（綠色可循環鋼鐵流程北京市重點實驗室，首鋼技術研究院，北京 100041)

▌ 摘要：本文介紹了國內鋼鐵企業煉鋼過程中產生的鋼渣固體廢棄物的幾種不同的處理工藝。詳細闡述了鋼渣在冶金領域和建筑行業領域的綜合利用現狀，并對鋼渣及其在首鋼的資源綜合利用情況進行了介紹。

▌關鍵詞：鋼渣；處理工藝；綜合利用

▌一、 引言

近幾年我國鋼鐵工業迅猛發展，作為鋼鐵生產過程中所排出的固體廢棄物，其中每生產一噸鋼排出約0.12噸鋼渣。由于我國許多中小鋼廠采取較為原始的處理方式，鋼渣中所含的金屬鐵經過簡單的“破碎-篩分-磁選”回收之后，剩余的鋼渣尾渣多被堆棄或回填，這樣不僅占用土地、污染環境，還造成了資源的嚴重浪費。我國鋼渣總體利用水平不高，綜合利用率僅為10%，遠低于發達國家鋼渣利用水平(如美國、日本、德國的鋼渣已達到排用平衡[1-2]。

▌二、 鋼渣預處理工藝

鋼渣處理呈現多樣化，鋼渣處理工藝主要取決于鋼渣利用途徑、鋼渣的粘度與流動性、鋼渣的穩定性等。良好的鋼渣處理工藝可使鋼渣粉化均勻且細度良好，實現鋼和渣的良好分離，降低鋼渣中游離氧化鈣與游離氧化鎂含量，粉化鋼渣中水硬性礦物硅酸二鈣、硅酸三鈣的活性不降低，在回收金屬鐵的基礎上，提高鋼渣尾渣的利用率。鋼渣預處理工藝主要有：水淬法、風淬法、熱潑法、熱悶法、滾筒法等[3]。下面是幾個比較典型的鋼渣預處理工藝。

（一） 淺盤熱潑水淬法

上世紀70年代，寶鋼公司從日本新日鐵鋼鐵公司引進了該項技術，并應用于寶鋼一、二期鋼渣處理生產線。其工藝優點為：快速冷卻，每爐渣處理時間約為2h，處理能力大；整個過程基本無粉塵產生，減少了粉塵對環境的污染；鋼渣經過三次冷水冷卻，鋼渣中游離氧化鈣和氧化鎂得到充分消解，鋼渣的穩定性良好；處理后鋼渣粒度較小，大部分粒徑在30mm左右，且粒度均勻；機械化、自動化程度高。其工藝不足為：鋼和渣分離效果不夠明顯，常有大塊；對鋼渣的粘度和流動性要求較高；污水處理量大；工藝復雜，環節較多，投資較大；淺平渣盤由鋼板焊接而成，易變形，屬于消耗件，增加了鋼渣處理成本。

（二）滾筒法

寶鋼公司1995年從俄羅斯拉烏爾鋼鐵研究院引進了該項技術，經過多年的開發，并針對自身的特點，成功地將該項技術應用于實際生產中，實現了對液態鋼渣的工業化處理，取得了良好的經濟效益和環保效益。其工藝優點為：工藝簡單、流程短、設備緊湊、占地面積??；鋼和渣分離效果好，回收金屬鐵大于90%；鋼渣分化效果顯著，鋼渣粒度小于10mm占90%；處理后鋼渣的游離氧化鈣含量在4%以下，且硅酸二鈣和硅酸三鈣活性較高，無需陳化可被直接利用；產生尾氣含塵量低，相比于其它處理方法可減少對環境的污染。其工藝不足為：對鋼渣粘度和流動性有較高要求，無法對渣殼進行處理；技術含量高，設備復雜，維修成本較高。

（三）鋼渣余熱自解熱悶法

熱悶法是充分利用鋼渣余熱，在密閉容器中對鋼渣表面進行噴水處理，所產生的蒸汽在壓力作用下慢慢滲入鋼渣內部，游離氧化鈣和游離氧化鎂遇水反應后體積發生膨脹，致使鋼渣粉化，實現鋼和渣的分離。中冶集團經過多年研究開發，形成了多項熱悶技術，其中2006年推出了第三代鋼渣余熱自解熱悶技術，實現了對液態鋼渣的處理，處理后的鋼渣穩定性良好，并應用在首鋼京唐鋼鐵公司、日照鋼鐵公司、鞍鋼鲅魚圈分公司等多家鋼企的實際生產中[4]。其工藝優點為：對鋼渣的粘度和流動性無限制，處理率為100%；熱悶時間僅為3小時，鋼渣處理效率比較高；采用有壓熱悶，鋼渣粉化徹底，鋼渣粒度小于10毫米的占60%以上；熱悶后游離氧化鈣含量小于3%；實現了自動化作業，改善了工作環境和降低了勞動強度；占地少，環境污染小。其工藝不足為：投資較大。

對于其他種類的鋼渣可以采用特殊的方法進行處理。如在鋼水包中形成的鑄余渣，由于其成分中氧化鋁相對較高，倒入渣罐后，在渣罐底部形成大渣砣，這些大渣砣往往需爆破、切割、重錘破碎等措施才能入爐使用。為了有效地處理大量塊渣砣，首鋼在渣罐內放置冶金渣混凝土分隔板，達到了防止殘鋼在渣罐內形成大渣砣、并分成若干達到入爐使用要求的標準塊狀渣鋼。不但從源頭防止了渣砣的生成，節約資源，全方位降低處理成本。而且，徹底消除了生產安全隱患，降低了對環境的污染，提升渣鋼鐵回收利用的技術水平。

▌三、 鋼渣加工處理工藝

鋼渣加工可采用機械破碎和粉磨兩種工藝。其作用是將經預處理的鋼渣再經破碎、磁選、篩分、粉磨等工藝處理后，磁選出渣鋼，分級成符合要求的規格鋼渣。

鋼渣加工所使用的破碎機類型有顎式、圓錐式、反擊式和雙輥式等；磁選機的類型有懸掛式和帶式；篩分機有格篩、單層振動篩和雙層振動篩；粉磨設備主要有自磨機、球磨機、棒磨機等。鋼渣加工程序，就是使用皮帶輸送機等輸送設備按不同要求將上述幾種設備連接起來，組合成各種流程。

鋼渣精加工所使用的自磨機主要利用渣鋼在旋轉的筒體內互相碰撞，達到渣與鋼分離的效果。粒度小于自磨機周邊筒篩自行漏出。未能漏出的渣鋼，達到一定量時卸出。自磨機主要處理50-300 毫米以下的大塊渣，流程簡單，渣鋼分離好，通過調換排料孔的大小可以很方便地改變破碎產物的粒度。

對于小于50毫米的渣鋼精加工可采用干法或濕法球磨機，渣鋼在旋轉的球磨機內，經過鋼球和渣鋼之間的磨打，使渣與鋼分離。也可用棒磨機與投射式破碎機聯合使用，實現渣與鋼的分離。

首鋼采用先進的干法和濕法相結合工藝，實現了0-300 毫米范圍內初選渣鋼的全部提純處理，采用新型高效循環水處理工藝及裝備，減少了占地面積和生產耗水量，項目投產后取得了明顯得經濟和社會效益。經干法自磨生產線生產的塊鋼（品位85％）和濕法球磨生產線生產的豆鋼（品位90％）已全部回用煉鋼生產，魚子鋼（品位65％）已全部回用燒結生產，尾渣泥料制作為鋼渣磚、分隔板等建筑材料原料使用。

從國內外鋼渣處理發展現狀和趨勢來看，我國鋼渣處理技術已走在了世界前列，但還沒有展開推廣，多數鋼廠還延續著較原始的鋼渣處理工藝。另外，液態鋼渣在冷卻過程中所釋放的大量熱量還沒有得到充分的回收利用，鋼渣顯熱回收已成為國內外研究的熱點。

▌四、 鋼渣資源化利用途徑

開展對鋼渣的資源化和高價值化的研究，在當前社會經濟發展與資源短缺之間的矛盾日益加劇情況下顯得尤為重要。目前，鋼渣資源化利用的途徑，主要集中在冶金領域和建筑行業。

（一）鋼渣用于冶金領域

由于鋼渣中一般會含有40%以上的氧化鈣，鋼渣可以替代部分石灰做燒結礦助熔劑。燒結礦中配入適量的鋼渣，作為燒結礦的增強劑，可改善燒結礦質量，提高結塊率。首鋼公司燒結廠配加4%鋼渣，每噸燒結礦石石灰減少30千克，節省能耗23000千焦，燒結機利用系數提高1%[5]。寶鋼公司自1996年將鋼渣用于燒結中，鋼渣在此方面的消耗每年約為15萬噸[6]。鋼渣還可用做高爐溶劑，在回收鋼渣中金屬鐵的基礎上，可減少燒結礦和石灰石用量，并可使高爐的脫硫效率提高3%~4%。目前，首鋼還在開展熔融鋼渣高溫顯熱制氫、鋼渣中有價元素選擇性結晶、富集和分離的理論基礎和工業示范研究工作，從而實現熔融鋼渣顯熱和有價金屬資源的充分回收利用。

（二）鋼渣用于建筑行業

我國鋼渣的綜合利用途徑主要集中在建筑行業，當前鋼渣在建筑行業的應用主要集中在以下幾個方面。

1生產干混砂漿

干混砂漿作為新型綠色節能建筑材料，已被國家建設部列為重點開發和鼓勵的十五個項目之一。利用鋼渣所生產的干混砂漿具有良好的和易性、粘結性、穩定性、早強性和耐久性。由首鋼編制的《普通預拌砂漿用鋼渣砂》（YB/T4201-2009）行業標準已于2010年6月1日實施。首鋼公司利用鋼渣制作干混砂漿是目前國內外首創，真正實現鋼渣100%代替天然砂，配以少量添加劑，一方面解決了鋼渣安定性問題，另一方面提高了砂漿的和易性，增加了砂漿的粘結強度和抗裂性，實現干混砂漿低成本化和鋼渣尾渣資源化。目前首鋼建立了年產30萬噸的鋼渣干混砂漿生產線，產品已陸續在奧運鳥巢工程、高法招待所、富盛大廈二期、機場配套廠房、新華社食堂改造、中央機關住宅小區、廊坊某軍事基地等工程中使用[7]。

2 生產鋼渣粉作混凝土摻合

首鋼鋼渣的化學成分和物理性能分析見表1，其化學成分和水泥熟料較接近，含有具有水硬膠凝性的礦物硅酸三鈣和硅酸二鈣，將鋼渣磨細后可替代部分水泥作為混凝土摻合料用于混凝土生產中。鋼渣粉與礦渣粉有很好的適應性，作為復合粉使用時，可以顯著提高混凝土的強度值，特別是中后期的強度，還可提高混凝土抗氯離子擴散能力和抗凍性，降低混凝土的干縮率，提高混凝土耐久性等。首鋼[8]對鋼渣礦渣復合比例、對混凝土耐久性影響等作了研究。研究發現，鋼渣粉與礦渣粉的復合比例為3∶2時，復合粉摻量70%時，可達到C30混凝土強度設計要求，引入適量激發劑后，摻量在80%仍可達到C30混凝土強度設計要求。

鋼鐵渣粉作混凝土摻合料是21世紀鋼鐵渣高價值利用的主要途徑。高效節能的粉磨設備是國內外設備廠家研究開發的重點。法國機械設備集團公司（FCB公司）開發出一種節能效果十分突出的臥式輥磨（HOROMILL）。它的構造是粗短的圓筒，內裝圓輥，筒體轉動帶動磨輥轉動，通過液壓調整磨輥的位置來調節磨機的粉磨壓力。適合粉磨?；郀t礦渣和鋼渣，為我國鋼鐵渣粉的生產提供了最佳設備。其渣粉的比表面積可達到400m2/kg-800m2/kg，渣粉的顆粒形態為球形，噸產品電耗比立磨、輥壓磨、管磨都低。其缺點是建設投資較大，資金回收周期長。

3 用于道路工程

鋼渣用于道路工程是鋼渣在建筑行業應用的主要途徑。鋼渣的硬度和顆粒形狀很符合道路材料的要求，可用作道路的基層、墊層和面層材料。除此而外，還可替代玄武巖和石灰巖等天然石材用作瀝青路面材料。首鋼對鋼渣作路面集料作了大量研究并編制了《耐磨瀝青路面用鋼渣》（GB/T24765-2009）和《透水瀝青路面用鋼渣》（GB/T24766-2009）等四項國家標準，這必將進一步促進鋼渣作瀝青路面材料的大規模應用。

4 生產建材制品

傳統的鋼渣在建材產品中的應用主要是生產鋼渣磚、瓦和普通砌塊等低附加值產品。首鋼采用先進的新型發泡工藝將鋼渣、礦渣、粉煤灰等按照一定比例混合，并配以發泡劑、激發劑，生產出不同密度的高附加值鋼渣泡沫混凝土砌塊制品，其中鋼渣的最高摻量不僅可以達到70%，而且其產品的物理性能和保溫性能都能達到相關標準的要求，為鋼渣的資源化利用開辟了一個新的途徑。

▌五、 結語

1我國許多鋼廠采用較原始的鋼渣處理工藝，造成鋼渣粒度、成分不均，鋼和渣分離效果不明顯，鋼渣的安定性不良，因此，應積極推廣較先進的鋼渣處理工藝。

2煉鋼技術的進步，富礦冶煉及轉爐濺渣護爐技術的推廣，鋼渣中P、S元素對冶煉會產生不利影響，鋼渣返回燒結使用的數量已越來越少，大部分鋼渣的利用方向轉向了建材領域。

3鋼渣固體廢棄物在建材領域的應用主要是生產干混砂漿、混凝土拌合料、道路工程及建材制品。首鋼在鋼渣的資源化利用方面進行了大量的研究并取得了很多成果，為鋼鐵企業創造新的經濟增長點，實現可持續發展做出了貢獻。

▌參考文獻：

[1] 朱桂林，張淑苓，孫樹衫. 鋼鐵渣“零排放”與節能減排[J].中國鋼鐵業，2009，（4）：11~17.

[2] Motz H，Geiseler J. Products of steel slags an opportunity tosave natural resources[J]. Waste Management, 2001, 21：285~293.

[3] 王琳，孫本兩，李成威. 鋼渣處理與綜合利用[J].冶金能源，2007，（4）：54~57.

[4] 朱桂林. 加快鋼鐵工業固體廢物“零排放”，促進循環經濟與節能減排（C）.第七屆（2009）中國鋼鐵

[5] 黃志芳，周永強，楊釗. 談談鋼渣綜合利用的有效途徑[J].有色金屬設計，2005，32（2）：50~54.[6] 章耿. 寶鋼鋼渣綜合利用現狀[J].寶鋼技術，2006，（1）：20~24.

[7] 于憲章，李成宜，孟立彬. DP10鋼渣干混砂漿的研制[C].首屆寶鋼冶金廢棄資源綜合利用技術論壇論文集，2006，54~57.

[8] 唐衛軍. 鋼渣礦渣復合微粉對水泥和混凝土性能影響的實驗研究[D]. 北京：中國地質大學（北京）博士論文，2009.