钢渣的回收及利用

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前言

　通过简单的处理和混合工艺改变炼钢渣的化学、矿物及物理性质，使其成为有用的资源并应用于更宽广的领域。用于水泥制造，用作渣子骨料，以及在钢铁联合企业内部循环利用。

　许多钢厂已经采取了更新的废料循环利用的技术措施，其最终目的是达到“零废料”或者100％循环利用。许多钢厂循环利用的水平已超过90％，这些努力已见到了效益。印度钢厂的冶金渣循环率目前平均为40％左右，与先进水平差别很大。钢铁联合企业产生的全部固体废料中高炉渣和炼钢渣约占到90％，其余约10％的氧化物废料来自高炉、炼钢和轧钢过程。

　用高炉渣生产水泥和铺路，这在世界范围内已被广泛开发和利用。高炉、炼钢车间和轧钢厂产生的氧化物废料再利用促进了许多项目的开发，为企业创造了一定的效益，例如：将锌含量减至可接受的范围之后制成团块，可重新用于烧结厂和炼钢车间。

　目前紧迫任务之一就是最大限度地利用炼钢渣。与高炉渣相比，炼钢渣在利用方面有许多地方需要改进。全球正在继续努力多方面综合利用氧气顶吹转炉渣，以增加其循环利用。这样的开发例子有：美国Chaparral钢厂用在“Cemsta”工艺过程中产生的电炉渣生产水泥，氧气顶吹转炉渣的加速时效作用提高了其在Sumitorno Kawasaki时效工艺过程(SKAP)中的稳定性。最终目的是达到100％重复利用炼钢渣。本文论述了氧气顶吹转炉渣利用的现状、可能性及前景。

1 目前状况

　国际钢铁学会(IISI)环境事务和技术委员会在1994年指出，世界上每年约有1100万t氧气顶吹转炉渣和500～700万t电炉渣被扔掉。不同的国家重复利用各种固体废料的比率见表1。韩国浦项钢厂高炉渣和炼钢废料的利用情况见表2。

　大多数国家都有详尽的法律条文控制废料的处理，包括钢铁生产产生的废料。许多国家还对废料处理工厂及废料回填地的经营、监测和控制专门制订了管理办法，而且把这些管理办法具体在废料处理过程中。

　在这样的背景下，从表1可知印度的循环利用率明显偏低。在印度，首要的任务是使氧气顶吹转炉渣的循环利用达到令人满意的水平。大多数氧气顶吹转炉车间甚至没有成体系的先进回收设备，从渣子中回收废钢/含铁材料，这是首先必须要解决的问题。

2 从氧气顶吹转炉渣中回收铁

　氧气顶吹转炉渣中含铁材料在30％以上，这些材料包括带入渣子中的较大钢块以及存在于整块固体渣中的小金属片或含铁材料。

　如同许多工厂实际做的一样，回收是通过将固体渣子压碎，然后用磁选方式分离以回收金属。回收效率取决于整块渣子的破碎程度。回收废钢的传统工艺，是：重锤从起重机上落下，砸碎地坑中的渣子。这种方法不能将大块渣子中所有的废钢块都分离出来。因此，约有12％的含铁材料在渣子中损失掉。

表1 各国废料的产生和利用状况

国家	高炉渣　 /kg·thm^-1	高炉沉积泥渣　 /kg·thm^-1	转炉渣　 /kg·tcs^-1	转炉沉积泥渣　 /kg·tcs^-1	轧钢铁鳞　 /kg·tss^-1	轧钢沉积泥渣　 /kg·tss¹	耐火材料　 /kg·tcs^-1	废料　合计
澳大利亚
产生	250-322	6—28	135—187	10—24	15	3-6	3
利用率／％	94一l00	80	80—100	25	100	25	0	91
加拿大
产生	206—235	6—24	103—250	13-3S	5—25	5	4.5
利用率／％	64一100	60一l00	40一l00	25	100	100	70	75
德国
产生	255	1.5	103	18	17.5	3.5	4.5
利用率／％	100	100	96	100	100	100		99
日本
产生	284—342	9一27	96—155	15-55	35	2-10	2.7
利用率／％	92一100	100	90一100	100	100	100	100	96
美国
产生	175—290	17—14	70—170	15—40	6—20	1.1	5—50
利用率／％	100	20—40	60一100	30	100	0	0	8l
印度
产生	340—42l	28	200	15	22	12	11.6
利用率／％	30—50	0	25	0	100	10	40	34

表2 韩国浦项钢厂炼钢废料的典型利用

废料	数量历t	利用率／％	用途
高炉量	800.3	100	公路建设(26％)
			水泥(36.3％)
			港口建设(33％)
			肥料(1.8％)
			玻璃棉(2.9％)
氧气顶吹转炉渣	349.8	49	公路建设(5％)
			水泥(14％)
			循环利用(30％)
粉尘	115.2	62	烧结厂和氧气顶吹转炉
沉积泥渣	4.4	36	烧结厂
旧砖	18.6	6	销售

　通过采用包含两步破碎和两步磁选的完善的集成闭环系统，就可以提高回收率。如同以往用重锤在坑中破碎渣子一样。最初主要是在破碎机中有选择地破碎渣块。通过固定筛的钢渣，得经过皮带运输机、振动筛、破碎机、磁轮及带翻板闸门的金属探测器等一系列过程，整个流程由PLC控制。

　 80—300㎜的金属碎块收集起来在氧气顶吹转炉车间当做废钢使用；8—80mm的回收料送往高炉；<8mm的用于烧结厂。闭环系统用两步破碎和两步磁选回收细小的废钢块，最后渣子中的金属损失不足l％。据报道，一个年产250万t的钢厂，建成这样一个渣子处理厂需投资约688万美元，提高废钢回收率带来的价值达459万美元/年。扣除生产成本，每年节约额约为344万美元。另外，经过磁选后的渣子用于铁路道碴、公路建设和水泥厂等。每年可产生效益114万美元。

3 氧气顶吹转炉渣的成份

　印度钢厂产生的氧气顶吹转炉渣平均成份见表3。

　渣子在炼钢过程中起蓄水池的作用，可以容纳镁、磷、铁、铝、硅及钛等元素的氧化物。在有关资料中可见到由许多钢厂检测的钢渣矿物特性。

表3 印度氧气顶吹转炉渣的典型成份,％

Ca0	40—60％
Si0₂	12—18％
MnO	3—6％
Fe₂0₂	5—7％
Mg0	4—7％
Al₂0₂	1.4—2.5％
P₂0₅	1.6一1.9％
S0₃	0.3一0.4％
碱度	2.6—3.0

4 渣子的潜在用途

　不同的钢厂依据自己的情况将钢渣用在许多方面。例如：中国钢厂钢渣利用的重点放在水泥生产上。日本一些钢厂主要用于修筑公路。韩国浦项钢厂则更多地将循环渣部分或全部用于替代高炉或烧结厂中的熔剂。在欧洲，渣子被用作肥料和土壤调节剂，在高炉生产中循环利用以及陆地回填。印度钢厂将来必须执行这样的政策，即最大限度地充分利用钢渣。印度钢厂已经并且还继续地在高炉和烧结厂中使用钢渣。他们也有信心将渣子用于铁路道碴、回填和地方公路建设等方面。将渣子用于生产水泥的添加剂将减轻印度炼钢厂的负担，而且还会带来新的效益。下面将介绍用钢渣生产水泥的情况，其他方面只是粗略地介绍。

5 水泥生产　　　

　据报道，在利用钢渣生产水泥方面，中国是开路先锋。中国有50多家钢渣水泥(SSC)厂，每年生产约300万t钢渣水泥。约有2500万t钢渣水泥价值6亿美元被用于各种工程建设项目。这已经产生了约1.8亿美元的利润。估计中国使用钢渣水泥1750万t，可以让约116公顷的农田免于被渣子占据。另外，每生产一吨钢渣水泥比生产普通硅酸盐水泥可节约电lOkWh和煤25kg。

6 适合性

　据报道，根据许多钢厂所做的测试和试验，钢渣应具备表4给出的适合水泥生产的成份。所要求的成份和印度氧气顶吹转炉渣的综合平均成份也在表中列出。

表4 水泥生产要求成份和印度炼钢渣平均成份,％

	要求成份	印度炼钢渣平均成份
Ca0	>40	40—60％
Si0₂	<2l	12—18
A1₂0₃	<5	1.0—2.5
FeO F₂0₃	<25	16—20(Fe)
MnO	2	0.28—6
MgO	3—5	4—7

　渣子中较高的CaO含量有利于水泥生产。以结合形存在的MgO不会超过5％，同时MgO不应以自由状态存在。从化学分析和矿相分柝的角度看，钢渣是替代硅酸盐水泥熟料的较好材料。生产普通硅酸盐水泥和高炉渣水泥分别要用80％和60％的熟料。钢渣水泥只需20～30％的熟料，这样可节省35～40％的熟料。随之带来水泥生产成本降低和能源消耗减少。

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