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1、1 文献综述1.1 转炉炼钢钢渣处理概况1.1.1 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、A12O3、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
2、分2。表1-1钢渣的化学成分（%）组分转炉炼钢渣电炉渣精炼渣电渣重熔渣SiO215 2510 2015 18A1O.2 367356730CaO36 4040 5050 55FeO8108151.0MgO57712010MnO912510C2S( 2CaO SiO2)、C4AF( 4CaO Al2O3Fe2O3)C2F( 2CaO Fe2O3) RO 相(CaO FeO-MnO-MgO) 和 f-CaO (自由氧化钙、等。1.1.2 钢渣的性质钢渣是由钙、铁、硅、镁、锰、磷等氧化物构成的，其中钙、铁、硅、镁的 氧化物占绝大部分6。根据冶炼钢种及冶炼工艺的不同排出的钢渣的成分也不同 钢渣的性质随
3、化学成分的变化而变化，由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外 观形态、颜色差异很大。碱度较低的钢渣呈灰色，碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰 白色。钢渣的外观像结块的水泥熟料，钢渣块松散不粘结，质地坚硬密实，孔隙 较少。钢渣中的含铁量较高，其密度为3.1g/cm33.6g/cm3,较难磨。易磨指数为： 标准砂为 1，钢渣为 0.7，钢渣的抗压性能好，压碎值为 20.4%30.8%。不同炼 钢工艺所得钢渣的化学成分如表 2-2 所示。其中转炉炼钢渣占钢渣的绝大部分， 我国主要钢厂转炉钢渣的化学成分见表2-3。表1-2钢渣的主要化学成分，%渣类CaOSO2A1Q2 3MgOFeO.2 3MnOTiO2P2O
4、5FeOf-CaO转炉钢渣4055718266100.2330.660.4510.25917211电炉钢渣42551722491416131412表1-3转炉炼钢渣的主要化学成分化学成分CaOSiO2FeO.23A1O.23MgOMnOFeOP2O5首钢炼钢渣52.6612.256.123.049.124.5910.420.62鞍钢炼钢渣45.378.848.793.297.982.3121.380.72太钢炼钢渣52.3513.227.262.816.291.0613.291.30武钢炼钢渣58.2216.243.182.572.284.487.91.17马钢炼钢渣43.1515.555.1
5、93.843.422.3119.224.081.1.3 钢渣的利用目前钢渣可以应用到其他很多领域7-9，包括水泥生产、道路建设和其他的 民用工程、化肥生产、掩埋垃圾、土壤改良、水净化以及生产金属铁和铁精矿等 10-13。1.处理方法及利用方式14-15 钢渣的综合利用技术有两个环节，包括钢渣处理和钢渣利用。其中钢渣处理 主要包括冷弃法、闷渣法、热泼法、盘泼法、风碎粒化法、水淬法等。（1）冷弃法 钢渣倒入渣罐（盘）缓冷后（有的打水强制冷却）直接运至渣场抛弃。该工 艺投资大、设备多、占地广，不利于钢渣的深加工，有时因排渣不畅而影响炼钢， 所以新建的炼钢厂采用此法不多。（2）热泼法 钢渣倒入渣罐后，
6、运到钢渣热泼车间，用吊车将渣罐的液态渣分层泼到渣床 上（渣坑内），喷淋适量的水，使高温渣急冷碎裂并加速冷却，然后进行磁选或 运至弃渣场破碎、筛选。热泼工艺排渣速度快，与目前炼钢工艺的高节奏相适应， 但该法钢渣粉化效果差，渣铁分离不彻底，需用大型装载挖掘机械，设备耗损严 重，占地面积大，且破碎、筛分、磁选时产生大量粉尘。污染环境16。（3）水淬法 目前使用较多的水淬处理钢渣有露天水淬和盘泼水淬这两种方法。露天水淬法一般会选取很大的露天场地，将钢渣运送到露天场地，并由专人 喷水到含有大量余热的钢渣上，钢渣自身会发生脆裂，这种方法比自然冷却较快。盘泼法（ISC）起源于日本。该工艺有利于钢渣中粒状残钢
7、的回收。经遴选 后的钢渣金属铁含量低，而且稳定性和活性均较好，有良好的综合利用价值。（ 4）熔渣水淬粒化法工艺比较成熟的熔渣水淬粒化法有华科法（HK）、嘉恒法和滚筒法。HK法 已在本钢、柳钢投入使用。嘉恒法在首钢和沙钢已投产使用。前者是通过旋转的 滚筒提升脱水，后者是通过提升脱水器提升脱水。滚筒法是宝钢在引进俄罗斯专利基础上改进而成。并在宣钢、宝钢已应用。 与前两者不同的是，滚筒法是通过装在滚筒内钢球挤压及水淬冷却实现钢渣粒化 的。熔渣水淬粒化法投资少。占地少，节约水，钢渣处理过程中无粉尘产生。（ 5 ）热闷法这种处理方式就是将钢渣运送至钢渣处理现场，倒入焖渣罐中，这时钢渣的 表面温度不得少于
8、3000C，配以适当的喷水工艺，产生微压蒸汽，利用钢渣自 身余热和f-CaO的水解作用使钢渣粉化，使渣与铁分离。粉化过程约812h。这 种处理方法机械化程度高，工艺简单，设备磨损小，劳动强度低，无二次污染， 还解决了粉尘污染问题，比较突出的问题就是不能直接处理温度较高的钢渣。由 于这种钢渣处理方法效果很好，所以国内大多数钢厂都在使用这种处理技术。（ 6）水淬池闷法该法充分利用了水淬法的无粉尘和池闷法的简易高效特点，最大限度地克服 了两种钢渣处理方式的缺点。该工艺特点是在水淬工艺旁建闷渣池，水淬工艺无 法处理的熔态渣倒入闷渣池打水热闷。由于这种工艺是同时采用了两种钢渣处理 方法，固投资大幅度增加
9、，生产线相对较长，操作难度增加，运行维护费用高。 目前，首钢在应用该工艺17-19。钢渣的利用方式可分为无害化处理和综合利用两大类。无害化处理对钢渣的 利用率很低，其典型的利用方式为热泼渣，将热态钢渣喷水，冷却后，磁选分离 夹带的渣钢，残渣用于铺路或建筑回填。若对钢渣进行综合利用则利用率较高， 一般是先回收渣中有价元素（如铁、钒、钛等），然后根据尾渣的粒度不同，用 作烧结矿熔剂（CaO含量较高的钢渣）、筑路材料或用作水泥、混凝土掺合料和 建筑材料等很多领域20。常见的利用方式包括如下几种：（ 1）回收渣中废钢钢渣中存在较高的 Fe 元素，包括金属铁块和含铁氧化物，其回收具有重要 价值21。太钢
10、“以渣治渣、变废为宝”的实践经验已经得到重视并加以推广。 首钢、鞍钢为开发渣山，先后建起了钢渣破碎磁选生产线，不仅使回收废钢量增 加，而且提高了钢渣综合利用的经济效益，为我国开发渣山提供了成功的经验。虽然目前取得一些有目共睹的成效，但是存在的问题也不得不引起有关部门 的重视，如：缺乏必要的破碎磁选及机械设备，一些地方靠人工捡拣，而增加 了劳动强度。由于依赖手工劳动，金属回收不干净，存在资源浪费问题。在 开发渣山过程中也存在回收废钢未能和钢渣的综合利用结合起来，甚至出现劳动 重复现象22。因此对于从渣中回收废钢仍存在相当的问题亟待解决。（ 2）做烧结熔剂、高炉熔剂23-25烧结矿中适量配入钢渣后
11、，能使结块率提高，粉化率降低，成品率增加。高 炉使用配入钢渣的烧结矿，由于强度高，粒度组成有所改善，尽管铁品位略有降 低，炼铁渣量略有增加，但高炉操作顺行，焦比有降低。我国首钢、马钢、重钢、太钢、济钢、湘钢、武钢、唐钢等均利用钢渣做烧 结矿熔剂。经长期的实践，其主要的优点有：（1）烧结矿强度提高。（2）烧结矿 还原性能显著提高。（3）配入6%的钢渣后，烧结矿的FeO可升高2%。钢渣中 因含有大量的金属铁和低价氧化铁，在烧结过程中，不仅可使其FeO含量升高， 而且还因其发生氧化放热反应，使烧结矿的配碳量降低约 0.5%1%。（4）经济 效益高。美国有50%以上的钢渣用作高炉的替代熔剂。早在197
12、4年，美国内陆钢公 司和西德森钢厂分别有 40%和 41%的钢渣直接返回高炉22，26。高炉冶炼配加的钢渣量主要取决于钢渣中有害成分磷的含量以及高炉需要 加入的石灰石用量，国内马钢、太钢、广钢等高炉大量应用转炉钢渣做熔剂，均 取得了良好的经济效益271。表2-4为太钢1200 m3高炉使用钢渣后的熔剂耗量和 铁水磷含量的情况。由此看出，钢渣加入后石灰石和萤石耗量均大幅下降，焦 比也随之降低，铁水磷含量则升高了约 0.022。表1-4太钢1200m3高炉使用炉渣情况熔剂单耗kg/t生铁含磷量/%生铁合格率/%焦比/kg/t钢渣石灰石白云石锰矿萤石017610.75.07.30.12197.11737868313.32.33.30.14399.50639855130.02.400.136100.00548（3）返回炼钢转炉炼钢使用部分转炉钢渣返回转炉冶炼，既能提高炉龄，促进化渣，缩短 冶炼时间，又可降低副原料消耗，并减少转炉总的渣量。宝钢在国内率先开发了 转炉脱磷脱碳的双联法工艺，即在转炉内进行铁水脱磷处理，出半钢后再进行脱 碳处理，可以稳定地
