转炉渣的资源化利用
摘要：开展钢渣资源化利用，对于减少钢渣弃埋用地和防止环境污染，增加钢铁企业利润，促进我国钢铁工业的持续高速发展具有重要意义。通过对国内钢渣资源化综合利用的现状分析，将其与国外相比较，从而确定我国钢铁企业，在钢渣资源化利用方面，应该努力发展的方向。
关键词：钢渣；资源化；环保
Abstract : the utilization of steel slag is carried out for reducing the buried steel slag abandoned land and prevent environmental pollution, increase profits, iron and steel enterprises to promote the sustained and rapid development of China's iron and steel industry is of great significance. Through analyzing the present situation of the domestic resource comprehensive utilization of steel slag, compared with the abroad, to determine the iron and steel enterprises in our country, in the use of steel slag utilization, should strive to the direction of development.
Keywords : steel slag; Resource; Environmental protection
长期以来，钢渣被认为是炼钢过程中产生的废渣，其数量约为钢产量的15%~20%。随着我国粗钢产量不断提高，产渣量也在不断增加。然而，据资料统计，我国钢渣有效利用率仅10%左右，大部分钢渣作为废物抛弃，占用良田，污染环境。历年来我国累积钢渣堆弃量已达2亿多吨，侵占农田1400公顷以上。这与国际上的钢渣利用水平差距很大，比如，美国的钢渣利用率已超过98%。因此，钢渣的利用是我国钢铁企业的一项紧迫的环保课题。
对钢渣的利用，已经有关于用钢渣制备微晶玻璃的报道，也有用钢渣作为路基或碎石的替代品以及制作农业化肥的报道。然而，实际上，钢渣中含有10%左右的金属Fe ，还含有氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等钢铁生产的有用成分，所以在钢铁企业内部实现对钢渣的充分利用就有很大的潜力可挖。美国对钢渣的利用，主要用于配入烧结和高炉等再利用（每年达1000多万吨），占全部钢渣利用的60%。
一 钢渣概述 钢渣主要由钙、 铁、 硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒，钢渣中也稍含有这些成分。钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。
钢渣为熟料，是重熔相，熔化温度低。重新熔化时，液相形成早，流动性好。钢渣作为二次资源综合利用有两个主要途径，一个是作为冶炼溶剂在本厂循环利用，不但可以代替石灰石，且可以从中回收大量的金属铁和其他有用元素；另一个是作为制造筑路材料、建筑材料或农业肥料的原材料。
二钢渣的来源目的及处理方法
1钢渣的成分 (1)钢铁料中的Si 、Mn 、P 、Fe 等元素的氧化产物；
(2) 冶炼过程中加入的造渣材料；
(3) 冶炼过程中被侵蚀的炉衬耐火材料；
(4)固体料带入的泥沙。
2 排渣目的 (1)去除钢中的有害元素P 、S ；
(2)炼钢熔渣覆盖在钢液表面，保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减少有益元素烧损；
(3)吸收上浮的夹杂物及反应产物；
(4)保证碳氧反应顺利进行；
(5)可以减少炉衬蚀损。
基于上文所述钢渣所拥有的物化性质及其形成与来源，国内外有很多对钢渣综合利用或处理的方法。
3 处理方法 20世纪初期即开始研究钢渣的利用，但由于它的成分波动较大，迟迟未能实际应用。70年代初，美国首先把每年排放的1700万吨钢渣全部利用起来。目前，德意志联邦共和国，钢渣绝大部分已得到利用。英国、法国的钢渣利用率为60%左右, 日本为50%左右, 中国为10%左右。
世界许多国家处理钢渣的通行方法是热泼法，即将液体钢渣泼入专门的处理场, 渣层厚度在30厘米以下, 喷淋适量的水促其冷却，然后进行破碎、筛分、磁选，以回收其中金属，渣块则进行综合利用。美国伯利恒钢铁公司和中国一些钢厂都采用水力冲渣法使电炉渣、平炉前期渣实现粒化。冲水水压为2.5～8千克力/厘米2, 渣和水之比为1比10以上。此法工艺简单, 得到的钢渣粒度大多在1厘米以下, 便于利用。但用水量大，须解决水的处理和循环利用问题。
利用途径
钢渣的利用途径大致可分为内循环和外循环， 内循环指钢渣在钢铁企业内部利用，作为烧结料的原料和炼钢的返回料。钢渣的外循环主要是指用于建筑建材行业。
1）钢渣的内循环利用
钢渣返烧结主要是利用钢渣中的残钢、氧化铁、氧化镁、氧化钙、氧化锰等有益成分，而且可以作为烧结矿的增强剂，因为它本身是熟料，且含有一定数量的铁酸钙，对烧结矿的强度有一定的改善作用，另外转炉渣中的钙、镁均以固溶体形式存在，代替溶剂后，可降低溶剂(石灰石、白云石、菱镁石) 消耗，使烧结过程碳酸盐分解热减少，降低烧结固体燃料消耗。
钢渣在钢铁企业内部循环历来受到重视和普遍采用，配加转炉渣的烧结矿可改善高炉的流动性，增加铁的还原产量。但是配矿工艺对返烧结有影响，过度使用会造成Ｐ等有害元素的富集；配加转炉渣的烧结矿品位、碱度有所降低。研究表明，当高炉炉料使用100%自熔性球团矿时，5%转炉渣作为溶剂加入会引起高炉运行不畅，原因是明显影响球团矿的软熔特性，增大软熔温度间隔，使炉渣粘性有增大趋势。另外钢渣的成分波动较大，烧结配矿时要求钢渣各种氧化物成分波动≤±2%，粒度要求一般小于3ｍｍ，钢渣在成分上很难满足要求，对钢渣破碎和筛分的要求也高。
。
2）钢渣的外循环利用
钢渣的外循环主要是建筑建材行业，钢渣在此行业中利用受制约的主要因素是钢渣的体积不稳定性。
钢渣的用途因成分而异。美国每年以排渣量的2/3作为炼铁熔剂, 直接加入高炉或加入烧结矿，在钢铁厂内部循环使用。钢渣的成分中，除硅无用和磷有害外，钙、铁、镁和锰（共占钢渣总量的80%）都得到利用。但硫、磷含量较高的钢渣作为熔剂，会使高炉炼铁的利用系数降低，焦比增加。法国、德意志联邦共和国、加拿大等国都把这类钢渣用作铁路道碴和道路材料。做法是先将加工后的钢渣存放3～6个月，待体积稳定以后使用。这类钢渣广泛用于道路路基的垫层、结构层，尤宜用作沥青拌合料的骨料铺筑路面层。
下面具体介绍钢渣处理的各个方向及其处理技术。
（1）生产水泥
钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙和硅酸三钙。高碱度转炉钢渣中两者含量在50％以上，中、低碱度的钢渣中主要为硅酸二钙。钢渣的生成温度在1 560℃以上。而硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1 400℃左右。钢渣的生成温度高。结晶致密，晶粒较大。水化速度缓慢。因此可以将钢渣称为过烧硅酸盐水泥熟料。以钢渣为主要成分。加入一定量的其他掺合料和适量石膏，经磨细而制成的水硬性胶凝材料．称为钢渣水泥。导电混凝土的导电性和潜在的机敏眭，使其具有非常广泛的用途。
（2）钢渣用于路基垫层
钢渣在路基上能否得到广泛使用, 决定于钢渣是否符合道路工程的各项使用要求, 钢渣在路基垫层中应用, 其粒度应控制在60mm 以下, 自然堆放或稍加喷淋3 个月以上其粒度基本符合要求 , 钢渣中游离CaO 随着钢渣龄期的增长而明显减少, 3 个月后基本稳定在
（3）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Fe 。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100～300mm ，可从中回收6．4％的金属Fe ，破碎到80～lOOmm ，可回收7．6％的金属Fe ，破碎到25—75ram ，回收的金属Fe 量达15％。国内外从很早就开始从钢渣中回收废钢铁。
（4）作烧结熔剂
烧结矿中配加钢渣代替熔剂，不仅回收利用了钢渣中的残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，而且可以提高了烧结矿的产量。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。
（5）作高炉溶剂
钢渣做高炉熔剂的主要优点有：回收利用了渣中大量的金属铁。利用1t 钢渣，可大量节省烧结矿用量和石灰石用量。可提高高炉的脱硫能力。钢渣使高炉的流动性和稳定性变好，提高料柱的透气性。即使炉料顺行又提高了炉渣的脱硫能力。高炉配用钢渣量，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。经济效益提高。
（6）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士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。
（7）农业方面的应用
钢渣中含有P ，Si ，Ca ，Mg 等有利用价值的元素，可以起到不同程度的肥效作用，因此可以用作生产钢渣磷肥、钢渣硅肥、酸性土壤改良剂以及钙镁磷肥等。钢渣磷肥是由含磷生铁用托马斯法炼钢时所生成的碱性炉渣经轧碎、磨细而得，主要有效成分是磷酸四钙和硅酸钙的固溶体，并含有镁、铁、锰等元素，适用于酸性土壤，可作基肥。钢渣硅肥中含有较多的可被植物吸收的活性硅，施用具有极好的效果，主要用于水稻、小麦、玉米等喜硅作物，尤以水稻对硅最敏感。钢渣中含有较高的CaO 和MgO ，因而具有很好的改良酸性土壤和补充钙镁营养元素的作用。
三 结论
钢渣的资源化利用对于减少弃埋用地、防止环境污染以及促进我国钢铁工业的持续高速发展具有重要意义．目前的冶金渣资源化利用主要集中在矿渣水泥生产、冶金返回料利用以及道路和建筑用材料等方面，所生产制品的附加值较低，而且冶金渣的物理化学潜热没有得到充分利用．未来冶金渣高效资源化利用的发展方向在于开发附加值较高的产品．在水泥生产过程中，使用激发活性冶金渣以及利用脱硅渣生产缓释性钾肥是未来冶金渣高效资源化利用的重要发展方向．
四 参考文献
1 杨智觅．钢铁冶金渣在农业上的应用[J]．再生资源研究，1 999(2)：29—30．
2 树振．钢渣在炼钢领域中的应用[J]．炼钢，1998(6)：54—59．
3 杨华明，张广业．钢渣资源化的现状与前景[J]矿产综合利用。1 999(3)：35—37．
转炉渣的资源化利用
摘要：开展钢渣资源化利用，对于减少钢渣弃埋用地和防止环境污染，增加钢铁企业利润，促进我国钢铁工业的持续高速发展具有重要意义。通过对国内钢渣资源化综合利用的现状分析，将其与国外相比较，从而确定我国钢铁企业，在钢渣资源化利用方面，应该努力发展的方向。
关键词：钢渣；资源化；环保
Abstract : the utilization of steel slag is carried out for reducing the buried steel slag abandoned land and prevent environmental pollution, increase profits, iron and steel enterprises to promote the sustained and rapid development of China's iron and steel industry is of great significance. Through analyzing the present situation of the domestic resource comprehensive utilization of steel slag, compared with the abroad, to determine the iron and steel enterprises in our country, in the use of steel slag utilization, should strive to the direction of development.
Keywords : steel slag; Resource; Environmental protection
长期以来，钢渣被认为是炼钢过程中产生的废渣，其数量约为钢产量的15%~20%。随着我国粗钢产量不断提高，产渣量也在不断增加。然而，据资料统计，我国钢渣有效利用率仅10%左右，大部分钢渣作为废物抛弃，占用良田，污染环境。历年来我国累积钢渣堆弃量已达2亿多吨，侵占农田1400公顷以上。这与国际上的钢渣利用水平差距很大，比如，美国的钢渣利用率已超过98%。因此，钢渣的利用是我国钢铁企业的一项紧迫的环保课题。
对钢渣的利用，已经有关于用钢渣制备微晶玻璃的报道，也有用钢渣作为路基或碎石的替代品以及制作农业化肥的报道。然而，实际上，钢渣中含有10%左右的金属Fe ，还含有氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等钢铁生产的有用成分，所以在钢铁企业内部实现对钢渣的充分利用就有很大的潜力可挖。美国对钢渣的利用，主要用于配入烧结和高炉等再利用（每年达1000多万吨），占全部钢渣利用的60%。
一 钢渣概述 钢渣主要由钙、 铁、 硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒，钢渣中也稍含有这些成分。钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。
钢渣为熟料，是重熔相，熔化温度低。重新熔化时，液相形成早，流动性好。钢渣作为二次资源综合利用有两个主要途径，一个是作为冶炼溶剂在本厂循环利用，不但可以代替石灰石，且可以从中回收大量的金属铁和其他有用元素；另一个是作为制造筑路材料、建筑材料或农业肥料的原材料。
二钢渣的来源目的及处理方法
1钢渣的成分 (1)钢铁料中的Si 、Mn 、P 、Fe 等元素的氧化产物；
(2) 冶炼过程中加入的造渣材料；
(3) 冶炼过程中被侵蚀的炉衬耐火材料；
(4)固体料带入的泥沙。
2 排渣目的 (1)去除钢中的有害元素P 、S ；
(2)炼钢熔渣覆盖在钢液表面，保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减少有益元素烧损；
(3)吸收上浮的夹杂物及反应产物；
(4)保证碳氧反应顺利进行；
(5)可以减少炉衬蚀损。
基于上文所述钢渣所拥有的物化性质及其形成与来源，国内外有很多对钢渣综合利用或处理的方法。
3 处理方法 20世纪初期即开始研究钢渣的利用，但由于它的成分波动较大，迟迟未能实际应用。70年代初，美国首先把每年排放的1700万吨钢渣全部利用起来。目前，德意志联邦共和国，钢渣绝大部分已得到利用。英国、法国的钢渣利用率为60%左右, 日本为50%左右, 中国为10%左右。
世界许多国家处理钢渣的通行方法是热泼法，即将液体钢渣泼入专门的处理场, 渣层厚度在30厘米以下, 喷淋适量的水促其冷却，然后进行破碎、筛分、磁选，以回收其中金属，渣块则进行综合利用。美国伯利恒钢铁公司和中国一些钢厂都采用水力冲渣法使电炉渣、平炉前期渣实现粒化。冲水水压为2.5～8千克力/厘米2, 渣和水之比为1比10以上。此法工艺简单, 得到的钢渣粒度大多在1厘米以下, 便于利用。但用水量大，须解决水的处理和循环利用问题。
利用途径
钢渣的利用途径大致可分为内循环和外循环， 内循环指钢渣在钢铁企业内部利用，作为烧结料的原料和炼钢的返回料。钢渣的外循环主要是指用于建筑建材行业。
1）钢渣的内循环利用
钢渣返烧结主要是利用钢渣中的残钢、氧化铁、氧化镁、氧化钙、氧化锰等有益成分，而且可以作为烧结矿的增强剂，因为它本身是熟料，且含有一定数量的铁酸钙，对烧结矿的强度有一定的改善作用，另外转炉渣中的钙、镁均以固溶体形式存在，代替溶剂后，可降低溶剂(石灰石、白云石、菱镁石) 消耗，使烧结过程碳酸盐分解热减少，降低烧结固体燃料消耗。
钢渣在钢铁企业内部循环历来受到重视和普遍采用，配加转炉渣的烧结矿可改善高炉的流动性，增加铁的还原产量。但是配矿工艺对返烧结有影响，过度使用会造成Ｐ等有害元素的富集；配加转炉渣的烧结矿品位、碱度有所降低。研究表明，当高炉炉料使用100%自熔性球团矿时，5%转炉渣作为溶剂加入会引起高炉运行不畅，原因是明显影响球团矿的软熔特性，增大软熔温度间隔，使炉渣粘性有增大趋势。另外钢渣的成分波动较大，烧结配矿时要求钢渣各种氧化物成分波动≤±2%，粒度要求一般小于3ｍｍ，钢渣在成分上很难满足要求，对钢渣破碎和筛分的要求也高。
。
2）钢渣的外循环利用
钢渣的外循环主要是建筑建材行业，钢渣在此行业中利用受制约的主要因素是钢渣的体积不稳定性。
钢渣的用途因成分而异。美国每年以排渣量的2/3作为炼铁熔剂, 直接加入高炉或加入烧结矿，在钢铁厂内部循环使用。钢渣的成分中，除硅无用和磷有害外，钙、铁、镁和锰（共占钢渣总量的80%）都得到利用。但硫、磷含量较高的钢渣作为熔剂，会使高炉炼铁的利用系数降低，焦比增加。法国、德意志联邦共和国、加拿大等国都把这类钢渣用作铁路道碴和道路材料。做法是先将加工后的钢渣存放3～6个月，待体积稳定以后使用。这类钢渣广泛用于道路路基的垫层、结构层，尤宜用作沥青拌合料的骨料铺筑路面层。
下面具体介绍钢渣处理的各个方向及其处理技术。
（1）生产水泥
钢渣中含有与硅酸盐水泥熟料相似的硅酸二钙和硅酸三钙。高碱度转炉钢渣中两者含量在50％以上，中、低碱度的钢渣中主要为硅酸二钙。钢渣的生成温度在1 560℃以上。而硅酸盐水泥熟料的烧成温度在1 400℃左右。钢渣的生成温度高。结晶致密，晶粒较大。水化速度缓慢。因此可以将钢渣称为过烧硅酸盐水泥熟料。以钢渣为主要成分。加入一定量的其他掺合料和适量石膏，经磨细而制成的水硬性胶凝材料．称为钢渣水泥。导电混凝土的导电性和潜在的机敏眭，使其具有非常广泛的用途。
（2）钢渣用于路基垫层
钢渣在路基上能否得到广泛使用, 决定于钢渣是否符合道路工程的各项使用要求, 钢渣在路基垫层中应用, 其粒度应控制在60mm 以下, 自然堆放或稍加喷淋3 个月以上其粒度基本符合要求 , 钢渣中游离CaO 随着钢渣龄期的增长而明显减少, 3 个月后基本稳定在
（3）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Fe 。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100～300mm ，可从中回收6．4％的金属Fe ，破碎到80～lOOmm ，可回收7．6％的金属Fe ，破碎到25—75ram ，回收的金属Fe 量达15％。国内外从很早就开始从钢渣中回收废钢铁。
（4）作烧结熔剂
烧结矿中配加钢渣代替熔剂，不仅回收利用了钢渣中的残钢、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰等有益成分，而且可以提高了烧结矿的产量。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。
（5）作高炉溶剂
钢渣做高炉熔剂的主要优点有：回收利用了渣中大量的金属铁。利用1t 钢渣，可大量节省烧结矿用量和石灰石用量。可提高高炉的脱硫能力。钢渣使高炉的流动性和稳定性变好，提高料柱的透气性。即使炉料顺行又提高了炉渣的脱硫能力。高炉配用钢渣量，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。经济效益提高。
（6）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士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。
（7）农业方面的应用
钢渣中含有P ，Si ，Ca ，Mg 等有利用价值的元素，可以起到不同程度的肥效作用，因此可以用作生产钢渣磷肥、钢渣硅肥、酸性土壤改良剂以及钙镁磷肥等。钢渣磷肥是由含磷生铁用托马斯法炼钢时所生成的碱性炉渣经轧碎、磨细而得，主要有效成分是磷酸四钙和硅酸钙的固溶体，并含有镁、铁、锰等元素，适用于酸性土壤，可作基肥。钢渣硅肥中含有较多的可被植物吸收的活性硅，施用具有极好的效果，主要用于水稻、小麦、玉米等喜硅作物，尤以水稻对硅最敏感。钢渣中含有较高的CaO 和MgO ，因而具有很好的改良酸性土壤和补充钙镁营养元素的作用。
三 结论
钢渣的资源化利用对于减少弃埋用地、防止环境污染以及促进我国钢铁工业的持续高速发展具有重要意义．目前的冶金渣资源化利用主要集中在矿渣水泥生产、冶金返回料利用以及道路和建筑用材料等方面，所生产制品的附加值较低，而且冶金渣的物理化学潜热没有得到充分利用．未来冶金渣高效资源化利用的发展方向在于开发附加值较高的产品．在水泥生产过程中，使用激发活性冶金渣以及利用脱硅渣生产缓释性钾肥是未来冶金渣高效资源化利用的重要发展方向．
四 参考文献
1 杨智觅．钢铁冶金渣在农业上的应用[J]．再生资源研究，1 999(2)：29—30．
2 树振．钢渣在炼钢领域中的应用[J]．炼钢，1998(6)：54—59．
3 杨华明，张广业．钢渣资源化的现状与前景[J]矿产综合利用。1 999(3)：35—37．