转炉除尘灰的高附加值利用)

核心提示：摘要：随着转炉炼钢生产的发展，炼钢工艺的日趋完善，相应的除尘技术也在不断地发展完善。炼钢烟气的净化回收方法主要有两种，一种是湿法(og法)，一种是干法 (lt法)。lt法(干法 )为德国lurgi公司与 thyssen钢铁厂研制成功的一种转炉烟气净化及煤气回收干式系统，该除尘方式不用大量浊环水洗涤烟气，而是采用蒸发冷却器+静电除尘器 +煤气冷却器系统。它以净化效率高、能耗低、干粉尘可设置压块系统，粉尘经压块后直接供转炉利用等特点，得到广泛应用。转炉除尘灰的高附加值利用 卜二军耿丽君刘红艳随着转炉炼钢生产的发展，炼钢工艺的日趋完善，相应的除尘技术也在不断地发展完善。炼钢烟气的净化回收方法主要有两种，一种是湿法(og法)，一种是干法(lt法)。lt法( 干法)为德国lurgi公司与thyssen钢铁厂研制成功的一种转炉烟气净化及煤气回收干式系统，该除尘方式不用大量浊环水洗涤烟气，而是采用蒸发冷却器+静电除尘器 +煤气冷却器系统。 它以净化效率高、能耗低、干粉尘可设置压块系统，粉尘经压块后直接供转炉利用等特点，得到广泛应用。邯钢转炉烟气采用干法除尘技术，与湿法相比，分别节电、节水约1/3 ，减少建设用地1/2 ，烟尘含量由50mg/nm 3 降到 10mg/nm 3，同时烟尘可被全部回收再利用，实现节能4.5kgce/t钢。现一炼钢厂的煤气回收量已稳定达到140nm 3/t 钢，回收煤气热值稳定在1500kcal/nm 3 以上。 这对我国转炉炼钢节能减排、实现负能炼钢起到了积极的推动作用。但是转炉除尘灰具有温度高、金属化程度高、易自燃、粒度细、扬尘二次污染大等特性，造成其处理及综合利用难度大，亟待开发一种适合干法粉尘特性的新型处理工艺。1 国内转炉除尘灰的利用现状及合理性精品资料1.1 热压块热压块工艺是利用粉尘的自燃特性将粉尘加热，利用其在高温下的塑性，经高压压球机压制成块， 然后在氮气密封状态下冷却后输送到转炉，代替废钢或矿石。该方法不需要另外添加黏结剂，粉尘团块的强度也很高，可直接用于转炉作冷却材料使用，是现在 lt粉尘处理应用最多的一种方法。但是， 热压块生产需在高温和隔绝空气的条件下进行，对设备和工艺控制要求很高，一次性投资大、工艺条件苛刻、设备故障率很高，难以长期顺利生产。1.2 冷压块有企业在除尘灰及污泥中加入部分添加剂，通过冷固工艺制成转炉造渣剂压块，用于转炉造渣，强化了造渣，改善了脱磷效果，脱磷率提高；化渣效果好，能够起到防喷溅的作用。1.3 返回烧结邯钢西区转炉除尘灰的利用途径是加入烧结混合料中，经烧结后进入炼铁高炉进行循 环。虽然该方法不需要增加设备，但粒度过细且能够自燃的干法除尘灰不利于烧结矿质量的控制和热量的平衡。除尘灰含有有害杂质，而烧结难以有效地去除这些杂质，使得烧结配加和稳定操作困难，入高炉后将影响高炉正常操作和炉衬寿命；其化学成分、 粒度、 水分均存在较大差异， 不利于烧结矿生产和质量的提高；该方法仅能回收部分含铁粉尘，从某利意义上讲， 对这些宝贵的二次资源没有起到真正意义上的回收。因此， 在烧结配料中加入除尘灰进行循环利用极不科学。1.4 竖炉球团配加有企业在竖炉中配加炼钢除尘细灰，经过近20个月的摸索和改进，实现了生产稳定顺行，并保证了质量稳定。转炉干法除尘灰用于竖炉球团配加生产是可行的，配加量在5%以内， 可减少对竖炉生产的影响。但是还存在炼钢除尘灰质量不稳定、成分波动大、倒运过程中二次扬尘太大等问题。2 邯钢转炉除尘灰基本情况2.1 转炉除尘灰产量及回收量邯钢以转炉lt除尘灰为研究对象，探索转炉除尘灰的高附加值利用途径。转炉除尘灰分为粗灰、细灰两种。粗灰来自蒸发冷却器底部，细灰是炼钢过程中产生的烟尘经干法除尘、沉降得到的。2014年 12月邯钢炼钢除尘灰当月产量、累计量及回收量，如表1 所示。2.2 转炉除尘灰的化学成分转炉除尘灰的化学成分，见表2。转炉除尘粗灰为灰黑色，为细颗粒。转炉除尘细灰为红-褐色，颜色与氧化铁红相近， 粒度较细， 100目的占70% 以上。转炉除尘细灰中氧化铁的含量比较高，含有少量fe 3o4 ， 是制备铁系颜料的理想原料。3 创新研究邯钢以转炉除尘细灰为原料，以制备出高附加值产品为目标，提出氧化焙烧制备成高纯氧化铁红的方案。氧化铁红制备试验采用高温氧化培烧法。3.1 制备氧化铁红的研究1) 烘干除水工艺对转炉除尘灰进行现场取样，在烘箱中烘干2h以上，温度控制在100 左右。2) 混匀物料工艺转炉除尘灰质量不稳定，tfe和 cao含量波动较大。-应采取质量控制措施，即将其进行初步混匀处理，以降低成分波动。3) 磨样制备工艺转炉除尘灰为粒度较细的粉尘，为了达到粒度均匀、氧化效果好的目的，采用制样机对转炉除尘灰进行一次粗破，其出料粒度200目达到 92% 以上。4) 焙烧氧化工艺本研究是在碳管炉内进行静态焙烧氧化制备氧化铁红，氧化过程中所需氧气来自空气， 工艺温度控制在850-900 ，恒温时间为30mmin 。其炉内反应为:碳管炉升温速率的控制如图1 所示。焙烧所得物料产生结块，经简单磨细至-200目占 90% 以上，可获得纯度较高的氧化铁红产品。氧化铁红的化学成分，如表3 所示。氧化铁红质量与标准对比，如表4 所示。该产品不存在有机着色物，不仅可用作涂料或建材的着色剂或添加剂，更适宜做磁性材料的原料，可直接生产铁氧体预烧料。3.2 制备磁性材料的研究以氧化铁红为原料生产高品质铁氧体预烧料，进而生产铁氧体材料已被磁性材料厂广泛采用。其原理及化学方程式如下:碳酸盐分解反应:(300-0-800 )中间反应 :(600-800 )通过以上流程制得的铁氧体性能优良，与利用铁鳞作原料制备的铁氧体预烧料性能相当或优于铁鳞。邯钢于 2012年分别建成铁鳞、氧化铁红生产永磁铁氧体预烧料生产线，采用链篦机 -回转窑的方法，每年可生产出2万多吨永磁铁氧体预烧料，现已稳定生产运行两年多。氧化铁红和铁鳞的利用提高了邯钢产品的综合利用程度及科技含量，填补了邯钢磁性材料的空白，发展壮大了其非钢产业。如果通过转炉除尘灰批量生产氧化铁红，进而再生产铁氧体材料，附加值水平将得到 更大提升。针对这种情况， 邯钢进行了利用转炉干法除尘细灰制备铁氧体预烧料的试验研究， 材料磁性能检测结果如表5 所示。3.3 经济性能评价炼钢除尘灰的价格约100-200元/t ，氧化铁红的价格为1400元/t，铁氧体预烧料的价格则超过3000元/t，采用炼钢除尘灰生产氧化铁红，进而再生产高性能永磁铁氧体，昔日炼钢除尘灰作为固体废弃物易污染、难治理的现状将得到根本性的改善，其高附加值、 高效的利用得以实现。4 结语邯钢西区转炉除尘细灰的处理方式为返回烧结配料，利用档次低，经济效益不明显。除尘细灰返回烧结配加困难，经常造成烧结故障。本工艺可将转炉除尘细灰全部回收利用生 产出氧化铁红，不仅有效回收利用了二次资源、减少环境污染，而且提高了除尘细灰的利用水平， 对企业的可持续发展有重要意义，以利用促治理，可达到经济效益、环境效益和社会效益协调发展的目的。1) 通过开展转炉除尘灰的二次回收利用试验研究，拓展了思路，验证了可行性，为进一步工业化生产铺平了道路。2) 转炉除尘灰作为氧化铁红生产的原料，资源丰富，可利废为宝，生产中不使用酸、碱及其他化学原料进行处理、无废物排放，可防止环境污染、方法简单快捷、能耗小、生产成本低，成品中氧化铁红含量高达95% 以上，具有竞争力。3) 利用制备出来的氧化铁红制备铁氧体预烧料，将会创造更多利润。焦粉分布对准颗粒燃烧速度的影响1研究背景由于原料价格大幅度上涨、环保政策更加严格及原料质量变差， 导致铁矿烧结生产形势愈发严峻，因此必须改进烧结生产工艺。在烧结过程中， 焦粉燃烧速度是影响烧结矿质量和烧结机利用系数最重要的因素之一。为了提高焦粉燃烧效率，开发出新的喷涂制粒方法，如图1 所示。在该方法中，将焦粉和石灰石喷涂于准颗粒的表面。采用喷涂制粒法能够改善焦粉的燃烧性，提高烧结机利用系数， 生产出优质烧结矿。 日本九州大学研究了焦粉在准颗粒中的分布对焦粉燃烧速度的影响。2 讨论2.1 试验试样和步骤使用氧化铝粉末和焦粉制备模拟准颗粒的试验试样。为了简化试验条件，制备氧化铝粉末以替代铁矿。在试验过程中，忽略液相生成、铁矿还原和二次氧化对焦粉燃烧的影响。选取焦粉的粒度小于125 m ，氧化铝粉末的粒度小于250 m，按照表 1 示出的质量比进行混合。制备四种具有不同焦粉分布的试样。全部原料和试样示意图如图2 所示。该试样分为内核和涂层。把氧化铝与焦粉进行混合后，用不锈钢冲模将混合料压成直径10mm 的圆片， 将该圆片作为内核，圆片厚度为10mm ，孔隙比为35% 。然后对内核进行喷涂，并压成直径15mm的圆片，该圆片厚度为15mm ，孔隙比为 35% 。涂层中焦粉配比的变化范围为33vol%55vol%。在本次研究中用热天平测量试样在焦粉燃烧期间的重量损失如图 3 所示。将该试样放入铂制篮子内。 使用立式电阻炉营造等温加热条件，等温区的温度达到 1073k 、1223k 、1373k 和 1523k 。在燃烧试验前，在 n2 气氛下按照给出的各个温度进行热处理，以便从试样中脱除水分和挥发分。 然后，把反应管的里面换成空气， 空气流量为 4nl/min 。当试样的重量损失为零时，表明试验已经结束。2.2 试验结果在本次研究中将反应率定义为试样中固定碳的去除率。如果产生 的 co 气体可以忽略不计，那么碳燃烧反应的化学方程式如（ 1）式：c （ s）o2（ g）=co 2（ g）（ 1）在燃烧试验中，把试样的重量损失作为固定碳的降低量。从而得出反应率的计算公式，如（2）式：1f=（ 2 ） w观察在1073k和 1523k温度下分级反应曲线可知，当加入的焦粉在试样表面产生偏析时， 焦粉的燃烧速度较快。在高温下进行试验，燃烧速度加快。3 动力学分析燃烧反应分为五个步骤：第一步o2 通过气膜由气相传输至颗粒 表面；第二步在焦粉燃烧后，o2 通过氧化铝粉末层由颗粒表面传输至 反应界面； 第三步在反应界面发生燃烧反应；第四步在焦粉燃烧后co 2 通过氧化铝粉末层由反应界面传输至颗粒表面；第五步co 2 通过气膜由颗粒表面传输至气相。根据动力学分析结果，发现准颗粒的焦粉分布不但对界面反应速度产生影响，而且对氧气扩散也具有影响。换句话说，当加入的焦粉在准颗粒表面产生偏析时，准颗粒中氧气的扩散速度较快，这是采用新的制粒方法制备的准颗粒中焦粉燃烧速度加快的主要原因之一。4 烧结模拟4.1 模拟方法采用本次研究结果对喷涂方法进行模拟。对于常规方法与喷涂方 法来说，焦粉在准颗粒中的分布各不相同。用s、c 和 p 代表采用常规方法制备的准颗粒， 用 c和p代表采用喷涂方法制备的新型准颗粒。4.2 计算条件实际烧结生产的常规计算条件见表2，准颗粒中的焦粉见表3。4.3 计算结果采用常规方法与采用喷涂方法热量分布的计算结果显示，当烧结 料层 700mm 处的温度不再升高时， 表明烧结反应结束。 采用常规方法，烧结反应结束时间为2714s ，采用喷涂方法，烧结反应结束时间为2630s 。由于采用喷涂方法准颗粒中焦粉的燃烧速度比采用常规方法快，因 此 采 用喷涂方法烧结反应速度比采用常规方法快。采用常规方法， 烧结料层中最高温度可达1815k ，采用喷涂方法，烧结料层中最高温度可达1627k ，由此可见采用喷涂方法烧结料层最高温度比采用常规方法低。当烧结反应时间达到 1500s 时采用常规方法与采用喷涂方法燃烧速度随温度的变化情况分别如图 4 和图 5 所示。采用喷涂方法的焦粉最快燃烧速度比采用常规方法提高幅度大，但采用喷涂方法的燃烧带宽度比采用常规方法窄。p 和 p 准颗粒的高温停留时间受到燃烧速度的影响，由于p准颗粒的焦粉燃烧速度比 p 准颗粒快， 且采用喷涂方法的高温停留时间比采用常规方法缩短，因此采用喷涂方法的燃烧带宽度较窄。采用喷涂方法可缩短烧结时间，因此能够提高烧结机利用系数。5 结论为了弄清焦粉分布对准颗粒燃烧速度的影响，进行了变换焦粉在试样中分布的燃烧试验，得出了以下结论。1） ）当加入的焦粉在试样表面产生偏析时，准颗粒中的焦粉燃烧速度得到了提高。在高温下进行试验，焦粉的燃烧速度加快。2） ）焦粉在准颗粒中的分布不仅对界面反应速度产生影响，而且还会影响到氧气扩散。3） ）当加入的焦粉在准颗粒表面产生偏析时，准颗粒中的氧气扩散加快。4） ）由于采用喷涂方法准颗粒中的焦粉燃烧速度较快，因此采用喷涂方法的烧结速度比采用常规方法快。但是，采用喷涂方法高温停留时间缩短及最高温度降低，引起蓄热量减少。5） ）采用喷涂方法可缩短烧结时间，因此能够提高烧结机利用系数。（宏济）钢铁渣高效利用技术系列报道（一）室兰钢铁厂用钢渣骨料配制重混凝土的研究1研究背景东日本大地震一年后不久，开始转向制定震灾修复、复兴的具体方案规划和各工程的执行阶段。随着这些工程的开展，预计工程所用主要建材混凝土的需求将会迅速增加，而且还需要大量的骨料。但是，一般情况下，混凝土用骨料从生产到消费是采取在较小地域内进行“地产地消”型的流通形式。因为骨料的生产设备在地震中损坏或者从业人员到外地避难等因素，使灵活应对需求增长较为困难。因此，充分利用各产业的副产物（循环利用），既要满足混凝土骨料的品质要求，又要保证大量稳定地供给，并不是容易的事情。此外，发生海啸的规模远超出预想，所以在修复、复兴工程中， 要求建筑提高对海啸和波浪的稳定性。因此， 考虑采用比常规大的结构物和重混凝土，即同样尺寸建筑重量更大的结构物等对策。但是采用常规的技术和材料来实现这些措施，将会大幅度增加工程费用。对于上述两个课题，进行了钢渣作混凝土骨料的配合比开发，并用该配合料制造混凝土结构件。钢渣与高炉渣不同，到目前为止还没有作为混凝土骨料使用过。但钢渣具有一定的品质，而且可以稳定、大量供给的特征， 有望作为天然骨料的替代料利用。钢渣的密度比天然骨料更大，所以，期待适用于对海啸和波浪稳定性高的重混凝土结构件的混凝土，而且价格便宜，并可大量生产。在开发这种混凝土配合比的基础上，使用受灾地区内的预拌混凝土厂等生产混凝土结构件，用有限的预算进行技术验证。2 钢渣作为混凝土骨料的试验研究为了将钢渣作为混凝土骨料使用，使其生产的预拌混凝土的施工性和硬化特性等性能具有与采用天然骨料生产的常规混凝土同等的性 能非常重要。在开发以钢渣为骨料的重混凝土中，除混凝土容重外，要求其性能与常规混凝土性能同等。在这项研究中，为了详细掌握钢渣的物性、以钢渣为骨料的混凝土的适宜配合比以及诸性能和特性，进行了以下验证研究；根据各试验结果，对钢渣用作混凝土骨料的适合性进行了评价。2.1 测定钢渣骨料的物性试验为了掌握钢渣骨料的物性和特性，开展了各种物性试验 （见表1）。除普通的粒度分布和粉化率试验外，还调查了蒸汽陈化条件与膨胀量的 关系，重新评价了生产细骨料时的筛子形状与其粒度分布的关系，整理了为保证作为混凝土骨料的钢渣品质的条件。2.1.1 骨料的浸水膨胀试验钢渣含有的游离cao 和 游离mgo 与水接触产生水化反应，伴随该反应发生体积膨胀。该水化反应在几百摄氏度的范围内是温度越高反应越快， 所以， 包括室兰厂在内的许多钢铁厂采用蒸汽陈化进行钢渣稳定化处理后，将其作为路基料等产品发货。在此，为调查这种陈化处理时间与钢渣膨胀性的关系，实施了浸水膨胀试验（ jis a5015 ）。试验方法是将填充24h 、48h 和 72h 陈化处理后钢渣的模型浸入80 的水中（见图1），促进钢渣膨胀后，用设置在容器上面的千分表测定膨胀量。浸水条件是80保持6h，反复 10 天。试验结果表明：随着蒸汽陈化时间的延长，浸水膨胀试验钢渣的膨胀量减少，通过72h 的陈化，水化反应基本结束（见图2 ）。但是， 在进行 72h 陈化时， 钢渣的膨胀性并未完全被抑制，钢渣骨料的膨胀有可能影响混凝土的品质，因此在使用中需要进行骨料的品质管理和适当 选择混凝土用途。2.1.2 骨料的耐磨损性试验在骨料运输和混凝土的搅拌中破碎的脆骨料出厂时的粒度分布范围很大，不能获得规定品质的混凝土。因此，混凝土用骨料要求不易产生破碎和耐磨损性的硬度。在此，采用洛杉矶试验机的耐磨损试验方法（ jis a1121 ），求出钢渣粗骨料的耐磨损性。用实际混凝土使用的天然骨料作为比较对象。试验方法是将直径46.8mm的钢球和骨料投入到试验装置（见图3），旋转规定的转数后， 求出通过1.7mm 筛子的重量率（磨损减少量）。根据试验结果确认， 钢渣骨料具有与天然骨料同等的耐磨损性（见图 4）。2.2 钢渣骨料混凝土配合比的研究天然骨料的供给状况因地域性和时间有波动。因此，可以根据需 要组合骨料非常重要，即仅将粗骨料或细骨料置换为钢渣骨料以及将粗骨料和细骨料均置换为钢渣骨料。试验中，设定这种组合骨料的案例，研究了满足混凝土所要求品质（新拌混凝土性能、 硬化特性）的配合比。关于硬化特性，在确认抗压强度和抗折强度的基础上，重点直接 测定了钢渣骨料混凝土的冻融耐久性、干燥收缩量、中性化速度、盐分侵蚀性，还测定了2.5nm10 m 的细孔径分布，尝试观察了微观结构的变化（见表2）。此外，为评价钢渣骨料混凝土对环境的影响，进行了溶出试验。以下介绍试验结果。2.2.1 配合比试验混凝土根据骨料、水和添加剂等的种类以及配合比，混合时的性 状和硬化特性发生敏感变化。因此， 为了找出满足适合钢渣骨料使用条件的配合比， 进行了变化配合比的多次试验，从中掌握使用钢渣骨料混凝土的特征，选择符合使用条件的适当配合比。试验结果表明，通过适 当修正细骨料率、单位水量等配合比条件，获得了与使用天然骨料混凝土同等的新拌混凝土性状。2.2.2 耐冻结性和耐融化性试验一般的耐冻结性和耐融化性指标是冻结融化循环300 次相对动弹性模量保持在60% ，也包括使用天然细粗骨料的混凝土，在各钢渣骨料的使用条件配合比中， 确认了满足要求的耐冻结性和耐融化性（见图 5）。2.2.3 膨胀稳定性试验根据钢渣水化固化技术手册，进行了混凝土膨胀稳定性评价试验。该试验将混凝土试样连续10 天浸在803 的温水中后， 确认混凝土表面是否有裂纹等异常现象（见图6）。从试验结果中没有观察到这些异 常现象， 使用钢渣的混凝土没有出现问题。如上所述经过72h 的蒸汽陈化也不能完全抑制钢渣骨料的膨胀性，但确认了钢渣作为混凝土骨料， 可以稳定化处理到没有问题的状态。在其他的抗压强度、盐分浸渍、细孔结构等各种硬化特性的试验结果中，没有发现使用钢渣骨料的影响。另一方面，关于干燥收缩量，发现使用钢渣骨料的常规普通混凝土比使用天然骨料的要小，中性化略差。为确认使用钢渣骨料的混凝土对周围环境是否有影响，采用相同 目的进行的试验方法对使用钢铁渣的建材（包括钢铁渣水化固化体）进行了溶出试验。采用关系到水底泥沙的判定标准（环境省告示第14 号）、环 境 jis（ jis k0058-1和-2 ）进行了评价。所有的分析项目都在标准值以内，确认了使用钢渣骨料的混凝土对环境没有影响。2.3 重混凝土配合比的研究为加大混凝土的容重，进一步提高使用钢渣骨料的混凝土配合比，进行了重混凝土配合比的研究。这里重混凝土的目标容重为2.5-2.7t/m3 。在混凝土材料中，要求尽可能减少密度最小的水的配比量，相 反 增 加 密 度最大的钢渣骨料的配比量。由于担心混凝土拌合料的抗离析性和经时稳定性降低， 所以着手研究和选择可以同时解决这些问题的混凝土用化学添加剂，之后，进行了混凝土配合比的研究和硬化特性的测定。本试验用钢渣作为骨料，为确保良好的混凝土性状，需要与使用天然骨料时不同的添加剂。在降低单位水量的重混凝土配合比中，这一倾向很明显。 本研究开发了新的添加剂，在确立满足目标新拌混凝土性状和单位容积重量（2.5-2.7t/m3 ）的配合比条件的同时，确认各种硬化特性也可以适用重混凝土。2.4 实际工厂的混凝土生产、施工试验从实验室试验确立的配合比中选择两种，在位于南相马市的预拌混凝土工厂进行了实际规模的生产、施工试验的最终评价。在南相马市内的加藤建材工业公司的现场，实施了消波混凝土砌块、梁状有筋结构件的混凝土浇筑施工试验。消波砌块的规格为东北pole制的 6.3m3型（见图 7 ），梁状有筋结构件为高50cm 、宽 50cm 、长 3m 的 d13200 ，分别采用天然骨料的普通混凝土、仅将粗骨料置换为钢渣的替代粗骨料混凝土和置换粗骨料与细骨料的重混凝土三种混凝土，浇筑了混凝土消波砌块和梁状有筋结构件。2012 年 10 月 23 日，将室兰厂生产的钢渣运送到有搅拌混凝土设备的加藤建材工业公司，10 月 27 日进行了混凝土的生产和浇筑试验。在试验结果中， 没有发现因使用骨料种类不同而导致施工性不同的问题， 在使用所有骨料的混凝土中，施工性均良好。在混凝土浇筑的5 天后，11 月 1 日进行了拆模作业， 所有的混凝土表面都没有发现裂纹等缺陷。2.5 利用钢渣骨料混凝土的实用性一般普通混凝土单位容积的重量是2.3t/m3 ，而验证试验获得的混凝土中，替代粗骨料的混凝土达到2.5t/m3 ，至于重混凝土则达到了2.7t/m3 。可以最有效地利用这一特征的用途有港湾混凝土结构件的消波块等。2.5.1 对波浪的稳定性具有一定规模的大浪所需消波块的最小重量是根据港湾设施技术 标准中 hudson公式求出的。根据海水的浮力效果等，混凝土的单位容积重量如果增大到1.13 倍（=2.7/2.5 ），要求消波块的最小重量大约可减轻到一半（ 0.53 倍），效果非常大（见图 8）。此外，消波块的大小相同时， 对大波浪的重量安全系数可提高约 2 倍。在此的重量安全系数是指相对于大波浪所需消波块重量的实际消波块重量。一般的人工礁等港湾、海洋结构件根据消波块设置的海域水深等， 规定最低限度所需的结构件规模，虽然推测根据混凝土单位容积的重量可以大幅削减数量的案例少，但重量安全系数大幅度提高的案例较多。2.5.2 混凝土价格重混凝土使用的天然骨料有橄榄岩，这种骨料价格高。使用这种骨料的重混凝土作为新拌混凝土是普通混凝土的约1.5 倍。而根据离钢铁厂的远近和运输方法的不同，可以与普通天然骨料同样的价格获取钢 渣骨料，所以，将钢渣作为重混凝土骨料使用，可大幅度降低原料成本。2.5.3 密度大的天然骨料的稀有性上述的橄榄岩等，也作为钢铁厂烧结原料的改质料利用，是各工业领域利用的材料，但其埋藏量有限。因此，用钢铁厂副产品钢渣替代这种稀有的天然材料作为混凝土骨料利用，不仅是混凝土，还可能对更广泛的领域产生连锁反应。根据上述观点，用本研究开发的钢渣骨料混凝土配制重混凝土可以说是极有效的建筑材料。3小结通过各种试验和研究，判断钢渣骨料替代的混凝土可以作为普通混凝土和重混凝土使用，但在实际应用方面， 今后还需要研究以下课题：1）与普通混凝土特性的比较；2 ）品质管理； 3）发展业务。（全荣） 鹿岛钢铁厂钢铁渣利用技术的开发1研究背景鹿岛厂位于茨城县东南部，是面向鹿岛滩的鹿岛临海工业带的联 合钢铁厂。 2013 财年的粗钢产量约700 万 t，副产品钢铁渣的产生量约280 万 t。正在积极研究如何将这些钢铁渣变为渣产品，提高其附加值以利于销售。茨城县仅次于北海道和爱知县，也是具有道路面积的公路县，而且距千叶、 东京大都市约100km 。充分利用这一地理位置优势，开发和销售道路用路基材料为主的陆地土建工程用钢铁渣产品。考虑到钢铁渣产品对环境的影响，开发可以放心使用的再利用产品是非常重要的，也 是稳定销售的根本。虽然钢铁渣可作为有效资源再利用，但是减少钢铁 渣的单位产生量更有利于环保。2 钢铁渣环保利用技术的开发2.1 氟溶出抑制技术道路用钢铁渣是根据1979 年制定的标准jis a5012开发的，其后， 进行了各种性能改良，将改良结果反馈给jis ，2013 年 修订jis 时，作为更放心的产品，增加了环境安全品质条款。在此之前，鹿岛厂就根据环境安全品质标准进行了技术开发，其中一项是氟溶出抑制技术。在钢水精炼中，为了促进杂质的去除，往往使用萤石（caf2 ）作熔剂。但是，使用萤石易使钢渣溶出氟（f），担心影响环境。因此， 采取了以下应对措施：1 ）即使使用萤石，也要抑制氟的溶出，以生产出保证环境的渣产品；2 ）推进开发不使用萤石的精炼方法。氟溶出抑制技术。在含氟的钢渣中配合高炉水淬渣等溶出二氧化 硅的物质和含钙的生石灰等，进行混合，制作氟固定能力高的水化物， 用固定氟抑制氟溶出 （机理见图1 ）。渣溶出的钙离子与二氧化硅反应， 形成特定的水化物，除固定氟外， 该项技术还是通过生石灰等溶出的过剩钙离子作为氟化钙（caf2 ）固定氟的技术。此外，为了确立不使用萤石的精炼方法，不销售利用该技术的路基材料。2.2 土壤中重金属溶出抑制技术（土壤改良）土壤中往往含有锰、锌、砷、镉和镍等重金属。如果土壤是中性的，这些重金属不溶出是无害的，但若土壤中的 ph 值偏酸性，这些重金属溶出就可能会污染环境和妨碍农作物的生长。 例如奄美大岛的土壤是酸性（ ph=5.1 ），具有重金属溶出的风险。在这种土壤30mm 以下混合整粒的钢铁渣，可以长期稳定中和土壤。表 1 是试验的一例，通过应用渣中和土壤的ph 值，减少锰、锌的溶出。根据土地的用途和成分，调整渣的混合量， 可以实现目标ph 值； 而且因为钙是逐渐溶解，可以持续保持ph 值。在钢铁渣的用途中，碱性成为问题，有限制使用的情况，但通过很好地利用，可以起到改善环境的作用。此外，渣中含有fe 、mg 和 ca 等对植物有用的成分，有望作为农业肥料使用。3 促进钢铁渣的厂内循环使用鹿岛厂采取了减少钢铁渣量的措施。削减的方法有：减少使用的副原料； 再利用产生的渣。下面介绍在高炉炼铁和炼钢工序再利用钢渣的案例。在炼钢过程中，为应对原料品位的恶化和高端钢的需求，采用去除杂质的脱硫和脱磷、脱碳二道工序或脱硫、脱磷、脱碳三道工序的两种精炼方法。 脱硫过程中产生的钢渣多含有铁分和石灰。这些成分是炼铁的有效成分， 但因含硫高，在高炉炼铁和炼钢工序都不能使用。因此， 在烧结工序再利用，通过燃烧将硫转变为sox 从原料中分离，再经废气处理设备转变为石膏， 这样不仅铁分、石灰，连硫也可作为资源回收。采用该脱硫工序产生的炉渣基本100% 可以在厂内再利用。在三道工序的精炼方法中，脱磷后的脱碳工序产生的钢渣含磷量低，且富含铁分和石灰。因此，破碎整粒为适当的粒度，可以在烧结工序和炼钢工序再利用。脱碳工序产生的炉渣也基本100% 可以在厂内再利用。采取这些措施后，每财年有约23 万 t 的钢渣在炼铁工序内再利用，减少了天然资源的使用量（见表2）。君津钢铁厂钢铁渣利用技术的开发1研究背景君津厂是位于房总半岛中部，面向东京湾的联合钢铁厂，每年生 产销售约400 万 t 钢铁渣。高炉渣主要用于水泥原料、混凝土骨料以及道路用料；钢渣大多用于道路用料、地基改良和人造石材等。正在开发适合君津厂生产方式和用户需求的钢铁渣利用技术。2 高炉渣细骨料2.1 混凝土细骨料所要求的功能混凝土细骨料最重要的功能是保证预拌混凝土的流动性，因此，对所需骨料的粒度分布和单位容积质量有一定要求。但是近年来，在海沙、山砂天然砂中，单类可获得适当粒度分布的材料很少，需要混合粒度不同的材料来调整。君津厂附近主要是细山砂，所以需要粗骨料。2.2 高炉渣细骨料生产技术高炉水渣有两种：一种是高炉出铁后，将与铁水按比重分离的高 炉渣在炉前水淬的水渣，另一种是用渣罐将其运送到其他场所水淬化的炉外水淬渣。炉前水淬渣和炉外水淬渣在水淬处理后均混有针状粒，作为混凝 土细骨料使用时，这种针状粒会降低单位容积质量，而且阻碍预拌混凝土的流动性。因此，进行了磨碎加工的轻破碎处理，破碎针状粒后出厂。此外，对于粒度调整也有根据需要分级微粒部分的情况。磨碎加工后的炉外水淬渣颗粒稍粗，是重质；但炉前水淬渣颗粒 稍细，是轻质。炉前水淬渣的产量多，需要确立炉外水淬渣和炉前水淬 渣混合利用的细骨料制造方法。在此，改变炉前水淬渣和炉外水淬渣的 混合比，调查了混合料的粒度分布、单位容积质量。调查结果显示，可 以找到能够稳定满足要求规格的混合条件，未经磨碎加工的炉前水淬渣用于水泥原料、磨碎加工后的炉前水淬渣作为细目细骨料用、 磨碎加工后的炉前水淬渣和炉外水淬渣的混合品作为粗目细骨料用， 根据需要确立了最佳的制造体制（见图 1）。此外，君津厂的高炉渣骨料（见表 1）还取得了 jis 的认证，从生产到出厂严格进行高品质管理和持续的改善活动， 是用户可放心使用的高品质产品。3 软土改良技术的应用3.1 陆地用途在住宅用地的开发和道路修建工程中，因地基软往往需要进行改 良以提高地基强度。钢渣适当含有石灰，可以期待与土混合的水化固化效果。因此，根据地基的粒度和水分特性，通过研究钢渣的粒度、 配合， 作为软土改良料，可以发挥很好的效果。3.2 海域用途为确保航线等正常发生的疏浚土作为湾内取砂遗留深坑的回填料 使用，利用钢渣的固化作用，使用将疏浚土与调整粒度和成分后的钢渣混合，用这种改善强度的改良土（氧化钙改良土），在沿岸等藻场，将日光不足的海域浅滩化，同时设置水化固化体制造的人造石材（ beverley ? rock），可以制造人造藻场（见图2）。在君津厂附近海域施工，确认了提高疏浚土强度，改善洼地等积水处的水环境，并有利于浅滩、藻场鱼类和海藻类的生长。（全荣）名古屋厂铁水预处理炉渣肥料化的开发1研究背景以前农业肥料的原料主要是以高炉渣为原料的kei-karu和以转炉渣为原料的mine-karu 。1989 年名古屋厂转炉型铁水预处理炉（ ld-orp ）投产，铁水预处理比率迅速增加，因此开展了铁水预处理渣（ orp 渣）用于肥料的技术研究。当时炼钢车间的技术人员进行了是否可以将铁水预处理渣作为硅酸肥料商品化的技术研究，开发了名古屋厂独创的商品“农力 up ”肥料。2 肥料开发的关键一般情况下， 肥料要求的成分是三大元素（氮、磷和钾） 。但是， 在农业科学领域，各成分施肥效果的研究正在取得进展，判明了可溶性 硅酸、水溶性硅酸、可溶性苦土（镁）、碱性（氧化钙）、铁分和锰等各种效用（见表1 ）。当时名古屋厂的肥料商品有加工高炉渣生产的kei-karu和加工转炉渣生产mine-karu两种。铁水预处理（orp ）渣因是铁水阶段的炼钢精炼渣，所以具有高炉渣和转炉渣双方的特性，均衡含有硅酸、石 灰、磷酸、铁、锰、镁等，因此作为多合一肥料，进行了通过降低单位 面积施肥量来降低环境负荷的研究。2.1 硅酸根离子的供给农业主要作物水稻属于禾本科植物，禾本科属于硅酸植物类，根、茎、种子多含硅酸，所以，如何有效地向水稻根部提供硅酸根离子非常重要。一般在酸性条件下，常温水溶液中的氧化物易离子化。因此，用 盐酸在 ph=0.7的条件下测定肥料中的“可溶性硅酸”。另一方面，用ph=67左右的离子交换水测定“水溶性硅酸”，以评价肥效。用盐酸测定的理由是为了掌握肥料内所含的硅酸总量；用离子交换水进行测定的理由是为了掌握在近似水田条件下溶出的硅酸。渣系硅酸肥料产品有以高炉渣为原料的kei-karu和以转炉渣为原料 的 mine-karu 。在 ph=0.7时，高炉渣的硅酸溶出值最高；另一方面， 在水稻实际生长条件（ ph=67 ）下，以 orp 渣为原料的试制品的硅酸溶出值也较高（见图1），由田间试验的结果发现，使用以orp 渣 为原料的试制肥料改善了水稻的收获量（见图2）。1998 年开发出以名古屋厂铁水预处理渣为原料的硅酸肥料试样后，经过产业振兴公司的制粒技术等开发出肥料产品，2000 年该公司以“农力up ”的商品名开始销售。其后销售量持续扩大，目前发货量已超 过 2 万 t/a 。和歌山厂钢铁渣利用的开发状况1高炉渣1.1用作混凝土骨料在和歌山厂的高炉渣产品中，作混凝土用骨料的占比高于25% ， 2012 年发货量约33 万 t，详细情况见表1。采用炉外水淬设备（2005年投产）生产、销售高炉渣混凝土细骨料约12 万 t/a。2005 年，在渣处理场缓冷破碎分级生产、销售的高炉渣粗骨料约16 万 t 。对生产高炉渣混凝土粗骨料时产生的粒径在 5mm 以下的部分， 用湿法分级设备（ 2010 年投产）再次分级成粒径为 2.55mm 和 2.5mm 以下两部分，以作为混凝土二次制品用骨料等， 年生产、销售约 5 万 t/a。采用湿法分级设备分出的混凝土二次制品用骨料的商品化，在2012 年度资源循环技术系统表彰中获得奖励奖。混凝土二次制品， 在国土交通省的 netis （新技术信息提供系统）作为“100% 使用高炉缓冷渣骨料的混凝土二次制品”注册（注