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炼钢产生的钢渣如何变废为宝?

炼钢产生的钢渣如何变废为宝?

钢渣——炼钢过程中的一种副产品。它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣含有多种有用成分:金属铁2%~8%,氧化钙40%~60%,氧化镁3%~10%,氧化锰1%~8%,故可作为钢铁冶金原料使用。

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钢渣的矿物组成以硅酸三钙为主,其次是硅酸二钙、RO相、铁酸二钙和游离氧化钙。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。钢渣分为电炉钢渣、平炉钢渣和转炉钢渣3种。

国外钢渣利用

日本目前的钢渣有效利用率已达到95%以上,转炉渣和电炉渣的利用方向分为外销、自使用、填埋 。

德国目前的钢渣有效利用率达98%以上,其主要利用方向为土建、农肥以及配入烧结和高炉进行再利用。德国已将转炉渣用于加固莱茵河港口和谬司河岸。

美国目前的钢渣有效利用率达98%,其主要利用方向(烧结和高炉再利用、筑路)的钢渣用量占总钢渣利用量的65%以上。美国的8条主要铁路均用钢渣作铁道渣。美国研究机构对氧气顶吹转炉渣性能进行研究,开发出利用钢渣去除土壤含水层中有机物与无机物的使用途径。

瑞典通过向熔融钢渣中加入碳、硅和铝质材料对钢渣进行成分重构,在回收渣中渣钢后将钢渣用于水泥生产。加拿大将处理后的钢渣用于道路建设。阿拉伯地区利用电弧炉钢渣(分级)作为混凝土掺合料配制出属性更好的混凝土。

目前国内钢渣主要处理工艺有:热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法。其中热泼法、滚筒法、热闷法最为常用,在此对其工作原理和优缺点进行简单介绍。

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热泼法

(1)渣线热泼法

将钢渣倾翻,喷水冷却3~4天后使钢渣大部分自解破碎,运至磁选线处理。此工艺的优点在于对渣的物理状态无特殊要求、操作简单、处理量大。

其缺点为占地面积大、浇水时间长、耗水量大,处理后渣铁分离不好、回收的渣钢含铁品位低、污染环境、钢渣稳定性不好、不利于尾渣的综合利用。

(2)渣跨内箱式热泼法

该工艺的翻渣场地为三面砌筑并镶有钢坯的储渣槽,钢渣罐直接从炼钢车间吊运至渣跨内,翻入槽式箱中,然后浇水冷却。 此工艺的优点在于占地面积比渣线热泼小、对渣的物理状态无特殊要求、处理量大、操作简单、建设费用比热闷装置少。

其缺点为浇水时间24h以上、耗水量大、污染渣跨和炼钢作业区、厂房内蒸汽大、影响作业安全。钢渣稳定性不好、不利于尾渣综合利用。

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滚筒法

高温液态钢渣从溜槽流淌下降时,被高压空气击碎,喷至周围的钢挡板后落入下面水池中。此工艺的优点在于流程短、设备体积小、占地少、钢渣稳定性好、渣呈颗粒状、渣铁分离好、渣中f-CaO含量小于4%(质量分数,下同)、便于尾渣在建材行业的应用。

其缺点为对渣的流动性要求较高、必须是液态稀渣、渣处理率较低、仍有大量的干渣排放、处理时操作不当易产生爆炸现象。

热闷法

待熔渣温度自然冷却至300~800℃时,将热态钢渣倾翻至热闷罐中,盖上罐盖密封,待其均热半小时后对钢渣进行间歇式喷水。急冷产生的热应力使钢渣龟裂破碎,同时大量的饱和蒸汽渗入渣中与f-CaO、f-MgO发生水化反应使钢渣局部体积增大从而令其自解粉化。

此工艺的优点在于渣平均温度大于300℃均适用,处理时间 短(10~12h),粉化率高(粒 径20mm以下者达85%),渣铁分离好,渣性能稳定,f-CaO、f-MgO含量小于2%,可用于建材和道路基层材料。

其缺点为需要建固定的封闭式内嵌钢坯的热闷箱及天车厂房、建设投入大、操作程序要求较严格、冬季厂房内会产生少量蒸汽。

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根据中国钢渣的利用情况,应对以下几个方面进行更为深化的研究:

1)对钢渣成分和性能进行深入了解,为钢渣的开发利用提供理论依据。

2)加强钢渣处理技术的研究,以解决钢渣内所含的游离氧化钙(f-CaO)和氧化镁(MgO)遇水后易膨胀的问题,还有由于钢渣中的Ca、Si、Al三大元素相对偏低,所形成的硅酸盐总量与水泥熟料相差过大(近45%)的问题。

3)通过推广钢渣作冶炼(烧结、高炉、炼钢)熔剂的应用技术,充分利用其中所含的铁、钙、镁、锰等成分的同时,还可以节省大量能源。加强钢渣作回填和筑路材料的研究。

4)由于钢渣中的硅酸二钙和硅酸三钙矿物结晶完整,晶粒粗大致密,粉磨的细度难以达到要求。所以,制造高性能钢渣微粉的难点在于开发针对钢渣的特殊磨粉工艺和设备。

钢渣是一种“放错了地方的资源”。钢渣的综合利用不但可以消除环境污染,还能够变废为宝创造巨大的经济效益,是可持续发展的有效途径,对国家、对社会都具有十分重要的意义。


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