钢铁生产中冶炼渣的处理和利用

41 高炉渣、转炉渣、电炉渣的产生和性质 42 炉渣资源化途径、处理技术与存在的问 题 43 少渣冶炼 44 复合矿冶炼渣中有价元素的回收 钢铁冶金的环保与节能-5 钢铁生产中冶炼渣的处理和利用 41 高炉渣、转炉渣、电炉渣的 产生和性质 高炉渣在高炉炼铁过程中产生,从高炉排 除时期温度约为1500,呈熔融状态,根 据冷却方法,分为缓冷渣和水淬渣. 钢渣包括转炉吹炼铁水炼钢时产生的转 炉渣和用电炉以废钢为原料炼钢时产生 的电炉渣,铁水预处理时产生的渣称为铁 水预处理渣,一般统计为转炉渣. 电炉渣分为氧化期渣和还原期渣. 炉渣种类发生量备注 高炉渣 缓冷渣 约300 kg/t hot metal 贫矿冶炼时 渣量可达1- 1.2kg/t hot metal 水淬渣 钢渣 转炉渣 100-150 kg/t steel 铁水预处理渣40 kg/t steel 电炉渣 氧化期 普通钢特殊钢 100kg/t steel 不锈钢200kg/t steel 还原期 中国钢铁渣的发生量和利用率 2002年全国产钢1.8155亿吨，生铁1.7074亿吨； 2002年钢渣产生量2480万吨，136.6 kg slag/t steel，利用率约36%。 2002年高炉渣产生量5909万吨， 346.1 kg slag/t hot metal ，利用率约75%。 钒钛高炉渣和放射性高炉渣未能利用 全国钢铁弃渣约3亿吨，占地3万亩。 “十五”规划要求2005年工业废渣综合利用率要 达到60%。 钒钛磁铁矿高炉冶炼渣成分(质量%） CaOSiO2Al2O3MgO MnOFeOSTiO2V2O5 20-3119-3213-177-90.3-1.20.2- 1.9 0.2- 0.9 6-310.06- 1.0 500kg BF Slag/t hot metal in Baotou Steel 种类SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3FeOMnOTiO2P2O5 BOF S19.191.4840.149.789.4317.441.990.941.51 BOF S19.144.0745.187.237.1020.540.800.981.23 BOF S13.212.4233.769.3716.0311.703.251.101.26 BOF S14.075.2940.9713.596.5012.611.210.691.21 BOF S14.501.7935.1910.1312.8716.045.670.671.22 EAF S22.4411.0335.336.581.2213.141.260.730.34 EAF S23.277.6725.204.886.2416.523.376.820.49 BF S33.4913.2738.209.800.91_0.09_0.01 BF S32.2814.2535.359.971.22_0.381.640.02 BF S33.1814.0539.049.073.13_1.210.53_ BF S35.0114.4436.789.720.88_0.30_ BF S33.8411.6838.1310.612.20_0.26_ 各种炉渣的物相组成 高炉渣缓慢冷却时生成各种结晶矿物相 ，急冷时生成大量无定形的玻璃体和微 晶，酸性高炉渣急冷时全部凝结成玻璃 体。 钢渣不轮缓冷或急冷都生成结晶矿物相 ，不形成玻璃态物质。 钢铁渣的矿物组成 种类 CaO/(SiO2+P2O5) 矿物成分 钢渣1.36 橄榄石(CRS)、蔷薇辉石(C3MS2)、RO相 钢渣1.80 蔷薇辉石(C3MS2)、硅酸二钙(C2S)、RO相 钢渣2.51 硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、RO相 钢渣2.99 硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、RO相、 铁酸盐 缓冷高 炉渣 硅酸二钙(C2S)、钙铝黄长石(C2AS)、镁黄 长石(C2MS2)、钙长石(CAS2)、硫化钙(CaS) 水淬高 炉渣 玻璃体和微晶体 高炉渣利用途径 粒化高炉渣做水泥混合材 粒化高炉渣矿粉作水泥和混凝土掺和料 粒化高炉渣作砖 高炉渣做硅肥 缓冷渣做混凝土骨料、道路材料 膨胀矿渣珠做混凝土轻骨料 做矿渣棉、铸石、微晶玻璃材料 Portland cement - patented by Joseph Aspdin in mid-1800s. Made from finely ground limestone and finely divided clay to give a burned product containing 65-70% CaO, 18-24% SiO2, 3-8% Fe2O3, 3-8% Al2O3 plus smaller proportions of minor oxides (e.g. Na2O, K2O, MgO, etc.). Modern plants permit much more efficient processing and in addition, proportion raw mix compositions to produce a cement from which a range of strength development and durability properties can be expected. 高炉水渣做矿渣水泥 用硅酸盐水泥熟料与粒化高炉渣配合3-5%石膏 经混合磨细可制成矿渣硅酸盐水泥，矿渣掺入 对水泥的抗压和抗拉强度影响不大，掺入量可 占水泥重量的20-70%。 与普通水泥比，矿渣硅酸盐水泥具有较强的抗溶出 性、抗硫酸盐侵蚀性，适用于水上工程、海港和地 下工程，在酸性水和含Mg盐水中不及普通水泥。 水化热较低，适用于大体及混凝土浇筑，耐热性强 ，适用于高温车间、高炉基础，早期强度低，后期 强度增长率高，早期养护重要。在循环型干湿变化 、冻融条件下不如普通水泥抗冻。 石膏矿渣水泥 高炉水渣（最多80%）+石膏（15%）+石 灰（5%)或硅酸盐水泥熟料，可制成石膏矿 渣水泥，成本低，抗硫酸盐侵蚀，抗渗透性 好，适用于水工建筑。 石灰矿渣水泥 石灰（10-30%）+ 天然石膏（15%,但 据我国国情用作磷肥不拘于25含磷量,其原因是钢 渣可再处理,钢渣磷肥对酸性、中性和碱性土壤都有用, 同时渣中丰富的与2等也有不同程度的肥 效.转炉渣中含有大约1%25,可以用于农业生产磷肥 。因其含有约50%,也可以用作酸性土壤改良剂 。 转炉渣处理方法 各种钢渣从炉子里放出或者出钢时从钢包上部 溢渣口流出的钢渣均处于熔融状态。由于处理 方法不同，钢渣运行的流程也不一样。 在大多数情况下，钢渣是用渣罐被运到渣场 ，经自然冷却后进行破碎再应用。 对采用水淬、风淬、高速滚筒、余热自解以 及热盘等方法处理的炉渣不经破碎或局部破碎 ，然后应用。 1） 破碎处理法 用破碎法处理的钢渣有两类：一是多年累积 的渣山，二是新排放的钢渣。 这种处理方法的基本流程是破碎一磁选筛 分分级。由于用途不同，详细流程也不一样。 有的经二级破碎二级磁选和二级筛分；有的经 二级破碎、三级磁选和一级筛分；还有的经三 级破碎二级磁选二级筛分。根据国内外采用的 破碎方法，现选出有代表性的予以叙述。 武钢矿渣综合利用科技开发公司于1986年末建成一条 小型钢渣处理生产线。基本流程是：二级破碎一二级 磁选一一级筛分(见图4)。该生产线年生产能力为5万吨 成品，具体处理过程如下： 氧气转炉钢渣以热泼的方式翻罐，然后打水冷却。在 钢渣冷却过程中使其自裂(碎)，经集中运到处理生产线 受料斗处。钢渣经过有300 x 300mm格孔的格筛的受料 斗流到皮带运输机上送到破碎机进行破碎。小于40mm 的渣粒经皮带式磁选机磁选，磁选出的钢粒等另行堆 放，供炼铁、炼钢等部门应用。磁选后余下的渣经皮 带送入反击式破碎机受料斗，经纲破、磁选和筛分(筛 网孔10 x10mm)后供使用。 武钢钢渣处理方法 武钢破碎加工转炉渣工艺 唐山钢铁公司钢渣处理方法 唐山钢铁公司钢渣处理间工作程序为：首先热 拨钢渣结成厚度200一300mm的渣壳，然后经 破碎筛分获得08mm、840mm和4070mm 三种不同粒度的钢渣，分别用于烧结、高炉和 化铁生产，经再循环后，回收其中的铁和大部 份Mn。处理工艺流程见图。该车间年处理能 力为16万吨钢渣。该公司二炼钢所产生的钢渣 除铸余渣外全部可以经过该车间处理。 鞍钢为了开采渣山，建立一个钢渣处理车间。 工作程序是：先用人工采渣，然后经颚式破碎 机和锤式破碎机进行粗破和中破碎。破碎后的 钢渣经磁选和筛分获得各种用途的成品和废钢 。为了给生产水泥提供原料或者为水泥代用品 提供渣粉，于1974年9月建成一个干式自磨系 统，其工艺流程如图7所示。钢渣经自磨、磁 选和筛分后，得8废钢、47的铁精矿和 87的尾渣。 鞍钢陈年钢渣处理流程 缓冷破碎法 苏联车里雅宾斯克钢铁公司炼钢厂用缓冷法 处理钢渣。工艺流程如图所示。具体步骤为： 将盛满钢渣的渣盘运到渣场，翻罐倒渣后经空 冷或浇水，钢渣经较长时间的缓冷风化而自然 冷却破碎，然后用挖土机收集，再经破碎成块 状或粒状渣，磁选筛分后供使用。这种处理方 法有三个缺点：缓冷时间长，占地面积大，破 碎工作量大，翻罐时遇水有爆炸危险。 前苏联车里雅宾斯克钢铁厂130t氧气转炉钢渣处理的工艺流程 水处理法 采用水处理法处理钢渣是一种比较理想、行之 有效的方法。但是，有一定的危险性，难度较 大。从1970年开始，我国许多钢厂、例如济南 钢铁厂、湘潭钢铁公司炼钢厂、成都无缝钢管 厂以及上钢三厂等均先后采用过水处理法(主要 是水淬法)处理钢渣。国外有很多钢厂采用此法 。这种方法的优点是： 经水淬的钢渣粒度小，可100的直接用于烧结 或作生产水泥的原料。 水淬后钢渣很容易用磁选法回收钢渣中的废钢 和铁粒。 免去了多次破碎的操作不需粗、中破设备。 采用水处理方法可节省渣罐、免建渣场和专用 铁路线或者重型专用运渣汽车以及所届设备。采用 这种方法处理钢渣可节省17的基建投资，减少大 量的生产、设备维护和管理人员，设备重量也可减 少430。 用渣场弃渣法常常因为渣罐周转不顺而影 响炉子冶炼过程的顺利进行，这不仅影响炉子 的生产能力，还对钢的质量、炉体寿命等产生 坏的作用。用水淬渣法可随时从炉内放渣，有 利于去除钢中有害元素等。 冶炼过程中不同时期放出的渣可分别处理 、分开堆放、保证炉渣成分稳定、便于用户使 用。 这种方法存在的主要危险是产生爆炸。 1）喷水冷却碎裂法 (1)热泼法 场地热泼法 倾翻罐水池法 (2)浅盘水淬法 (3)滚筒水池热碎法 (4)高速滚筒法 2) 水淬粒化法