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钢渣综合利用技术

回收废钢

钢渣中一般含有10%左右的金属Fe, 通过破碎磁选筛分工艺可以回收其中的金属铁, 一般钢渣破碎的粒度越细, 回收的金属Fe越多, 将钢渣破碎到300mm~100mm, 可从中回收6.4%的金属Fe, 破碎到100mm~80mm, 可回收7.6%的金属Fe, 破碎到75mm~25mm, 回收的金属Fe可达15%。

国外较早开展从钢渣中回收废钢铁, 美国1970~1972年从钢渣中回收近350万吨废钢, 日本磁力选矿公司每年处理200万吨钢渣, 从中回收18万吨含Fe95%以上的粒Fe。我国己有不少钢厂建立了钢渣回收铁处理生产线, 如鞍钢采用无介质自磨及磁选的方法回收钢渣中的废钢量达8.0%, 武钢回收废钢中的金属铁达8.5%。 

作烧结熔剂

烧结矿中配加钢渣代替熔剂, 不仅可回收钢渣中的残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分, 而且可以提高烧结矿的产量。烧结矿中适量配入钢渣后, 能使结块率提高, 粉化率降低, 成品率增加。再加上水淬钢渣疏松、粒度均匀、料层透气性好, 也有利于烧结造球及提高烧结速度。此外, 由于钢渣中Fe和FeO的氧化放热, 节省了烧结矿中钙、镁碳酸盐分解所需要的热量, 使烧结矿燃料消耗降低。高炉使用配入钢渣的烧结矿, 由于强度高, 粒度组成有所改善, 尽管铁品位略有降低,炼铁渣量略有增加, 但高炉操作顺行, 焦比有所降低。我国首钢、马钢、重钢、太钢、济钢、湘钢、武钢、唐钢等均利用钢渣做烧结矿熔剂, 首钢烧结厂配加钢渣4%, 每吨烧结矿石灰消耗量减少约30kg,烧结机利用系数可提高1%。邯钢烧结厂配加钢渣6%, 经长期的实践, 其主要的优点有:1)烧结矿强度提高。钢渣中因含有一定数量的MgO, 在烧结矿中容易熔化, 因而改善了烧结矿的粘结性能和液晶状态, 有利于烧结矿强度的提高, 粉化率降低在2%以内。2)烧结矿还原性能显著提高。配加钢渣的烧结矿, 随配料碱度的提高, 其还原性较未配钢渣的烧结矿显著提高。当碱度为1.4时, 配加钢渣其还原率高达75%, 不配加时仅有65%。3)配入6%的钢渣后, 烧结矿的FeO可升高2%。钢渣中因含有大量的金属铁和低价氧化铁, 在烧结过程中, 不仅可使其FeO含量升高, 而且还因其发生氧化放热反应, 使烧结矿的配碳量降低约0.5%~1%。

烧结中配加钢渣值得注意的是磷富集问题。按照宝钢的统计数据, 烧结矿中钢渣配比增加10kg/t, 烧结矿磷含量将增加约0.0038%, 而相应铁水中磷含量将增加0.0076%。为了降低磷的富集,比较可行的措施是控制烧结矿中钢渣的配入比例,也可以在烧结矿生产过程中停止配加钢渣, 待磷降下来后再恢复配料。另外, 钢渣的粒度过大对烧结矿质量会带来不利影响。如钢渣平均粒度过大, 较粗的钢渣在烧结混合料中产生偏析, 造成烧结矿的碱度波动, 给高炉生产带来不利影响。为此应该增强钢渣的破碎和筛分能力, 保证粒度均匀性。 

作高炉熔剂

美国有50%以上的钢渣用作高炉的替代熔剂。早在1974年, 美国内陆钢公司和西德森钢厂分别有40%和41%的钢渣直接返回高炉。实践证明钢渣做高炉熔剂的主要优点有:1)回收利用了渣中大量的金属铁, 减少了烧结矿和石灰石用量。2)可使高炉的脱硫能力提高3%~4%。钢渣中因含有较多的Mn和MnO, 能使高炉的流动性和稳定性变好, 提高料柱的透气性。这一点俄罗斯车里斯钢铁厂、美国内陆钢公司、太钢等厂的实践均已得到证实。3)经济效益好。国内马钢、太钢、广钢等高炉大量应用转炉钢渣做熔剂, 均取得了良好的经济效益。利用1吨钢渣的平均纯利润在50元以上, 加上回收废钢的价值, 其经济效益将更高。高炉冶炼配加的钢渣量主要取决于钢渣中有害成分磷的含量以及高炉需要加入的石灰石用量。

 作炼钢添加料

转炉炼钢使用含磷较低的高碱度返回钢渣并配合使用白云石, 可以使炼钢成渣早, 减少初期渣对炉衬的侵蚀, 有利于提高炉龄, 降低耐火材料消耗, 同时可替代部分萤石。在生产中使用少量钢渣返回转炉冶炼, 可以取得很好的技术经济效果。宝钢在国内率先开发了转炉脱磷脱碳的双联法工艺,即在转炉内进行铁水脱磷处理, 出半钢后再进行脱碳处理, 可以稳定地生产磷含量低于0.008%的超低磷钢。 在双联法工艺中, 由于脱磷负荷主要由脱磷炉分担, 因此脱碳炉的钢渣磷比较低, 因而可以返回转炉利用。目前, 宝钢己经成功进行了铸余渣及脱碳炉的钢渣返回转炉利用的试验, 结果表明, 通过适当的工艺, 合理地将钢渣返回转炉利用,可以有效地促进转炉冶炼过程的前期化渣, 降低副原料的消耗, 达到增加效益的目的, 而且钢渣的返回利用不会对钢水质量发生负面影响。 

生产钢渣微粉

钢渣微粉是钢渣经过加工、筛选、干燥后磨细并掺加适量的外加剂加工混合而成的产品。目前配制高标号混凝土主要采用降低水胶比、添加高效减水剂和超细粉体的方法, 与普通混凝土相比水泥用量偏多, 对混凝土的耐久性有不利影响。中高碱度的钢渣因含有C2S和C3S等胶凝性矿物, 不仅可直接磨粉生产钢渣水泥, 而且也可作为活性混合材在水泥生产中作为添加剂应用。研究表明, 在混凝土拌和过程中掺加适量的钢渣微细粉取代部分水泥, 可以提高其结构的致密度和力学强度, 我国宝冶钢渣公司已在道路、场坪、制品等多方面广泛应用, 经过多年实践验证, 钢渣微粉性能稳定可靠。而且掺钢渣微粉可使混凝土抗冻性能大幅提高, 当钢渣微粉掺量为10%(质量分数)时, 其抗折强度比普通基准混凝土提高约30%, 脆度系数降低30%, 耐磨性能提高13%以上。 

钢渣作道路工程或回填材料

钢渣碎石的硬度和颗粒形状都很适合道路材料的要求, 其性能好、强度高、自然级配好, 是良好的筑路回填材料。钢渣在铁路和公路路基、工程回填、修筑堤坝、填海造地等工程中使用, 国内外己有相当广泛的实践, 欧美各国钢渣约有60%用于道路工程。

钢渣作为回填材料近年来得到越来越广泛的应用, 作为2008年奥运会三大主要比赛场馆之一的北京国家体育馆在工程施工过程中就大量使用了钢渣作为回填材料国家体育馆地下室埋深约8米,抗浮水位负1米, 需要在工程结构内部增加大量配重以抵抗地下水的浮力。该工程在建设过程中尝试采用钢渣代替传统材料进行回填, 回填的钢渣全部来源于首钢炼钢过程中废弃多年的炼钢剩余渣。经过加工处理后的钢渣按照试验配比与少量水泥及其他辅料配制而成, 其密度、含水率、放射性等各项技术指标均符合国家规范要求。国家体育馆建设工程使用大量钢渣作为回填材料的施工经验, 为钢渣作为回填材料进行地基处理提供了宝贵的经验。 


开封市洁净煤化工研究所(河南远征冶金科技)

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