转炉炼钢钢渣处理概况

1文献综述

1.1转炉炼钢钢渣处理概况

1.1.1钢渣来源

刚刚钢渣特指在炼钢过程时排出的熔渣，主要是指在吹炼过程中金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬料和补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料，如石灰石、白云石、铁矿石、硅石等。一般渣量是钢产量的8%~15%[1]。

钢渣的主要化学成分有：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、P2O5、f-CaO，对于一些特殊的冶炼钢种，其钢渣中还含有V2O5、TiO2等。钢渣中Fe的氧化物以FeO和Fe2O3形式存在，而以FeO为主，总量在25%以下。如表2-1为常见各种钢渣的成分[2]。

表1-1钢渣的化学成分（%）

钢渣的矿物组成与钢渣的化学成分有关，特别是取决于钢渣的碱度（CaO与SiO2的比）。在我国主要以转炉炼钢为主，因此大部分钢渣为转炉炼钢渣。矿物按下式反应：

2（CaO·RO·SiO2）+CaO→3CaO·RO·2 SiO2+RO

3（CaO·RO·SiO2）+CaO→2（2CaO·SiO2）+RO

2CaO·SiO2）+CaO→3CaO·SiO2

其中RO代表二价金属（一般为Mg2+、Fe2+、Mn2+）氧化物的连续固熔体。

在炼钢初期，碱度比较低，钢渣的矿物组成主要是钙镁橄榄（CaO·MgO·SiO2），其中的镁可被锰和铁所代替。当碱度提高时，橄榄石吸收氧化钙变成蔷薇辉石（3CaO·RO·2SiO2），同时放出RO相（CaO·MnO·FeO的固熔体）。再进一步增加石灰含量，则生成硅酸二钙（2CaO·SiO2）和硅酸三钙（3CaO·SiO2）。在吹炼末期，氧化物增加的速度很快，这个时候，硅酸三钙（3CaO·SiO2）会随温度变化分解成硅酸二钙（2CaO·SiO2）和氧化钙（CaO），还会生成一部分铁酸二钙（2CaO·Fe2O3）。钢渣中还含有铁酸钙（2CaO·FeO和CaO·FeO）和f-CaO。

钢渣的情况取决于钢铁生产的技术使用，包括转炉、电炉和精炼炉等。这些钢渣中基本上含有约20~25%的铁元素[3]。由于钢渣的化学成分变化很大，因此其矿物组成也有很大差异[4]。钢渣中常见的矿物组成包括：橄榄石、镁硅钙石、C3S（3CaO·SiO2）、C2S（2CaO·SiO2）、C4AF（4CaO·Al2O3·Fe2O3）、C2F（2CaO·Fe2O3）、RO相（CaO FeO-MnO-MgO）和f-CaO（自由氧化钙）等[5]。

1.1.2钢渣的性质

钢渣是由钙、铁、硅、镁、锰、磷等氧化物构成的，其中钙、铁、硅、镁的氧化物占绝大部分[6]。根据冶炼钢种及冶炼工艺的不同排出的钢渣的成分也不同，钢渣的性质随化学成分的变化而变化，由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大。碱度较低的钢渣呈灰色，碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。钢渣的外观像结块的水泥熟料，钢渣块松散不粘结，质地坚硬密实，孔隙较少。钢渣中的含铁量较高，其密度为3.1g/cm3~3.6g/cm3，较难磨。易磨指数为：标准砂为1，钢渣为0.7，钢渣的抗压性能好，压碎值为20.4%~30.8%。不同炼钢工艺所得钢渣的化学成分如表2-2所示。其中转炉炼钢渣占钢渣的绝大部分，我国主要钢厂转炉钢渣的化学成分见表2-3。

表1-2钢渣的主要化学成分，%

表1-3转炉炼钢渣的主要化学成分

1.1.3钢渣的利用

目前钢渣可以应用到其他很多领域[7-9]，包括水泥生产、道路建设和其他的民用工程、化肥生产、掩埋垃圾、土壤改良、水净化以及生产金属铁和铁精矿等[10-13]。

1.处理方法及利用方式[14-15]

钢渣的综合利用技术有两个环节，包括钢渣处理和钢渣利用。其中钢渣处理主要包括冷弃法、闷渣法、热泼法、盘泼法、风碎粒化法、水淬法等。

（1）冷弃法

钢渣倒入渣罐（盘）缓冷后（有的打水强制冷却）直接运至渣场抛弃。该工艺投资大、设备多、占地广，不利于钢渣的深加工，有时因排渣不畅而影响炼钢，所以新建的炼钢厂采用此法不多。

（2）热泼法

钢渣倒入渣罐后，运到钢渣热泼车间，用吊车将渣罐的液态渣分层泼到渣床

上（渣坑内），喷淋适量的水，使高温渣急冷碎裂并加速冷却，然后进行磁选或运至弃渣场破碎、筛选。热泼工艺排渣速度快，与目前炼钢工艺的高节奏相适应，但该法钢渣粉化效果差，渣铁分离不彻底，需用大型装载挖掘机械，设备耗损严重，占地面积大，且破碎、筛分、磁选时产生大量粉尘。污染环境[16]。

（3）水淬法

目前使用较多的水淬处理钢渣有露天水淬和盘泼水淬这两种方法。

露天水淬法一般会选取很大的露天场地，将钢渣运送到露天场地，并由专人喷水到含有大量余热的钢渣上，钢渣自身会发生脆裂，这种方法比自然冷却较快。

盘泼法（ISC）起源于日本。该工艺有利于钢渣中粒状残钢的回收。经遴选后的钢渣金属铁含量低，而且稳定性和活性均较好，有良好的综合利用价值。

（4）熔渣水淬粒化法

工艺比较成熟的熔渣水淬粒化法有华科法（HK）、嘉恒法和滚筒法。HK法已在本钢、柳钢投入使用。嘉恒法在首钢和沙钢已投产使用。前者是通过旋转的滚筒提升脱水，后者是通过提升脱水器提升脱水。

滚筒法是宝钢在引进俄罗斯专利基础上改进而成。并在宣钢、宝钢已应用。与前两者不同的是，滚筒法是通过装在滚筒内钢球挤压及水淬冷却实现钢渣粒化的。熔渣水淬粒化法投资少。占地少，节约水，钢渣处理过程中无粉尘产生。

（5）热闷法

这种处理方式就是将钢渣运送至钢渣处理现场，倒入焖渣罐中，这时钢渣的表面温度不得少于3000℃，配以适当的喷水工艺，产生微压蒸汽，利用钢渣自身余热和f-CaO的水解作用使钢渣粉化，使渣与铁分离。粉化过程约8~12h。这种处理方法机械化程度高，工艺简单，设备磨损小，劳动强度低，无二次污染，还解决了粉尘污染问题，比较突出的问题就是不能直接处理温度较高的钢渣。由于这种钢渣处理方法效果很好，所以国内大多数钢厂都在使用这种处理技术。

（6）水淬—池闷法

该法充分利用了水淬法的无粉尘和池闷法的简易高效特点，最大限度地克服了两种钢渣处理方式的缺点。该工艺特点是在水淬工艺旁建闷渣池，水淬工艺无法处理的熔态渣倒入闷渣池打水热闷。由于这种工艺是同时采用了两种钢渣处理方法，固投资大幅度增加，生产线相对较长，操作难度增加，运行维护费用高。目前，首钢在应用该工艺[17-19]。

钢渣的利用方式可分为无害化处理和综合利用两大类。无害化处理对钢渣的利用率很低，其典型的利用方式为热泼渣，将热态钢渣喷水，冷却后，磁选分离夹带的渣钢，残渣用于铺路或建筑回填。若对钢渣进行综合利用则利用率较高，