转炉炼钢钢渣处理概况

1 1 文献综述文献综述 1.11.1 转炉炼钢钢渣处理概况转炉炼钢钢渣处理概况 1.1.11.1.1 钢渣来源钢渣来源 刚刚钢渣特指在炼钢过程时排出的熔渣， 主要是指在吹炼过程中金属炉料中 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。一般渣量是钢产量的 8%~15%[1]。 钢渣的主要化学成分有：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO、MnO、 P2O5、f-CaO，对于一些特殊的冶炼钢种，其钢渣中还含有V2O5、TiO2等。钢渣 中 Fe 的氧化物以 FeO 和 Fe2O3形式存在，而以FeO 为主，总量在25%以下。如 表 2-1 为常见各种钢渣的成分[2]。 表表 1-11-1 钢渣的化学成分（钢渣的化学成分（%%）） 组分 SiO2 Al2O3 CaO FeO MgO MnO CaF2 P2O5 转炉炼钢渣 15～25 6～7 36～40 8～10 5～7 9～12 — 1～2 电炉渣 10～20 3～5 40～50 8～15 7～12 5～10 — 0.5～1.5 精炼渣 15～18 6～7 50～55 0.55 5.3～5.7 5.9～6.5 85.5 90.3 混凝土冻融 劈裂强度 比% 87.5 82.5 车辙稳定比 （次/min） 弯沉 值% 摩擦 系数 构造 深度 4012 6699 平均 0.53 平均 52 平均 0.61 钢渣在铁路和公路路基、工程回填、修筑堤坝、填海造地等工程中使用，国 内外己有相当广泛的实践， 欧美各国钢渣约有 60 %用于道路工程。 作为 2008 年 奥运会三大主要比赛场馆之一的北京国家体育馆在工程施工过程中就大量使用 了钢渣作为回填材料。 经过加工处理后的钢渣按照试验配比与少量水泥及其它辅 料配制而成，其密度、含水率、放射性等各项技术指标均符合国家规范要求。国 家体育馆建设工程使用大量钢渣作为回填材料的施工经验， 为钢渣作为回填材料 进行地基处理提供了宝贵的经验[2]。 （6）在农业生产的应用 转炉钢渣中含有大量的有益于植物生长的元素如 Ca、Si、Mg、P 等，适合 用于生产农业肥料的。在国外，利用转炉钢渣作为农业肥料的国家很多。其主要 用于生产各种肥料[30-31]、土壤改良剂等。 最常见的钢渣肥料是磷肥， 当采用中高磷铁水炼钢时，在不加萤石造渣条件 下所得到的转炉钢渣可以用于制备钢渣磷肥。采用钢铁渣作为改良剂，由于其中 含有一定量的可溶性的镁和磷， 因而可以取得比施用石灰来进行改良酸性土壤更 好的效果[32-33]。 与其他综合利用技术相比，钢渣农业应用研究有以下特点： （l）试验周期长，如果缺乏连续性，则无法得出科学的结论； （2）如果钢渣在农业上应用成本太高，农民用不起，结果将造成其利用率 低。因此，应当尽量提高产品的附加值，降低钢渣的农业应用成本。 （7）在环境工程方面的应用 钢渣再粉碎后具有较大的比表面积，并含有与盐酸亲和力较强的 Ca 和 Fe， 对废水中的酸有吸附和化学沉淀作用。郑礼胜等[34]进行了用钢渣处理含 As 废水 的研究，使 As 的去除率达 98%以上。王士龙等人[35]进行了用钢渣处理含锌 Ni 废水的研究，使Ni 去除率在 99 %以上，处理效果非常理想。钢渣还可用于处理 含磷、含铬废水及含其他重金属废水。 钢渣基于其各种特性和与其他各产业的联系， 其利用价值在很多领域都得以 体现，除了上述提及的常见的利用方式以外，钢渣还在陶瓷等其他材料制品、吸 附剂等的制造上发挥作用。虽然目前国内的钢渣再资源化依然处于起步阶段，但 相信随着生产水平的不断提高，以及国民对资源利用的关注，我国的钢渣处理也 会更进一步，达到世界先进水平，使得钢渣不再是钢铁生产的废弃物，而成为可 以利用的有价值的副产品。实现“变废为宝” 。 矿渣微晶玻璃自上世纪 60 年代问世以来，在许多国家得到了迅速发展，形 成了规模化生产。程金树等[36]研究了以还原性钢渣为主要原料，添加其他辅助 材料， 利用表面成核析晶的烧结法研制出了色泽美观、花纹清晰的微晶玻璃花岗 岩。张元志[37]利用钢渣、粉煤灰研制微晶玻璃，利用率达到 75 % ，性能良好。 2.国内外钢渣利用状况 科技的飞速发展带来的是世界各国严重的资源不足和能源缺乏。 随着工业化 的快速增长，全球可利用的土地面临巨大压力，不仅对住房和工业的使用如此， 同时工业和采矿工艺产生的大量废弃物需要足够的土地来堆积掩埋。 废弃物的问 题已经达到一个阶段，其存放所占用的土地以远远超过其工业生产所用。然而， 这些废弃物也是空气、水等污染的主要来源[38]。 表 2-6 为各主要产钢国家的钢渣利用情况[38]。 目前的钢铁生产中，每生产 1 t 粗钢都会排放约 130 kg 的钢渣、40 kg 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。国际上很多国家在钢渣 处理上起步很早， 有的通过制定相关的法律来严格对钢渣的处理进行监督和管理， 取得了很大的成果。 联合国（CEE）组织对美、日、俄、德、法等 20 多个国家的钢渣利用情况 作了调查。 统计表明， 这 20 多个国家的钢渣 50 %左右用于道路工程， 其中德国、 日本和美国将钢渣用于烧结、 炼铁、 化铁炉及水泥生产的比例分别为 31 %、 25 % 及 50 %[38]。 表表 1-61-6 主要产钢国家钢渣利用情况单位：万主要产钢国家钢渣利用情况单位：万 t t 冶炼熔剂 国家 利用量 美国 原西 德 法国 原苏 联 日本 1000（45） 建筑材料 利用量 694（31.3） 农肥 利用量 其他 利用量 77.1（3.5） 总利用 量 1771.1 总利用率 /% 79.8 160.2（26.7） 156.4（26.1） 125.2（20.9） 79.8（13.4）52287.1 223.59100） 水泥原料 223.5100.0 110（4.60）850（35.1）56（2.3） 92（6.2） 填海 101642.0 2380（19）139（9.4）32（2.2） 933（63.2） 1476100.0 中国295.4438.7 日本钢渣处理与利用得到政府和地方政府及学术的技术援助， 从而渣的综合 利用取得积极的进展。其在1985 年，转炉炼钢渣利用率在81 %，主要用于填海 和土建工程，其中 20 %在钢铁厂内循环使用。日本许多钢厂都是用蒸汽陈化方 式处理钢渣。处理后的钢渣作上层路基材料，这种材料的配比为 75 %转炉炼钢 渣、20 %高炉缓冷渣、5 %高炉水渣[39]。1992 年住友金属公司高炉、烧结生产利 用钢渣量达其公司钢渣产量的 21 %。Kardemir 公司将转炉炼钢渣用于高炉添加 料、转炉添加料以及烧结料使用，得到了很好的效果[40-41]。经过日本钢铁联盟渣 资源化委员会的努力，至1996 年底，日本的钢渣有效利用率己达95 %[38]。近些 年日本更是将钢渣再资源化利用作为重点，如表 2-7 所列。 由于高碱度钢渣中含有大量和水泥相类似的 C3S、 C2S 及铁铝酸盐等活性矿