煉鋼渣的冶金資源化利用及評價

1、第卷第期年月武漢工程大學學報收稿日期：作者簡介：何環(huán)宇（），女，四川自貢人，副教授，博士研究生研究方向：冶金資源綜合利用以及高質(zhì)量品種鋼冶煉工藝及質(zhì)量控制文章編號：（）煉鋼渣的冶金資源化利用及評價何環(huán)宇，倪紅衛(wèi)，甘萬貴，劉吉剛，陳佳（武漢科技大學鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室，湖北武漢；武鋼冶金渣公司，湖北武漢）摘要：從固態(tài)和熱態(tài)兩種物質(zhì)形態(tài)總結(jié)了國內(nèi)外煉鋼渣的冶金資源化利用現(xiàn)狀，并根據(jù)處理利用機理將煉鋼渣冶金資源化分為稀釋機理和再生機理兩類，指出再生機理在煉鋼渣的冶金二次利用率和適用范圍上具有稀釋機理無法比擬的優(yōu)勢，是今后煉鋼渣冶金資源化利用的發(fā)展方向關鍵詞：煉鋼渣；冶金資源化；

2、稀釋；再生中圖分類號：文獻標識碼：引言在煉鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)如鐵水預處理、煉鋼和二次精煉過程中往往需要加入石灰、螢石等造渣料進行金屬液的脫硫、脫磷和吸收夾雜等操作，同時這些過程也會排出大量煉鋼渣煉鋼渣來源于冶煉過程中加入的造渣劑、精煉劑以及冶煉形成產(chǎn)物和侵蝕的耐材，主要由、等氧化物、脫磷、脫硫產(chǎn)物以及等鹵化物組成由于煉鋼渣反應形成溫度高，堿度高，游離氧化鈣含量大，并且夾帶金屬鐵粒，使得煉鋼渣往往具有硬度大、易磨性差，早期活性低、膠凝性差，易膨脹、體積穩(wěn)定性差等特點，其利用率相對較低，應用范圍也較窄，如年我國鋼渣綜合利用率僅為根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會產(chǎn)業(yè)政策司發(fā)布的枟年鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)運行情況通報枠顯示，年

3、全國粗鋼產(chǎn)量萬，煉鋼渣排出量按粗鋼產(chǎn)量的計算，全年排鋼渣量達萬，堆放占地和處理帶來的環(huán)境問題非常突出，因此發(fā)展新技術以提高煉鋼渣的再循環(huán)利用率是我國冶金工業(yè)清潔、綠色生產(chǎn)的前提傳統(tǒng)煉鋼渣利用情況傳統(tǒng)的煉鋼渣二次利用主要在以下領域進行：（）建筑業(yè)這是傳統(tǒng)煉鋼渣最主要的應用范圍，包括道路填筑、水泥生產(chǎn)、建筑物骨料生產(chǎn)以及鋼渣磚生產(chǎn)等；（）農(nóng)業(yè)主要是用做農(nóng)肥和酸性土壤改良劑；（）制造業(yè)目前也有鋼渣在玻璃和染料等制造業(yè)中的應用以上對煉鋼渣的各種應用方式附加值低，利用量少，并不能真正發(fā)揮煉鋼渣作為二次資源的價值煉鋼渣的主要成分為、等，這與冶金生產(chǎn)過程中使用的部分原料（如熔劑和造渣料）成分相近，因此，將煉

4、鋼渣在冶金工業(yè)中進行資源化再利用，不僅可大大提高煉鋼渣的利用率，解決環(huán)境問題，同時節(jié)約冶金原料資源，因此煉鋼渣二次利用最便捷經(jīng)濟的途徑應該是作為冶金原料在鋼鐵廠自行循環(huán)利用煉鋼渣冶金資源化利用現(xiàn)狀按渣的物質(zhì)形態(tài)，煉鋼渣在冶金工業(yè)中的二次利用分為固態(tài)（冷態(tài)）循環(huán)利用和熔融態(tài)（熱態(tài)）循環(huán)利用兩大類煉鋼渣固態(tài)冶金資源化循環(huán)利用現(xiàn)狀煉鋼渣固態(tài)冶金資源化利用是一種將廢渣從冶煉爐排出、冷卻并簡單處理后的再利用方式其應用方式包括用作燒結(jié)和煉鋼助熔劑、造渣劑和精煉劑等方面用作燒結(jié)熔劑鋼渣用作燒結(jié)熔劑是目前最為成熟的煉鋼渣冶金二次利用方式，已在我國和世界各鋼廠廣泛采用燒結(jié)礦中配加鋼渣代替熔劑，不僅回收利用了鋼渣

5、中殘鋼、等有益成分，而且由于高溫熔煉后煉鋼渣的軟化溫度低，物相均勻特點，對提高燒結(jié)礦質(zhì)量，降低燒結(jié)燃料消耗也起著有益作用梅山鋼鐵集團公司采用在燒武漢工程大學學報第卷結(jié)原料中配加轉(zhuǎn)爐鋼渣后，取得燒結(jié)原料成本下降元的效果燒結(jié)中配加鋼渣值得注意的是磷的富集問題鋼渣用作燒結(jié)熔劑會使燒結(jié)礦含磷量增加，而高爐不具備脫磷能力，從而加重煉鋼脫磷負擔按照寶山鋼鐵集團公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，燒結(jié)礦中鋼渣配入量增加，燒結(jié)礦的磷含量將增加約，而相應鐵水中磷含量將增加考慮磷富集問題，鋼渣配入燒結(jié)礦的比例目前在我國不超過用作煉鋼返回料煉鋼渣富含、的特點使得近年來出現(xiàn)了將鋼渣用作煉鋼返回渣料或助熔劑的技術如寶山鋼鐵集團公司采用轉(zhuǎn)爐

6、脫磷脫碳雙聯(lián)煉鋼工藝，將磷含量較低的脫碳爐鋼渣返回轉(zhuǎn)爐利用，有效地促進轉(zhuǎn)爐冶煉過程的前期化渣，降低副原料的消耗，達到降本增效的目的崔九霄等人利用精煉廢渣成分與煉鋼過程中所需的助熔劑鋁釩土的成分類似的這一特點，將精煉廢渣配加一定的添加劑和含鐵礦粉，經(jīng)成型干燥后，代替鐵礬土等加入轉(zhuǎn)爐作為煉鋼助熔劑，并在鞍鋼一、二煉鋼廠進行現(xiàn)場實驗，取得了化渣速度快、節(jié)約煉鋼助熔劑和石灰等效果在煉鋼和精煉過程中，鋼液中的磷、硫經(jīng)冶煉過程大量富集在鋼渣和精煉渣中，上述將鋼渣和鋼包爐精煉廢渣用作煉鋼造渣劑和助熔劑的方法存在磷、硫富集的問題，因此限制了煉鋼渣二次利用的利用率和適用鋼種用作電爐噴吹劑這是一種在意大利鋼廠、北

7、方鋼公司和斯蒂發(fā)納鋼公司實施的一項旨在回收鋼水包、中間罐和煉鋼爐爐渣及耐火材料的技術，這項技術于年月投入使用，可連續(xù)處理和回收所產(chǎn)生的鋼包爐渣該技術將鋼包爐爐渣冷卻、破碎并運送到噴吹系統(tǒng)噴吹入電爐作為煉鋼造渣劑用這種技術可以顯著節(jié)省石灰添加劑的用量（節(jié)省量可達）由于該技術仍屬一種對煉鋼渣進行的簡單物理處理，同上述各煉鋼渣循環(huán)利用技術一樣，存在的主要的問題仍是循環(huán)利用過程中爐渣中有害物質(zhì)的循環(huán)累積用作鋼水精煉脫磷劑該法是由日本福山鋼管開發(fā)的技術，是在精煉過程中將仍具有較高磷容量的轉(zhuǎn)爐渣加入精煉爐，并配加一定的石灰和硅酸蘇打，吹氣強烈攪拌，對鋼液進行脫磷操作，該法的脫磷率可達轉(zhuǎn)爐冶煉完畢后轉(zhuǎn)爐渣的

8、磷含量較高，這種簡單的循環(huán)利用方式引起的有害物質(zhì)循環(huán)累計現(xiàn)象也不能真正解決渣再利用的問題，同時為提高脫磷率加入的硅酸蘇打?qū)δ筒挠休^大的侵蝕煉鋼渣熱態(tài)冶金資源化循環(huán)利用現(xiàn)狀煉鋼渣熱態(tài)冶金資源化循環(huán)利用是在冶金容器內(nèi)保持渣熔融狀態(tài)的再利用方式其應用方式包括在不改變工藝條件下循環(huán)利用熔融態(tài)煉鋼渣和煉鋼渣的其它應用轉(zhuǎn)爐濺渣護爐轉(zhuǎn)爐濺渣技術是美國國家鋼公司大湖分廠普萊克斯氣體有限公司開發(fā)的一種技術鋼水從轉(zhuǎn)爐出鋼后，其殘留的爐渣被調(diào)節(jié)到合適的粘度，氮氣在高壓狀態(tài)從氧槍吹入，使爐渣濺到耐火爐襯上固化，在隨后的冶煉過程中充當可消耗耐火層該技術在世界范圍特別是我國得到較廣泛的應用，在提高轉(zhuǎn)爐爐齡方面取得很好效果

9、該技術開發(fā)的目的是提高轉(zhuǎn)爐爐齡，但在煉鋼爐渣在冶金工業(yè)中的二次利用上起到一定的作用但由于濺渣只在爐襯上形成厚的渣層，從渣的再利用量上看，起到的作用不大鋼包爐渣熱態(tài)循環(huán)利用精煉后熔渣的硫容量較高，仍具有一定的脫硫能力，唐山鋼鐵股份有限公司在精煉過程中將前一爐精煉后的熔渣留在爐內(nèi)并配加一定的造渣劑進行廢渣的熱態(tài)循環(huán)再利用，以利用其具有的脫硫能力該法在減少造渣料的消耗、提高金屬回收率上取得了較好的效果，其鋼包爐渣在循環(huán)利用兩次后硫容量仍還能達到×隨著熔渣循環(huán)次數(shù)的增加，熱態(tài)循環(huán)渣的堿度下降，含量增加，渣指數(shù)減小，以及循環(huán)渣中硫含量的循環(huán)累計效果，使得循環(huán)渣的硫容量迅速減小，鋼液精煉脫硫速度

10、明顯降低，大大限制了精煉后熔渣的熱態(tài)循環(huán)利用次數(shù)和適用鋼種，同時該法存在的另外一個問題是這種高硫含量、低硫容量渣作為精煉劑，為達到精煉效果需增加循環(huán)渣的用量，造成爐內(nèi)凈空小，熔渣容易噴濺和溢出脫磷渣循環(huán)富集煉鋼爐渣中的磷含量通常很高，無法返回燒結(jié)廠，但用于制造肥料，磷含量又過低在尋找煉鋼渣處理的過程中，文獻提出了脫磷渣重復使用的方法，使爐渣在煉鋼過程中再循環(huán)，生成一種含磷量高、適于作肥料的爐渣該法針對的是具有鐵水預脫磷的冶煉工藝爐渣在煉鋼過程中再循環(huán)由以下步驟組成：（）轉(zhuǎn)爐渣返回預脫磷爐；（）脫磷爐渣運至再生爐；（）爐渣中大部分的磷轉(zhuǎn)移到鐵水中；（）含磷鐵水運至次脫磷爐中，第期何環(huán)宇，等：煉鋼

11、渣的冶金資源化利用及評價并加入磷容量很高的合成爐渣，鋼水中的磷轉(zhuǎn)移至合成爐渣中，生成最終爐渣最終爐渣的磷含量超過，可用作肥料原料從該法對煉鋼渣的二次利用方法和目的看，該法主要是將鋼渣中的磷進行富集以用于磷肥生產(chǎn)，對鋼渣的冶金資源化利用發(fā)揮的作用也不大熔融渣再生循環(huán)處理工藝該法是一種在原工藝流程中增加再生手段以對熔融渣再利用的方式，如德國的鐵水預處理渣再生處理工藝和文獻中的將鋼包爐精煉廢渣熔融態(tài)再生循環(huán)利用工藝鐵水預處理渣再生處理工藝是將鐵水預處理爐渣留在脫硫反應容器內(nèi)，利用水冷噴槍向渣中噴吹氧氣（空氣）將渣中的硫氧化成二氧化硫，實現(xiàn)爐渣的再生重復使用該工藝的重要特征是：不需要脫硫劑，除渣時不產(chǎn)

12、生鐵損，也不需要進行爐渣處理鋼包爐精煉廢渣熔融態(tài)再生循環(huán)利用工藝同鐵水預處理渣再生處理工藝一樣，也是將一火焰噴槍插入鋼包爐渣內(nèi)，將渣中的硫氧化為氣態(tài)物質(zhì)除去該工藝需要注意的地方是必須避免吹入的氧氣或空氣將鐵水中的碳和硅等元素氧化，槍頭的位置約在渣層厚度的一半處，因此要求渣層必須具有相當?shù)暮穸?，過厚的渣層容易造成爐內(nèi)凈空過小，渣層攪拌不均、處理效果不理想等問題煉鋼渣冶金資源化利用現(xiàn)狀評價煉鋼渣冶金資源化利用評價煉鋼渣利用狀態(tài)評價從冶金再循環(huán)利用時煉鋼渣的存在狀態(tài)可分為固態(tài)渣和熔融態(tài)渣再循環(huán)利用兩類：固態(tài)渣的利用：冶煉完畢后將煉鋼渣傾倒出冶煉設備并采用一定的方式進行冷卻、固化、再利用是目前普遍采用

13、的煉鋼渣資源化利用方式，特別是在我國冶金企業(yè)中占絕大多數(shù)煉鋼渣以固態(tài)的方式利用主要在以下兩個方面存在優(yōu)勢：一是處理過程離線進行，在原有渣場處理條件下可不需采用其他處理技術便可完成，處理方式簡單、可靠；二是對渣的處理和利用是在煉鋼主工藝以外進行的，不影響冶煉工藝流程，不會對冶煉工藝流程產(chǎn)生任何影響但存在的問題也是顯而易見的：一是煉鋼渣的冷卻、存放均會占據(jù)大量土地和設備，造成冶金企業(yè)用地緊張、設備投入大；二是渣的冷卻和存放方式帶來水和土地的污染等嚴重的環(huán)境問題熔融態(tài)渣的利用：煉鋼渣的熔融態(tài)循環(huán)利用由于是在原冶煉容器內(nèi)進行，因此解決了固態(tài)渣利用上存在的冶煉流程外額外的土地和設備投入以及嚴重的環(huán)境問題

14、，特別是其在線處理特點，在循環(huán)利用周期短、處理帶來的副作用小等方面更具有優(yōu)越性熔融態(tài)煉鋼渣循環(huán)利用存在的缺陷主要是：一是由于是在線處理方式，必須在現(xiàn)有的冶煉流程上添加設備，往往受到原有冶煉流程和現(xiàn)場環(huán)境、空間等的限制，難以實現(xiàn)；二是由于廢渣循環(huán)處理速度的限制，往往造成原工藝流程不能持續(xù)、穩(wěn)定的進行從處理周期和環(huán)境因素等方面來看，熔融態(tài)煉鋼渣循環(huán)利用具有固態(tài)渣循環(huán)利用無法比擬的優(yōu)點，是今后煉鋼渣循環(huán)利用狀態(tài)的一個發(fā)展趨勢，但在處理工藝和技術上還有待提高，以擴大其應用范圍和領域煉鋼渣循環(huán)利用機理評價按照處理機理目前煉鋼渣的冶金資源化利用可分為稀釋機理和再生機理兩類：稀釋機理：稀釋機理是煉鋼渣冶金資

15、源化利用最普遍的機理，它依靠減少爐渣用量以降低渣中有害物質(zhì)危害，以利用煉鋼渣中的、等有效成分代替部分煉鋼資源但是由于煉鋼和精煉工藝的目的，決定了煉鋼渣往往含有很高的硫含量或磷含量，在稀釋機理中，煉鋼渣僅進行了簡單的物理處理，其化學組成并沒改變，因此該機理下進行的煉鋼渣冶金資源化利用不可避免的存在硫、磷等元素在渣中的循環(huán)富集問題，易引起鋼液質(zhì)量的惡化，因此，基于稀釋機理進行煉鋼渣的冶金資源化利用時，其循環(huán)利用量和適用性是非常有限的，不能從本質(zhì)上解決煉鋼渣的冶金資源化利用問題再生機理：再生機理與稀釋機理不同，它是采用再生手段去除煉鋼渣中有害物質(zhì)，并將再生處理后渣應用于冶金工業(yè)，如德國的“鐵水預處理

16、渣再生處理工藝”就屬于該法，這種處理機理由于采用一定的方式去除了煉鋼渣中影響金屬液質(zhì)量的硫等有害物質(zhì)，不存在有害物質(zhì)的循環(huán)累計，因此在煉鋼渣利用率和適用性上具有稀釋機理無法比擬的優(yōu)勢，是煉鋼渣冶金資源化利用的良好途徑，因此“鐵水預處理渣再生處理工藝”被枟世界金屬導報枠評為年世界煉鋼技術十大新聞之一然而，在實際應用過程中法要求渣層必須具有相當?shù)暮穸?，容易造成爐內(nèi)凈空過小，渣層攪拌不均的問題，同時噴槍的安裝往往受到廠房高度等因素的限制而不能進行，因此，還必須對武漢工程大學學報第卷基于再生機理的煉鋼渣處理工藝進一步完善煉鋼渣冶金資源化利用的關鍵從對煉鋼渣冶金資源化利用評價可見，煉鋼渣處理過程帶來的環(huán)

17、境等問題以及煉鋼渣具有的高硫或磷含量對冶煉的危害是限制煉鋼渣冶金資源化利用的最大障礙，煉鋼渣冶金資源化利用的關鍵是采用合適的處理工藝對煉鋼渣進行再生處理，在解決處理過程存在的環(huán)境問題的同時除去煉鋼渣中硫、磷等對冶煉過程和金屬液質(zhì)量有害的物質(zhì)，使得煉鋼渣可在冶金過程進行無害化二次利用，提高煉鋼渣冶金資源化利用的利用率，擴大煉鋼渣冶金資源化利用范圍基于再生機理開發(fā)煉鋼渣循環(huán)利用方式是解決該關鍵問題的有效方法，因此今后應大力發(fā)展煉鋼渣的再生處理技術，開發(fā)有效的熱態(tài)煉鋼渣利用工藝，提高煉鋼渣的冶金資源化利用率，以保證煉鋼過程持續(xù)、清潔的進行結(jié)語煉鋼渣即是冶金工業(yè)的固體廢棄物，同時其成分決定煉鋼渣也可成

18、為冶煉用原材料，因此將煉鋼渣進行冶金資源化利用是一種經(jīng)濟、快捷的廢渣二次利用方式煉鋼渣熔融態(tài)循環(huán)利用在處理周期和環(huán)境因素等方面具有固態(tài)渣循環(huán)利用無法比擬的優(yōu)點，是今后煉鋼渣循環(huán)利用狀態(tài)的一個發(fā)展趨勢基于再生機理的煉鋼渣循環(huán)利用方式通過再生手段除去煉鋼渣中硫、磷等有害物質(zhì)，在煉鋼渣二次利用率和適用范圍上具有明顯優(yōu)勢，是今后煉鋼渣冶金資源化利用的發(fā)展方向煉鋼渣冶金資源化利用的關鍵是采用有效工藝除去渣中影響金屬液質(zhì)量的有害物質(zhì)，提高煉鋼渣二次利用率和資源化適用范圍參考文獻：高澤平煉鋼工藝學北京：冶金工業(yè)出版社，：李志然安鋼鋼鐵渣資源化利用途徑探討河南冶金，（）：甘萬貴鋼渣用于填筑高速公路路基的研究武鋼技術，（）：張德成，謝英鋼渣礦渣水泥的發(fā)展與現(xiàn)狀山東建材，（）：邢軍，呂榮綜合利用礦業(yè)廢渣生產(chǎn)燒結(jié)空磚的研究中國礦業(yè)，（）：宋堅民鋼渣的綜合利用上海金屬，（）：金恒閣，于立波鋼鐵廢渣與磷肥中國物資再生，（）：楊華明，呂淑珍，余曉勤爐渣在微晶玻璃中的應用中國陶瓷，（）：王峰云由含鐵工業(yè)廢渣制取高溫陶瓷著色用氧化鐵紅顏料的方法中國專利，張廣業(yè)鋼渣資源化的現(xiàn)狀與前景礦產(chǎn)綜合利用，（）：，（）：，（）：韓鳳光，