、处理技术与存在的问 题 4．3 少渣冶炼 4．4 复合矿冶炼渣中有价元素的回收
4．1 高炉渣、转炉渣、电炉渣的 产生和性质
• 高炉渣在高炉炼铁过程中产生,从高炉排 除时期温度约为1500℃,呈熔融状态,根 据冷却方法,分为缓冷渣和水淬渣.
玻璃体和微晶体
高炉渣利用途径
• 粒化高炉渣做水泥混合材 • 粒化高炉渣矿粉作水泥和混凝土掺和料 • 粒化高炉渣作砖 • 高炉渣做硅肥 • 缓冷渣做混凝土骨料、道路材料 • 膨胀矿渣珠做混凝土轻骨料 • 做矿渣棉、铸石、微晶玻璃材料
• Portland cement - patented by Joseph Aspdin in mid-1800’s. Made from finely ground limestone and finely divided clay to give a burned product containing 65-70% CaO, 18-24% SiO2, 3-8% Fe2O3, 3-8% Al2O3 plus smaller proportions of minor oxides (e.g. Na2O, K2O, MgO, etc.). Modern plants permit much more efficient processing and in addition, proportion raw mix compositions to produce a cement from which a range of strength development and durability properties can be expected.
• 钢渣包括转炉吹炼铁水炼钢时产生的转 炉渣和用电炉以废钢为原料炼钢时产生 的电炉渣,铁水预处理时产生的渣称为铁 水预处理渣,一般统计为转炉渣.
• 电炉渣分为氧化期渣和还原期渣.
炉渣种类
发生量
备注
高炉渣 钢渣
缓冷渣
水淬渣
转炉渣 铁水预处理渣
氧化期 电炉渣
还原期
约300 kg/t hot metal
– 铺筑道路 多年前英国已把钢渣作为沥青主料来铺筑路 面。经处理后的钢渣具有较好的稳定性,可用于道路的 基层、垫层及面层。国内宝钢、武钢等多家企业已用钢 渣铺筑了很多道路。钢渣与沥青有很好的亲合性,与部 分天然石料相混可铺筑高质量柔性道路。磨光石试验表 明钢渣沥青路面防滑性好,不易开裂、拉裂;轮碾试验表 明,承重层变形小,道路工作寿命长。钢渣有很好的抗冻 解冻性,适应寒冷气候开放道路的使用
高炉水渣做矿渣水泥
• 用硅酸盐水泥熟料与粒化高炉渣配合3-5%石膏 经混合磨细可制成矿渣硅酸盐水泥，矿渣掺入 对水泥的抗压和抗拉强度影响不大，掺入量可 占水泥重量的20-70%。
– 与普通水泥比，矿渣硅酸盐水泥具有较强的抗溶出 性、抗硫酸盐侵蚀性，适用于水上工程、海港和地 下工程，在酸性水和含Mg盐水中不及普通水泥。
100-150 kg/t steel 40 kg/t steel 普通钢\特殊钢 100kg/t steel 不锈钢200kg/t steel
贫矿冶炼时 渣量可达11.2kg/t hot metal
中国钢铁渣的发生量和利用率
• 2002年全国产钢1.8155亿吨，生铁1.7074亿吨； • 2002年钢渣产生量2480万吨，136.6 kg slag/t
– 水化热较低，适用于大体及混凝土浇筑，耐热性强 ，适用于高温车间、高炉基础，早期强度低，后期 强度增长率高，早期养护重要。在循环型干湿变化 、冻融条件下不如普通水泥抗冻。
• 石膏矿渣水泥
– 高炉水渣（最多80%）+石膏（<15%）+石 灰（<5%)或硅酸盐水泥熟料，可制成石膏矿 渣水泥，成本低，抗硫酸盐侵蚀，抗渗透性 好，适用于水工建筑。
1.21 0.53 _
BF S 35.01 14.44 36.78 9.72 0.88 _
0.30 _
_
BF S 33.84 11.68 38.13 10.61 2.20 _
0.26 _
_
各种炉渣的物相组成
• 高炉渣缓慢冷却时生成各种结晶矿物相 ，急冷时生成大量无定形的玻璃体和微 晶，酸性高炉渣急冷时全部凝结成玻璃 体。
EAF S 23.27 7.67 25.20 4.88 6.24 16.52 3.37 6.82 0.49
BF S 33.49 13.27 38.20 9.80 0.91 _
0.09 _
0.01
BF S 32.28 14.25 35.35 9.97 1.22 _
0.38 1.64 0.02
BF S 33.18 14.05 39.04 9.07 3.13 _
• 鞍钢为了开采渣山，建立一个钢渣处理车间。 工作程序是：先用人工采渣，然后经颚式破碎
– 钢渣用作高炉熔剂。钢渣用作高炉熔剂,其优点:ａ.提高铁水含 锰量,在某些特定条件下还能富集钒,铌等有益元素,提高了资源 综合利用程度;ｂ.利用钢渣中的铁,取代部分铁矿石,降低了生 产成本;ｃ.代替石灰石,减少碳酸盐分解热,有利于降低焦比;ｄ. 钢渣中的ＭｎＯ、ＭｇＯ有利于改善高炉渣的流动性。近年 来,高炉利用钢渣在逐渐减少,其原因是多方面的。如高炉炉料 结构改变,硫、磷的富集,钢渣成分的波动等。
• 1） 破碎处理法
• 用破碎法处理的钢渣有两类：一是多年累积 的渣山，二是新排放的钢渣。
• 这种处理方法的基本流程是破碎一磁选—筛 分分级。由于用途不同，详细流程也不一样。 有的经二级破碎二级磁选和二级筛分；有的经 二级破碎、三级磁选和一级筛分；还有的经三 级破碎二级磁选二级筛分。根据国内外采用的 破碎方法，现选出有代表性的予以叙述。
武钢破碎加工转炉渣工艺
唐山钢铁公司钢渣处理方法
• 唐山钢铁公司钢渣处理间工作程序为：首先热 拨钢渣结成厚度200一300mm的渣壳，然后经 破碎筛分获得0—8mm、8—40mm和40—70mm 三种不同粒度的钢渣，分别用于烧结、高炉和 化铁生产，经再循环后，回收其中的铁和大部 份Mn。处理工艺流程见图。该车间年处理能 力为16万吨钢渣。该公司二炼钢所产生的钢渣 除铸余渣外全部可以经过该车间处理。
steel，利用率约36%。 • 2002年高炉渣产生量5909万吨， 346.1 kg slag/t
hot metal ，利用率约75%。 • 钒钛高炉渣和放射性高炉渣未能利用 • 全国钢铁弃渣约3亿吨，占地3万亩。 • “十五”规划要求2005年工业废渣综合利用率要
达到60%。
钒钛磁铁矿高炉冶炼渣成分(质量%）
• 为提高矿渣硅酸盐水泥的强度，矿渣掺量降低 ，高炉水渣的销售形势变坏。
钢铁渣作水泥的生态意义
钢渣利用途径
• 1 钢渣的厂内循环再利用和冶金功能
• 钢渣代替石灰石、白云石、铁矿石等用作冶炼熔剂和代 替石灰石等作为冶炼熔剂。世界上很多国家已积累多年 的使用经验,这是钢渣合理利用的一条重要途径。
– 用作烧结矿熔剂。钢渣用作烧结矿熔剂国内外都有较成熟的 经验,也是钢渣一项价值很高的综合利用。钢渣用作烧结料代 替石灰石等,其优点:ａ.提高烧结矿强度,改善烧结矿质量; ｂ.有 利于提高烧结矿产量;ｃ.有利于降低燃料消耗;ｄ.有利于降低 烧结矿的生产成本。
转炉渣处理方法
• 各种钢渣从炉子里放出或者出钢时从钢包上部 溢渣口流出的钢渣均处于熔融状态。由于处理 方法不同，钢渣运行的流程也不一样。
• 在大多数情况下，钢渣是用渣罐被运到渣场 ，经自然冷ห้องสมุดไป่ตู้后进行破碎再应用。
• 对采用水淬、风淬、高速滚筒、余热自解以 及热盘等方法处理的炉渣不经破碎或局部破碎 ，然后应用。
Al2O3 1.48
CaO 40.14
MgO 9.78
Fe2O3 9.43
FeO 17.44
MnO 1.99
TiO2 0.94
P2O5 1.51
BOF S 19.14 4.07 45.18 7.23 7.10 20.54 0.80 0.98 1.23
BOF S 13.21 2.42 33.76 9.37 16.03 11.70 3.25 1.10 1.26
武钢钢渣处理方法
• 武钢矿渣综合利用科技开发公司于1986年末建成一条 小型钢渣处理生产线。基本流程是：二级破碎一二级 磁选一一级筛分(见图4)。该生产线年生产能力为5万吨 成品，具体处理过程如下：
• 氧气转炉钢渣以热泼的方式翻罐，然后打水冷却。在 钢渣冷却过程中使其自裂(碎)，经集中运到处理生产线 受料斗处。钢渣经过有300 x 300mm格孔的格筛的受料 斗流到皮带运输机上送到破碎机进行破碎。小于40mm 的渣粒经皮带式磁选机磁选，磁选出的钢粒等另行堆 放，供炼铁、炼钢等部门应用。磁选后余下的渣经皮 带送入反击式破碎机受料斗，经纲破、磁选和筛分(筛 网孔10x10mm)后供使用。
• 2 筑路和建筑材料
• 含游离ＣａＯ低,含磷高而不适宜用作熔剂的钢渣 可以考虑用作筑路 , 河道和水土建筑材料等。
– 建筑材料 钢渣在建材领域的用途也很广泛。首钢将0～ 10ｍｍ钢渣打水焖渣、自然堆放,经过足够的时效处理, 控制游离ＣａＯ的含量,降低膨胀性,生产砌块空心砖及 其他混凝土制品。鞍钢100～356ｍｍ钢渣同时用于生产 耐火粘土砖及镁砂.
CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO
20-31 19-32 13-17 7-9 0.3-1.2 0.21.9
S TiO2 V2O5
0.2- 6-31 0.06-
0.9
1.0
500kg BF Slag/t hot metal in Baotou Steel
种类 SiO2 BOF S 19.19
• 钢渣不轮缓冷或急冷都生成结晶矿物相 ，不形成玻璃态物质。
钢铁渣的矿物组成
种类 钢渣 钢渣 钢渣 钢渣
缓冷高 炉渣
水淬高 炉渣
CaO/(SiO2+P2O5) 矿物成分
1.36 1.80 2.51 2.99
橄榄石(CRS)、蔷薇辉石(C3MS2)、RO相 蔷薇辉石(C3MS2)、硅酸二钙(C2S)、RO相 硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、RO相 硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、RO相、 铁酸盐 硅酸二钙(C2S)、钙铝黄长石(C2AS)、镁黄 长石(C2MS2)、钙长石(CAS2)、硫化钙(CaS)
• 石灰矿渣水泥
– 石灰（10-30%）+ 天然石膏（<5%) + 干燥 粒化矿渣，制成的水泥可用于无筋混凝土、 工民建砂浆、蒸汽养护预制品。
• 矿渣硅酸盐水泥国家标准中矿渣掺量最高为 70%，实际生产中掺量为40%，增加矿渣掺量 将引起水泥强度显著下降。影响该品种水泥的 适用范围。
• 1999年我国水泥胶砂强度检验方法采用ISO,矿 渣硅酸盐水泥标准也相应修改，原425号矿渣 硅酸盐水泥的强度指标将达不到新标准。
• 我较据渣国高我可,有国再虽些国处然钢情理钢,铁用渣钢厂作磷渣磷,肥铁磷肥的水肥不国含对拘际磷酸于标较性Ｐ准高、2规,中Ｏ炼定性5钢含有和后磷效碱钢量Ｐ性渣,其2土中Ｏ原壤含5>因都1Ｐ是5有%2Ｏ钢用,但5, 同效。.时因转渣其炉中含渣丰有中富约含的5有0Ｃ%大Ｃａ约ａＯ1%Ｏ与Ｐ,Ｓ也2Ｏｉ可5Ｏ以,可2用等以作也用酸有于性不农土同业壤程生改度产良的磷剂肥肥 。
BOF S 14.07 5.29 40.97 13.59 6.50 12.61 1.21 0.69 1.21
BOF S 14.50 1.79 35.19 10.13 12.87 16.04 5.67 0.67 1.22
EAF S 22.44 11.03 35.33 6.58 1.22 13.14 1.26 0.73 0.34