钢渣简介和发展趋势

钢渣简介钢渣是一种工业固体废物，是炼钢排出的渣，依炉型分为转炉渣、平炉渣、电炉渣。排出量约为粗钢产量的15～20％。我国2011年粗钢产量近7亿吨，产生的钢渣约7000万吨。根据钢渣产生量排名，前五名依次为宝钢集团、河北钢铁集团、武钢集团、江苏沙钢集团、山东钢铁集团。钢渣的成分钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒，钢渣中也稍含有这些成分。钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。钢渣为熟料，是重熔相，熔化温度低。重新熔化时，液相形成早，流动性好。钢渣作为二次资源综合利用有两个主要途径，一个是作为冶炼溶剂在本厂循环利用，不但可以代替石灰石，且可以从中回收大量的金属铁和其他有用元素；另一个是作为制造筑路材料、建筑材料或农业肥料的原材料。钢渣处理技术现状和发展趋势钢渣加工处理是钢渣实现资源化的前提，处理工艺的好坏，对钢渣资源化利用关系很大。美国、欧洲国家与日本等国的钢渣处理工艺常用热泼工艺，并采用较先进的破碎与磁选设备。我国钢渣加工处理工艺和资源化技术与国外相比差别不大，主要通过进口工艺与设备，例如：包钢引进日本I．S．C(浅盘水淬法)处理工艺、武钢引进的是美国IMS公司成套破碎磁选钢渣处理设备、鞍钢和首钢均引进德国KHD和EF公司成套破碎与磁选设备、唐钢从日本引进成套钢渣处理设备、包钢三期引进俄罗斯乌拉尔钢铁研究院开发的滚筒法液态钢渣处理T艺、上钢五厂和包钢粒铁车间则采用了我国自行研制的热焖处理工艺。目前国内应用的钢渣处理方法主要有以下几种。1)冷弃法。钢渣倒入渣罐(盘)缓冷后(有的喷水强制冷却)直接运至渣场抛弃，国内渣山多是由此工艺而形成。此种方法占用大量的土地，钢渣资源不能利用，长时间放置造成环境的污染。2)热泼法。钢渣倒人渣罐后，经车辆运到钢渣热泼车间。用吊车将渣罐的液态渣分层泼到渣床上(或渣坑内)，喷淋适量的水。使高温渣急冷碎裂并加速冷却。然后用装载机、电铲等设备进行挖掘装车，现场建设磁选线或运至弃渣场破碎、筛分、磁选。此工艺投资大、占地面积大，不能回收余热资源，消耗大量的新水，对环境污染严重。3)浅盘水淬法。该技术是宝钢从新日铁大分钢铁厂引进。流动性好的钢渣送至热泼处理间，倒入渣盘中，经多次喷水后进行第一次冷却，然后将渣盘中凝固并己破裂的钢渣倾倒于排渣车上，在二次冷却站进行第2次喷水冷却后，倒入水池内进行3次冷却。此工艺的缺点是：水资源消耗大、生产环节繁多、能源消耗大、余热资源没有回收。优点是：用水强制快速冷却，处理时间短；处理能力大；整个过程采用喷水和水池浸泡，减少粉尘对环境的污染；熔渣经3次水冷却，大大减少渣中游离氧化钙及氧化镁等所造成的膨胀；处理后钢渣粒度小，大部分在30mm左右，粒度均匀，可减少后段破碎、筛分加工工序，减少能耗。4)水淬法。高温液态钢渣在流出下降过程中，与多孔水喷头喷出的压力水束相遇，被压力水分割、击碎，再加上高温熔渣遇水急冷收缩产生应力集中而破裂，使熔渣在水幕中进行粒化，与水一起落入水渣池中进一步冷却。该工艺的缺点是：处理率较低、要求钢渣的流动性好、水资源消耗大、余热资源没有回收、产生的蒸汽污染环境。该工艺的优点是：占地面积小、设备少、能耗小。5)热焖法。该工艺是将刚刚凝固还处于高温的钢渣倒人大型焖罐中并喷水，在高温下产生蒸汽。由于钢渣中含有游离氧化钙，遇水生成氢氧化钙并产生膨胀，因而促使钢渣开裂并粉化。该工艺的优点是：机械化程度较高；渣、钢分离好，可提高废钢回收率；部分游离氧化钙经过消解，钢渣的稳定性得到改善。缺点是：水资源消耗大、处理过程产生大量粉尘污染环境、工艺复杂增加能耗。6)风淬法。该工艺将熔融的钢渣倒入封闭的空间内用风力将其吹成颗粒，落入水中进行冷却。该工艺与水淬相比，供水系统简化、基建投资少；风淬采用高压空气，液态钢渣粒化效果好，为钢渣应用创造了条件；风淬钢渣过程中，由于钢渣快速冷却，钢渣内C2S仍然保留为型，因此风淬后的钢渣一般不会粉化，质量稳定。该工艺主要缺点是：风淬工艺的要求是钢渣必须是液态，为了控制渣的流量，渣必须通过中间罐，因此风淬处理率一般不超过50％；风淬气体利用空气时，由于氧化作用，粒化钢渣中单质铁完全氧化而无法回收；落入水池的渣粒为半熔融状态，显热无法回收；生产中产生大量水蒸汽，污染环境。7)机械力法。该方法主要有滚筒法和粒化轮法(嘉恒法)，主要是应用机械力对钢渣进行破碎。其中滚筒法流程短，渣钢分离好，金属回收率高，污染小，但只能处理流动性好的钢渣，处理率低。粒化轮法工艺简单，占地少，污染小，自动化程度高，钢渣粒化效果好，但设备磨损严重，维修率高，只能处理流动性好的钢渣，金属回收率低。综合来说，国内外应用的钢渣处理工艺主要以热泼和热焖为主，热泼不受钢渣流动性限制，热焖工艺简单，易于实现。一般来说，钢渣可利用的资源包括液渣显热、单质铁和尾渣矿物，目前应用的各种处理工艺主要考虑单质铁和尾渣矿物的综合利用。由于现有的各种处理工艺中钢渣冷却主要以水冷为主，产生的蒸汽量大、压力低、品质低，难以将产生的蒸汽加以利用，因此现有的各种钢渣处理工艺都没能实现液渣显热的回收利用。钢渣综合利用现状及发展趋势钢渣的应用主要包括从钢渣中提取出来的含渣废钢的应用和提取废钢后钢渣的综合应用。提取含渣废钢后的钢渣进行资源化与综合利用的途经很多，我国主要用于地基回填、道路铺筑、水泥原料、净水剂和钢渣肥料等。钢渣用作铺路、肥料、净水剂等的数量较小，因此在开发钢渣微粉及钢渣水泥等高附加值产品方面还需要进一步的研发。