冶金炉渣的研究及综合利用思路.pdf

务l 甸 化 冶金炉渣的研究及综合利用思路 Sm el t i ng s l ag，r es ear ch an d com pr eh ensi v e u t i l i z at i on of i de as 姚艳玲 ，周俊 Y AO Y a n ． 1 i n g‘ ． ZHOU J u n 1 ． 包头职业技术学院，包头 0 1 4 0 3 0 2 ． 西北工业大学 航空学院，西安 7 1 0 0 7 2 摘要 随着冶金行业的快速发展，冶金业对资源的利用也越来越多，产生的炉渣也就相对增加。 本文针对冶金炉渣利用的必要性进行了分析 ，并对钢铁冶金中产生的高炉渣，钢渣的利用 现状及不足进行了研究 ，最后对冶金炉渣的综合利用进行了设计构思 ，从而达到冶金炉渣 的高效利用。 关键词冶金；炉渣；综合利用 中图分类号T P 3 9 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 1 1 下 一 0 1 1 1 0 3 Doi 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n． 1 0 0 9 -0 1 3 4． 2 0 1 1． 1 下 ． 3 7 0 引言 随着我国冶金行业的迅猛发展，累积堆存和新 增的冶金产生的固体废弃物也 E l 益增加 ，不仅 占地 多、严重污染周边环境 ，而且浪费了大量资源。其 中各种冶炼渣是主要的废弃物 ，主要包括高炉渣、 转炉渣、电炉渣和炉外精炼渣等。对环境的治理是 实现社会持续发展的重要手段。固体废弃物的处理 是环境治理的重要方面，冶金工业作为一个固体废 弃物排出量较大的工业部门，其治理程度直接影响 到环境治理水平，进行这方面的研究符合国家的产 业政策，有广阔的发展前景。近几年冶金技术发展 迅速 ，工艺过程中产生了越来越多的冶炼渣 ，这部 分废弃物的有效利用值得我们去进一步研究。 1 冶金炉渣利用的必要性 随着冶金行业 的快速发展，各国的矿产资源 也在 日益减少。同样，中国矿产资源也面临着严 重的危机。如何能更好的利用有限的资源创造更 多的财富是我们时刻要重视的。 钢铁工业是原材料工业，也是基础工业。它 的发展是和整体 经济发展规模和速度相适 应的。 钢铁产 品又是用途 广、用量大 的材料 ，钢铁工业 和各经济部门的发展密切相关，各经济部 门使用 钢材的和品种 质量是不尽相同的，因此产业结构 的变化和发展将直接影 响到钢铁工 业的发展速度 和产品结构。在快速发展 中的 中国，基 础设施 、 工业、建筑业 发展较快，钢 材消费量增 长较快。 所 以冶金行业产生的炉 渣也就相应的较多。如何 更好的利用这些弃渣是值得我们研究的。 企业 的原料条件不 同，冶炼工艺不同，炉渣 的产出量和炉渣成分也不 同，不同的企业可能采 用不 同的炉外 精炼设备，其 精炼渣会有所不 同， 特钢企业还可能在连铸之后，设有电渣炉等进一 步的精炼设备，产出的还有电渣冶炼废渣 ，因而 有必要从系统利用的角度出发 ，进行炼钢炉渣的 综合利用研究。 2 冶金渣的综合利用状况 钢 铁冶金工业遍及全国各主要城市 ，所产生 的固体废物占固体废物总量的 1 8 ％ ，渣 中含有各 种有用元素如 F e 、Mn 、C r 、Mo 、N i 、A I 等金属 元素和 C a 、Mg 、S i 等非金属元素 ，是一项可再利 用的大宗二次资源。 钢铁冶金工业所产生的固体废物主要有高炉 渣 、钢渣、铁 台金 渣等，中国钢铁 渣堆弃量约 3 亿 ，占地 3万 亩。2 0 0 2年 全 国钢 产 量 总计 约为 8 3 8 9万吨，但缺 乏全量和 高附加值的利用技术， 特别是对共生复合矿渣 中共生的金属元素的分离 和利用 以及通过共生元素的分离全面经济地对炉 渣进行综合利用缺乏系统研究，平均利用率约为 6 0 ％。下面我们就冶金炉渣 目前的综合利用情况 作一下总结和分析。 3 高炉渣的综合利用 高炉渣是钢铁冶金工业中数量最多的一种渣。 目前，8 0 ％以上的高炉渣得到了利用 ，但利用的主 要途径是生产水泥和筑路材料。高炉渣是冶炼生 收稿日期2 0 1 0 -1 1 -1 3 作者简介姚艳玲 1 9 7 1 一，山西阳高人，硕士研究生，研究方向为冶金技术。 第3 3 卷第1 期2 0 1 1 -1 下 【 1 1 1 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 泣 匐 化 铁时从高炉 中排 出的一种废渣。高炉矿渣还可用 来生产一些用量不大，但产品价值高 ，又有特殊 性能的高炉渣产品。如矿渣棉及其制品、微晶玻 璃、热铸矿渣、矿渣铸石及硅钙渣肥等。 1 生产矿渣棉 矿渣棉是以矿渣为主要原料 ，经熔化、高速离 心或喷 吹制成 的一种 白色 棉丝状 矿物纤维 材料 。它 具有质轻、保温、隔音、隔热、防震等性能。许多 单位已将矿渣棉制成各种规格的板、毡、管壳等。 2 生产微晶玻璃 微晶玻璃是近几十年发展起来的一种用途很 广的新型无机材料。高炉渣微晶玻璃与同类产品对 比，具有配方简单 、熔化温度低、产品物化性能优 良及成本低廉等优点，除用于耐酸 、耐碱、耐磨等 部位外，经研磨抛光是优良的建筑装饰材料。采用 机械化压延成型工艺 ，还可生产大而薄的板材。 3 生产硅肥 硅肥是一种 以含氧化硅 S i O 和氧化钙 C a O 为主的矿物 质肥料，它是水稻等作物生长不可缺 少的营养元素之一，被国际 壤学界确认为继氮 N 、磷 P 、钾 K 0 后的第四大元素肥料 4 生产高炉渣微粉 所谓高炉渣微粉是指高炉水渣经烘干、破碎、 粉磨、筛分 而得到 的比表面积在 3 0 0 0 c m2 ／ g以上 的超细高炉渣粉末。 4 钢渣的综合利用 钢渣是炼钢过程 排出的废渣。炼钢过程 是除 去生铁中的碳、硅、磷和硫等杂质，使钢具有特定 性能的过程，也是造渣材料和冶炼反应物以及熔融 的炉衬材料生成融合物的过程。因此，钢渣是炼钢 过程 中的必然副产物，其排出量约为粗钢 产量 的 l 5 ％～ 2 0 ％，钢渣 目前的利用率只有大约 3 6 ％。 钢渣的利用途径 迄今 ，人们已经开发了多种有关钢渣的综合 利用途径，主要包括 回收废 钢铁和钢粒、冶金、 建筑材料、农业利用、回填等几个领域。 1 从钢渣中分选网收废钢和钢粒 钢 渣 中一般 含 7 ％ ～ 1 0 ％ 的废 钢，经破 碎、 磁选、筛选等分选技术可 回收其 中 9 0 ％ 以上的废 钢及部分磁性氧化物。磁选出的渣钢 ，一般含铁 在 5 5 ％以上。利用价值很高。 2 钢渣用做冶炼熔剂 钢渣常含有很 高的 C a O、铁分及一定比例 的 【 1 1 2 1 第3 3 卷第1 期2 0 1 1 -1 - V Mg O、Mn O。若用于炼铁 ，一些成分能有效地降 低熔剂、矿石的消耗及能耗。有资料报道 ，作为 熔剂用于高炉冶炼和烧结的钢渣量，以美国为最 多，占钢渣总量的 5 6 ％以上 。 3 钢渣用做筑路材料 钢渣具 有容 量大、呈块状、表面粗糙、稳定 性好 、不滑移、强度高、耐磨、耐蚀、耐久性好、 与沥青胶结牢固等特点，被广泛用于各种路基材 料、工程 回填、修砌加固堤 坝、填海工程等方面 代替天然碎石。 4 生产水泥 钢渣生产水泥 ，主要指用它做原料配制水泥 生料 。 5 生产钢渣砖 钢渣砖是以粉状钢渣和水淬钢渣为主要原料 ， 掺入部分高炉水渣或粉煤灰和激发剂 石灰、石膏 粉 ，加水搅拌 ，经轮碾、压制成型、蒸养而制成 的建筑用砖。 5 目前炼钢渣利用思路的不足 1 炼钢炉渣利用的主要难点在于炉 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，在近年来我国转 炉炼钢企业普遍采用溅渣护炉等技术后 ，转炉炉渣 中自由氧化镁进一步升高 ，精炼渣的碱度更高，炉 渣的自由氧化钙也更高，因而将炼钢过程的转炉钢 渣和精炼渣直接作建筑材料不是最佳途径。另外， 钢渣不易磨 ，直接用于水泥生产会降低生产能力。 2 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。另 外，高炉的冶炼实践表明，入炉品位提高 1 ％，焦 比降低 2 ％ ，产量降 低 3 ％，钢 渣的铁含量仅 为 1 0 ％ ～ l 5 ％，钢渣的配入必然大大降低高炉入炉 料 品位 ，在高炉焦碳价格 居高不下的今天，钢渣 作为烧结和高炉熔剂的做法 ，也是不一定合理的。 3 将钢渣用作铁水预处理渣剂，不仅可以利 用渣 中的铁氧化物 ，也可 以利用渣中的熔剂 ，是 一 种合理 的回用方式，但不能解决现代炼钢工艺 中不同阶段的炉渣的回用问题。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l II5 化 4 目前钢渣利用的主要思路仍然集中在回收 渣 中废钢 ，选 出精矿，尾渣作建筑材料 。这事实 上是一种末端治理手段 。 6 炼钢炉渣综合利用设计 根据冶金炉渣性能分析，从现实的环保要求 出发，我们可以提出炉渣梯级 回收利用的新概念。 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。其转炉和电弧炉 冶炼工 艺的炉渣梯级利用思路示意图如下所示 2 具体实施方式 高炉、转炉流程 中，将 电渣炉产出的炉渣返 回到精炼炉，精炼炉产出的炉渣返回到转炉和铁水 预处理脱硫 ，将转炉特别是脱碳转炉产出的炉渣返 回到铁水预处理脱磷。电弧炉钢铁冶炼过程中，将 电渣炉产出的炉渣返凰到精炼炉 ，精炼炉产出的炉 渣返回到电弧炉。以上弃渣返 回利用过程中，脱碳 渣和精炼渣用量为 3 0 ％～ 1 0 0 ％。由于后步工序炉 渣的产出量比较小 ，其返回应用不一定能替代全部 原上部工序的造渣材料。渣量不足部分，依造渣要 求，由石灰、粘土砖块、白云石、萤石等补充。 通过梯级 回用 ，预计可达到如下效果 1 利用钢铁废弃 渣，减少钢铁企业固体废弃 物排放。 2 减少石灰和其他原料消耗，减少成本 图1 电弧 炉 冶炼 工 艺的 炉缱 梯级 利用 通过梯级利用，炼钢过程 产生的炉渣大部分 都返 回上一级炼钢工序 ，一方面变废为宝，使原 本当作废弃物排出的炉渣作为造渣材料返回利用， 充分利用了其潜在的冶炼潜能 ，代替 了一部分原 料 ，优化 了炼钢工艺，同时降低 了成本 ，提搿 了 经济效益；另一方面，炉渣的梯级利用减少了炉 渣的最终排出量 ，实现 了少渣生产，减少了废弃 物的产生，降低了冶金工业对环境的污染。这符 合我国对 于工业走可持续发展道路的思路 ，刘予 实现 “ 绿色冶金” 清洁生产有重要的意义 。 1 梯级利用的工艺方法 对钢渣返 回利用可通过下述技术方案予 以实 现 ，钢铁冶炼过程 中，将 后步工序产出的炉 渣逐 级返回应用到前面工序，在返 回过程 中，可配入 调整剂 ，调整剂为石灰、石灰石或铁矿石等。 消耗 。 3 由于 L F精炼渣、电渣重熔炉渣甚至 转炉渣等均为预熔渣 ，具有优 良的冶金反应 性能 ，可明显改善炼钢过程的动 力学条件。 通过 L F精炼渣和电渣重熔炉渣均为预熔渣 的应用，替代外购预熔渣，具有明显的经济 效益。 4 通 过 综合 应用 ，可改 善炼钢 操作 ， 使 冶炼 时 间缩 短 ，供电效率提 高 ，炉龄提 高等。 5 由于最终排 出炉渣的反应更加充分， 稳定性更好，更易在建筑材料方面获得应用。 7 结论 矿业及其后续产业是 国民经济建设 的强大支 柱 ， 如何将冶金弃渣合理利用 ， 对可持续发展有重 要意义 。只有更好 的合理利用有限资源，才能最 有效地保持人类生存空间 ， 造福子孙后代。 参考文献 川杨慧芬， 张强． 固体废物资源化【 M】 ． 北京 化 学工业出版 社， 2 0 0 4 ． [ 2 ]戴云闯， 李 文秀， 龙腾春 ． 现代转炉炼钢技术[ M】 ． 沈阳 东北大学 出版社， 1 9 9 8 ． 【 3 】邱绍歧， 祝桂华． 电炉炼钢原理及工艺[ M】 ． 北京 冶金工 业出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 4 ]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 ] ． I S E ’ 0 3 会议沦文集【 C 】 ． [ 5 】张春 雷． 国内外钢渣再利用技术发展动态及对鞍钢 开发 钢渣产品的探讨【 J 】 ． 鞍钢技术， 2 0 0 3 ， 4 ． 第3 3 卷第1 期2 0 1 1 1 下 [ 1 1 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m