鞍钢钢渣综合利用现状与分析.doc

鞍钢钢渣综合利用现状与分析 鞍钢股份有限公司技术中心 摘 要根据鞍钢钢渣产生的实际情况，详述鞍钢钢渣的种类和来源，并分析其化学成分及粒度等物理化学特性，最终探讨它在冶金生产和其它领域内的应用前景，主要包括钢渣用于烧结、冶炼熔剂、水泥制造和热能回收等方面的应用情况。 关键词钢渣；回收；利用 钢厂每年产生大量的冶炼副渣且种类繁多，其产量约占钢产量的15％～20％，甚至更多。渣中虽因含铁等有益元素和氧化钙等有用成分而存在回收利用价值，但在产生渣的过程中也伴生有磷、硫等大量有害元素，须在应用中加以处理。因此，渣的合理利用既是困扰冶金企业的问题，又是亟待解决的问题。 1 钢渣的种类与来源 冶金企业生产工艺的各异导致渣的种类也不尽相同，特别是化学成分和物理性能存在巨大差异。鞍钢长流程生产工艺所产生的渣，大体上分为脱硫渣、转炉炼钢渣、连铸渣和精炼渣等①脱硫渣。转炉炼钢前进行铁水预处理，在脱硫站脱硫扒渣，炉渣碱度较高。第二炼钢厂3号脱硫站脱硫炉渣的化学成分见表1。一般，因脱硫渣的硫过高而须脱硫处理，否则，其冶金用途不大。②转炉钢渣。鞍钢日产5000t左右的转炉钢渣，占钢厂渣总量的60％以上，是一种利用范围较广和使用价值最高的钢渣。表2表明，鞍钢转炉钢通常含铁在20％以上，碱度R3.1～3.6，磷硫的质量分数较低。③连铸渣。鞍钢采用全流程的连铸生产工艺，连铸过程中的保护渣成分在使用前后变化不大，理论上可循环使用。但现实中因连铸保护渣随二冷水流走并与其它杂质混杂，且含较多难以回收的氟，故大部分堆放在渣场，目前利用率偏低，其应用问题还有待于进一步研究。④精炼渣。鞍钢采用炉外精炼等措施冶炼高纯净度的钢水，精炼过程产生大量副渣，其除含高碱度的碱性氧化物外，还有非常高的三氧化二铝和非常低的金属铁量，适合制造水泥和耐火材料。同时，国外已开展对精炼渣深入利用的研究，如日本已对LF炉的顶渣利用课题立项，开展了热渣循环利用的研究。 表1 3号脱硫站脱硫炉渣化学成分％ 脱硫 C S FeO MnO Al2O3 SiO2 CaO MgO P2O3 脱硫前1 23.90 0.09 37.71 4.50 2.70 29.00 3.50 2.80 0.10 脱硫前2 42.96 0.04 15.08 0.40 2.50 51.00 1.30 0.90 0.30 脱硫后1 10.01 2.16 44.00 0.20 0.70 6.80 33.00 24.00 0.09 脱硫后2 24.83 2.99 21.64 0.20 3.10 10.50 40.00 15.00 0.08 表2 鞍钢转炉渣化学成分％ 炉号 TFe FeO CaO MgO MnO SiO2 Al2O3 P2O3 S 1 22.98 29.55 45.46 9.10 1.38 12.41 -- 1.35 0.040 2 21.53 27.68 44.86 8.80 1.53 13.08 -- 1.20 0.053 3 21.96 28.24 45.47 8.67 1.53 12.53 -- 1.21 0.053 4 21.61 27.78 42.66 8.48 1.53 12.00 -- 1.14 0.051 6 22.37 28.76 46.82 8.44 1.42 12.38 -- 1.21 0.042 7 21.46 27.59 45.36 9.10 1.50 13.48 -- 1.30 0.054 8 21.79 28.02 43.01 8.79 1.51 13.07 -- 1.29 0.049 9 20.92 26.88 44.97 8.38 1.47 11.83 -- 1.11 0.050 2 钢渣处理工艺 由于钢渣中存在自由氧化钙，则需先要把钢渣破碎，再将其与水作用使氧化钙转变为氢氧化钙，钢渣经复杂的综合处理后回收渣中金属铁。为处理钢渣，鞍钢于1986年从德国KHD和EF公司引进了1套年处理能力为240万t的钢渣生产线，但其随鞍钢产能的不断增加已不能满足生产需要。处理工艺流程见图1。 3 钢渣综合利用 3.1 冶金用途 3.1.1 为烧结原料 鞍钢的钢渣经破碎后送入钢渣加工中心进行磁选，磁选后的精矿粉送烧结厂重新烧结利用。由于磁选粉的wTFe在44％～56％品位较低，故在烧结生产中的配比不易过大，否则会降低烧结矿品位。 3.1.2 为烧结熔剂材料 实验室和工业生产表明，烧结中配入5％～10％小于8mm的转炉钢渣代替熔剂使用，可利用渣中钢粒中氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，显著改善烧结矿的宏观和微观结构，提高转鼓指数及结块率，同时降低风化率、提高成品率。另外，转炉渣的铁和氧化铁的氧化放热可补偿钙、镁碳酸盐分解时所需热量，有利于降低烧结矿的燃料消耗。 鞍钢在265m2烧结机进行过相关工业试验，采用钢渣替代部分熔剂进行配料，配比为6％，试验的对比结果见表3。从表中可知，配钢渣后的烧结矿质量如还原度、转鼓强度、燃耗和成品率等指标均有一定程度的改善，软熔区间降低了5℃，减小了高炉软熔带的宽度，改善了高炉的透气性能，有利于高炉的顺行。 表3 烧结配用转炉钢渣工业试验效果％ 钢渣配比 化学成分 混合料质量密度 固体燃耗 利用系数 成品率 转鼓指数 冶金性能 还原度 软熔温度℃ ％ TFe FeO t/m3 kg/t t/m2h ％ ％ ％ 开始 终了 0 59.51 8.3 1.780 50 1.229 71.3 79.2 71.3 1180 1515 6 58.68 7.9 1.731 49 1.232 73.6 81.6 75.6 1170 1500 3.1.3 为高炉和转炉炼钢熔剂 低磷钢渣可作为高炉、化铁炉熔剂，利用其中的粒钢和氧化铁成分，同时还可改善高炉渣的流动性。转炉钢渣另一重要用途是返回转炉继续利用，用其代替氧化钙和部分萤石也有较好效果。此外，钢渣可起到钢水降温的作用，鞍钢炼钢厂应用此法取得较好效果；渣中铁又部分重新回到钢水中，转炉渣直接返回转炉炼钢；同时加入白云石可使炼钢成渣早、减少初期渣对炉衬的侵蚀，有利于提高炉龄、降低耐火材料消耗和节约生产成本。 3.2 非冶金途径 钢渣中有许多成分与水泥熟料十分接近并具活性，鞍钢与冀东等水泥厂合作生产钢渣水泥。在实际的建筑应用中，配加钢渣水泥的混凝土具有硬度好、配加量低和节省成本等特点。 经实践验证，钢渣是一种优良的道路基础材料，具有道路使用时间长、路面开裂少、路基稳定和路面耐磨性增强等特点，钢渣还可用于海洋的砌块和防坡堤的建设。仅此一项，每年可节约大量的天然采石，这对保持自然生态环境具有积极意义。 钢渣中所含大量的磷、铁等元素可用来制作农业生产所需的化肥，且钢渣中含有的硅、钙、锰等养分对植物初期生长和晚期结果有很大帮助。鞍钢与汤岗子高新农业区达成的利用钢渣的协议，起到了改良土壤、增加产量和推动地方农业产业发展的作用，取得了良好的经济效益。 钢渣从高温变为常温放出大量热能，因此钢渣的显热回收是一个重点科研项目。目前，国内在渣处理工艺上还未能给热能回收创造良好条件，热能回收要求热能散发过程较集中，以便于热能回收。但目前的渣处理工艺多为敞开式，热能大量向外排放很难回收。鞍钢余热回收还是简单的余热水供暖，现已立项研究并改为密闭式’的回收，并逐渐过渡到生产蒸汽联网和发电。 4 结语 钢渣作为一种宝贵资源须经100％处理且全部回收利用，建立钢铁生产全过程的循环经济体系，实现固体废渣全部资源化。鞍钢磁选后的钢渣精矿粉品位较低需进一步提升；钢渣的热能回收仍是一个研究课题，需进一步研究和合理利用；钢渣利用范围仍较窄，应扩大使用领域。 中国冶金 2008年第9期 2008.10.08