王小慶  廖小偉  黃禮偉

摘要：鋼渣是煉鋼過程中所產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，其數(shù)量一般為粗鋼產(chǎn)量的10~14%，同時(shí)鋼渣中還含有10~12%的廢鋼資源。目前，我國每年鋼渣的產(chǎn)量已達(dá)到1億噸，鋼渣的資源化利用率只有30%左右。國內(nèi)外鋼渣的主要處理工藝有：熱潑法、滾筒法、風(fēng)淬法、水淬法等，這些鋼渣處理方法處理周期較長，而且在處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵，污染環(huán)境。為了能夠快速、有效、潔凈地對(duì)鋼渣進(jìn)行處理，利用輥壓破碎有壓熱悶法處理轉(zhuǎn)爐鋼渣,實(shí)現(xiàn)渣鐵徹底分離，將鋼渣所含有的游離氧化鈣含量降低到3%以下的水平，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)鋼渣高附加值資源化利用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文對(duì)目前我國鋼渣處理技術(shù)的現(xiàn)狀加以整理介紹，并結(jié)合珠?；涗撃壳霸谟玫妮亯浩扑橛袎簾釔炋幚砑夹g(shù)提出改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：液態(tài)渣輥壓破碎；有壓熱悶；余熱回收

1鋼渣基本特性

鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，鋼渣的產(chǎn)量及成分由冶煉工藝、硅含量和白云石等決定。鋼渣主要包括轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣和精煉渣。鋼渣可分為低堿度渣（R<1.8）、中堿度渣（R=1.8~2.5）和高堿度渣（R>2.5）。不同的煉鋼工藝產(chǎn)出的鋼渣成分和含量會(huì)有所波動(dòng)。鋼渣的主要化學(xué)成分有氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO₂）、三氧化二鋁（Al₂O₃）、氧化鎂（MgO）、三氧化二鐵（Fe₂O₃）、氧化亞鐵（FeO）及少量的氧化錳（MnO）、五氧化二磷（P₂O₅）和游離氧化鈣（f-CaO）等。經(jīng)過處理后，鋼渣中的鐵礦物可以通過磁選的方法與尾渣分離，尾渣中富含硅酸鹽相可以作為水泥的替代品，實(shí)現(xiàn)資源的全部回收，以降低煉鐵和煉鋼的成本

1.1 鋼渣的組成

鋼渣是由鈣、鐵、硅、鎂、鋁、錳、磷等氧化物所組成。其中鈣、鐵、硅氧化物占絕大部分。各種成分的含量依爐型、鋼鐘不同而異，有時(shí)差異懸殊。以氧化鈣為例：轉(zhuǎn)爐渣中含量常在50%左右；電爐氧化渣中約含30-40%，電爐還原渣中則含50%以上。

鋼渣的主要礦物組成為硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鈣鎂橄欖石(CMS)、鈣鎂薔薇輝石(C3MS2 )、鐵酸二鈣(C₂F), RO <R代表鎂、鐵、錳的氧化物即FeO,MgO,Mn0形成的固熔體)、游離石灰(f-CaO)等。鋼渣的礦物組成主要決定于其化學(xué)成分，特別與其堿度(CaO/SiO₂ -}P₂O₅)有關(guān)。煉鋼過程中需要不斷加入石灰，隨著石灰加人量增加，渣的礦物組成隨之變化。煉鋼初期，渣的主要成分為鈣鎂橄欖石(CMS)，其中的鎂可被鐵和錳所代替。當(dāng)堿度提高時(shí)，橄欖石吸收氧化鈣(CaO)變成薔薇輝石，同時(shí)放出RO相。再進(jìn)一步增加石灰含量，則生成硅酸二鈣(C₂S)和硅酸三鈣(C₃S)。

1.2 鋼渣的利用

鋼渣的利用途徑大致可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。內(nèi)循環(huán)是指在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部利用，作為燒結(jié)礦的原料和煉鋼的返回料。外循環(huán)主要是指用于建筑建材行業(yè)。

1.2.1 鋼渣的內(nèi)循環(huán)利用

鋼渣返燒結(jié)主要是利用鋼渣中的殘鋼、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣、氧化錳等有益成分，而且可以作為燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑，因?yàn)樗旧韺儆谑炝?，且含有一定?shù)量的鐵酸鈣，對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度有一定的改善作用，另外轉(zhuǎn)爐渣中的鈣、鎂均以固溶體形式存在，代替溶劑后，可降低溶劑（石灰石、白云石、菱鎂礦）消耗，使燒結(jié)過程碳酸鹽分解熱減少，降低固體燃料的消耗。

1.2.2 鋼渣的外循環(huán)利用

鋼渣的外循環(huán)利用主要是建筑建材行業(yè)，鋼渣在建材行業(yè)中利用受制約的主要因素是鋼渣的體積不穩(wěn)定性，鋼渣不同于高爐渣的地方是鋼渣中存在f-CaO、f-MgO，它們在高于水泥配料燒成溫度下形成，結(jié)構(gòu)致密，水化很慢，f-CaO遇水后水化形成Ca（OH）₂,體積膨脹98%,f-MgO遇水后形成Mg（OH）₂,體積膨脹148%，容易在硬化的水泥漿體中發(fā)生膨脹，導(dǎo)致建材制品開裂，因此鋼渣在利用之前必須采用有效的處理，使f-CaO、f-MgO充分消解才能使用。

2鋼渣處理工藝技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)處理工藝

熱潑法：液態(tài)鋼渣倒入渣罐后，經(jīng)車輛運(yùn)輸?shù)戒撛鼰釢娷囬g，用吊車將渣罐的液態(tài)渣分層潑倒在渣床上（或者池內(nèi)）噴淋適量的水，使高溫爐渣急冷碎裂并加速冷卻，然后用裝載機(jī)、挖掘機(jī)等設(shè)備進(jìn)行裝車，再運(yùn)至堆渣場。待其自然冷卻后進(jìn)行破碎、篩分等后續(xù)處理。該方法設(shè)備簡單、投資少，但占地面積大，處理周期長，鋼渣的余熱利用率低，且破碎過程中容易產(chǎn)生揚(yáng)塵污染。

盤潑水冷法：把鋼渣倒入渣盤，然后向渣盤噴水冷卻，待鋼渣急冷破碎后再進(jìn)行進(jìn)一步加工。與熱潑法相比，盤潑水冷法冷卻速度更快，鋼渣破碎后粒度更均勻，但仍存在鋼渣加工量少，工藝繁瑣，環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)成本高；用水量大、廢水排放問題以及熱能浪費(fèi)等問題。

2.2 新型處理工藝

風(fēng)淬法：利用高速氣流將高溫液態(tài)鋼渣吹散并快速冷卻，形成細(xì)小的鋼渣顆粒。這種方法能高效回收鋼渣的顯熱，得到的鋼渣粒度小且均勻，有利于后續(xù)的磁選和深加工，同時(shí)減少了環(huán)境污染。

滾筒法：將鋼渣倒入旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)，同時(shí)噴入適量的水，使鋼渣在滾筒內(nèi)滾動(dòng)、冷卻、破碎。滾筒法具有處理效率高、鋼渣質(zhì)量穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外得到了一定的應(yīng)用。

水淬法：水冷急凝形成玻璃體結(jié)構(gòu)，成本低，但產(chǎn)生H?S等有害氣體，廢水處理難度大。  

池式熱悶法：揚(yáng)塵嚴(yán)重，飄散蒸汽腐蝕廠房結(jié)構(gòu)；挖掘機(jī)攪拌渣時(shí)打水管控不到位容易引發(fā)安全爆炸事故。

輥壓、熱悶法：翻渣、輥渣均在相對(duì)封閉的空間，產(chǎn)生的灰塵均通過除塵風(fēng)機(jī)抽至噴淋洗滌塔進(jìn)行除塵；帶壓熱悶產(chǎn)生的蒸汽可回收用于發(fā)電；篩分磁選皮帶線機(jī)頭機(jī)尾采用集中除塵，可滿足超低排放要求。

3鋼渣輥壓破碎熱悶磁選加工技術(shù)

液態(tài)鋼渣輥壓破碎有壓熱悶處理技術(shù)是一種新型鋼渣穩(wěn)定化處理技術(shù)。其熱悶工作壓力約0.3MPa，比常壓池式熱悶工藝的工作壓力提高了約20倍，在較高的壓力條件下，增大了水蒸氣的滲透壓，加快了水蒸氣與鋼渣中的游離氧化鈣的反應(yīng)速率，將熱悶時(shí)間由十幾個(gè)小時(shí)縮短至1.5小時(shí)左右。同時(shí)，該技術(shù)在進(jìn)行鋼渣處理時(shí)，其整個(gè)過程基本都是在密閉體系下進(jìn)行，因此，較現(xiàn)有鋼渣處理技術(shù)相比，其潔凈化程度更高，更加環(huán)保。

3.1技術(shù)原理

通過對(duì)鋼渣物料所含物質(zhì)組分的分析，一般情況下，鋼渣中含有10%左右的金屬鐵，同時(shí)鋼渣中還含有一定量的游離氧化鈣和氧化鎂等，游離的氧化鈣和氧化鎂與水反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，其體積分別增加98%和148%。為了實(shí)現(xiàn)鋼渣資源的綜合利用，其關(guān)鍵在于鋼渣的穩(wěn)定化處理，鋼渣的穩(wěn)定化處理主要是完成對(duì)游離氧化鈣和氧化鎂的消解。目前，鋼渣穩(wěn)定化處理方法主要有池式熱悶處理技術(shù)、水淬法、滾筒法、粒化法等。

鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶處理技術(shù)與現(xiàn)有熱悶處理技術(shù)一樣，都是利用鋼渣中所含有的游離氧化鈣和氧化鎂與水反應(yīng)產(chǎn)生體積膨脹這一原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼渣中的游離氧化鈣和氧化鎂的消解，達(dá)到鋼渣的穩(wěn)定化處理和渣鐵的良好分離這一目的。不同之處是：鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術(shù)是借助特制的壓力容器最大化地提高了游離氧化鈣、氧化鎂與水蒸汽反應(yīng)的壓力條件，在高溫高壓條件下，與高溫鋼渣接觸的水所產(chǎn)生的飽和水蒸氣的滲透壓也隨之提高，加快了飽和水蒸氣通過鋼渣顆粒縫隙向鋼渣顆粒內(nèi)部的滲透速率，使得鋼渣顆粒深層的游離氧化鈣、氧化鎂與水蒸汽的反應(yīng)速率得以提高，從而縮短了鋼渣穩(wěn)定化處理的處理周期。

3.2工藝過程

從工藝處理過程上講，鋼渣余熱有壓熱悶技術(shù)大致可分為鋼渣輥壓破碎和余熱有壓熱悶兩個(gè)階段。

輥壓破碎階段主要是完成熔融鋼渣的快速冷卻、破碎，此階段的處理時(shí)間約30min，經(jīng)過此階段的處理，可將熔融鋼渣的溫度由1600℃左右冷卻至500℃左右，粒度破碎至200mm以下。

余熱有壓熱悶階段主要是完成經(jīng)輥壓破碎后鋼渣的穩(wěn)定化處理，此階段的處理時(shí)間約1.5小時(shí)以內(nèi)，處理后鋼渣的穩(wěn)定性良好，其游離氧化鈣含量小于3%，浸水膨脹率小于1.5%。

3.3技術(shù)特點(diǎn)

鋼渣輥壓破碎-余熱有壓熱悶技術(shù)與現(xiàn)有熱悶技術(shù)相比，具有以下幾個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢：

(1)  熱悶周期短，處理效率高；自動(dòng)化水平高。

（2）該技術(shù)整個(gè)鋼渣處理過程基本都是在密閉體系下進(jìn)行的，處理過程中所產(chǎn)生的含塵蒸汽由離心風(fēng)機(jī)通過管道抽出后經(jīng)冷卻塔冷卻除塵后排出，熱悶階段所產(chǎn)的高溫堿性循環(huán)水回用于輥壓破碎段，無廢水外排。

(3) 熱悶后的鋼渣粉化率高，穩(wěn)定性好。

處理后的鋼渣-20mm粒級(jí)達(dá)到50%，渣鐵分離良好，有利于鋼渣后續(xù)的深加工處理中對(duì)金屬鐵的磁選回收。另外，處理后的鋼渣中的游離氧化鈣含量小于3%，浸水膨脹率小于2%，穩(wěn)定性好，有利于磁選后的尾渣粉磨后在建材行業(yè)等方面的使用，從而實(shí)現(xiàn)鋼渣的高附加值利用。

4珠?；涗撧D(zhuǎn)爐鋼渣輥壓破碎有壓熱悶處理工藝實(shí)際運(yùn)用

4.1 轉(zhuǎn)爐鋼渣輥壓破碎熱悶工藝簡述

2024年12月初珠?；涗摳脑旖ㄔO(shè)并投運(yùn)輥壓破碎熱悶篩分棒磨磁選生產(chǎn)線，處理鋼渣能力25萬噸/a，配備2套傾翻輥壓破碎設(shè)備，8個(gè)熱悶罐，1臺(tái)棒磨機(jī)，一套篩分磁選系統(tǒng)。其工藝流程如下

圖1 轉(zhuǎn)爐鋼渣輥壓熱悶處理生產(chǎn)線工藝流程圖

4.2主要工藝設(shè)備參數(shù)

渣罐傾翻車技術(shù)參數(shù)：最大載重量50噸，可載著1000℃以上的液態(tài)渣罐走動(dòng)并將渣翻至破碎區(qū)輥床內(nèi)，最大翻渣角度可實(shí)現(xiàn)180°

輥壓破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)：處理能力，約40t/h ；能處理500-1450℃熔融轉(zhuǎn)爐鋼渣。

熱悶罐技術(shù)參數(shù)：外形尺寸Φ5000x5000;工作壓力：0.2~0.4MPa;最大排氣壓力：0.4MPa;工作溫度：200℃。

棒磨機(jī)技術(shù)參數(shù)：尺寸Φ2700x4500，處理能力≥85t/h，筒體有效容積22.4m³。

4.3 鋼渣處理生產(chǎn)情況

1罐液態(tài)渣約20噸，輥壓破碎推渣用時(shí)20分鐘，打水約4噸；到熱悶罐后熱悶時(shí)長90分鐘，打水28-33噸，出渣溫度50℃左右,安全高效。

熱悶渣出渣后通過行車吊罐直接將渣翻至上料區(qū)振動(dòng)給料篩進(jìn)行篩分棒磨磁選。使用輥壓破碎有壓熱悶技術(shù)處理的渣經(jīng)棒磨磁選后生產(chǎn)的尾渣、磁選粉小于5mm的粒度占比＞95%以上，磁選粉全鐵含量＞60%，P含量穩(wěn)定＜0.6%；尾渣中金屬鐵含量＜1.5%，最大化的實(shí)現(xiàn)了渣中金屬資源的循環(huán)利用。與傳統(tǒng)處理方法相比周期短，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)更優(yōu)越穩(wěn)定。

表1 傳統(tǒng)處理方法與輥壓熱悶處理產(chǎn)品理化指標(biāo)對(duì)比情況

5鋼渣處理技術(shù)改進(jìn)方向

5.1提高余熱回收效率

優(yōu)化冷卻系統(tǒng)：對(duì)于風(fēng)淬法和滾筒法等工藝，通過改進(jìn)冷卻介質(zhì)的噴射方式和參數(shù)，如調(diào)整風(fēng)量、風(fēng)速、水量和噴水角度等，提高鋼渣與冷卻介質(zhì)之間的熱交換效率，從而更充分地回收鋼渣的余熱。

采用熱管換熱器：在鋼渣處理過程中引入熱管換熱器，利用熱管的高效導(dǎo)熱性能，將鋼渣的熱量傳遞給其他介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)熱量的梯級(jí)利用，例如用于預(yù)熱助燃空氣、加熱水等。

5.2 降低環(huán)境污染

粉塵治理：在鋼渣破碎、篩分等易產(chǎn)生揚(yáng)塵的環(huán)節(jié)，配備高效的除塵設(shè)備，如濕電除塵等，對(duì)含塵氣體進(jìn)行凈化處理，達(dá)標(biāo)后排放。

廢水處理與回用：建設(shè)完善的廢水處理系統(tǒng)，對(duì)鋼渣處理過程中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行沉淀、過濾、除鹽等處理，將處理后的水回用于鋼渣冷卻等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

5.3提升鋼渣品質(zhì)

強(qiáng)化磁選工藝：采用多級(jí)磁選設(shè)備和先進(jìn)的磁選技術(shù)，提高鋼渣中廢鋼的回收率，同時(shí)降低鋼渣中的鐵含量，改善鋼渣的性能，為后續(xù)的綜合利用創(chuàng)造有利條件。

添加改性劑：在鋼渣處理過程中，適當(dāng)添加一些改性劑，如石灰、石膏等，促進(jìn)鋼渣的粉磨和膠凝性能的發(fā)展，提高鋼渣作為建筑材料時(shí)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

6發(fā)展方向

6.1 資源化綜合利用深度發(fā)展

制備高性能建筑材料：進(jìn)一步研究鋼渣在混凝土、磚等建筑材料中的應(yīng)用技術(shù)，開發(fā)出性能更優(yōu)、應(yīng)用范圍更廣的鋼渣基建筑材料，提高鋼渣在建筑行業(yè)的摻量和使用比例。

6.2智能化與自動(dòng)化控制

引入先進(jìn)的信息技術(shù)：利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對(duì)鋼渣處理過程中的溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化和自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率和管理水平。

建立智能決策系統(tǒng)：通過對(duì)鋼渣處理數(shù)據(jù)的分析和挖掘，建立智能決策模型，為工藝優(yōu)化、設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)，降低生產(chǎn)成本和能耗。

6.3 與其他產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展

與鋼鐵產(chǎn)業(yè)深度融合：加強(qiáng)鋼渣處理與鋼鐵冶煉環(huán)節(jié)的銜接，實(shí)現(xiàn)鋼渣的就地處理和快速轉(zhuǎn)化，減少鋼渣的堆存和運(yùn)輸成本，同時(shí)提高鋼鐵企業(yè)的資源綜合利用效率。

拓展跨行業(yè)合作：探索鋼渣處理與建材、化工、農(nóng)業(yè)等其他產(chǎn)業(yè)的合作模式，開發(fā)多元化的鋼渣利用途徑，形成跨行業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈 。

7 結(jié)論

鋼渣處理需在輥壓熱悶基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝優(yōu)化改進(jìn)，以“全量化、高值化”為目標(biāo)，通過工藝革新、材料創(chuàng)新與政策驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從“廢棄物”到“戰(zhàn)略資源”的轉(zhuǎn)型。未來5-10年，突破活性激發(fā)與稀有金屬回收技術(shù)將是關(guān)鍵，同時(shí)需構(gòu)建“產(chǎn)-學(xué)-研-用”一體化平臺(tái)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1]一種鋼渣有壓熱悶處理新技術(shù).中冶建筑研究總院有限公司 王延兵

[2]一種潔凈高效鋼渣處理設(shè)備的中試試驗(yàn)研究 中國京冶工程技術(shù)有限公司  范永平

[3]鋼渣處理及資源化利用技術(shù)現(xiàn)狀與展望  鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心  于洋

[4]鋼渣處理技術(shù)及資源化利用研究進(jìn)展   內(nèi)蒙古科技大學(xué) 安勝利、黃蘭等