转炉渣的性能及其应用..docVIP

转炉渣的性能及其应用 【摘 要】综述了转炉钢渣的性能和所采取的主要处理方法及国内外研究现状。阐述转炉钢渣的结构理论、性能及相关的应用情况，为转炉钢渣的研究和应用提供较全面的理论和工艺参考。 【关键词】转炉钢渣 性能 应用 转炉渣是转炉炼钢生产的副产品，它浓聚了炉料被氧化后所形成的氧物及硫化物，主要包括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入的造渣材料及助熔剂，如石灰石、铁矿石、萤石等[1]。在炼钢工艺中，每吨钢产生的转炉渣80~120kg，转炉钢渣作为冶金工业的主要废弃物，每年排放量非常大。 一般来说，钢渣可利用的资源包括液渣显热、单质铁和尾渣矿物。现有的熔融渣处理工艺中钢渣冷却过程主要以水冷为主，产生的蒸汽量大、压力低、品质低，难以将产生的蒸汽加以利用，因此现有的各种钢渣处理工艺都没能实现液渣显热的回收利用，主要是考虑单质铁和尾渣矿物的综合利用。 1.国内外研究概况 目前，国内外大部分钢铁企业都是将热态钢渣进行各种不同的冷却处理后进行破碎-筛分-磁选加工，提取其中的金属后再加以利用。 上世纪初期，国外开始研究钢渣的利用价值，至今一些主要钢铁生产国冶金渣基本上已经实现了全部利用，如美国冶金渣利用率已经超过了98%，德国和日本95%以上，而我国同国外钢铁工业发达国家相比，在钢渣综合利用方面还存在较大差距。据相关文献资料报道，目前我国钢渣利用率仅36%，随着近年来国内钢铁产量的大幅度增加，钢渣综合利用率呈相对下降趋势[3]。 2.转炉渣的处理工艺 由于炼钢造渣制度、钢渣物化性能的多样性及其利用上的多种途径，决定了钢渣处理工艺上的多样化。各种钢渣处理方式比较 表1 各种钢渣处理方式的性能对比 处理方式 优点 缺点 热泼法 速度快CaO含量高，环境污染大 浅盘水淬法 布局紧凑，处理能力大，操作安全，粉尘少 工艺环节多，投资大，成本高水淬法 易发生爆炸事故 焖法 ，渣钢分离好，CaO低 占地面积大，处理时间长、效率低 风淬法 钢渣粒化滚筒法 渣钢分离好CaO低，金属回收率污染小只能处理渣，粒化轮法 工艺简单，占地，污染小，自动化程度高，设备磨损严重，维修率高，只能处理流动性好的钢渣3.1 熔渣的结构理论 高温熔体的结构十分复杂，由于现在还受到研究方法和实验手段的限制，所以至今难由实验直接确定液态渣的结构，从经验和理论方面提出了两种主要的理论：分子结构假说和离子结构理论。 （1）分子结构假说 分子结构假说是关于熔渣结构的最早理论，它把熔渣看成是各种分子状质点组成的理想溶液。这些分子有的是自由氧化物，如CaO、MgO、FeO、MnO、SiO2、Al2O3、FeS等；有的是复合氧化物，如2CaO·SiO2、CaO·SiO2、2FeO·SiO2、3CaO·P2O5等。分子假说认为，只有自由氧化物才有化学反应能力，参加化学反应。但是，这种表示法并不意味着熔渣是由各种分子组成，而仅表明该种组分在熔渣内组成元素间的质量关系。 （2）离子结构理论 离子结构理论是Herasymenko在1938年首先提出的。离子理论认为，熔渣是由带电质点（原子或原子团），即离子所组成，但并不否定其内有氧化物或复合化合物的出现，可是它们不是分子，而是带电荷的离子群聚团。组成熔渣的基本离子是简单离子：Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、O2-、S2-等和两个以上原子或简单离子结合而成的复合阴离子或称络离子：、、等[1]。 3.2 转炉渣性能 （1）物理性能 一般比重为3.2~3.6，堆比重为1.77~2.12，含水0.2~2%，抗压强度1690~3000公斤/厘米3，冲压强度约15次；熔点1320℃。钢渣通常含水在3%~8%，容重1.32~2.26t/m3，抗压强度在1150kg/cm3左右[4]。转炉熔渣具有很高的温度（1450～1650℃)，属于高品位的余热资源，钢渣热焓约为1670MJ/t渣，相变潜热209kJ/kg，具有很高的回收价值。 （2）化学成分 随着钢品种、原料、冶炼工艺及堆放期限的不同，钢渣的化学成分波动较大[3~6]。转炉钢渣的化学组成一般如表2所示，有的钢渣还含有V2O5、TiO2等。此外，冶炼不同钢种、转炉炼钢的不同冶炼阶段的钢渣化学成分也不同，分别见表3、表4。 表2 转炉钢渣化学组成 成分 CaO SiO2 Al2O3 FeO Fe2O3 MgO MnO P2O5 fCaO S 含量（%） 40～60 10～20 1～5 7～10 5～10 5～15 2～6 1～5 6～10 1 表3 转炉冶炼不同钢种时炉渣的化学成分 冶炼 钢种 成分（%） CaO SiO2 FeO Fe2O3 MgO MnO P2O5 Al2O3 TFe fCaO 沸腾钢 39.6 15.2 ~1