轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼渣處理概況

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，轉(zhuǎn)Word此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！1文獻綜述1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼渣處理概況1.1.1鋼渣來源質(zhì)和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料，如石灰石、白云石、鐵礦石、硅石等。一般渣量是鋼產(chǎn)量的8%~15%。[1]鋼渣的主要化學成分有：CaO、SiO、AlO、FeO、FeO、MgO、MnO、22323PO，對于一些特殊的冶煉鋼種，其鋼渣中還含有VOTiO等。鋼渣25252中Fe的氧化物以FeO和FeO形式存在，而以FeO為主，總量在25%以下。如23表2-1為常見各種鋼渣的成分。[2]表）——————232PO—225CaO與SiO2按下式反應：2（CaO·RO·SiO）+CaO→3CaO·RO·2SiO+RO223（CaO·RO·SiO）+CaO→2（2CaO·SiO）+RO222CaO·SiO）+CaO→3CaO·SiO22其中RO代表二價金屬（一般為Mg、Fe、Mn）氧化物的連續(xù)固熔體。2+2+2+CaO·MgO·SiO2其中的鎂可被錳和鐵所代替。當堿度提高時，橄欖石吸收氧化鈣變成薔薇輝石（3CaO·RO·2SiORO相（CaO·MnO·FeO2加石灰含量，則生成硅酸二鈣（2CaO·SiO）和硅酸三鈣（3CaO·SiO22末期，氧化物增加的速度很快，這個時候，硅酸三鈣（3CaO·SiO）會隨溫度變2化分解成硅酸二鈣（2CaO·SiO）和氧化鈣（CaO2（2CaO·FeO2CaO·FeO和CaO·FeO）和。23鋼渣中基本上含有約20~25%的鐵元素。由于鋼渣的化學成分變化很大，因此[3]其礦物組成也有很大差異。鋼渣中常見的礦物組成包括：橄欖石、鎂硅鈣石、[4]C（3CaO·SiOC2CaO·SiOCAF（4CaO·AlO·FeOC（2CaO·FeO322242323223RO相（CaOFeO-MnO-MgO）和f-CaO（自由氧化鈣）等。[5]1.1.2鋼渣的性質(zhì)鋼渣是由鈣、鐵、硅、鎂、錳、磷等氧化物構(gòu)成的，其中鈣、鐵、硅、鎂的氧化物占絕大部分[6]觀形態(tài)、顏色差異很大。堿度較低的鋼渣呈灰色，堿度較高的鋼渣呈褐灰色、灰白色。鋼渣的外觀像結(jié)塊的水泥熟料，鋼渣塊松散不粘結(jié)，質(zhì)地堅硬密實，孔隙3.1g/cm~3.6g/cm33標準砂為1，鋼渣為0.7，鋼渣的抗壓性能好，壓碎值為20.4%~30.8%。不同煉鋼工藝所得鋼渣的化學成分如表2-2所示。其中轉(zhuǎn)爐煉鋼渣占鋼渣的絕大部分，我國主要鋼廠轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學成分見表2-3。表%P522323表P5232321.1.3鋼渣的利用目前鋼渣可以應用到其他很多領(lǐng)域，包括水泥生產(chǎn)、道路建設和其他的[7-9]民用工程、化肥生產(chǎn)、掩埋垃圾、土壤改良、水凈化以及生產(chǎn)金屬鐵和鐵精礦等[10-13]。1.處理方法及利用方式[14-15]主要包括冷棄法、悶渣法、熱潑法、盤潑法、風碎?；?、水淬法等。（1）冷棄法鋼渣倒入渣罐（盤）緩冷后（有的打水強制冷卻）直接運至渣場拋棄。該工所以新建的煉鋼廠采用此法不多。（2）熱潑法重，占地面積大，且破碎、篩分、磁選時產(chǎn)生大量粉塵。污染環(huán)境。[16]（3）水淬法目前使用較多的水淬處理鋼渣有露天水淬和盤潑水淬這兩種方法。盤潑法（）起源于日本。該工藝有利于鋼渣中粒狀殘鋼的回收。經(jīng)遴選后的鋼渣金屬鐵含量低，而且穩(wěn)定性和活性均較好，有良好的綜合利用價值。（4）熔渣水淬?；üに嚤容^成熟的熔渣水淬?；ㄓ腥A科法（HK法滾筒提升脫水，后者是通過提升脫水器提升脫水。滾筒法是寶鋼在引進俄羅斯專利基礎(chǔ)上改進而成。并在宣鋼、寶鋼已應用。的。熔渣水淬?；ㄍ顿Y少。占地少，節(jié)約水，鋼渣處理過程中無粉塵產(chǎn)生。（5）熱悶法表面溫度不得少于3000℃，配以適當?shù)膰娝に?，產(chǎn)生微壓蒸汽，利用鋼渣自身余熱和f-CaO的水解作用使鋼渣粉化，使渣與鐵分離。粉化過程約8~12h。這種處理方法機械化程度高，工藝簡單，設備磨損小，勞動強度低，無二次污染，于這種鋼渣處理方法效果很好，所以國內(nèi)大多數(shù)鋼廠都在使用這種處理技術(shù)。（6）水淬—池悶法方法，固投資大幅度增加，生產(chǎn)線相對較長，操作難度增加，運行維護費用高。目前，首鋼在應用該工藝[17-19]。利用率很低，其典型的利用方式為熱潑渣，將熱態(tài)鋼渣噴水，冷卻后，磁選分離夾帶的渣鋼，殘渣用于鋪路或建筑回填。若對鋼渣進行綜合利用則利用率較高，作燒結(jié)礦熔劑（CaO建筑材料等很多領(lǐng)域。[20]常見的利用方式包括如下幾種：（1）回收渣中廢鋼鋼渣中存在較高的Fe元素，包括金屬鐵塊和含鐵氧化物，其回收具有重要價值。太鋼“以渣治渣、變廢為寶”的實踐經(jīng)驗已經(jīng)得到重視并加以推廣。[21]加，而且提高了鋼渣綜合利用的經(jīng)濟效益，為我國開發(fā)渣山提供了成功的經(jīng)驗。的重視，如：①缺乏必要的破碎磁選及機械設備，一些地方靠人工撿揀，而增加了勞動強度。②由于依賴手工勞動，金屬回收不干凈，存在資源浪費問題。③在重復現(xiàn)象。因此對于從渣中回收廢鋼仍存在相當?shù)膯栴}亟待解決。[22]（2）做燒結(jié)熔劑、高爐熔劑[23-25]燒結(jié)礦中適量配入鋼渣后，能使結(jié)塊率提高，粉化率降低，成品率增加。高低，煉鐵渣量略有增加，但高爐操作順行，焦比有降低。我國首鋼、馬鋼、重鋼、太鋼、濟鋼、湘鋼、武鋼、唐鋼等均利用鋼渣做燒l2）燒結(jié)礦3）配入的鋼渣后，燒結(jié)礦的FeO可升高。鋼渣中FeO含量升高，而且還因其發(fā)生氧化放熱反應，使燒結(jié)礦的配碳量降低約0.5%~1%4）經(jīng)濟效益高。美國有50%以上的鋼渣用作高爐的替代熔劑。早在1974年，美國內(nèi)陸鋼公司和西德森鋼廠分別有40%和41%的鋼渣直接返回高爐[2226]。高爐冶煉配加的鋼渣量主要取決于鋼渣中有害成分磷的含量以及高爐需要加入的石灰石用量，國內(nèi)馬鋼、太鋼、廣鋼等高爐大量應用轉(zhuǎn)爐鋼渣做熔劑，均取得了良好的經(jīng)濟效益。表2-4為太鋼1200m高爐使用鋼渣后的熔劑耗量和[27]3鐵水磷含量的情況。由此看出，鋼渣加入后．石灰石和螢石耗量均大幅下降，焦比也隨之降低，鐵水磷含量則升高了約0.02％。[2]3表00（3）返回煉鋼0.008爐利用。鋼水質(zhì)量發(fā)生負面影響。預計推廣使用后，每年可利用鋼渣5萬t左右。[28]（4）做道路基礎(chǔ)材料及回填料鋼渣碎石具有比重大、強度高（一般>18MPa滑移、磨損率小（均<25%因而廣泛用于鐵路、公路、工程回填、修筑堤壩、填海造地等工程方面。[29]成為鋼渣處理的一個重要的突破口?；炷谅酚眯詫嶒灲Y(jié)果見表2-5。表%鋼渣在鐵路和公路路基、工程回填、修筑堤壩、填海造地等工程中使用，國602008年奧運會三大主要比賽場館之一的北京國家體育館在工程施工過程中就大量使用料配制而成，其密度、含水率、放射性等各項技術(shù)指標均符合國家規(guī)范要求。國進行地基處理提供了寶貴的經(jīng)驗。[2]（6）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應用轉(zhuǎn)爐鋼渣中含有大量的有益于植物生長的元素如Ca、Si、、P等，適合用于生產(chǎn)各種肥料[30-31]、土壤改良劑等。好的效果[32-33]。與其他綜合利用技術(shù)相比，鋼渣農(nóng)業(yè)應用研究有以下特點：（l）試驗周期長，如果缺乏連續(xù)性，則無法得出科學的結(jié)論；（2）如果鋼渣在農(nóng)業(yè)上應用成本太高，農(nóng)民用不起，結(jié)果將造成其利用率低。因此，應當盡量提高產(chǎn)品的附加值，降低鋼渣的農(nóng)業(yè)應用成本。（7）在環(huán)境工程方面的應用鋼渣再粉碎后具有較大的比表面積，并含有與鹽酸親和力較強的Ca和，對廢水中的酸有吸附和化學沉淀作用。鄭禮勝等進行了用鋼渣處理含As廢水[34]的研究，使As的去除率達98%以上。王士龍等人進行了用鋼渣處理含鋅Ni[35]廢水的研究，使Ni去除率在99以上，處理效果非常理想。鋼渣還可用于處理含磷、含鉻廢水及含其他重金屬廢水。礦渣微晶玻璃自上世紀60年代問世以來，在許多國家得到了迅速發(fā)展，形成了規(guī)?；a(chǎn)。程金樹等研究了以還原性鋼渣為主要原料，添加其他輔助[36]巖。張元志利用鋼渣、粉煤灰研制微晶玻璃，利用率達到75%，性能良好。[37]2.國內(nèi)外鋼渣利用狀況的快速增長，全球可利用的土地面臨巨大壓力，不僅對住房和工業(yè)的使用如此，題已經(jīng)達到一個階段，其存放所占用的土地以遠遠超過其工業(yè)生產(chǎn)所用。然而，這些廢棄物也是空氣、水等污染的主要來源。[38]表2-6為各主要產(chǎn)鋼國家的鋼渣利用情況。[38]目前的鋼鐵生產(chǎn)中，每生產(chǎn)1t粗鋼都會排放約130kg的鋼渣、40kg含鐵粉渣及其它廢料。全世界每年排放鋼渣量約1—1.5億t。國際上很多國家在鋼渣取得了很大的成果。聯(lián)合國（CEE）組織對美、日、俄、德、法等20多個國家的鋼渣利用情況20多個國家的鋼渣503125%及50%。[38]表t）））德）聯(lián)）））））利用取得積極的進展。其在1985年，轉(zhuǎn)爐煉鋼渣利用率在81，主要用于填海和土建工程，其中20在鋼鐵廠內(nèi)循環(huán)使用。日本許多鋼廠都是用蒸汽陳化方式處理鋼渣。處理后的鋼渣作上層路基材料，這種材料的配比為75%轉(zhuǎn)爐煉鋼渣、20高爐緩冷渣、5高爐水渣1992年住友金屬公司高爐、燒結(jié)生產(chǎn)利[39]用鋼渣量達其公司鋼渣產(chǎn)量的21。Kardemir公司將轉(zhuǎn)爐煉鋼渣用于高爐添加[40-41]資源化委員會的努力，至1996年底，日本的鋼渣有效利用率己達95%。近些[38]年日本更是將鋼渣再資源化利用作為重點，如表2-7所列。由于高堿度鋼渣中含有大量和水泥相類似的CCS及鐵鋁酸鹽等活性礦32物，具有水硬膠凝性，把它與一定量的高爐水渣、燒石膏、煅水泥熟料及少量激發(fā)劑配合球磨，可生產(chǎn)鋼渣礦渣水泥[42-43]。JIS（日本工業(yè)規(guī)范）標準的各種工業(yè)產(chǎn)品。其研究使用鋼渣生產(chǎn)鐵酸鹽水泥，主要性能和硅酸鹽水泥一樣。[44]在歐洲，每年約產(chǎn)生1200萬噸鋼渣，在過去30年的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有65%的鋼渣在不同領(lǐng)域得到了利用，但仍有35%未得到處理。德國、芬蘭等國在[45]利用率達95以上，德國的鋼渣開發(fā)部門認為，鋼渣作為鋪路材料有很好的工程特性，承載力大、堅固性好、耐冰凍體積穩(wěn)定性強、耐磨性好、耐浪花拍打和潮流的沖擊，尤其是混合爐渣（鋼渣、高爐渣和高爐水渣）鋪路，其承載力比普通材料鋪路更高，這樣，瀝青層的厚度也可以減少2cm鞏降低造價。1998年浦項鋼鐵公司年產(chǎn)鋼渣量為150萬t25％廠內(nèi)循環(huán)利用，37％填埋，38％外售。浦項鋼渣分為轉(zhuǎn)爐煉鋼渣、脫硫渣和鋼包渣。三類鋼渣經(jīng)過生產(chǎn)燒結(jié)礦用的石灰石和蛇紋石，使燒結(jié)床透氣性改善。9856，筑路用量達38；瑞典利用向熔融鋼渣中加入碳、硅和鋁質(zhì)材料，達到回收金路建設，其中建筑材料利用量達35.1%。[38]我國對鋼渣的利用起步較晚，20世紀后期對鋼渣的綜合利用研究的積極性大才提高，但技術(shù)發(fā)展不夠平衡，較國外發(fā)達國家還有不小差距。2000年我國粗鋼產(chǎn)量為1.26億噸，2008年已達到5.4每生產(chǎn)1噸鋼要排出約0.12t鋼渣[46]目前我國鋼鐵渣的綜合利用率僅為50，而我國鋼渣的綜合利用率僅為10，應用領(lǐng)域的要求，鋼渣質(zhì)硬、塊大、不易破碎，目前鋼渣綜合利用率低，利用較投資，給社會和企業(yè)均帶來很大負擔。[47]作為鋼鐵生產(chǎn)過程及其資源綜合利用中需要處理的一種重要的大量固體廢的關(guān)鍵點。[48]研究。表123456789國家“十一五”發(fā)展規(guī)劃明確指出，要把節(jié)約資源作為國策，大力大戰(zhàn)循環(huán)經(jīng)濟，保護生態(tài)環(huán)境，開發(fā)資源綜合利用，減少廢物排放，實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益相統(tǒng)一。建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。對工業(yè)固體廢物處理利用，國家下達了明確指標、鼓勵政策、排放收費政策、技術(shù)政策等。2005年國務院下達了國發(fā)[2005]22號關(guān)于加快循環(huán)經(jīng)濟的若干意見和2006國家發(fā)改辦環(huán)資[2006]5382006國家發(fā)改委以發(fā)改辦環(huán)資[2006]5382010年工業(yè)固體廢棄物綜合利用率達到6086％以上[49-51]在2008年11月，為了應對金融危機，國家推出擴大內(nèi)需促進經(jīng)濟增長的10項措施中，也明確提到要振興鋼鐵行業(yè)，鋼渣再資源化作為鋼鐵行業(yè)的重點之一，必將成為關(guān)注的焦點。中廢鋼、做高爐返回料燒結(jié)、生產(chǎn)水泥、做建筑回填料、做農(nóng)業(yè)肥料、甚至做廢水處理劑等。以寶鋼、鞍鋼、首鋼、武鋼等國內(nèi)很多鋼鐵企業(yè)，將鋼渣資源再利為今后的繼續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)。寶鋼從日本引進淺盤法（）技術(shù)，用于鋼渣處理。寶鋼從工藝、體制及目前寶鋼的鋼渣不但可作為高爐、轉(zhuǎn)爐的原料，同時用于道路工程、建材原料、鋼渣肥料及填坑造地等。寶鋼在1996年開始將鋼渣用于燒結(jié)，經(jīng)過精確計算、反復實驗，目前燒結(jié)礦中使用量穩(wěn)定在15萬t/a增效的目的，而且，鋼渣的返回利用不會對鋼水質(zhì)量發(fā)生負面影響。[38]鞍鋼于1986年從德國KHD和EF公司引進了1套年處理能力為240萬t的鋼渣生產(chǎn)線。處理工藝流程如圖2-1所示。礦渣公司又于2006年8月新建了一條粒鋼深加工工藝生產(chǎn)線，將從鋼渣磁選出的粒鋼經(jīng)球磨機濕磨、篩分分級、磁滑輪分選處理選出品位大于90、粒徑1.5~100mm的精塊鐵，作為廢鋼原料用于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。對濕磨后、篩分分級出的渣漿，再用螺旋分級機重選、水選出鐵品位為55、粒徑小于1.5mm的精鐵粉，精鐵粉用于燒結(jié)。鋼與湯崗子高新農(nóng)業(yè)區(qū)達成的利用鋼渣的協(xié)議。[52]圖鐵公司從鋼渣中回收鈮鐵、鋼渣返燒丁料、鋼渣筑路，生產(chǎn)鋼渣水泥、回收廢鋼綜合利用規(guī)劃，并落實到企業(yè)。重點放在冶煉熔劑、筑路材料和工程回填、生產(chǎn)場為鋼渣加工廠的藍圖[38]。我國目前對鋼渣的綜合利用發(fā)展很快，工藝水平在不斷接近世界先進等級，鋼渣的綜合利用率較以前也有了提高，但與世界先進水平還存在著不小的差距，減少堆積；其次開發(fā)先進的處理技術(shù)，企業(yè)之間相互幫助；再次，加強管理的力度，堅決落實制定政策；最后，借助政府支持和法律的約束。染問題，同時也帶來一定得經(jīng)濟效益，實現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。1.2磁選的概況1.2.1磁選技術(shù)概況磁選工藝是借助產(chǎn)生的磁場對有磁性物質(zhì)進行選別提取的一種輕污染或無用于黑色金屬礦石選礦、鋼渣的選別分離提取，還可以用來排出磁性雜質(zhì)。的選別等。磁選技術(shù)由于其具有的獨特特點，其發(fā)展愈來愈引起世界研究人員的關(guān)注。發(fā)展磁選技術(shù)，特別是發(fā)展節(jié)能、降耗、環(huán)保的高效磁選設備，對國民經(jīng)濟建設在未來必將發(fā)揮其更加重要的作用[65-68]。鋼渣再資源化的重視，不久的未來將實現(xiàn)磁選在鋼渣再資源化中的重大突破。1.2.2磁選設備及應用概況弱磁選。（1）濕法弱磁磁選機永磁筒式磁選機的磁鐵有兩種設計2-6[69]磁性精礦的品位。圖目前筒式磁選機正在向著大筒徑發(fā)展，1978年馬鞍山礦山研究院與一些相關(guān)單位共同研制的φ1050持。在國外，美國埃利茲公司制造的永磁筒式磁選機，其設備規(guī)格大，處理能力高。（2）濕法強磁磁選機15~0mm1~0mm[70]。給礦器、傳動裝置和支架組成。磁系磁導體為矩形鐵芯，其上套激磁線圈，極掌CS-1φ375*1452分選粒度15~0mm，工作間隙14~28mm。磁場強度1.0~1.86T，處理量10t/h，如圖2-7所示1一輥子；23一鐵芯；4一給礦箱；56一電動機:7一線圈；8一機架；9一減速箱；10—風機；n一給料輥:12一精礦箱；13一尾礦箱；14一球形閥圖20世紀70年代，型、江西有色金屬研究院研制的鏈狀磁路SQC型和廣州有色金屬研究院研制的雙立型為代表。[71]果，隨著技術(shù)的不斷提高，濕法還會繼續(xù)發(fā)揮其重要的作用。（3）干法弱磁磁選機碎和入磨前采用塊礦干式弱磁選能將混入礦石中的廢石拋出80%礦處理能力，提高了入磨礦石品位，降低了能耗。[41]目前第二代釹鐵硼磁系的干式磁選機己基本取代了第一代產(chǎn)品CTDG1210型干式磁選機。CTDG型大塊磁選機對各種類型磁鐵礦石都具有很強的工藝適應性，是一種理想的預選設備。如圖2-8所示為CTDG1220N型永磁大塊干式磁選機的結(jié)構(gòu)。CTDG1220N型永磁大塊干式磁選機是在CTDG型系列永磁大塊干式磁選機的基礎(chǔ)上根據(jù)鞍鋼弓長嶺礦業(yè)公司選礦廠的需要特別設計制造的。其磁場分布如2-9所示。1一傳動系統(tǒng)；2一運輸皮帶:3一磁滾筒；4一磁系調(diào)整裝置；5一分礦裝置；6一機架圖圖（4）干式強磁磁選機梅山鐵礦選礦廠對20~2mm粒級物料用天源公司研制的YCG-350mm×1000mm25%降到10%~12精礦作業(yè)產(chǎn)率在70%以上，年經(jīng)濟效益在1000萬元以上。與美國INPROSYS公司300mm×1000mm2.9位降低1.02個百分點，金屬回收率提高2.85個百分點。[72]（5）高梯度磁選機位置，梯度的數(shù)量級是相同的，但和一般磁選機相比，磁場梯度大大提高，通?？蛇_10Gs/cm，提高了10~100倍，這樣為磁性顆粒提供了強大的磁力來克服流7lum123）工方米罐表面的處理流量大約為500m/h4）揀選化工合成過程和動力工程或熱5）鐵、鑰、鎢、欽和稀土超細粒礦物的選別，678）用于食品生物化學及生物學（等離子生產(chǎn)）領(lǐng)域。[71]渣的磁選實現(xiàn)富鐵物質(zhì)的分離，同時使得剩余鋼渣更好的用于其他方向的利用。1.3鋼渣在水泥中的應用1.3.1鋼渣水泥概況f-CaO度一般較低，與純水泥相比其強度下降更快，水泥中摻入15~30%的鋼渣可以到達42.5號EN197-1的標準，摻入45%的鋼渣可以達到32.5號EN197-1的水泥標準；鋼渣水泥較純水泥需要更少的水，且鋼渣的假如可以提高其泥漿可用性；CS所致。[73]2場上銷售超過20年，同時其使用了大約40%的鋼鐵渣。這種水泥具有能量消耗低、耐磨程度高、水化反應熱低和后期強度高的優(yōu)點，但與波特蘭水泥相比，其筑用材方面，尤其適合大面積的混凝土和路面建設。[74]我國己擁有50多個鋼渣水泥生產(chǎn)廠。鋼渣水泥生產(chǎn)己超過50萬噸。本溪、安陽、邯鄲等地建成10萬噸級的鋼渣水泥廠。目前，我國鋼渣水泥的生產(chǎn)能力已達100在很大程度上推動了鋼渣水泥生產(chǎn)。等。鋼渣水泥具有的性能包括：（1）后期強度高。因鋼渣水泥的主要礦物相為硅酸三鈣，水化硬化比較緩5年半的強度發(fā)展規(guī)律為150%150%~160。（2）鋼渣水泥具有微膨脹性。鋼渣水泥因含有鐵酸鈣、硫鋁酸