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建筑工程項(xiàng)目管理軟件

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鋼渣綜合利用途徑及處理工藝的選擇

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鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),在國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形勢(shì)下,鋼鐵工業(yè)也呈現(xiàn)出跳躍式發(fā)展的態(tài)勢(shì),鋼產(chǎn)量近幾年不斷提高,鋼渣作為煉鋼工藝流程的衍生物隨著鋼產(chǎn)量的提高年產(chǎn)量不斷遞增。據(jù)最新資料統(tǒng)計(jì),2004年我國鋼渣的產(chǎn)生量為3819萬t,鋼渣利用率僅為10%左右,該數(shù)據(jù)顯示鋼渣利用率很低,距離鋼鐵企業(yè)固體廢棄物“零”排放的目標(biāo)尚遠(yuǎn)。積極開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)有效的處理技術(shù)和資源化利用新技術(shù),提高其利用率和附加值,是鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要課題之一。 鋼渣利用途徑和制約鋼渣利用率的因素  

鋼渣的利用途徑大致可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán), 內(nèi)循環(huán)指鋼渣在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部利用,作為燒結(jié)礦的原料和煉鋼的返回料。鋼渣的外循環(huán)主要是指用于建筑建材行業(yè)。

1 鋼渣的內(nèi)循環(huán)利用  

鋼渣返燒結(jié)主要是利用鋼渣中的殘鋼、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣、氧化錳等有益成分,而且可以作為燒結(jié)礦的增強(qiáng)劑,因?yàn)樗旧硎鞘炝希液幸欢〝?shù)量的鐵酸鈣,對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度有一定的改善作用,另外轉(zhuǎn)爐渣中的鈣、鎂均以固溶體形式存在,代替溶劑后,可降低溶劑(石灰石、白云石、菱鎂石)消耗,使燒結(jié)過程碳酸鹽分解熱減少,降低燒結(jié)固體燃料消耗。

鋼渣在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部循環(huán)歷來受到重視和普遍采用,配加轉(zhuǎn)爐渣的燒結(jié)礦可改善高爐的流動(dòng)性,增加鐵的還原產(chǎn)量。但是配礦工藝對(duì)返燒結(jié)有影響,過度使用會(huì)造成P等有害元素的富集;配加轉(zhuǎn)爐渣的燒結(jié)礦品位、堿度有所降低。研究表明,當(dāng)高爐爐料使用100%自熔性球團(tuán)礦時(shí),5%轉(zhuǎn)爐渣作為溶劑加入會(huì)引起高爐運(yùn)行不暢,原因是明顯影響球團(tuán)礦的軟熔特性,增大軟熔溫度間隔,使?fàn)t渣粘性有增大趨勢(shì)。另外鋼渣的成分波動(dòng)較大,燒結(jié)配礦時(shí)要求鋼渣各種氧化物成分波動(dòng)≤±2%,粒度要求一般小于3mm,鋼渣在成分上很難滿足要求,對(duì)鋼渣破碎和篩分的要求也高。

由于這些不利因素存在,尤其是各大鋼鐵公司普遍采用富礦冶煉,推行精料入爐方針,同時(shí)要求煉鋼和煉鋼工序的能耗和材料消耗指標(biāo)不斷降低,致使返回?zé)Y(jié)利用的鋼渣量越來越低。目前馬鋼混勻燒結(jié)礦中只加入1%左右,而且是間斷式配加。

2 鋼渣的外循環(huán)利用  

鋼渣的外循環(huán)主要是建筑建材行業(yè),鋼渣在此行業(yè)中利用受制約的主要因素是鋼渣的體積不穩(wěn)定性,鋼渣不同于高爐渣的地方是鋼渣中存在f CaO、f MgO,它們?cè)诟哂谒嗍炝蠠蓽囟认滦纬?,結(jié)構(gòu)致密,水化很慢,f CaO遇水后水化形成Ca(OH)2,體積膨脹98%,f MgO遇水后水化形成Mg(OH)2,體積膨脹148%,容易在硬化的水泥漿體中發(fā)生膨脹,導(dǎo)致?lián)接袖撛?strong class="keylink">混凝土工程、道路、建材制品開裂,因此鋼渣在利用之前必須采取有效的處理,使f CaO、f MgO充分消解才能使用。鋼渣在建筑建材行業(yè)有以下幾種利用途徑。

——做水泥生料  

鋼渣中CaO、MgO、FeO、Fe2O3含量之和能達(dá)到70%,這些成分對(duì)水泥都是有用的,鋼渣做水泥生料主要作用是做水泥的鐵質(zhì)校正劑,目前生料中配加量為3%~5%,工藝比較成熟。水泥工藝中煅燒1t石灰石產(chǎn)生440kgCO2,需500kcal熱量,煅燒1t熟料需230kg優(yōu)質(zhì)煤。水泥生料配放鋼渣可以節(jié)約石灰石和煤,但其仍需煅燒的特征未從根本上消除對(duì)能源環(huán)保方面的負(fù)作用,而且鋼渣的全鐵含量在15%~28%之間,含鐵量偏低,水泥生產(chǎn)企業(yè)在計(jì)算成本時(shí),比較傾向于選擇其他含鐵量達(dá)到40%以上的廢渣。

——做鋼渣水泥原料和復(fù)合硅酸鹽水泥的混合材  

根據(jù)對(duì)鋼渣的巖相檢定和X射線檢定,鋼渣之所以具有水硬膠凝性主要是含有水泥熟料中的一些礦物,C3S、C2S和鐵鋁酸鹽,這些礦物都具有膠凝性,但其含量比水泥熟料少,慢冷的鋼渣晶體發(fā)育較大,比較完整,活性較低,因而水化速度和膠凝能力都比熟料小。

目前的鋼渣水泥品種有無熟料鋼渣礦渣水泥、少熟料鋼渣礦渣水泥、鋼渣沸石水泥、鋼渣礦渣硅酸鹽水泥和鋼渣硅酸鹽水泥,它們都有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),摻量在20%~50%之間。鋼渣水泥具有水化熱低、耐磨、抗凍、耐腐蝕、后期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。但是鋼渣水泥的實(shí)際應(yīng)用情況并不是很好,主要原因是鋼渣的成分波動(dòng)大,常隨煉鋼品種、原料來源和操作管理制度而變化,易引起水泥質(zhì)量的波動(dòng);做水泥混合材時(shí),不同方法處理的鋼渣的易磨性不同,普遍比熟料難磨,使水泥磨制的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量降低,增加水泥生產(chǎn)成本。渣鐵沒有很好分離導(dǎo)致渣中金屬鐵含量高,也影響水泥的磨制;另外鋼渣的活性礦物含量低且以C2S為主,造成鋼渣水泥的早期強(qiáng)度低,新的水泥標(biāo)準(zhǔn)中取消了7天強(qiáng)度指標(biāo),增加了3天強(qiáng)度指標(biāo),致使鋼渣水泥難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

——鋼渣微粉做混凝土摻和料  

鋼渣微粉開發(fā)利用研究是近年來繼礦渣微粉大規(guī)模應(yīng)用后而出現(xiàn)的熱門話題,鋼渣生產(chǎn)微粉或者復(fù)合微粉可以消除鋼渣水泥生產(chǎn)中易磨性差異問題,鋼渣通過磨細(xì)到一定細(xì)度,比表面積大于400m2kg時(shí),可以最大程度地清除金屬鐵,通過超細(xì)粉磨使物料晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重組,顆粒表面狀況發(fā)生變化,表面能提高,機(jī)械激發(fā)鋼渣的活性,發(fā)揮水硬膠凝材料的特性?! ?BR>
鋼渣微粉和礦渣微粉復(fù)合時(shí)有優(yōu)勢(shì)疊加的效果,鋼渣中的C3S、C2S水化時(shí)形成的氫氧化鈣是礦渣的堿性激發(fā)劑。最新資料表明,礦渣渣粉做混凝土摻合料使用雖然可以提高混凝土強(qiáng)度,改善混凝土拌合物的工作性、耐久性,但由于高爐渣的堿度低(%CaO+%MgO)/(%SiO2+%Al2O3),約為0.9~1.2,大摻量時(shí)會(huì)顯著降低混凝土中液相堿度,破壞混凝土中鋼筋的鈍化膜(pH<12.4易破壞),引起混凝土中的鋼筋腐蝕,另外高爐渣是以C3AS、C2MS2為主要成分的玻璃體,?;郀t渣粉的膠凝性來源于礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)的解體,只有在Ca(OH)2作用下才能形成水化產(chǎn)物,鋼渣堿度高(%CaO+%MgO)/(%SiO2),約為1.8~3.0,礦物主要是C3S、C2S、CF、C3RS2、RO等,鋼渣中的f CaO和活性礦物遇水后生成Ca(OH)2,提高了混凝土體系的液相堿度,可以充當(dāng)?shù)V渣微粉的堿性激發(fā)劑。摻入鋼渣微粉的混凝土具有后期強(qiáng)度高的特性,見表1。因此鋼渣和礦渣復(fù)合粉可以取長補(bǔ)短,性能更加完善。

表1 用磁選后尾渣及風(fēng)碎渣制成微粉與高礦渣微粉的復(fù)合微粉代替20%的52.5R水泥作摻和料的砼3個(gè)月強(qiáng)度值

混凝土齡 期

基準(zhǔn)純水泥

20%礦渣微粉

20%鋼渣礦渣復(fù)合

20%風(fēng)淬渣礦渣復(fù)

抗壓強(qiáng)度

砼抗壓強(qiáng)度比

微粉砼抗壓強(qiáng)度比

合微粉抗壓強(qiáng)度比

砼標(biāo)號(hào)

MPa

砼標(biāo)號(hào)

壓比/%

砼標(biāo)號(hào)

抗壓比/%

砼標(biāo)號(hào)

抗壓比/%

7天

C40

41.2

C20

71.8

C30

80.6

C30

73.8

28天

C45

47.8

C40

91.8

C45

96.7

C40

93.01

90天

C55

56.2

C50

94.1

C50

97

C60

107.7



凝土中的鋼渣粉”國家標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)部建筑科學(xué)研究院負(fù)責(zé)起草的“礦物摻合技術(shù)規(guī)范”國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成,鋼渣微粉將成為我國鋼渣高價(jià)值利用的最佳途徑,和礦渣微粉復(fù)合應(yīng)用是混凝土摻合料的最佳方案。

——做道路材料  

鋼渣經(jīng)過穩(wěn)定化處理后可以做道路墊層和基層,其強(qiáng)度、抗彎沉性、抗?jié)B性均優(yōu)于天然石材,有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“YB/T801 1993工程回填用鋼渣”和“YB/T803 1993道路用鋼渣”,但是鋼渣做回填和道路墊層、基層其附加值低,鋼鐵企業(yè)和建筑單位對(duì)此都不太重視。
鋼渣經(jīng)過風(fēng)淬穩(wěn)定化處理后可以代替細(xì)骨料做瀝青混凝土和水泥混凝土路面材料,其防滑性、耐磨性、使用壽命都提高,鋼渣的附加值也大大提高?! ?BR>
安徽省馬鞍山市1987年建設(shè)的湖南路工程,使用了風(fēng)淬鋼渣砼試驗(yàn)路面,和黃砂砼路面比較,2003年1月7日對(duì)路面鉆芯取樣后檢測(cè)強(qiáng)度的結(jié)果如表2所示。

表2 通車使用15年兩種砼工程路面鉆芯取樣抗壓強(qiáng)度對(duì)比表MPa

砼種類

28天強(qiáng)度

25年后強(qiáng)度

抗 壓

抗 折

抗 壓

風(fēng)淬鋼渣砼路面

47.86

6.23

85.26

黃砂砼路面

43.54

5.56

70.10

——做磚、瓦、砌塊及混凝土預(yù)制件  

鋼渣經(jīng)過穩(wěn)定化處理后可以做地面磚、免燒磚、混凝土預(yù)制件等建材制品,摻量大,能達(dá)到60%以上,強(qiáng)度和耐久性高于黏土磚和粉煤灰磚,能節(jié)省大量的水混和黏土,但鋼渣比重較大,不太適宜做實(shí)心的墻體磚。這類實(shí)用技術(shù)是全國新型墻體材料改革的重點(diǎn)推廣技術(shù)。

綜上所述,鋼渣的循環(huán)利用應(yīng)著重放在建筑和建材行業(yè),在水泥、混凝土、路面和建材制品中的利用是鋼渣利用的發(fā)展方向。因此鋼鐵企業(yè)內(nèi)液態(tài)鋼渣的處理應(yīng)該圍繞這些利用途徑,進(jìn)行鋼渣處理工藝的選擇。

目前高溫液態(tài)鋼渣處理工藝的比較  

目前國內(nèi)外鋼渣資源化處理工藝由于煉鋼設(shè)備、工藝、造渣制度、鋼渣物化性能的多樣性及其利用上的多種途徑呈現(xiàn)多樣化,有冷棄法、悶渣法、熱潑法、盤潑法、水淬法、滾筒法、風(fēng)淬法、?;喎ǖ?。這些工藝都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。具體情況見表3?! ?P> 表3 鋼渣處理工藝優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用實(shí)例

處理方式

工藝特點(diǎn)及過程

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

應(yīng)用廠家

熱悶法

利用高溫液態(tài)渣的顯熱灑水產(chǎn)生物理力學(xué)作用和游離氧化鈣的水解作用使渣碎化

工藝簡單,適于處理高堿度鋼渣、鋼渣活性較高、安定性較好,并能處理固態(tài)渣

粒度不均勻、后續(xù)破碎加工量大、處理周期長

鞍鋼、首鋼、漣鋼、寶鋼

熱潑法

在爐渣高于可淬溫度時(shí),以有限的水向爐渣噴灑,使渣產(chǎn)生的溫度應(yīng)力大于渣本身的極限應(yīng)力,產(chǎn)生碎裂,游離氧化鈣的水化作用使渣進(jìn)一步裂解

排渣速度快,冷卻時(shí)間短、便于機(jī)械化生產(chǎn),處理能力大;鋼渣活性較高、生產(chǎn)率高

設(shè)備損耗大,占地面積大,破碎加工粉塵大,蒸汽量大;鋼渣加工量大。對(duì)環(huán)境和節(jié)能兩方面都不利。鋼渣安定性差

唐鋼、武鋼二煉鋼

盤潑法

是將熱熔渣倒在渣罐中,運(yùn)至渣盤邊,用吊車將罐中的渣均勻倒在渣盤中,待表面凝固即噴淋大量水急冷,再傾翻到渣車中噴水冷卻,最后翻入水池中冷卻

快速冷卻、占地少、處理量大、粉塵少、鋼渣活性較高

渣盤易變形、工藝復(fù)雜、運(yùn)行和投資費(fèi)用大。鋼渣安定性差

新日鐵、寶鋼

水淬法

高溫液態(tài)渣在流出、下降過程中被壓力水分割、擊碎,再加上高溫熔渣遇水急冷收縮產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂,同時(shí)進(jìn)行了熱交換,使熔渣在水幕中?;?

排渣快、流程簡單、占地少、投資少,處理后鋼渣粒度小(5mm左右),性能穩(wěn)定

熔渣水淬時(shí)操作不當(dāng),易發(fā)生爆炸,鋼渣粒度均勻性差。只能處理液渣

濟(jì)鋼、齊齊哈爾車輛廠、美國伯利恒鋼鐵公司

滾筒法

高溫液態(tài)鋼渣在高速旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi),以水作冷卻介質(zhì),急冷固化、破碎

排渣快、占地面積較小,污染小,渣粒性能穩(wěn)定

鋼渣粒度大,不均勻( >9.5mm達(dá)18%),活性差,設(shè)備較復(fù)雜,且故障率高,設(shè)備投資大。只能處理液態(tài)渣

寶鋼二煉鋼

風(fēng)淬法

用壓縮空氣作冷卻介質(zhì),使液態(tài)鋼渣急冷、改質(zhì)、粒化

安全高效,排渣快、工藝成熟,占地面積較小。污染小,渣粒性能穩(wěn)定,粒度均勻且光滑( >5mm沒有),投資少

只能處理液態(tài)渣

日本鋼管公司福山廠、臺(tái)灣中鋼集團(tuán)、重鋼

?;喎?

將液態(tài)鋼渣落到高速旋轉(zhuǎn)的?;喩希谷墼扑樵?,噴水冷卻

排渣快、適宜于流動(dòng)性好的高爐渣

設(shè)備磨損大,壽命短,處理量大則水量小時(shí)易發(fā)生爆炸,處理率低。粒度不均勻( >9.5mm達(dá)29%)

沙鋼

選擇處理工藝一般從鋼渣綜合利用途徑、節(jié)能和環(huán)境保護(hù)、投資這幾方面綜合考慮,在滿足煉鋼工藝順利進(jìn)行的前提下,結(jié)合考慮液態(tài)鋼渣的黏度和流動(dòng)性,選擇相對(duì)合理的處理工藝,達(dá)到渣鐵的有效分離,盡量保持鋼渣的活性,降低鋼渣的不穩(wěn)定性。  

從表3可知,從液態(tài)鋼渣流動(dòng)性的角度考慮,滾筒法、風(fēng)淬法、水淬法和?;喎ㄖ荒芴幚砹鲃?dòng)性好的鋼渣,盤潑法、熱潑法和熱悶法可以處理流動(dòng)性差的渣;從工藝繁雜程度、裝置投資角度看,風(fēng)淬法、熱悶法較簡單,投資少、設(shè)備磨損?。粡墓?jié)能和環(huán)境保護(hù)角度考慮,風(fēng)淬法、熱悶法、滾筒法可行;從處理后鋼渣粒度的均勻程度考慮,風(fēng)淬法得到的鋼渣粒度最小而且均勻;從處理后鋼渣的安定性和活性考慮,風(fēng)淬法和熱悶法較好;因此,處理流動(dòng)性好的鋼渣的最佳工藝是風(fēng)淬法,處理流動(dòng)性差的鋼渣的最佳工藝是熱悶法。 風(fēng)淬法和熱悶法原理   風(fēng)淬法用壓縮空氣作介質(zhì),在風(fēng)淬時(shí),熔融和半熔融渣粒隨壓縮空氣向前飛行,在擊碎的飛行過程中,壓縮空氣對(duì)高溫液態(tài)鋼渣有一個(gè)較強(qiáng)的氧化作用,風(fēng)淬后,鋼渣中的FeO相消失,含FeO的石灰不穩(wěn)定相明顯減少,而2CaO Fe2O3穩(wěn)定相增加,而這是其他任何一種鋼渣處理方式都不可能實(shí)現(xiàn)的,在用水補(bǔ)充冷卻時(shí)強(qiáng)化了f CaO的消解反應(yīng),粒化和冷卻過程使鋼渣中的不穩(wěn)定相基本消失,顆粒表面非晶態(tài)礦物相顯著增加,鋼渣的潛在活性提高。由于鋼水和液態(tài)鋼渣的表面張力不同,風(fēng)淬過程可使渣鐵得到良好的分離,固態(tài)渣和鋼都呈球型細(xì)小顆粒,渣包鋼的情況不會(huì)出現(xiàn),風(fēng)淬后經(jīng)過簡單的磁選便能使渣鐵分離。液態(tài)鋼渣通過調(diào)整風(fēng)淬過程的工藝參數(shù)可使風(fēng)淬渣的平均粒度達(dá)到2mm左右,且粒度分布區(qū)間較窄,代替黃砂做混凝土細(xì)骨料可直接使用,生產(chǎn)鋼渣微粉能減少粗破碎工序,直接進(jìn)入粉磨機(jī)。

熱悶法是將熱融鋼渣冷卻至800~300℃裝入熱悶裝置中噴霧遇熱渣產(chǎn)生飽和蒸汽,與鋼渣中游離氧化鈣f CaO、游離氧化鎂f MgO發(fā)生反應(yīng),使鋼渣自解粉化,達(dá)到鋼渣破碎的目的,同時(shí)消除了鋼渣的不穩(wěn)定因素,使鋼渣在建筑建材上的應(yīng)用安全可靠,磁選后尾渣的利用率可為100%。該工藝不用大量的水浸泡保證了鋼渣中水硬性礦物C3S、C2S的活性不下降,同時(shí)熱悶法對(duì)噴濺渣、流動(dòng)性差的鋼渣都能進(jìn)行處理。
  
提高鋼鐵企業(yè)鋼渣利用率的主要途徑是在建筑建材行業(yè)多途徑利用,應(yīng)大力開發(fā)和完善鋼渣在建筑建材行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù),圍繞此主要利用途徑反向選擇鋼渣處理工藝。從鋼鐵企業(yè)的鋼渣整體情況和提高鋼渣的處理率來看,認(rèn)為風(fēng)淬法和熱悶法聯(lián)合應(yīng)用是非常穩(wěn)妥的最佳選擇,風(fēng)淬法處理流動(dòng)性較好的液態(tài)鋼渣,使60%左右的鋼渣處理后粒度適宜,加工量小、活性大、安定性好,其余流動(dòng)性較差的液態(tài)鋼渣和固態(tài)渣采用熱悶法處理,使之活性大、安定性好,這樣就為鋼鐵企業(yè)的比較難以利用的二次資源—鋼渣的100%利用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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發(fā)布:2007-08-14 11:11    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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