钢渣综合利用技术及发展方向
钢渣主要来源于:金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物及; 被侵蚀的炉衬及炉衬材料; 金属炉料带入的杂质, 如泥沙等; 为调整钢渣性质所加人的造渣材料, 如石灰石、铁矿石、萤石等。按炼钢工艺钢渣可分为平炉渣、转炉渣和电炉渣。由于转炉比平炉产量高、能耗低, 大多数钢铁厂已改为转炉, 但由于钢渣综合利用问题没有很好地解决, 钢渣堆场上仍然有大量的平炉渣及平炉与转炉的混合渣。
1、钢渣的理化性质
1、1钢渣的物理性质
由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大。碱度较低的钢渣呈黑灰色, 碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。渣块松散不粘结, 质地坚硬密实, 孔隙较少。渣佗和渣壳结晶细密, 界线分明, 尤其是渣壳, 断口整齐。自然冷却的渣块堆放一段时间后, 发生膨胀风化, 变成土块状和粉状。钢渣通常含水在3%~8%。
1.2钢渣的化学成份
随着钢品种、原料、冶炼工艺及堆放期限的不同, 钢渣的化学成份波动较大。大多情况下, 钢渣的主要化学成份为CaO 、P 2O 5、Al 2O 3、MgO 、Fe 2O 3、MnO 、f -CaO 等。转炉渣的化学成份较稳定, MgO 和Fe 2O 3含量低, 碱度高, 一般为
2.9~3.2,杂质含量少, 并随堆放期的延长f -CaO 含量降低。同时, 堆放的转炉渣发生自然膨胀风化, 形成不同粒径的钢渣颗粒, 当钢渣的粒径不同时, 其化学成份不同, 随着堆放期延长, 化学成份差异增大。
钢渣中游离的CaO 、MgO 含量较高, 因而稳定性差。此外, 钢渣中铁和锰的含量也比较高, 由于铁、锰离子具有较强的极化能力, 对氧有很大的亲和力, 因此, 氧离子能脱离正硅酸钙(锰) 四面体破坏正硅酸盐结构, 使四面体互相连接起来, 生成巨大而复杂的硅氧团, 从而降低其易磨性。
2、钢渣的处理
钢渣成分复杂、流动性差别大、性能不稳定、处理技术发展缓慢，主要为热态处理和冷态加工两个环节。前者是指高温熔渣处理成常温固态渣的过程，侧重于钢渣快速、清洁的处理；后者是指固态渣经破碎、磁选等工序，加工成不同粒度、不同金属含量的尾渣、渣粉、渣钢的过程，侧重于钢渣的资源化利用。在实际生产中，两个环节区分并不明显，一般采取适当的组合工艺，如对流动性较好的液态钢渣，采取(风淬/滚筒+磁选) 工艺；流动性较差的采取(热焖/水淬+破碎+磁选) 工艺。
2.1钢渣的热态处理
热态钢渣的处理工艺应考虑的原则：（1）安全可靠，处理能力大；（2）渣和金属分离度高，利于金属回收；（3）可有效消解f C a O 满足尾渣利用要求；（4）工艺简单，经济性好，无二次污染。
2.1.1浅盘法ISC 工艺
浅盘法亦即ISC 工艺(InstantaneousSlagChillProcess),为日本新日铁公司开发。流动性较好的渣通过渣罐运送至渣处理间, 再用120ｔ吊车把渣倒入渣盘中, 静置3～5min, 第一次喷水冷却, 喷水2min, 停3min, 如此重复4次, 耗水量约为0.33ｍ3/ｔ, 钢渣表面温度下降至500℃左右。然后将浅盘中凝固并破碎的钢渣倾倒在排渣车上, 运送到二次冷却站进行第二次喷水冷却, 喷水4min, 耗水量为0.08ｍ3/ｔ, 钢渣温度下降至200℃左右。再将钢渣倒入水池内进行第三次冷却, 冷却时间约30min, 耗水量0.04ｍ3/ｔ, 钢渣至此温度降至50～70℃ , 随后输送至粒铁回收线。
浅盘法工艺的优点为:
(1)用水强制快速冷却, 处理时间短, 每炉渣1.5～2.5ｈ即可处理结束, 处理能力大;
(2)整个过程采用喷水和水池浸泡, 减少了粉尘污染;
(3)经3次冷却后, 大大减少了渣中矿物组成、游离氧化钙和氧化镁等所造成的体积膨胀, 改改了渣的稳定性;
(4)处理后钢渣粒度小而均匀, 可减少后段破碎筛分加工工序;
(5)采用分段水冷处理, 蒸汽可自由扩散, 操作安全;
(6)整个处理工序紧凑, 采用遥控操作和监视系统, 劳动条件好。
浅盘法的缺点是钢渣要经过3次水冷, 蒸汽产生量较大, 对厂房和设备有腐蚀作用, 对起重机寿命有影响; 另外, 浅盘消耗量大, 运行成本高。
2.1.2热闷法
钢渣热闷罐法处理工艺为:当大块钢渣冷却到300～600℃时, 装入翻斗汽车运至闷罐车间, 倒入闷罐内, 盖上罐盖。在罐盖的下方安装有能自动旋转的喷水装置, 间断地向热渣喷水, 使罐内产生大量蒸汽, 与钢渣产生复杂的物理化学反应, 使钢渣产生淬裂。钢渣由于含有游离氧化钙, 遇水后会消解成氢氧化钙, 发生体积膨胀, 使钢渣崩解粉碎。钢渣在罐内经闷解后, 一般粉化效果都能达到60%～80%,然后用反铲挖掘机挖出, 进行后步处理。
该工艺的特点是:机械化程度较高, 劳动强度低; 由于采用湿法处理钢渣, 环境污染少, 还可以部分回收热能; 处理后, 钢、渣分离好, 可提高废钢回收率; 钢渣稳定性好。
2.1.3滚筒法
该工艺主要是将液态钢渣自转炉倒入渣罐后, 经渣罐车运输至渣处理场, 用吊车将渣罐运到滚筒装置的进渣流槽顶上, 并以一定速度倒入滚筒装置内, 液态钢渣在滚筒内同时完成冷却、固化、破碎及钢渣分离后, 经板式输送机排出到渣场, 此钢渣经卡车运输到粒铁分离车间进行粒铁分离后便可直接利用。经滚筒法处理后的钢渣游离氧化钙基本在4%以内, 其中小于2%的占45%;由于滚筒法渣处理可以省却与ISC 热泼法相匹配的粒铁回收车间以及如排渣车、水池等辅助设施, 大大节约基建投资。滚筒法实现了渣处理工艺的革命, 代表了渣处理生产技术的发展方向。
生产实践表明, 该装置具有流程短、投资少、环保、处理成本低以及钢渣稳定性好等优点。
2.2钢渣的冷态加工
由于各个钢厂排渣设备配置不同、钢渣性质各异，钢渣的冷态加工多是粗碎、破碎、磁选、风选等单项工艺的组合，如鞍钢对热焖处理后的钢渣，先通过“三
筛、二破、三磁选”粗选出40%的含铁物料，再经“球磨机湿磨、筛分分级、磁滑轮分选”的深度处理，选出品位大于90%粒径1.5~100mm的精块铁，作为废钢原料用于转炉生产，而湿磨后、筛分分级出的渣浆，再用螺旋分级机重选，水选出铁品位为55%、粒径小于1.5mm 的精铁粉用于烧结，其余尾渣用作建材原料。
莱钢的渣铁分离生产工艺可归纳为“三破七选四筛分”，使球磨料和尾渣质量大大提升，达到钢渣资源“吃干榨尽”和闭路循环。
白俄罗斯OP 公司针对钢渣粉的精细风选工艺, 可从粒度0~10mm粒化钢渣中回收0.8mm 以上金属颗粒(单纯采用磁选方法很难实现，因为钢渣中的细小非金属物料同样被磁铁吸附) ，分选后的尾渣粉用作水泥原料。
3、 影响钢渣综合利用的因素
3.1磨细能耗大。钢渣虽具有与硅酸盐水泥熟料类似的化学组成，但受其形成过程的影响，钢渣的化学成分、矿物组成波动大，尤其是其中大量的铁和含铁元素的化合物，磨细能耗大，活性低。
3.2体积不稳定。钢渣中f -CaO 和f -MgO 含量高，在常温下易与水(或水蒸气) 发生缓慢反应，导致体积分别膨胀97. 8%, 148%，陈化时间不足，用于建材行业会造成构筑物开裂，甚至整体建筑的损坏，因而制约了大规模的工程应用。
3.3杂质含量高，影响直接回用。钢渣中较高的硫或磷含量，影响了大宗冶炼回用。
3.4高温熔渣直接利用技术较少。熔渣热焓高、显热资源丰富，目前缺乏成熟的显热回收技术和设备，导致处理工艺后移，增加了冷态钢渣的处理成本和难度。
4、钢渣处理和利用的发展方向
4.1新型钢渣处理工艺的开发
现有的钢渣处理工艺，以水淬为主，处理流程长，耗水多，产生二次蒸汽难以利用，尤其是处理后的钢渣f -CaO 含量高，限制了后续利用途径。因此，开发短流程、清洁化、更节能、f -CaO 快速消解、可有效回收余热资源的新型处理工艺，势在必行。
4.2高效节能粉磨设备的开发
钢渣颗粒硬度较大，难以磨细，用立磨粉磨设备振动大、磨损严重，用传统的球磨机电耗大，生产成本高。法国机械设备集团公司（FCB ）生产的卧式辊磨（HOROMILL ）具有粉磨电耗低、设备运转稳定、性能可靠、操作方便、容易维护、研磨部件的使用寿命长等优点，但应用实绩并不多。因此，针对不同硬度、易磨性和细度，开发高效节能的粉磨设备，提高物料比表面积，促使其晶体结构及表面物化性质发生变化，使钢渣活性能得以充分发挥，对开创钢渣广泛应用的新局面，大有助益。
4.3钢渣稳定工艺的开发
国内相关企业一直致力于钢渣稳定工艺的研究开发，如德国的罐式钢渣加压热焖自解工艺、日本住友的自然陈化箱处理工艺，以及近来出现的高温熔渣改性处理等。因此，开发钢渣稳定化的工艺，是提高钢渣综合利用率、扩大资源化利用范围的必然要求。
4.4热态熔渣干式粒化技术的开发
针对当前钢渣粘度大、流动性差的特点，开发新型热态熔渣干式粒化技术，兼具回收余热、减少水资源消耗和后续产品综合利用的功能，是未来钢渣处理工艺研究的热点和难点，也是钢渣真正由废物变为钢厂副产品、节能降耗的最佳途径。
4.5高温熔渣的直接产品化
利用熔渣的高温特性，在线进行“调质处理”，不仅可降低后续冷态渣游离氧化钙的含量，更可直接生产产品，如利用热态熔渣直接生产矿棉、岩棉或微晶玻璃等，从而将熔渣余热回收和高附加值利用有机结合了起来。
4.6热态熔渣冶金回用技术的开发
采用合适的处理工艺对热态熔渣调质预处理，除去硫、磷杂质之后，再重返冶炼过程，可有效回收熔渣显热和有价资源，在循环利用周期、保护环境、回收熔渣显热等方面具有固态渣二次利用无法比拟的优点，应成为钢铁企业未来节能减排的重点。（浅谈钢渣的处理与综合利用_石磊）
钢渣综合利用技术及发展方向
钢渣主要来源于:金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物及; 被侵蚀的炉衬及炉衬材料; 金属炉料带入的杂质, 如泥沙等; 为调整钢渣性质所加人的造渣材料, 如石灰石、铁矿石、萤石等。按炼钢工艺钢渣可分为平炉渣、转炉渣和电炉渣。由于转炉比平炉产量高、能耗低, 大多数钢铁厂已改为转炉, 但由于钢渣综合利用问题没有很好地解决, 钢渣堆场上仍然有大量的平炉渣及平炉与转炉的混合渣。
1、钢渣的理化性质
1、1钢渣的物理性质
由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大。碱度较低的钢渣呈黑灰色, 碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。渣块松散不粘结, 质地坚硬密实, 孔隙较少。渣佗和渣壳结晶细密, 界线分明, 尤其是渣壳, 断口整齐。自然冷却的渣块堆放一段时间后, 发生膨胀风化, 变成土块状和粉状。钢渣通常含水在3%~8%。
1.2钢渣的化学成份
随着钢品种、原料、冶炼工艺及堆放期限的不同, 钢渣的化学成份波动较大。大多情况下, 钢渣的主要化学成份为CaO 、P 2O 5、Al 2O 3、MgO 、Fe 2O 3、MnO 、f -CaO 等。转炉渣的化学成份较稳定, MgO 和Fe 2O 3含量低, 碱度高, 一般为
2.9~3.2,杂质含量少, 并随堆放期的延长f -CaO 含量降低。同时, 堆放的转炉渣发生自然膨胀风化, 形成不同粒径的钢渣颗粒, 当钢渣的粒径不同时, 其化学成份不同, 随着堆放期延长, 化学成份差异增大。
钢渣中游离的CaO 、MgO 含量较高, 因而稳定性差。此外, 钢渣中铁和锰的含量也比较高, 由于铁、锰离子具有较强的极化能力, 对氧有很大的亲和力, 因此, 氧离子能脱离正硅酸钙(锰) 四面体破坏正硅酸盐结构, 使四面体互相连接起来, 生成巨大而复杂的硅氧团, 从而降低其易磨性。
2、钢渣的处理
钢渣成分复杂、流动性差别大、性能不稳定、处理技术发展缓慢，主要为热态处理和冷态加工两个环节。前者是指高温熔渣处理成常温固态渣的过程，侧重于钢渣快速、清洁的处理；后者是指固态渣经破碎、磁选等工序，加工成不同粒度、不同金属含量的尾渣、渣粉、渣钢的过程，侧重于钢渣的资源化利用。在实际生产中，两个环节区分并不明显，一般采取适当的组合工艺，如对流动性较好的液态钢渣，采取(风淬/滚筒+磁选) 工艺；流动性较差的采取(热焖/水淬+破碎+磁选) 工艺。
2.1钢渣的热态处理
热态钢渣的处理工艺应考虑的原则：（1）安全可靠，处理能力大；（2）渣和金属分离度高，利于金属回收；（3）可有效消解f C a O 满足尾渣利用要求；（4）工艺简单，经济性好，无二次污染。
2.1.1浅盘法ISC 工艺
浅盘法亦即ISC 工艺(InstantaneousSlagChillProcess),为日本新日铁公司开发。流动性较好的渣通过渣罐运送至渣处理间, 再用120ｔ吊车把渣倒入渣盘中, 静置3～5min, 第一次喷水冷却, 喷水2min, 停3min, 如此重复4次, 耗水量约为0.33ｍ3/ｔ, 钢渣表面温度下降至500℃左右。然后将浅盘中凝固并破碎的钢渣倾倒在排渣车上, 运送到二次冷却站进行第二次喷水冷却, 喷水4min, 耗水量为0.08ｍ3/ｔ, 钢渣温度下降至200℃左右。再将钢渣倒入水池内进行第三次冷却, 冷却时间约30min, 耗水量0.04ｍ3/ｔ, 钢渣至此温度降至50～70℃ , 随后输送至粒铁回收线。
浅盘法工艺的优点为:
(1)用水强制快速冷却, 处理时间短, 每炉渣1.5～2.5ｈ即可处理结束, 处理能力大;
(2)整个过程采用喷水和水池浸泡, 减少了粉尘污染;
(3)经3次冷却后, 大大减少了渣中矿物组成、游离氧化钙和氧化镁等所造成的体积膨胀, 改改了渣的稳定性;
(4)处理后钢渣粒度小而均匀, 可减少后段破碎筛分加工工序;
(5)采用分段水冷处理, 蒸汽可自由扩散, 操作安全;
(6)整个处理工序紧凑, 采用遥控操作和监视系统, 劳动条件好。
浅盘法的缺点是钢渣要经过3次水冷, 蒸汽产生量较大, 对厂房和设备有腐蚀作用, 对起重机寿命有影响; 另外, 浅盘消耗量大, 运行成本高。
2.1.2热闷法
钢渣热闷罐法处理工艺为:当大块钢渣冷却到300～600℃时, 装入翻斗汽车运至闷罐车间, 倒入闷罐内, 盖上罐盖。在罐盖的下方安装有能自动旋转的喷水装置, 间断地向热渣喷水, 使罐内产生大量蒸汽, 与钢渣产生复杂的物理化学反应, 使钢渣产生淬裂。钢渣由于含有游离氧化钙, 遇水后会消解成氢氧化钙, 发生体积膨胀, 使钢渣崩解粉碎。钢渣在罐内经闷解后, 一般粉化效果都能达到60%～80%,然后用反铲挖掘机挖出, 进行后步处理。
该工艺的特点是:机械化程度较高, 劳动强度低; 由于采用湿法处理钢渣, 环境污染少, 还可以部分回收热能; 处理后, 钢、渣分离好, 可提高废钢回收率; 钢渣稳定性好。
2.1.3滚筒法
该工艺主要是将液态钢渣自转炉倒入渣罐后, 经渣罐车运输至渣处理场, 用吊车将渣罐运到滚筒装置的进渣流槽顶上, 并以一定速度倒入滚筒装置内, 液态钢渣在滚筒内同时完成冷却、固化、破碎及钢渣分离后, 经板式输送机排出到渣场, 此钢渣经卡车运输到粒铁分离车间进行粒铁分离后便可直接利用。经滚筒法处理后的钢渣游离氧化钙基本在4%以内, 其中小于2%的占45%;由于滚筒法渣处理可以省却与ISC 热泼法相匹配的粒铁回收车间以及如排渣车、水池等辅助设施, 大大节约基建投资。滚筒法实现了渣处理工艺的革命, 代表了渣处理生产技术的发展方向。
生产实践表明, 该装置具有流程短、投资少、环保、处理成本低以及钢渣稳定性好等优点。
2.2钢渣的冷态加工
由于各个钢厂排渣设备配置不同、钢渣性质各异，钢渣的冷态加工多是粗碎、破碎、磁选、风选等单项工艺的组合，如鞍钢对热焖处理后的钢渣，先通过“三
筛、二破、三磁选”粗选出40%的含铁物料，再经“球磨机湿磨、筛分分级、磁滑轮分选”的深度处理，选出品位大于90%粒径1.5~100mm的精块铁，作为废钢原料用于转炉生产，而湿磨后、筛分分级出的渣浆，再用螺旋分级机重选，水选出铁品位为55%、粒径小于1.5mm 的精铁粉用于烧结，其余尾渣用作建材原料。
莱钢的渣铁分离生产工艺可归纳为“三破七选四筛分”，使球磨料和尾渣质量大大提升，达到钢渣资源“吃干榨尽”和闭路循环。
白俄罗斯OP 公司针对钢渣粉的精细风选工艺, 可从粒度0~10mm粒化钢渣中回收0.8mm 以上金属颗粒(单纯采用磁选方法很难实现，因为钢渣中的细小非金属物料同样被磁铁吸附) ，分选后的尾渣粉用作水泥原料。
3、 影响钢渣综合利用的因素
3.1磨细能耗大。钢渣虽具有与硅酸盐水泥熟料类似的化学组成，但受其形成过程的影响，钢渣的化学成分、矿物组成波动大，尤其是其中大量的铁和含铁元素的化合物，磨细能耗大，活性低。
3.2体积不稳定。钢渣中f -CaO 和f -MgO 含量高，在常温下易与水(或水蒸气) 发生缓慢反应，导致体积分别膨胀97. 8%, 148%，陈化时间不足，用于建材行业会造成构筑物开裂，甚至整体建筑的损坏，因而制约了大规模的工程应用。
3.3杂质含量高，影响直接回用。钢渣中较高的硫或磷含量，影响了大宗冶炼回用。
3.4高温熔渣直接利用技术较少。熔渣热焓高、显热资源丰富，目前缺乏成熟的显热回收技术和设备，导致处理工艺后移，增加了冷态钢渣的处理成本和难度。
4、钢渣处理和利用的发展方向
4.1新型钢渣处理工艺的开发
现有的钢渣处理工艺，以水淬为主，处理流程长，耗水多，产生二次蒸汽难以利用，尤其是处理后的钢渣f -CaO 含量高，限制了后续利用途径。因此，开发短流程、清洁化、更节能、f -CaO 快速消解、可有效回收余热资源的新型处理工艺，势在必行。
4.2高效节能粉磨设备的开发
钢渣颗粒硬度较大，难以磨细，用立磨粉磨设备振动大、磨损严重，用传统的球磨机电耗大，生产成本高。法国机械设备集团公司（FCB ）生产的卧式辊磨（HOROMILL ）具有粉磨电耗低、设备运转稳定、性能可靠、操作方便、容易维护、研磨部件的使用寿命长等优点，但应用实绩并不多。因此，针对不同硬度、易磨性和细度，开发高效节能的粉磨设备，提高物料比表面积，促使其晶体结构及表面物化性质发生变化，使钢渣活性能得以充分发挥，对开创钢渣广泛应用的新局面，大有助益。
4.3钢渣稳定工艺的开发
国内相关企业一直致力于钢渣稳定工艺的研究开发，如德国的罐式钢渣加压热焖自解工艺、日本住友的自然陈化箱处理工艺，以及近来出现的高温熔渣改性处理等。因此，开发钢渣稳定化的工艺，是提高钢渣综合利用率、扩大资源化利用范围的必然要求。
4.4热态熔渣干式粒化技术的开发
针对当前钢渣粘度大、流动性差的特点，开发新型热态熔渣干式粒化技术，兼具回收余热、减少水资源消耗和后续产品综合利用的功能，是未来钢渣处理工艺研究的热点和难点，也是钢渣真正由废物变为钢厂副产品、节能降耗的最佳途径。
4.5高温熔渣的直接产品化
利用熔渣的高温特性，在线进行“调质处理”，不仅可降低后续冷态渣游离氧化钙的含量，更可直接生产产品，如利用热态熔渣直接生产矿棉、岩棉或微晶玻璃等，从而将熔渣余热回收和高附加值利用有机结合了起来。
4.6热态熔渣冶金回用技术的开发
采用合适的处理工艺对热态熔渣调质预处理，除去硫、磷杂质之后，再重返冶炼过程，可有效回收熔渣显热和有价资源，在循环利用周期、保护环境、回收熔渣显热等方面具有固态渣二次利用无法比拟的优点，应成为钢铁企业未来节能减排的重点。（浅谈钢渣的处理与综合利用_石磊）