几种钢渣处理工艺方法的对比分析

文 / 中冶京诚工程技术有限公司 张建国 徐永华

Comparative analysis of several kinds of steel slag treatment methods

冶金渣的有效利用，不仅可变废为宝带来一定的经济效益，而且还可有效地减少环境污染，改善生态环境。冶金渣不仅富含Ca、Si、Fe、Mg、P等有价元素，而且蕴含大量热能，是一种宝贵的次生资源。目前，冶金渣中的高炉铁渣利用较为成熟，利用率最高，可达近80%。早在2000年，我国就在引进、消化国外先进技术和装备的基础上自主创新、自行设计制造出国产立式辊磨，达到国际先进水平，并在国内推广应用。但目前我国钢渣利用仍处于起步阶段，利用率仅为22%。

钢渣是炼钢过程中为了去除钢中杂质而副产的物质。它包含脱硫、脱磷、脱氧产物及因之而加入的造渣剂，如石灰、萤石、脱氧剂等；金属料中带入的泥砂；铁水和废钢中的铝、硅、锰等氧化后形成的氧化物；作为冷却剂或氧化剂使用的铁矿石、氧化铁皮、含铁污泥等；炼钢过程中侵蚀下来的炉衬材料等。

钢渣处理是炼钢生产的一个重要工序，它不仅关系到炼钢生产的顺畅、炼钢能力的正常发挥，而且还关系到钢渣后续的综合利用，是钢铁行业发展循环经济的一个重要环节。本文就钢渣处理的工艺方法作一些分析对比。

一、钢渣的利用途径

钢渣的主要矿物组成为硅酸二钙、硅酸三钙、橄榄石、蔷薇辉石和二价金属。钢渣的主要化学成分为CaO、Si02、FeO、Fe203、AL203、MgO、P2O5等，其密度为 3.1～3.6g/cm3。一般钢渣的主要利用途径有以下几种：

1.作烧结熔剂

把钢渣加工成小于10mm钢渣粉，便可代替部分石灰石作烧结配料用。适量钢渣配入烧结矿中后，成了烧结矿的增强剂，显著提高烧结矿的质量和产量，有利于烧结造球并提高烧结速度，使烧结矿燃耗降低。

2.作高炉熔剂

将钢渣作为炼铁熔剂，不仅可以回收钢渣中的Fe，而且可以把CaO、Mgo等作为助熔剂，从而节省大量石灰石、白云石资源。钢渣中的Ca、Mg等均以氧化物形式存在，不需要经过碳酸盐的分解过程，可以节省大量热能。

3.生产水泥或代替部分建筑材料

由于钢渣中含有与水泥相类似的硅酸二钙、硅酸三钙及铁铝酸盐等活性矿物，具有水硬胶凝性，可作为生产无熟料水泥或少熟料水泥的原料，也可作水泥掺和料，还可利用钢渣作原料生产钢渣砖。

4.在环境工程方面的应用

由于钢渣具有一定的碱性和较大的比表面积，因此可考虑用于吸附处理废水，钢渣还可用于处理含磷废水及含其他重金属废水。

5.在农业上的应用

钢渣富含磷、钙、硅等元素，由于钢渣在冶炼过程中经高温煅烧，其溶解度已大大改变，所含有益成分易溶量大，容易被植物吸收，可以用于生产磷肥。CaO、MgO含量高的钢渣磨细后，可作为酸性土壤改良剂，并且利用了钢渣中的各种微量元素，用于农业生产中，可增强农作物的抗病虫害的能力。

二、钢渣处理的工艺方法及优缺点比较

钢渣处理的目的是使钢渣尽快粉化，使废金属料与渣分离，降低钢渣中的游离氧化钙(Ca0)，以便尽可能多地回收钢渣中的金属料，提高尾渣的综合利用率。目前国内使用的钢渣处理方法主要有以下几种。

1.冷弃法

钢渣从炼钢炉进人渣罐后，直接运至渣山堆场，然后打水加速钢渣淬化。

优点：设备及投资少，主要投资包括运输和装载车辆、渣场土建等，年产60万吨钢渣规模的钢厂渣场占地要l00多亩。

缺点: (1)渣场占地面积大；(2)处理后的钢渣块度大，而且渣钢粘的渣比较多；(3)尾渣综合利用不大方便；(4)陈化时间长，通常要陈化一个月以上。

2.热泼法

热泼渣法是将液态渣直接泼到渣坑，利用钢渣余热，经喷水冷却后，在热胀冷缩和游离氧化钙水解膨胀作用下，促使钢渣破裂、自解粉化。

优点: (1) 技术成熟，生产线流程简单，运行成本低；(2) 设备及投资较少，年处理60万吨钢渣的投资约3000万元，占地30～40亩；(3) 处理后的钢渣比冷弃法块度小，便于金属料回收；(4)钢渣游离氧化钙含量较低，有利于钢渣综合利用。

缺点: (1) 产生的蒸汽对车间环境影响较大，对厂房和设备寿命有一定影响；(2) 渣块比较大，钢渣的综合利用还比较困难。这种方法在国内钢厂应用较多。武钢、鞍钢、梅钢、新钢炼钢厂等厂均采用该方法。

某钢厂的钢渣热泼法处理现场

3.浅盘法

浅盘法是将流动性好的液态渣倒入浅盘中，静置几分钟后，第一次喷水冷却，间隔几分钟后再次喷水冷却，如此重复4次，使钢渣表面温度冷却到500℃左右，钢渣在渣盘中凝固并破裂，然后倾翻到排渣车上，运往二次冷却站，再进行喷水冷却，待温度降到200℃左右时将钢渣倒入水池中，30分钟后，钢渣温度接近室温，再用皮带机送到磁选机回收利用。

优点：(1) 用水强制快速冷却，处理时间短，生产能力大；(2) 处理过程粉尘少；(3) 钢渣粒度小，可减少破碎、筛分的工作量，便于金属料回收；(4) 钢渣游离氧化钙含量较低，改善了钢渣的稳定性，有利于综合利用。

缺点：(1) 厂房要求大，设备投资比热泼法高；(2) 蒸汽量较多，对厂房和设备寿命有一定影响；(3) 操作工艺比较复杂；(4) 对钢渣的流动性有一定要求，粘度高、流动性差的钢渣不能用该方法处理。

4.水淬法

液态钢渣装入底部带孔的渣罐后，送至水淬池，打开渣孔，流出的钢渣与从多孔喷出的高压水束相遇，钢渣被水束击碎，与水一起落入渣池并冷却，然后用抓斗抓出，运往渣场脱水、利用。

优点：(1) 处理流程短，投资较少；(2) 所需厂房面积小、占地少；(3) 处理后的钢渣块度小，便于磁选和回收利用。

缺点：(1) 钢渣从罐底孔流出的流量很难控制，操作难度大；(2) 打开堵流渣口操作困难，劳动强度大，环境条件差；(3) 钢渣中如果带有钢水时容易发生爆炸等安全事故；(4) 人工堵流渣口操作时危险性大；(5) 粘度高、流动性差的钢渣不能采用此方法，钢渣处理率低。

5.风淬法

风淬法装置由气体调控系统，粒化器，中间包，支承及液压倾翻机构，主体除尘水幕，水池等设备组成。装满液渣的渣盆由行车吊放到倾翻支架上，将渣液逐渐倒入中间包后，依靠重力作用，经出渣口从中间包、流渣槽流到粒化器前方，被粒化器内喷出的高速气流击碎，加上表面张力的作用，使击碎的液渣滴收缩凝固成直径为2mm左右的球形颗粒，撤落在水池中。

优点：安全可靠，工艺简单，投资少，处理能力较大，一次粒化彻底，用水量少等。

缺点：对钢渣的流动性有很大要求，由于钢渣碱度大，粘度高，一般能够风淬处理的钢渣不超过总钢渣的50%，其它钢渣要使用别的方法处理。

6.闷罐法

闷罐法是把转炉出来的钢渣倒在渣坑中，待钢渣温度冷却到600℃左右时装入闷罐中，通过控制向闷罐中喷洒的水量和喷水时间使钢渣在闷罐内高温淬化、冷却。罐内水和钢渣产生复杂的温差冲击效应、物理化学反应，使钢渣淬裂。目前国内使用此方法的钢厂比较多。

优点：(1) 钢渣粉化效果较好，废钢与渣分离好，易于回收金属料；(2) 游离氧化钙含量比较低，钢渣膨胀性小，性质稳定，有利于尾渣的综合利用；(3) 机械化程度高，劳动强度低；(4)粉尘少，蒸汽可以回收，环境污染小；(5) 运行费用适中，吨渣为25元左右。

缺点：(1)不能直接处理高温渣，生产周期较长；(2)设备、厂房等投资大，年处理60万吨钢渣的投资约5000万元，占地40亩左右；(3)由于对进人闷罐的钢渣温度范围有较高要求，所以对多炉钢渣组批进人闷罐操作不大方便。

7.滚筒法

滚筒法是宝钢从俄罗斯购买技术并研发成功的。该法是将液态钢渣直接倒入运转的滚筒中，滚筒中有钢球，通过控制水量，钢渣在滚筒中热化、粉化、研磨、冷却，然后用板式输送机从滚筒排到渣场。该方法技术含量比较高。

宝钢滚筒法钢渣处理现场

优点：(1) 钢渣粒度细小，小于10 毫米占到90%左右，废钢、渣分离完全，回收废钢非常有利；(2) 游离氧化钙低，对于钢渣综合利用非常有利；(3) 生产流程短、占少生产效率高，处理单罐20吨的钢渣时间不到10 分钟；(4) 粉尘少，蒸汽通过烟囱外排，环保性能好；(5) 自动化程度高，劳动强度低。

缺点：(1) 设备复杂，维修难度大；(2) 要求钢渣流动性好，固态渣和流动性差的渣不能处理；(3) 运行费用较高，吨渣约为45元左右。

8.嘉恒法

嘉恒法又称粒化轮法，起源于俄罗斯的“图拉法”，结合炼钢工艺及钢渣的特点研制开发而成。其原理是液态钢渣倒人渣槽，均匀流人粒化器，被高速旋转的粒化轮破碎，沿切线方向抛出，同时受高压水射流冷却和水淬，落入水箱，通过皮带机送至渣场。

优点：(1) 处理后的钢渣粒小于10毫米，钢粒、渣分离彻底，对回收钢粒非常方便；(2) 钢渣粒度细小，不需要再次破碎，而且游离氧化钙含量较低，对于钢渣综合利用非常有利；(3) 投资少、占地少、工艺简单，该主体装置仅需要120m2的厂房；(4) 粉尘少、蒸汽通过烟囱排放，环保性能好；(5) 劳动强度低，运行成本低，吨渣约为20元左右；(6) 安全性高。

缺点：(1) 该方法是近几年开发的，可靠性和稳定性还需要进一步考证；(2) 对钢渣流动性要求高，固态渣和流动性差的渣不能处理；(3) 金属料损失大，由于粒化过程把废钢也变成了小颗粒，高温下氧化严重，而且大中粒级废钢变成了小粒钢，金属料回收率较低。

三、结束语

目前，国内使用的钢渣处理方法各有优缺点，建议两种技术组合应用，取长补短。各钢厂应该根据自身条件和具体情况并应该围绕钢渣利用途径，进行处理工艺的选择，选择何种处理工艺，首先应了解自身钢渣的性质，包括成分及钢渣粘度随温度降低，流动性变差的特性，同时评价处理工艺的处理效率、安全性及可靠性。另外，从钢渣综合利用途径、节能和环境保护、投资这几方面综合考虑，在满足炼钢工艺顺利进行的前提下，结合考虑液态钢渣的黏度和流动性，选择相对合理的处理工艺，达到渣钢的有效分离，尽量保持钢渣的活性，降低钢渣的不稳定性，使产品能达到100%利用，实现钢渣“零排放”。

钢渣处理技术应朝着使钢渣颗粒化、游离氧化钙消解粉化、废钢与渣分离效果好等方向发展，尽可能多地回收金属料，努力使尾渣综合利用率达到100%，使钢渣产生的经济效益和环保效益最大化。