钢渣处理及资源化综合利用工艺_郭秀键

0概述

钢渣是炼钢产生的副产物，约为钢产量的9%～

12%。

炼钢根据产钢流程，分转炉流程和电炉流程,转炉流程产生的渣有脱硫渣、转炉钢渣、注余渣等；电炉流程产生的钢渣有电炉渣、注余渣等。炼钢不同工序产生的渣量也不同，脱硫渣12～15kg/t(铁水)，转炉渣100～110kg/t(钢)，电炉渣120～150kg/t(钢)，注余渣25～30kg/t(钢)。2010年全球粗钢产量达到14.14亿吨,亚洲粗钢产量为8.11亿吨,其中,中国以6.267亿吨位居全球第一位,占全球钢产量的44.3%。全球粗钢以转炉钢为主,产量约占2/3,中国约有90%为转炉钢，年产生的钢渣量超过0.63亿吨。目前钢渣

利用率较低，研究钢渣的资源化综合利用十分必要。

1影响钢渣利用的因素

炼钢过程中为了脱硫、脱磷、脱碳需要,加入的

造渣材料(石灰等)与酸性氧化物反应生成的矿物形成钢渣。在钢渣产生及处理过程中，有如下因素影响其资源化综合利用。１．１成分

炼钢是一个间断性的生产工艺，每炉钢冶炼工况都有所差异，同一炉冶炼过程不同时段排出渣的成分有所区别，不同炉或不同工序产出的渣混装在一起,也会导致钢渣成分不稳定,增加下游用户的使用难度。钢渣成分的稳定要从冶炼及出渣制度、处置方

钢渣处理及资源化综合利用工艺

郭秀键

（中冶赛迪集团公司，重庆市400013）

〔摘

要〕通过对影响钢渣利用的成分、安定性及活性因素的分析,提出了对应的解决措施;通过对钢渣冷

却工艺和利用途径的对比分析,提出采用余热自解工艺冷却钢渣,充分选铁并回收含铁物料及部分可做熔剂的钢渣;尾渣控制合理的粒度,采用不同的深加工工艺,生产钢渣微粉、砌块等建材产品或直接作筑路、回填料,以实现钢渣的资源化综合利用,达到钢渣的“零排放”的目标。

〔关键词〕钢渣；安定性；活性；改质；余热自解；微粉；综合利用

中图分类号：X757

文献标识码：B

文章编号:1004-4345(2012)06-0017-03

Steel Slag Treatment and Resource Comprehensive Utilization Process

GUO Xiu-jian

(CISDI Group Co.,Ltd.,Chongqing,400013,China)

Abstract

The corresponding solutions are introduced by analyzing composition,stability and activity that is affected by

utilization of steel slag;process of waste heat self-dissolution adopted for steel slag cooling is presented by comparing and analyzing the processes of steel slag cooling and utilization approaches,iron will be selected adequately,materials containing iron and steel slag that may be acted as flux will be recovered;and particle of slag tails will be controlled reasonably.The different deep processing processes will be adopted to produce building materials(such as steel slag fine powder and building blocks),or steel slag may be regarded as materials for paving and filling,resource comprehensive utilization and "zero discharge"purpose of steel slag can be achieved.

Keywords steel slag;stability;activity;property changing;waste heat self-dissolution;fine powder;comprehensive utilization

收稿日期：2012-07-05

作者简介：郭秀键(1978—),男,工程师,主要从事固体废物处理与资源化。

有色冶金设计与研究

第33卷2012年第6期

12月

式等方面予以保证。因此,保持钢渣成分稳定,主要依靠合理的出渣制度和处置方式。

１．２安定性

钢渣含游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化镁(MgO)、硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)等,这些组分在一定条件下都具有不稳定性。在冶炼过程中，一些游离态的CaO和MgO被某些矿物包裹,造成f-CaO数量增加,且其中固溶了一定浓度的FeO，成为死烧石灰块；在钢渣冷却过程中,C3S会在1250℃到1100℃时缓慢分解为C2S和f-CaO,C2S在675℃时β-C2S要相变为γ-C2S，伴随体积膨胀。游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)遇水膨胀,尤其f-MgO常温下,在建材制品中完全消解的时间可长达20年之久,因此,含f-CaO、f-MgO的常温钢渣是不稳定的，只有f-CaO、f-MgO消解完或含量很少时,才会稳定。

C21250~1100℃C2S+f-CaO

C2S670℃-C2S+γ-C2S体积膨胀10％

f-CaO+H2O Ca（OH）2体积膨胀98％

f-MgO+H2O Mg（OH）2体积膨胀148％

在上述几种导致钢渣遇水膨胀的物质中,f-CaO 占主导地位,它会导致道路、建材制品或建筑物的开裂而破坏,因此钢渣作建材、道路或工程回填料必须进行稳定化处理。

提高钢渣安定性的措施：1)在熔融状态下加入安定性改质剂,消除f-CaO所造成的不稳定性；2)常压或高压余热自解,降低含f-CaO含量；3)堆场堆存(6个月以上)并定期淋水加速消解；4)与其它材料掺合使用,消除其膨胀带来的影响。

１．３碱度与活性

钢渣主要由CaO、SiO2、Al2O3、F2O3、MgO及少量MnO、FeO、P2O5、金属Fe组成,是一种由多种矿物组成的固熔体,所含的C3S、C2S等为活性矿物,具有水硬胶凝性。钢渣的化学组成与硅酸盐水泥熟料很相似,但硅、钙含量低[1]。

钢渣的碱度[2]表示为：M=W（CaO）

W（SiO2）+w（P2O5）M<1.8称为低碱度钢渣，1.8≤M≤2.5称为中碱度钢渣，M>2.5称为高碱度钢渣。当钢渣中碱度M> 1.8时,含有60%～80%的C3S和C2S,具有一定的胶凝性能[3],并且随碱度M的提高,C3S含量也增加,当碱度M达到2.5以上时，钢渣的主要矿物为C3S。钢渣用作胶凝材料时,要求C3S要尽可能高。

在钢渣的冷却过程中,喷水有助于f-CaO的消解,同时体积膨胀使渣块迅速破裂或粉化,达到粒化和稳定的双重效果。但用作胶凝材料时,喷水会使钢渣预水化,降低钢渣的水硬活性，尤其是早期活性[4]。2钢渣冷却方式

钢渣按形态可分为水淬粒状钢渣、块状钢渣和粉状钢渣，形态的差异是因钢渣冷却处理所采用方式不同所致。钢渣的冷却方式及对比见表1。

有色冶金设计与研究第33卷

表１钢渣冷却方式对比

序号冷却方式原理优点缺点

1热闷法

利用钢渣热能，洒水产生物理力学作用和

f-CaO的水解作用使之碎化,产生的蒸汽深度

消解f-CaO

适合各种热态渣;钢渣活性较高、安定性

较好;蒸汽有组织排放或集中收集

处理周期长,占地面积较大

2热泼法

热态渣泼在池中，洒水使之因温度应力而

碎裂,f-CaO的水解作用使之进一步裂解

排渣速度快,冷却时间短、便于机械化生

产,钢渣活性较高

蒸汽无组织排放；钢渣安定性

较差

5滚筒法

液态钢渣在高速旋转的滚筒内，以水作冷却

介质,急冷固化、破碎

排渣快、占地少,渣粒性能较稳定只能处理液态渣;钢渣活性较差

6风淬法

压缩空气高速切割熔渣,使之急冷、改质、

粒化

排渣快,占地少;粒度均匀(<5mm)且光滑;

可回收余热;活性较高

只能处理液态渣；钢渣安定性

较差

7粒化轮法

熔渣落到高速旋转的粒化轮上破碎粒化,

同时喷水冷却

排渣快,蒸汽有组织排放或收集

只能处理液态渣;设备磨损严重;

钢渣活性较差

3盘泼法

熔渣倒在渣盘中，表面凝固后喷淋大量水

急冷,后翻入水池中继续冷却

快速冷却、处理量大适合处理液态渣;钢渣活性较差

4水淬法

熔渣被压力水分割、击碎而粒化,急冷收缩

产生应力集中而破裂

排渣快、占地少,处理后钢渣粒度小

(～5mm左右)

只能处理液渣;钢渣活性较差

热泼法因投资低、操作简单、生产率高,目前在

钢渣冷却方式中占主要地位。随着钢渣的综合利用对其稳定性及活性等性能指标要求越来越高,以热闷法为代表的余热自解工艺逐步受到关注，发展较快。3钢渣综合利用工艺

钢渣的产生量大,不及时处理会占用大量土地,

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