（綠色可循環(huán)鋼鐵流程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，首鋼技術(shù)研究院，北京 100041)

▌ 摘要：本文介紹了國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的鋼渣固體廢棄物的幾種不同的處理工藝。詳細(xì)闡述了鋼渣在冶金領(lǐng)域和建筑行業(yè)領(lǐng)域的綜合利用現(xiàn)狀，并對(duì)鋼渣及其在首鋼的資源綜合利用情況進(jìn)行了介紹。

▌關(guān)鍵詞：鋼渣；處理工藝；綜合利用

▌一、 引言

近幾年我國(guó)鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，作為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中所排出的固體廢棄物，其中每生產(chǎn)一噸鋼排出約0.12噸鋼渣。由于我國(guó)許多中小鋼廠采取較為原始的處理方式，鋼渣中所含的金屬鐵經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的“破碎-篩分-磁選”回收之后，剩余的鋼渣尾渣多被堆棄或回填，這樣不僅占用土地、污染環(huán)境，還造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。我國(guó)鋼渣總體利用水平不高，綜合利用率僅為10%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家鋼渣利用水平(如美國(guó)、日本、德國(guó)的鋼渣已達(dá)到排用平衡[1-2]。

▌二、 鋼渣預(yù)處理工藝

鋼渣處理呈現(xiàn)多樣化，鋼渣處理工藝主要取決于鋼渣利用途徑、鋼渣的粘度與流動(dòng)性、鋼渣的穩(wěn)定性等。良好的鋼渣處理工藝可使鋼渣粉化均勻且細(xì)度良好，實(shí)現(xiàn)鋼和渣的良好分離，降低鋼渣中游離氧化鈣與游離氧化鎂含量，粉化鋼渣中水硬性礦物硅酸二鈣、硅酸三鈣的活性不降低，在回收金屬鐵的基礎(chǔ)上，提高鋼渣尾渣的利用率。鋼渣預(yù)處理工藝主要有：水淬法、風(fēng)淬法、熱潑法、熱悶法、滾筒法等[3]。下面是幾個(gè)比較典型的鋼渣預(yù)處理工藝。

（一） 淺盤(pán)熱潑水淬法

上世紀(jì)70年代，寶鋼公司從日本新日鐵鋼鐵公司引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)，并應(yīng)用于寶鋼一、二期鋼渣處理生產(chǎn)線。其工藝優(yōu)點(diǎn)為：快速冷卻，每爐渣處理時(shí)間約為2h，處理能力大；整個(gè)過(guò)程基本無(wú)粉塵產(chǎn)生，減少了粉塵對(duì)環(huán)境的污染；鋼渣經(jīng)過(guò)三次冷水冷卻，鋼渣中游離氧化鈣和氧化鎂得到充分消解，鋼渣的穩(wěn)定性良好；處理后鋼渣粒度較小，大部分粒徑在30mm左右，且粒度均勻；機(jī)械化、自動(dòng)化程度高。其工藝不足為：鋼和渣分離效果不夠明顯，常有大塊；對(duì)鋼渣的粘度和流動(dòng)性要求較高；污水處理量大；工藝復(fù)雜，環(huán)節(jié)較多，投資較大；淺平渣盤(pán)由鋼板焊接而成，易變形，屬于消耗件，增加了鋼渣處理成本。

（二）滾筒法

寶鋼公司1995年從俄羅斯拉烏爾鋼鐵研究院引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，并針對(duì)自身的特點(diǎn)，成功地將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液態(tài)鋼渣的工業(yè)化處理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。其工藝優(yōu)點(diǎn)為：工藝簡(jiǎn)單、流程短、設(shè)備緊湊、占地面積小；鋼和渣分離效果好，回收金屬鐵大于90%；鋼渣分化效果顯著，鋼渣粒度小于10mm占90%；處理后鋼渣的游離氧化鈣含量在4%以下，且硅酸二鈣和硅酸三鈣活性較高，無(wú)需陳化可被直接利用；產(chǎn)生尾氣含塵量低，相比于其它處理方法可減少對(duì)環(huán)境的污染。其工藝不足為：對(duì)鋼渣粘度和流動(dòng)性有較高要求，無(wú)法對(duì)渣殼進(jìn)行處理；技術(shù)含量高，設(shè)備復(fù)雜，維修成本較高。

（三）鋼渣余熱自解熱悶法

熱悶法是充分利用鋼渣余熱，在密閉容器中對(duì)鋼渣表面進(jìn)行噴水處理，所產(chǎn)生的蒸汽在壓力作用下慢慢滲入鋼渣內(nèi)部，游離氧化鈣和游離氧化鎂遇水反應(yīng)后體積發(fā)生膨脹，致使鋼渣粉化，實(shí)現(xiàn)鋼和渣的分離。中冶集團(tuán)經(jīng)過(guò)多年研究開(kāi)發(fā)，形成了多項(xiàng)熱悶技術(shù)，其中2006年推出了第三代鋼渣余熱自解熱悶技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液態(tài)鋼渣的處理，處理后的鋼渣穩(wěn)定性良好，并應(yīng)用在首鋼京唐鋼鐵公司、日照鋼鐵公司、鞍鋼鲅魚(yú)圈分公司等多家鋼企的實(shí)際生產(chǎn)中[4]。其工藝優(yōu)點(diǎn)為：對(duì)鋼渣的粘度和流動(dòng)性無(wú)限制，處理率為100%；熱悶時(shí)間僅為3小時(shí)，鋼渣處理效率比較高；采用有壓熱悶，鋼渣粉化徹底，鋼渣粒度小于10毫米的占60%以上；熱悶后游離氧化鈣含量小于3%；實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化作業(yè)，改善了工作環(huán)境和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；占地少，環(huán)境污染小。其工藝不足為：投資較大。

對(duì)于其他種類的鋼渣可以采用特殊的方法進(jìn)行處理。如在鋼水包中形成的鑄余渣，由于其成分中氧化鋁相對(duì)較高，倒入渣罐后，在渣罐底部形成大渣砣，這些大渣砣往往需爆破、切割、重錘破碎等措施才能入爐使用。為了有效地處理大量塊渣砣，首鋼在渣罐內(nèi)放置冶金渣混凝土分隔板，達(dá)到了防止殘鋼在渣罐內(nèi)形成大渣砣、并分成若干達(dá)到入爐使用要求的標(biāo)準(zhǔn)塊狀渣鋼。不但從源頭防止了渣砣的生成，節(jié)約資源，全方位降低處理成本。而且，徹底消除了生產(chǎn)安全隱患，降低了對(duì)環(huán)境的污染，提升渣鋼鐵回收利用的技術(shù)水平。

▌三、 鋼渣加工處理工藝

鋼渣加工可采用機(jī)械破碎和粉磨兩種工藝。其作用是將經(jīng)預(yù)處理的鋼渣再經(jīng)破碎、磁選、篩分、粉磨等工藝處理后，磁選出渣鋼，分級(jí)成符合要求的規(guī)格鋼渣。

鋼渣加工所使用的破碎機(jī)類型有顎式、圓錐式、反擊式和雙輥式等；磁選機(jī)的類型有懸掛式和帶式；篩分機(jī)有格篩、單層振動(dòng)篩和雙層振動(dòng)篩；粉磨設(shè)備主要有自磨機(jī)、球磨機(jī)、棒磨機(jī)等。鋼渣加工程序，就是使用皮帶輸送機(jī)等輸送設(shè)備按不同要求將上述幾種設(shè)備連接起來(lái)，組合成各種流程。

鋼渣精加工所使用的自磨機(jī)主要利用渣鋼在旋轉(zhuǎn)的筒體內(nèi)互相碰撞，達(dá)到渣與鋼分離的效果。粒度小于自磨機(jī)周邊筒篩自行漏出。未能漏出的渣鋼，達(dá)到一定量時(shí)卸出。自磨機(jī)主要處理50-300 毫米以下的大塊渣，流程簡(jiǎn)單，渣鋼分離好，通過(guò)調(diào)換排料孔的大小可以很方便地改變破碎產(chǎn)物的粒度。

對(duì)于小于50毫米的渣鋼精加工可采用干法或濕法球磨機(jī)，渣鋼在旋轉(zhuǎn)的球磨機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)鋼球和渣鋼之間的磨打，使渣與鋼分離。也可用棒磨機(jī)與投射式破碎機(jī)聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)渣與鋼的分離。

首鋼采用先進(jìn)的干法和濕法相結(jié)合工藝，實(shí)現(xiàn)了0-300 毫米范圍內(nèi)初選渣鋼的全部提純處理，采用新型高效循環(huán)水處理工藝及裝備，減少了占地面積和生產(chǎn)耗水量，項(xiàng)目投產(chǎn)后取得了明顯得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。經(jīng)干法自磨生產(chǎn)線生產(chǎn)的塊鋼（品位85％）和濕法球磨生產(chǎn)線生產(chǎn)的豆鋼（品位90％）已全部回用煉鋼生產(chǎn)，魚(yú)子鋼（品位65％）已全部回用燒結(jié)生產(chǎn)，尾渣泥料制作為鋼渣磚、分隔板等建筑材料原料使用。

從國(guó)內(nèi)外鋼渣處理發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)來(lái)看，我國(guó)鋼渣處理技術(shù)已走在了世界前列，但還沒(méi)有展開(kāi)推廣，多數(shù)鋼廠還延續(xù)著較原始的鋼渣處理工藝。另外，液態(tài)鋼渣在冷卻過(guò)程中所釋放的大量熱量還沒(méi)有得到充分的回收利用，鋼渣顯熱回收已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

▌四、 鋼渣資源化利用途徑

開(kāi)展對(duì)鋼渣的資源化和高價(jià)值化的研究，在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源短缺之間的矛盾日益加劇情況下顯得尤為重要。目前，鋼渣資源化利用的途徑，主要集中在冶金領(lǐng)域和建筑行業(yè)。

（一）鋼渣用于冶金領(lǐng)域

由于鋼渣中一般會(huì)含有40%以上的氧化鈣，鋼渣可以替代部分石灰做燒結(jié)礦助熔劑。燒結(jié)礦中配入適量的鋼渣，作為燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑，可改善燒結(jié)礦質(zhì)量，提高結(jié)塊率。首鋼公司燒結(jié)廠配加4%鋼渣，每噸燒結(jié)礦石石灰減少30千克，節(jié)省能耗23000千焦，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高1%[5]。寶鋼公司自1996年將鋼渣用于燒結(jié)中，鋼渣在此方面的消耗每年約為15萬(wàn)噸[6]。鋼渣還可用做高爐溶劑，在回收鋼渣中金屬鐵的基礎(chǔ)上，可減少燒結(jié)礦和石灰石用量，并可使高爐的脫硫效率提高3%~4%。目前，首鋼還在開(kāi)展熔融鋼渣高溫顯熱制氫、鋼渣中有價(jià)元素選擇性結(jié)晶、富集和分離的理論基礎(chǔ)和工業(yè)示范研究工作，從而實(shí)現(xiàn)熔融鋼渣顯熱和有價(jià)金屬資源的充分回收利用。

（二）鋼渣用于建筑行業(yè)

我國(guó)鋼渣的綜合利用途徑主要集中在建筑行業(yè)，當(dāng)前鋼渣在建筑行業(yè)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。

1生產(chǎn)干混砂漿

干混砂漿作為新型綠色節(jié)能建筑材料，已被國(guó)家建設(shè)部列為重點(diǎn)開(kāi)發(fā)和鼓勵(lì)的十五個(gè)項(xiàng)目之一。利用鋼渣所生產(chǎn)的干混砂漿具有良好的和易性、粘結(jié)性、穩(wěn)定性、早強(qiáng)性和耐久性。由首鋼編制的《普通預(yù)拌砂漿用鋼渣砂》（YB/T4201-2009）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已于2010年6月1日實(shí)施。首鋼公司利用鋼渣制作干混砂漿是目前國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，真正實(shí)現(xiàn)鋼渣100%代替天然砂，配以少量添加劑，一方面解決了鋼渣安定性問(wèn)題，另一方面提高了砂漿的和易性，增加了砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度和抗裂性，實(shí)現(xiàn)干混砂漿低成本化和鋼渣尾渣資源化。目前首鋼建立了年產(chǎn)30萬(wàn)噸的鋼渣干混砂漿生產(chǎn)線，產(chǎn)品已陸續(xù)在奧運(yùn)鳥(niǎo)巢工程、高法招待所、富盛大廈二期、機(jī)場(chǎng)配套廠房、新華社食堂改造、中央機(jī)關(guān)住宅小區(qū)、廊坊某軍事基地等工程中使用[7]。

2 生產(chǎn)鋼渣粉作混凝土摻合

首鋼鋼渣的化學(xué)成分和物理性能分析見(jiàn)表1，其化學(xué)成分和水泥熟料較接近，含有具有水硬膠凝性的礦物硅酸三鈣和硅酸二鈣，將鋼渣磨細(xì)后可替代部分水泥作為混凝土摻合料用于混凝土生產(chǎn)中。鋼渣粉與礦渣粉有很好的適應(yīng)性，作為復(fù)合粉使用時(shí)，可以顯著提高混凝土的強(qiáng)度值，特別是中后期的強(qiáng)度，還可提高混凝土抗氯離子擴(kuò)散能力和抗凍性，降低混凝土的干縮率，提高混凝土耐久性等。首鋼[8]對(duì)鋼渣礦渣復(fù)合比例、對(duì)混凝土耐久性影響等作了研究。研究發(fā)現(xiàn)，鋼渣粉與礦渣粉的復(fù)合比例為3∶2時(shí)，復(fù)合粉摻量70%時(shí)，可達(dá)到C30混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，引入適量激發(fā)劑后，摻量在80%仍可達(dá)到C30混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

鋼鐵渣粉作混凝土摻合料是21世紀(jì)鋼鐵渣高價(jià)值利用的主要途徑。高效節(jié)能的粉磨設(shè)備是國(guó)內(nèi)外設(shè)備廠家研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。法國(guó)機(jī)械設(shè)備集團(tuán)公司（FCB公司）開(kāi)發(fā)出一種節(jié)能效果十分突出的臥式輥磨（HOROMILL）。它的構(gòu)造是粗短的圓筒，內(nèi)裝圓輥，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)磨輥轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)液壓調(diào)整磨輥的位置來(lái)調(diào)節(jié)磨機(jī)的粉磨壓力。適合粉磨?；郀t礦渣和鋼渣，為我國(guó)鋼鐵渣粉的生產(chǎn)提供了最佳設(shè)備。其渣粉的比表面積可達(dá)到400m2/kg-800m2/kg，渣粉的顆粒形態(tài)為球形，噸產(chǎn)品電耗比立磨、輥壓磨、管磨都低。其缺點(diǎn)是建設(shè)投資較大，資金回收周期長(zhǎng)。

3 用于道路工程

鋼渣用于道路工程是鋼渣在建筑行業(yè)應(yīng)用的主要途徑。鋼渣的硬度和顆粒形狀很符合道路材料的要求，可用作道路的基層、墊層和面層材料。除此而外，還可替代玄武巖和石灰?guī)r等天然石材用作瀝青路面材料。首鋼對(duì)鋼渣作路面集料作了大量研究并編制了《耐磨瀝青路面用鋼渣》（GB/T24765-2009）和《透水瀝青路面用鋼渣》（GB/T24766-2009）等四項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這必將進(jìn)一步促進(jìn)鋼渣作瀝青路面材料的大規(guī)模應(yīng)用。

4 生產(chǎn)建材制品

傳統(tǒng)的鋼渣在建材產(chǎn)品中的應(yīng)用主要是生產(chǎn)鋼渣磚、瓦和普通砌塊等低附加值產(chǎn)品。首鋼采用先進(jìn)的新型發(fā)泡工藝將鋼渣、礦渣、粉煤灰等按照一定比例混合，并配以發(fā)泡劑、激發(fā)劑，生產(chǎn)出不同密度的高附加值鋼渣泡沫混凝土砌塊制品，其中鋼渣的最高摻量不僅可以達(dá)到70%，而且其產(chǎn)品的物理性能和保溫性能都能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為鋼渣的資源化利用開(kāi)辟了一個(gè)新的途徑。

▌五、 結(jié)語(yǔ)

1我國(guó)許多鋼廠采用較原始的鋼渣處理工藝，造成鋼渣粒度、成分不均，鋼和渣分離效果不明顯，鋼渣的安定性不良，因此，應(yīng)積極推廣較先進(jìn)的鋼渣處理工藝。

2煉鋼技術(shù)的進(jìn)步，富礦冶煉及轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)的推廣，鋼渣中P、S元素對(duì)冶煉會(huì)產(chǎn)生不利影響，鋼渣返回?zé)Y(jié)使用的數(shù)量已越來(lái)越少，大部分鋼渣的利用方向轉(zhuǎn)向了建材領(lǐng)域。

3鋼渣固體廢棄物在建材領(lǐng)域的應(yīng)用主要是生產(chǎn)干混砂漿、混凝土拌合料、道路工程及建材制品。首鋼在鋼渣的資源化利用方面進(jìn)行了大量的研究并取得了很多成果，為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

▌參考文獻(xiàn)：

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