钢渣综合利用技术及发展方向
钢渣综合利用技术及发展方向钢渣主要来源于:金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物及 ;被侵蚀的炉衬及炉衬材料;金属炉料带入的杂质,如泥沙等;为调整钢渣性质所加人的造渣材料,如石灰石、铁矿石、萤石等。按炼钢工艺钢渣可分为平炉渣、转炉渣和电炉渣。由于转炉比平炉产量高、能耗低,大多数钢铁厂已改为转炉,但由于钢渣综合利用问题没有很好地解决,钢渣堆场上仍然有大量的平炉渣及平炉与转炉的混合渣。1、钢渣的理化性质1、1 钢渣的物理性质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。碱度较低的钢渣呈黑灰色,碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。渣块松散不粘结,质地坚硬密实,孔隙较少。渣佗和渣壳结晶细密,界线分明,尤其是渣壳,断口整齐。自然冷却的渣块堆放一段时间后,发生膨胀风化,变成土块状和粉状。钢渣通常含水在3%8%。1.2 钢渣的化学成份随着钢品种、原料、冶炼工艺及堆放期限的不同,钢渣的化学成份波动较大。大多情况下,钢渣的主要化学成份为 、CaO、 、 、 、 、 等。转炉渣的化学成份较稳定,52OP32AlMg32Fenf和 含量低,碱度高 ,一般为 2.93.2,杂质含量少 ,并随堆放期的延长gFe含量降低。同时,堆放的转炉渣发生自然膨胀风化,形成不同粒径的钢渣Caf颗粒,当钢渣的粒径不同时,其化学成份不同,随着堆放期延长,化学成份差异增大。钢渣中游离的 、 含量较高,因而稳定性差。此外 ,钢渣中铁和锰的aOMg含量也比较高,由于铁、锰离子具有较强的极化能力,对氧有很大的亲和力,因此,氧离子能脱离正硅酸钙(锰)四面体破坏正硅酸盐结构,使四面体互相连接起来,生成巨大而复杂的硅氧团,从而降低其易磨性。2、钢渣的处理钢渣成分复杂、流动性差别大、性能不稳定、处理技术发展缓慢，主要为热态处理和冷态加工两个环节。前者是指高温熔渣处理成常温固态渣的过程，侧重于钢渣快速、清洁的处理；后者是指固态渣经破碎、磁选等工序，加工成不同粒度、不同金属含量的尾渣、渣粉、渣钢的过程，侧重于钢渣的资源化利用。在实际生产中，两个环节区分并不明显，一般采取适当的组合工艺，如对流动性较好的液态钢渣，采取(风淬/滚筒+磁选) 工艺；流动性较差的采取(热焖/水淬+ 破碎 +磁选 )工艺。2.1 钢渣的热态处理热态钢渣的处理工艺应考虑的原则：（1）安全可靠，处理能力大；（2）渣和金属分离度高，利于金属回收；（3）可有效消解 满足尾渣利用要OCfa求；（4）工艺简单，经济性好，无二次污染。2.1.1 浅盘法 ISC 工艺浅盘法亦即 ISC 工艺(InstantaneousSlagChillProcess),为日本新日铁公司开发。流动性较好的渣通过渣罐运送至渣处理间,再用 120吊车把渣倒入渣盘中,静置35min,第一次喷水冷却,喷水 2min,停 3min,如此重复 4 次,耗水量约为0.333/,钢渣表面温度下降至 500左右。然后将浅盘中凝固并破碎的钢渣倾倒在排渣车上,运送到二次冷却站进行第二次喷水冷却,喷水 4min,耗水量为0.083/,钢渣温度下降至 200左右。再将钢渣倒入水池内进行第三次冷却 ,冷却时间约 30min,耗水量 0.043/,钢渣至此温度降至 5070 ,随后输送至粒铁回收线。浅盘法工艺的优点为:(1)用水强制快速冷却,处理时间短,每炉渣 1.52.5即可处理结束,处理能力大;(2)整个过程采用喷水和水池浸泡,减少了粉尘污染;(3)经 3 次冷却后 ,大大减少了渣中矿物组成、游离氧化钙和氧化镁等所造成的体积膨胀,改改了渣的稳定性;(4)处理后钢渣粒度小而均匀,可减少后段破碎筛分加工工序;(5)采用分段水冷处理,蒸汽可自由扩散,操作安全;(6)整个处理工序紧凑,采用遥控操作和监视系统,劳动条件好。浅盘法的缺点是钢渣要经过 3 次水冷,蒸汽产生量较大,对厂房和设备有腐蚀作用,对起重机寿命有影响;另外,浅盘消耗量大,运行成本高。2.1.2 热闷法钢渣热闷罐法处理工艺为:当大块钢渣冷却到 300 600时,装入翻斗汽车运至闷罐车间,倒入闷罐内,盖上罐盖。在罐盖的下方安装有能自动旋转的喷水装置,间断地向热渣喷水,使罐内产生大量蒸汽,与钢渣产生复杂的物理化学反应,使钢渣产生淬裂。钢渣由于含有游离氧化钙,遇水后会消解成氢氧化钙,发生体积膨胀,使钢渣崩解粉碎。钢渣在罐内经闷解后,一般粉化效果都能达到 60%80%,然后用反铲挖掘机挖出,进行后步处理。该工艺的特点是:机械化程度较高,劳动强度低;由于采用湿法处理钢渣,环境污染少,还可以部分回收热能;处理后,钢、渣分离好 ,可提高废钢回收率; 钢渣稳定性好。2.1.3 滚筒法该工艺主要是将液态钢渣自转炉倒入渣罐后,经渣罐车运输至渣处理场,用吊车将渣罐运到滚筒装置的进渣流槽顶上,并以一定速度倒入滚筒装置内,液态钢渣在滚筒内同时完成冷却、固化、破碎及钢渣分离后,经板式输送机排出到渣场,此钢渣经卡车运输到粒铁分离车间进行粒铁分离后便可直接利用。经滚筒法处理后的钢渣游离氧化钙基本在 4%以内,其中小于 2%的占 45%;由于滚筒法渣处理可以省却与 ISC 热泼法相匹配的粒铁回收车间以及如排渣车、水池等辅助设施,大大节约基建投资。滚筒法实现了渣处理工艺的革命,代表了渣处理生产技术的发展方向。生产实践表明,该装置具有流程短、投资少、环保、处理成本低以及钢渣稳定性好等优点。2.2 钢渣的冷态加工由于各个钢厂排渣设备配置不同、钢渣性质各异，钢渣的冷态加工多是粗碎、破碎、磁选、风选等单项工艺的组合，如鞍钢对热焖处理后的钢渣，先通过“三筛、二破、三磁选”粗选出 40%的含铁物料，再经“球磨机湿磨、筛分分级、磁滑轮分选”的深度处理，选出品位大于 90%粒径 1.5100mm 的精块铁，作为废钢原料用于转炉生产，而湿磨后、筛分分级出的渣浆，再用螺旋分级机重选，水选出铁品位为 55%、粒径小于 1.5mm 的精铁粉用于烧结，其余尾渣用作建材原料。莱钢的渣铁分离生产工艺可归纳为“三破七选四筛分” ，使球磨料和尾渣质量大大提升，达到钢渣资源“吃干榨尽”和闭路循环。白俄罗斯 OP 公司针对钢渣粉的精细风选工艺,可从粒度 010mm 粒化钢渣中回收 0.8mm 以上金属颗粒(单纯采用磁选方法很难实现，因为钢渣中的细小非金属物料同样被磁铁吸附)，分选后的尾渣粉用作水泥原料。3、 影响钢渣综合利用的因素3.1 磨细能耗大。钢渣虽具有与硅酸盐水泥熟料类似的化学组成，但受其形成过程的影响，钢渣的化学成分、矿物组成波动大，尤其是其中大量的铁和含铁元素的化合物，磨细能耗大，活性低。3.2 体积不稳定。钢渣中 和 含量高，在常温下易与水 (或水蒸气)发CaOfMgf生缓慢反应，导致体积分别膨胀 ，陈化时间不足，用于建材行业会%148,.97造成构筑物开裂，甚至整体建筑的损坏，因而制约了大规模的工程应用。3.3 杂质含量高，影响直接回用。钢渣中较高的硫或磷含量，影响了大宗冶炼回用。3.4 高温熔渣直接利用技术较少。熔渣热焓高、显热资源丰富，目前缺乏成熟的显热回收技术和设备，导致处理工艺后移，增加了冷态钢渣的处理成本和难度。4、钢渣处理和利用的发展方向4.1 新型钢渣处理工艺的开发现有的钢渣处理工艺，以水淬为主，处理流程长，耗水多，产生二次蒸汽难以利用，尤其是处理后的钢渣 含量高，限制了后续利用途径。因此，CaOf开发短流程、清洁化、更节能、 快速消解、可有效回收余热资源的新CaOf型处理工艺，势在必行。4.2 高效节能粉磨设备的开发钢渣颗粒硬度较大，难以磨细，用立磨粉磨设备振动大、磨损严重，用传统的球磨机电耗大，生产成本高。法国机械设备集团公司（FCB）生产的卧式辊磨（HOROMILL）具有粉磨电耗低、设备运转稳定、性能可靠、操作方便、容易维护、研磨部件的使用寿命长等优点，但应用实绩并不多。因此，针对不同硬度、易磨性和细度，开发高效节能的粉磨设备，提高物料比表面积，促使其晶体结构及表面物化性质发生变化，使钢渣活性能得以充分发挥，对开创钢渣广泛应用的新局面，大有助益。4.3 钢渣稳定工艺的开发国内相关企业一直致力于钢渣稳定工艺的研究开发，如德国的罐式钢渣加压热焖自解工艺、日本住友的自然陈化箱处理工艺，以及近来出现的高温熔渣改性处理等。因此，开发钢渣稳定化的工艺，是提高钢渣综合利用率、扩大资源化利用范围的必然要求。4.4 热态熔渣干式粒化技术的开发针对当前钢渣粘度大、流动性差的特点，开发新型热态熔渣干式粒化技术，兼具回收余热、减少水资源消耗和后续产品综合利用的功能，是未来钢渣处理工艺研究的热点和难点，也是钢渣真正由废物变为钢厂副产品、节能降耗的最佳途径。4.5 高温熔渣的直接产品化利用熔渣的高温特性，在线进行“调质处理” ，不仅可降低后续冷态渣游离氧化钙的含量，更可直接生产产品，如利用热态熔渣直接生产矿棉、岩棉或微晶玻璃等，从而将熔渣余热回收和高附加值利用有机结合了起来。4.6 热态熔渣冶金回用技术的开发采用合适的处理工艺对热态熔渣调质预处理，除去硫、磷杂质之后，再重返冶炼过程，可有效回收熔渣显热和有价资源，在循环利用周期、保护环境、回收熔渣显热等方面具有固态渣二次利用无法比拟的优点，应成为钢铁企业未来节能减排的重点。 （浅谈钢渣的处理与综合利用_石磊）
