钢渣的应用与处理

钢渣的应用与处理钢渣就是炼钢过程排出的熔渣。钢渣主要是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。世界各国的冶金工业，每生产1T粗钢都会排放约130KG的钢渣、40KG含铁粉渣及其它废料。全世界每年排放钢渣量约1~1.5亿T。我国国内积存钢渣已有1亿T以上，且每年仍以数百万吨的排渣量递增，我国钢渣的利用率较低，约为10%。若不处理和综合利用，钢渣会占用越来越多的土地、污染环境、造成资源的浪费，影响钢铁工业的可持续发展。因此有必要对钢渣进行减量化、资源化和高价值综合利用研究。钢渣废料的资源化利用已成为国内外的重要研究课题。钢渣的处理方法由于炼钢设备、工艺布置、造渣制度、钢渣物化性能的多样性及利用上的多种途径，决定了钢渣处理工艺的多样化。弃渣法：钢渣放入渣罐后直接运至渣场抛弃，我国钢铁厂过去的排渣方法以此种工艺为多，国内外的渣山多是由此形成的。此法工艺简单，但占用土地、污染环境、不利于钢渣加工及合理利用，有时还会因渣罐调配不及时而影响炼钢。闷渣法：在红热渣上均匀适量洒水，促使其粉化。此法适用于高碱度钢渣，粉渣利用价值较低心。⑶热泼法：在渣高温可碎时，以水喷渣而使渣破裂成块。用此法处理钢渣时炉渣冷却速度比自然冷却快30~50倍。该法的优点是处理速度快、金属回收率高、处理渣的能力大、便于机械化生产。其缺点是产生蒸汽量大、使操作区雾气腾腾，冬天则更加严重。盘泼水冷法：将液渣倒在浅盘内，间断定量喷水促其急冷、碎裂、翻盘、用排渣车运至水池降温。此法布局紧凑、机械化程度高、粉尘少，但工艺复杂、环节多、投资大。水淬法：高温液态钢渣在流出、下降过程中，被压力水分割、击碎，同时进行了热交换，使熔渣在水幕中进行粒化。水淬法的优点是排渣迅速、有利于发挥炼钢设备的潜力、减轻了工人清渣的繁重体力劳动、生产经营管理费用低，缺点是由于钢渣流动性较差，水淬时产生大量蒸汽，还有潜在的爆炸危险。风淬法：渣罐接渣后运到风淬装置处，倾翻渣罐，熔渣经过中间罐流出，被一种特殊喷嘴喷出的空气吹散，破碎成微粒，在罩式锅炉内回收高温空气和微粒渣中所散发的热量并捕集渣粒。这种方法完全不用水冷却处理，而且粒化渣全部进人罩式锅炉内，改善了处理炉渣时高温、粉尘的操作环境并能以蒸气形式回收熔渣含热量的41%。风碎粒化法：利用高温液态下钢渣分子之间的引力较小，用较小的能量就能将彼此分开。用高速气流在空气中将落下的高温液态钢渣流股迅速击碎为细小液滴，并随气流定向飞行，在飞行过程中迅速冷却为半固态渣粒，然后分散落入水中，迅速冷却至常温。该法工艺简单、占地面积小、处理能力大、粒化彻底、气耗量小。滚筒法：宝钢滚筒法处理装置是目前世界上第一台工业化运行装置，利用高温钢渣自身余热和矿相组成发生变化时产生的热应力、化学应力、相变应力及外界机械破碎力使钢渣速冷、急碎，生成以硅酸三钙和硅酸二钙为主的颗粒状成品渣，同时保证金属和渣的完好分离，具有流程短、效率高、成本低、节能环保、安全可靠等多方面的优点。钢渣的综合利用我国大部分钢渣是转炉渣，由于化学成分及冷却条件不同其外观形态、颜色差异很大。碱度较低的钢渣呈黑灰色，碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色钢渣硬度大密度为1700-2000kg/m3主要成分有CaO、SiO2、A12O3、FeO、Fe203、MgO、MnO、P205、fCaO，有的还含有V2O5、TiO2等。钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO(R代表镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔体)、游离石灰(fCaO)等。钢渣的矿物组成主要决定于其化学成分，特别与其碱度有关，炼钢初期，渣的主要成分为钙镁橄榄石，其中的镁可被铁和锰所取代，当碱度提高时，钙镁橄榄石吸收氧化钙变成钙镁蔷薇辉石，同时放出RO相。再进一步增加石灰含量，则生成硅酸二钙和硅酸三钙。钢渣的合理利用和有效回收是现代钢铁工业技术进步的重要标志之一是钢铁企业解决废钢短缺、降低生产成本、提高企业经济效益的一项重要措施，也是保护环境、减少污染、化害为利、变废为宝、利国利民的良策。世界上钢铁生产大国都较重视钢渣的回收和利用。至"目前，人们已经开发了多种有关钢渣综合利用的途径，主要包括冶金、建筑材料、农业利用、工程应用等几个领域。一、 钢渣用作冶金原料钢渣返回冶金再用，包括返回烧结、返回高炉和返回炼钢。由于钢渣作冶炼熔剂可以回收钢渣中Ca、Mg、Mn的氧化物和稀有元素等成分，能大量节约石灰石、萤石，降低焦比、提高利用系数、降低成本。因此，世界几个产钢大国一直坚持钢渣返回作熔剂，而且占钢渣资源化的比重很大，美国把钢渣配人烧结和高炉等再利用，利用率大约为56%,德国约24%,日本约为19%。回收废钢铁：钢渣中含有20%左右的FeO，并夹杂有金属Fe,钢渣破碎的粒度越细，回收的金属Fe越多。国外较早开展从钢渣中回收废钢铁，例如：美国1970—1972年从钢渣中回收近350万t钢。我国已有不少厂家建立了处理钢渣生产线，例如：鞍钢采用无介质自磨及磁选的方法回收钢渣中的废钢量达8.0%,武钢达8.5%。作烧结矿熔剂：钢渣中因含有大量的CaO、fCaO、FeO、MgO、MnO、SiO:等，配人烧结，可以节省不少的熔剂原料（石灰、云石等）和铁矿。二、 钢渣用于建筑材料①用于生产水泥：碱度高、有很好的水硬性，如果熔融钢渣的碱度及其各氧化物之间的分子配比和冷却速度合理，常温下与水作用的主要矿物组成硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙。能产生一定的强度。早在70年代就已开始利用钢渣来生产水泥由于钢渣的后期强度较高，配加部分水泥熟料，利用熟料早期强度高的优势，制成的钢渣水泥具有各龄期强度好、耐磨、抗渗等优点。目前在豫北地区水泥厂采用，但钢渣掺量一般为15%左右。用于筑路材料：钢渣碎石具有比重大、强度高、磨损率小、耐磨等特点。国外40%的钢渣用来修筑公路，国内目前也正大力向筑路发展，建设部编制的"钢渣筑路规范”肯定了钢渣应用于筑路的研究工作和实际应用的可能性。首钢应用0~50mm自然级配的渣粉（金属铁含量小于1%）与部分粉煤灰、石灰按80:6:14配比，生产钢渣拌合料作为道路基层材料。与二灰砂粉砾拌合料或二灰碎石拌合料相比，钢渣拌合料的各项室内性能提高明显，试验路通车一年后的专家评议意见认为，在车流量大、路面经常通过40—60t大型钢坯车的重载条件下路面基本平整、无沉陷、无鼓包、达到了设计要求。用于建材生产：钢渣含FeO、CaO、SiO2等化合物，可作为生产砖、砌块等建材。钢渣经过磨细和加入添加剂，可降低fCaO的不安定性，适合作建筑材料。四、作农肥和酸性土壤改良剂钢渣含Ca、Mg、Si、P等元素，可根据不同元素的含量作不同的应用我国用钢渣改良土壤始于20世纪50年代末、60年代初。1958~I960年，中国科学院东北林业土壤研究所对全国各地主要炼钢厂的平炉钢渣进行了分析研究，将加工的粉化钢渣用于各种不同的土壤中进行田间肥度试验。1965~1973年中科院南京土壤研究所对含磷较多的平炉钢渣加工粉化，用于水稻、黄豆作物试验。1984~1985中科院开展了钢渣的农用试验研究，在用量、用法、粒度、土种、肥度及作物品种、性状、抗性和肥种对比等10个方面，取得了可喜进展。目前，我国用钢渣生产的磷肥品种有钢渣磷肥和钙镁磷肥。五、钢渣制备微晶玻璃国外有关钢渣制备微晶玻璃的报道很早，如：美国AIfred大学的Agrwal-G等人利用钢渣制造富CaO的微晶玻璃具有比普通玻璃高2倍的耐磨性及较好的耐化学腐蚀性。西欧的GoktasAA用钢渣制造出透明玻璃和彩色玻璃陶瓷，拟用作墙面装饰块及地面瓷砖。我国这方面研究较晚，但已经取得了很大的进展。钢渣处理和综合利用具有良好的社会效益和经济效益,已被越来越多的人士所认识。从各国钢渣利用情况看，国外卜钢渣基本排用平衡，全部利用，而在我国，虽然对钢渣进行了治理和综合利用，但在深度和广度上是不够的。所以各企业应根据其具体生产条件，采用合理的行之有效的加工处理方法，使钢渣最大限度的得到充分利用，并不断提高利用水平，逐