1、转炉渣的综合利用 摘要 ： 随着冶金行业的快速发展，冶金业对资源的利用越来越多，钢铁冶金渣的排放量也逐年增多。我国对钢渣的处理和利用处于较落后的状态，大量的钢渣至今没有得到有效的处置和利用，有些钢厂已是渣满为患，影响生产，对环境造成污染 。 为了提高钢渣的合理回收，本文介绍了钢渣的各种处理技术，从而实现了资源化综合利用，并展望了钢渣综合利用的未来前景。本文综合阐述了国内外钢渣综合处理技术，钢渣是炼钢工业的副产品。分析了钢渣的基本物理特性、化学成份、矿 物组成等理化性能。介绍钢渣在筑路、烧结矿、水泥、建材、环境工程 和农业等领域的综合利用。 关键词 ： 转炉渣；资源；冶金 黑色及有色金属生产伴随
2、着大量炉渣的形成，这些炉渣不能被利用只好堆积在废料场，占据了庞大的土地面积，严重影响着冶金工厂区域的生态环境。目前，炼钢渣、粗铜、镍及其合金的生产废渣的再处理已成为一个越来越严重的问题。 2007 年，全世界生产钢 15 亿 t，产生的炉渣不少于 2.2 亿 t，主要是氧化转炉和电炉炼钢渣 (30% 45%CaO； 15% 20%SiO2； 20% 40%FenOm。； 3% 10%MgO；3% 5%Al2O3)，其中以金属珠和碎金属形式出现的 金属铁为 5% 8%，未被利用的石灰石达 3% 4%。精炼渣中含有 55% 60%CaO， 15% 18%SiO2， 8%Al2O3，不少于 1%Fe
3、O， 10%MgO，一定量的磷。估计全世界每年精炼渣的产生在 1500 万 t 2500 万 t。 由于炼钢渣反应形成温度高 , 碱度高 , 游离氧化钙含量大 , 并且夹带金属铁粒 , 使得炼钢渣往往具有硬度大、易磨性差 , 早期活性低、胶凝性差 , 易膨胀、体积稳定性差等特点 , 其利用率相对较低 , 应用范围也较窄 , 如 2005 年我国钢渣综合利用率仅为 10% 2 . 根据国家发展和改 革委员会产业政策司发布的 2006 年钢铁行业生产运行情况通报显示 , 2006 年全国粗钢产量 41 878 万 t , 炼钢渣排出量按粗钢产量的 14%计算 , 全年排钢渣量达 5 863万 t
4、, 堆放占地和处理带来的环境问题非常突出 , 因此发展新技术以提高炼钢渣的再循环利用率是我国冶金工业清洁、绿色生产的前提 . 一 .转炉渣的产生和来源 高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到 14001600时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面 的熔渣。高炉渣中主要成分为 CaO、 SiO2、 Al2O3。转炉钢渣是转炉炼钢过程中产生的废渣，主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入的造渣剂 ( 如石灰石、萤石、硅石 ) 、氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。 二 .钢渣的化学
5、特性 表 1为部分钢铁公司转炉钢渣的基本化学组成。 转炉钢渣的矿物结构主要取决于化学组成。当炉渣的碱度 (CaO /SiO2 ) 80%的渣钢 , 占钢渣原渣的 10%;粒径10 50 mm、 TFe 品位 62%的粒钢 , 占钢渣原渣的 10%; 粒径 0 10mm、 TFe 品位 42%的磁选粉 , 占钢渣原渣的 20% , 即从钢渣中磁选出 40%的含铁物料 。 四 .炼钢渣冶金资源化利用 炼钢渣固态冶金资源化循环利用现状 炼钢渣固态冶金资源化利用是一种将废渣从冶炼炉排出、冷却并简单处理后的再利用方式 . 其应用方式包括用作烧结和炼钢助熔剂、造渣剂和精炼剂等方面 . 1 用作烧结熔剂 钢
6、渣用作烧结熔剂是目前最为成熟的炼钢渣冶金二次利用方式 , 已在我国和世界各钢厂广泛采用 . 烧结矿中配加钢渣代替熔剂 , 不仅回收利用了钢渣中 残钢、 FeO、 CaO、 MgO、 MnO 等有益成分 , 而且由于高温熔炼后炼钢渣的软化温度低 , 物相均匀特点 , 对提高 烧结矿质量 , 降低烧结燃料消耗也起着有益作用 . 梅山钢铁集团公司采用在烧结原料中配加转炉钢渣 1. 0% 2. 0% 后 , 取得烧结原料成本下降 3. 1 元 / t 的效果 13 . 烧结中配加钢渣值得注意的是磷的富集问题 . 钢渣用作烧结熔剂会使烧结矿含磷量增加 , 而高炉不具备脱磷能力 , 从而加重炼钢脱磷负担
7、. 按照宝山钢铁集团公司的统计数据 , 烧结矿中钢渣配入量增加 10 kg/ t, 烧结矿的磷含量将增加约 0. 003 8% , 而相应铁水中磷含量将增加 0. 007 6% . 考虑磷富集问题 , 钢渣配 入烧结矿的比例目前在我国不超过 3% . 2 用作炼钢返回料 炼钢渣富含 CaO、 A12O3的特点使得近年来出现了将钢渣用作炼钢返回渣料或助熔剂的技术 .如宝山钢铁集团公司采用转炉脱磷脱碳双联炼钢工艺 , 将磷含量较低的脱碳炉钢渣返回转炉利用 , 有效地促进转炉冶炼过程的前期化渣 , 降低副原料的消耗 , 达到降本增效的目的 . 崔九霄等人利用精炼废渣成分与炼钢过程中所需的助熔剂 -铝
8、钒土的成分类似的这一特点 , 将精炼废渣配加一定的添加剂和含铁矿粉 , 经成型干燥后 ,代替铁矾土等加入转炉作为炼钢助熔剂 , 并在鞍钢一 、二炼钢厂进行现场实验 , 取得了化渣速度快、节约炼钢助熔剂和石灰等效果 . 在炼钢和精炼过程中 , 钢液中的磷、硫经冶炼过程大量富集在钢渣和精炼渣中 , 上述将钢渣和钢包炉精炼废渣用作炼钢造渣剂和助熔剂的方法存在磷、硫富集的问题 , 因此限制了炼钢渣二次利用的利用率和适用钢种 . 3 用作电炉喷吹剂 这是一种在意大利 Ferrier e No rd 钢厂、北方钢公司和斯蒂发纳钢公司实施的一项旨在回收钢水包、中间罐和炼钢炉炉渣及耐火材料的技术 17 ,这项
9、技术于 2002 年 1 月投入使用 , 可连续处理和回 收所产生的钢包炉渣 . 该技术将钢包炉炉渣冷却、破碎并运送到喷吹系统喷吹入电炉作为炼钢造渣剂 . 用这种技术可以显著节省石灰添加剂的用量 ( 节省量可达 15% ) . 由于该技术仍属一种对炼钢渣进行的简单物理处理 , 同上述各炼钢渣循环利用技术一样 , 存在的主要的问题仍是循环利用过程中炉渣中有害物质的循环累积 . 1.1.4用作钢水精炼脱磷剂 该法是由日本福山钢管开发的技术 , 是在精炼过程中将仍具有较高磷容量的转炉渣加入精炼炉 , 并配加一定的石灰和硅酸苏打 , 吹气强烈搅拌 , 对钢液进行脱磷操作 , 该法的脱磷率 可达 50%
10、. 转炉冶炼完毕后转炉渣的磷含量较高 , 这种简单的循环利用方式引起的有害物质循环累计现象也不能真正解决渣再利用的问题 , 同时为提高脱磷率加入的硅酸苏打对耐材有较大的侵蚀 . 五 .存在的主要问题以及未来发展趋势 有关冶金渣的资源化利用已经进行了诸多的研究，并且取得了一些成果。但是，尚存在着一些问题。目前，除了一部分作为冶金溶剂使用外，冶金渣基本上还是用于代替部分砂石而使用的，即主要用于水泥生产或作为建筑材料来使用。虽然作为农用肥料和土壤改良剂进行了一些研究和开发，但还只是简单地利用了冶金渣中的 一些有效成分，如 CaO， MgO， Si02和 P205，应用范围较小。另外，虽然目前冶金渣已
11、经被应用于水泥生产，但冶金渣的活性要远低于硅酸盐水泥的活性。另外，炉渣的碱度过高，渣中含有大量的自由氧化钙和氧化镁，不宜作为水泥、建材和工程回填材料。钢渣不易磨，直接用于水泥生产会降低生产能力。 钢渣在企业内部回用是一种理想的方法，但在目前的回用方法中，作烧结溶剂和高炉炼铁熔剂虽然有积极的报道 ,但烧结和炼铁过程无法脱磷 ,钢渣的循环 ,必然使铁水的磷含量不断提高，给下一步的炼钢增加负担，要求炼钢工序消耗更多的石灰，产出更大的 渣量满足脱磷要求，所以从工艺全盘考虑是不一定合理的。将钢渣用作铁水预处理渣剂，不能解决现代炼钢工艺中不同阶段的炉渣的回用问题。除此之外，在目前的所有利用方法当中，冶金渣
12、在高温时的这部分潜在热能也没有得到合理的利用。 根据冶金炉渣性能分析，从现实的环保要求出发，冶金渣资源化应用进一步研究应主要集中在以下几个方面： （ 1）根据钢铁企业炼钢工序不同阶段产出钢渣的特性，利用梯级回用的方法，使炼钢炉渣尽量在炼钢工艺中循环利用，发掘其最大冶金潜能，实现最大限度的回用，提高炼钢造渣材料的利用效率，减少造渣材料消耗，减少炉 渣的外摊，从而实现对炼钢炉渣的资源化利用和生态工业的要求，提高企业的经济和社会效益。 （ 2）利用冶金渣生产缓释性钾肥。所谓的“缓释性肥料”，是指难溶于水，而易溶于从植物根部分泌出来的柠檬酸溶液的肥料。因此可以从根本上减少因灌溉用水和雨水等所引起的肥料
13、流失。植物在生长期对钾肥的需求量相对较少，而在植物的结果期则需求较多。因此，一般要求钾肥的肥效要长，即要求其要具有缓释性。生产缓释性钾肥主要使用的是铁水预处理时所产生的脱硅渣。这种渣的主要化学成分为 SiO2 和 CaO，向其中添加 K2CO3 或 KOH合成钾肥时，可利用 脱硅渣的余热形成CaO-SiO2 K2O 三元渣系。一般认为，根据含钾化合物的种类以及 K2O 含量的不同，其溶解特性，即缓释性会有明显的差异。因此，通过控制 CaO-SiO2-K2O 三元渣系的化学组成以及冷却速度是生产缓释性钾肥的重要手段 。 六 .结 束 语 钢渣的处理与利用已经成为世界性的课题。目前处理后的钢渣主要
14、应用于烧结配料炼钢熔剂、水泥添加剂或建筑材料等没有得到高效利用。钢渣处理方法主要用湿法 , 这种方法既污染了环境而且钢渣中的铁资源和大量的余热资源没有得到良好地回收利用。目前的钢渣处理没有兼顾资源回收和环境 保护 , 因此开发一种合理科学的钢渣处理方法是冶金工作者的首要任务之一。 参考文献 1 于兴邦 .钢钢渣资源的综合利用 .矿业工程学院 .2010-5-09； 1-2 2 张春雷 . 国内外钢渣再利用技术发展动态及对鞍钢开发钢渣产品的讨论 .鞍钢集团技术中心 .2003-04.1-2 3 长集广，杨圣明，将运来，苏联生，温莉艳 .宝钢转炉渣的处理方法及加工技术和综合利用。研究与开发公司 .2000-04-19. 4 沈建国，郭春媛，于景坤 ,等 .钢铁冶金渣的资源化利用 J.材料与冶金学报， 2003.9. 5 杨志宽 .钢铁冶金渣在农业上的应用 J.再生资源研究 C1992第 2期 :2-3. 6 朱桂林，孙树杉 .钢铁渣综合利用的现状及高价值利用新进展 A.ISE03 会议论文集 C.
