钢铁生产中的冶金渣

技术|利用钢厂停产小高炉改建熔融钢渣协同处理尘泥、冶炼渣等固废危废新思路

一、钢铁工业尘泥、冶炼渣处理现状钢铁厂内部每天产生大量的含有容易循环富集的钾钠锌等有害元素的高炉布袋瓦斯灰、烧结机头灰和炼钢污泥等固废得不到处理，每天产出量更大的转炉钢渣因含有害元素磷，同样不便在烧结生产环节消纳利用。湖南建鑫公司研究开发了利用钢厂泰科钢铁等高温熔体协同处理尘泥、冶炼渣固废危废分离回收整体解决方案的两项专利技术，发表了《含锌瓦斯灰、除尘灰、污泥及冶金渣等固废协同处理整体解决方案探讨》、《利用钢厂高温熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工尘泥、冶炼渣等固废危废新技术》两篇文章，引起了业内同行的关注。其中，熔融钢渣的液态下采用处理炉处理，如何实施是大家关心的问题，本文结合现有大钢厂拆小建大，将停产的小高炉改建成处理熔融钢渣与钢厂及有色化工固废危废的类似高炉进行钢渣固废处理生产，不失为一条新的路子。处理含铁含锌尘泥固废，国内有物理分选法、回转窑及转底炉法（固态）、国内引进的太钢OxyCup竖炉法（液态）和宝钢Corex、山东墨龙HIsmelt熔融还原法（液态）也能处理部分尘泥固废。其中，OxyCup竖炉法工艺---类似于一个直筒炉型的小高炉，借鉴了高炉炼铁的一些技术，将各种含铁废料做成含碳压块加入竖炉内，直接产出铁水和炉渣，并且在煤气除尘系统收集到含锌的烟灰或除尘泥。但不便大量循环利用的含磷有害元素的转炉钢渣的处理大多停留在传统热拨、热闷等冷态处理上，未见有新的钢渣固废处理技术出现。OxyCup竖炉法工艺实际上就是一个专门用来处理固废加废钢的半化铁半炼铁高炉工艺，在处理固废方面具有一定的合理性。太钢引进的德国帝森－克虏伯OxyCup竖炉法技术，是一项在现有成熟高炉炼铁技术上开发的专门用于处理太钢不锈钢生产产生的固废新工艺。生产工艺流程：产品：①、铁水，送炼钢。②、渣冲成水渣，磨成超细粉作水泥掺加料，或直接送水泥厂。③、含锌粗灰，送有色冶炼厂湿法浸出。二、一种利用钢厂高温熔融钢渣协同处理钢铁及有色化工尘泥、冶炼渣等固废危废新技术湖南建鑫公司与炼钢炼铁专家共同研究，创新地提出了一种新的利用钢厂高温熔融钢渣的类高炉含碳压块(球团)熔融钢渣还原挥发熔炼炉处理钢渣新工艺，还原挥发熔炼炉处理新工艺是以标准的炼铁高炉、OxyCup竖炉法及HIsmelt熔融还原法，结合高温熔融钢渣处理需要形成的技术集成，类高炉处理新工艺综合以上两法采用降低高度的短炉型熔炼炉体，上部变成炉料预热段吸收煤气热量，以消除块状带不透气，降低炉内压力，便于从处理炉侧面加入液态熔融钢渣；在用料和加料方面，以液态从侧面向炉内加入高温熔融钢渣，同时，采用OxyCup竖炉法，上部向炉内加入含碳含铁自还原压块(压球)、含铁块状物（如渣钢、废钢、含铁块矿等），以及焦炭、块煤、熔剂，下部采用标准的高炉炼铁的鼓风、鼓氧，喷入煤粉含铁粉料或废油燃烧，为钢渣处理炉提供热量；烟气系统采用HIsmelt法和有色行业烟化挥发法的喷入三次风高温煤气二次燃烧，加热高温煤气直接预热预还原含碳压块等含铁料，热料进入炉内，亦采用余热锅炉回收高温烟气热量蒸汽发电，高热值煤气除尘后供用户；通过使用低价的固体废料、煤矸石、高灰分动力块煤和半焦炭以及废钢，以克服偏高的燃料消耗的不足，获得低的综合生产成本。通过利用高温熔融钢渣温度高、数量大的优势，使用难还原难处理的低价特殊复杂矿（如镍铬红土矿、高铁铅锌矿等），进一步协同处理有色化工行业不易处理的含铁含有色金属尘泥、有色冶炼渣、废油（及油泥渣）等危险废物，城市生活垃圾焚烧后的废物(如垃圾焚烧飞灰等)固废危废，以求得更好的经济效益，实现钢铁、有色化工、煤矸石废渣等大量固废危废得到整体解决。由于熔融钢渣的高碱性和各种固体废料煤矸石废渣等物料的脉石大多高酸性，两者酸碱互补特点，因此，利用高温高碱度熔融钢渣协同处理钢铁有色化工固废危废，实际上也是一项不需要石灰白云石钙镁碱性熔剂，也可以不使用硅石等硅铝酸性熔剂、有铁钢渣变成易于利用的无铁水渣的一种完全不同的炼铁冶炼新工艺。1、熔融钢渣协同处理含铁固废危废原理作为转炉炼钢产生的大量高温熔融含铁钢渣，对炼钢专业来说，它就是炼钢的弃渣，通常，处理炼钢钢渣的许多三产公司都不是炼钢炼铁冶炼专业人员，因此，在转炉钢渣的热态处理研究上就产生了一个空白，传统上，转炉排出的高温熔融含铁钢渣都是采用渣罐外排拉走冷却后，由钢厂的附属单位进行破碎磁选加工处理。若要对含铁钢渣真正科学有效再深度进行研究处理，很显然，这就涉及到炼铁冶炼专业氧化物还原理论的范畴，是跨专业的，需要用炼铁冶炼的C还原等方法去处理，将钢渣降碱改质成为普通炉渣。在高温液态下，从源头就开始去解决钢厂钢渣处理问题，显然是最合理的。转炉熔融钢渣具有高温高钙高镁高氧化铁夹带铁珠的特点，在高温液态下在线进行处理是最好的时机，采用类似炼铁高炉冶炼的氧化物还原法原理进行处理，把钢渣的碱度降下来、把氧化铁还原出来，就可以分离回收其中的铁、磷，并使含铁难磨的高碱度钢渣变成易磨有利加工成水泥细粉的普通低碱度炉渣，其具体方法是：针对钢渣超高碱度特点，钢渣碱度在1.6～2.0是熔点粘度急剧升高区，钢渣中铁与渣分离显著变差，钢渣碱度在2.0以上，钢渣夹带铁珠非常严重，转炉出钢，渣中夹带金属铁一般在7～10%以上，这部分金属铁，只要加入含硅等酸性成分的含铁废料、高硅铁矿石，包括含硅铝成分高的焦炭、块煤以及煤矸石，或者硅石等，将熔渣碱度降低（例如1.1～1.3水平），渣的熔点和粘度大幅降低，金属铁就可以很容易地从渣中分离出来，另一方面，钢渣中还含有20%以上的氧化亚铁和三氧化二铁，在熔渣碱度降低，流动性大幅提高的同时，只要加入足够碳还原剂，就可以将铁和磷的氧化物还原，从而得到含磷铁水，铁磷得到回收，同样的，加入炉内处理的由钢厂内各种除尘灰、转炉污泥等制成的含碳含铁含锌压块，在处理炉内高温碳还原剂还原下，铁元素还原变成了铁水，钾钠锌等有害元素还原挥发去除，而高碱度钢渣改质降碱变成了类似高炉的普通炉渣，冲成水渣，成为易加工的水泥原料，磨成超细粉。除钢厂内部固废外，有色化工行业也有大量不易处理的含铁含锌铅铜锡等金属元素的固废，甚至危废，比如硫酸渣、铅渣、铜渣及锌浸出渣、各种含重金属电镀及酸洗污泥，以及垃圾焚烧飞灰等，这些粉状、泥状及块状固废、危废，如能利用转炉倒出的高温熔融钢渣这一载体，协同处理，将不仅能够回收其中的含铁元素，还能顺利回收这些固危废中的易挥发或不挥发的铅锌铜锡金银等有色金属，有效解除有色化工固废危废难处理之苦，回收到价值较高的有色金属，具有显著的环保和经济效益，是一个比水泥回转窑协同处理固废危废处理温度更高、处理更彻底、处理效果更好的固废危废处置的更优解决方案。不仅如此，在煤炭行业，还有大量的含碳煤矸石废渣，是低值的块煤，可以替代块煤。高炉炼铁不要的高硅高铝原燃料，正是钢渣处理炉降碱度所需要的酸性料。煤矸石除含碳外，其主要成分是SiO2和Al2O3酸性成分，既是燃料还原剂又是硅铝酸性熔剂，将“钢铁”+“有色化工”+“煤炭”三大行业固废结合起来，进行“三固废危废”协同处理，那将更能降低处理成本，取得更大的协同效果，做到既技术上可行，又能在经济上获得突出的效益，以达到节能减排经济环保、治理污染有益社会更优更全面的综合效果。“钢铁+有色化工+煤炭”“三固废危废”在高温下在线协同处理，正是本专利技术的出发点。“三行业”“三固废危废”包括：钢铁及有色化工尘泥、冶炼渣废渣以及煤矸石、废油、废油泥渣等工业固废、危废。基于此，根据熔融钢渣高钙高镁高氧化铁高温特点，结合有色化工行业大量含铁含有色金属废渣废料和煤炭行业大量含碳含高硅高铝煤矸石废渣的资源特点，本专利技术总的思路是：以炼铁的专业角度来解决炼钢产生的含铁钢渣处理问题，以炼铁的碳还原剂还原金属氧化物、碳燃烧加热提温、硅铝降碱度等炼铁冶炼方法来解决钢渣处理的技术问题，以熔融钢渣的高温液态熔池和以大带小来解决钢渣的高温还原和快速处理问题，以回收钢铁及有色化工固废危废的铁和各种有色金属的价值和危废处理补偿机制、煤矸石固废二次资源利用进行协同处理（跨行业跨界）来解决整个处理工艺的经济效益问题。2、转炉熔融钢渣 “三固废”还原挥发协同处理工艺（熔融钢渣Mss含碳压块cob还原挥发工艺---MSSCOB工艺）⑴、主要工艺流程：压块制球：各种含铁或含有色化工固废危废、煤粉煤矸石等含碳燃料或物料、添加剂助剂等配料→混匀加工压块制球→“三固废”协同：高温熔融钢渣+含铁含铅锌铜锡等预处理物料压块(球团)+煤矸石煤块等+酸性熔剂料→还原挥发熔炼炉处理：高温还原挥发炉高温协同处理→得到产品：铁水或铁块、有色金属富集物、铅锌铟等有色金属烟灰和高温熔渣(高温熔渣制成水渣磨成超细粉、或回用至转炉、或制矿棉及微晶玻璃等材料)四种产品→再加工、分离、精炼及后续产业化。⑵、“三固废”协同处理的固废、危废：①、含铁、锌铅类、含铜锡类：钢铁厂固废：钢渣、炼钢污泥、炼钢炼铁除尘灰及污泥、脱硫脱磷渣、氧化铁皮、铁粉；有色化工固危废：铅渣锌渣类、高铁铜渣锡渣类、氰化提金提银尾渣等有色冶炼渣、湿法浸出渣、除尘灰、电镀酸洗污泥类、赤泥、选后尾矿，硫酸渣、化工污泥沉渣，垃圾焚烧飞灰；高硅铁矿、高铁铅锌矿或红土镍矿含镍铬铁矿粉等难选难处理复合矿，分类处理。②、含碳还原剂、燃料类：焦炭、块煤、煤矸石、含碳除尘灰及污泥、废油及油泥渣、废弃含碳可燃有机物料以及需处理的各类可燃物料。③、酸性熔剂料：硅石、河沙、废玻璃及高硅高铝物料，用于调降碱度。⑶、“三固废”协同处理得到的产品：①、铁水→→中低磷铁水，或脱磷供炼钢，或铸成铁块的高磷生铁块(磷铁合金)，或镍铬生铁块、含铜生铁块等；②、有色金属富集物等副产物→→含金银铜等混合金属富集物、含有色金属粗铅等，精炼分离；③、含铅锌铟等有色金属烟灰→→含铅锌铟镉等有色金属元素的粉末烟灰收集、分离、提级后转入下工序加工→→外销有色冶炼厂湿法浸出等方法分离其中的有用金属（根据不同废料分类处理，得到不同类别产物）。④、高温熔渣→→①直接冲成水渣，磨成超细粉，作为水泥混凝土掺合料；②控制好吹炼进程，调整好熔渣成分，控制钢渣去磷后高温熔渣部分直接返回转炉，作为高温渣料替代部分石灰等熔剂料、其余部分空冷成炉渣再加工成水泥细粉、或直接冲成水渣再加工成水泥超细粉；③将熔渣酸度系数调整到矿棉适宜成分，高速吹成矿棉保温材料，或调质后浇筑成微晶玻璃。3、转炉钢渣高温熔池熔融还原挥发“三固废”协同处理工艺的优点：钢铁厂转炉钢渣，因碱度太高，以致熔点高、流动性差、渣铁分离差，渣中包裹了大量金属铁粒，钢渣的高钙高镁必须加高硅高铝酸性熔剂料将钢渣碱度降下来，以改善钢渣流动性，达到还原挥发处理时钢渣内各种反应和渣铁分离能够顺利进行。钢渣有用成分主要是铁，在熔融态单独只对钢渣进行高温熔融处理，价值不是很高，面对钢渣的铁资源、钙镁熔剂和高温“热”资源的浪费，与钢铁及有色化工等其它行业高价值固废危废协同处理，才是最佳方案。高温熔池熔融还原挥发是最有效、最快速和效果最好的有色金属固废危废处理方法，但有色冶炼厂专门为此单独建炉，有一些现实问题，能耗也相对高，难以获得经济效益。各有色厂主业差异很大，各种有色固废成分复杂，产生的点多、不集中，有色厂规模普遍不大、比较分散，单个点固废产出量偏小，给各个点单独建炉处理造成了一定限制，增加了不少难度。而钢铁企业的钢铁厂具有规模大、高温熔渣产出量大的特点，在固废的数量上是有色冶炼行业所不能比拟的，转炉每天产出的大量1600℃以上的高温熔融钢渣，是大部分有色冶炼厂所没有的一个天然的高温熔渣熔池载体，给处理这些有色固废、危废提供了一个绝佳的高温处理（实际上就是超级焚烧）平台。利用转炉倒出的大量的1600℃的高温熔融钢渣这个载体，在一个特别设计的处理炉内，做成一个特别类似半个炼铁高炉的高温熔炼处理炉内进行有色固废危废的熔融还原挥发处理，不失为一个好方法，起到了量大的高温熔融钢渣“以大带小”协同处理量小的有色固废危废、四两拨千斤的效果，其“熔融钢渣”+“有色固废”协同处理的综合效果远超目前普遍存在的钢铁行业的“冷态钢渣处理”和有色行业的“有色固废分散委托处理”的各自单独处理的效果。毫无疑问，在钢铁厂生产区现场采取转炉熔融钢渣高温液态下在线协同处理有色固废危废（包括钢厂自产和外部的各种含铁尘泥），分离回收了铁、磷资源和高价值的有色和稀贵金属。由于还原挥发炉处理钢渣与有色固废危废、廉价的煤矸石“三固废”协同

高炉渣的综合利用

摘 要

高炉渣是高炉炼铁过程中排出的固体废弃物，随着弃置量增大，产生的问题也日趋严重。通过分析我国高炉渣的现状及特点，阐述了对其综合利用的重要意义，回顾了高炉渣综合利用的研究进展。系统地介绍了高炉渣在制备混凝土材料、矿渣砖、墙体材料和新型矿棉、微晶玻璃等材料的应用情况。阐述了二次资源综合利用的社会效益、经济效益和环境效益。从资源有效利用和产业化的角度，指出了未来高炉渣的技术开发与综合利用的发展方向。

关键词: 高炉渣；利用途径；综合利用；矿棉；微晶玻璃；

前言

高炉渣是冶金行业产生数量最多的一种副产品，其处理过程中不仅消耗大量的能源，同时也排出大量的有害物质。因此，开展高炉渣回收利用方面的研究十分必要。国内外的生产企业十分注重高炉渣再利用技术的研究，近年来从能源节约和资源综合利用来看，提高炉渣的利用率和再利用价值，寻求高炉渣资源化利用新途径和利用高炉渣开发高附加值产品已成为国内外研究的热点。积极探索利用量大、附加值高的高炉渣利用新途径以促进经济社会与环境协调发展。

本文阐述了高炉矿渣的分类及主要成分，本着综合利用的原则，详细介绍了各种高炉矿渣的综合利用途径及工艺。积极探索利用量大、附加值高的高炉渣利用新途径以促进经济社会与环境协调发展。

研究背景

我国工业发展长期以来侧重于资源密集型产业，由此造成的大量工业固体废弃物处理问题也随着经济发展而不断突出。工业废物数量庞大，种类繁多，成分复杂，不仅占用大量土地，而且污染环境经过日晒、风吹雨淋，造成二次污染[1]。工业固体废弃物资源的回收再利用产业，是国内外循环经济发展的一个重要链条，发达国家已将其视为继现有三大产业之后的又一个重要产业支柱，又称“第四产业”。根据西方发达国家的实践经经验，应用先进技术进行工业固体废弃物资源二次利用，不仅能够创造大量社会财富，而且可以间接促进资源综合利用技术的发展，因此又被称为“黄金产业”[2]。目前，我国固体废弃物综合利用产业蓬勃发展，已成为新世纪以来的“朝阳产业”[3]，然而由于起步较晚，我国在此领域中的发展程度仍较发达国家仍有一定距离。

东北大学继续教育学院毕业设计（论文）

碱度对保护渣冶金性能的影响

专业：冶金工程

班级：冶金14

姓名：***东北大学继续教育学院毕业设计（论文）

II 目 录

摘 要 .................................................................................................. 5

ABSTRACT ............................................................................................ 6

1.绪 论 ............................................................................................ 7

1.1结晶器保护渣的分类 ................................................................ 10

1.2保护渣的化学成分 .................................................................... 13

1.3结晶器保护渣的作用 ................................................................ 17

1.3.1绝热保温 ................................................................................ 19

钢铁生产中的冶金渣

什么是冶金渣

冶金渣是指在冶金过程中产生的一种废渣，主要成分是金属氧化物、氧化钙、氧化铝、氧化硅、氧化镁等，在钢铁生产、有色金属冶炼、铜矿选矿等各个领域都有应用。

钢铁生产中的冶金渣

在钢铁生产中，冶金渣主要是炉渣和钢渣两种，它们是由钢铁生产过程中产生的废渣，这些废渣不仅对环境有较大的影响，还造成了资源的浪费，因此，针对它们的回收和利用一直是钢铁行业面临的重大难题。

炉渣

炉渣是在冶金炉子中的金属熔炼过程中产生的废渣，主要由氧化物、硅酸盐、钙镁盐和铁锰氧化物等组成。炉渣对环境极具危害性，尤其是岩石渣中含有较高的重金属、放射性物质和有害物质，会对环境造成污染。炉渣的回收和利用可以有效减轻其对环境的污染。

钢渣

钢渣是指在钢铁冶炼过程中，由于掺杂和反应所产生的残留物和氧化物，主要成分是硅酸盐、氧化钙、氧化铁、氧化铝等。这些钢渣不仅会增加钢铁冶炼的能耗，而且浪费了大量的资源。但是，通过钢渣的回收和再利用，不仅可以减轻钢铁冶炼的能耗，还可以提高钢铁生产效率。

冶金渣的回收和利用

如何有效地回收和利用冶金渣，不仅是环保问题，同时也是资源回收利用问题。目前针对冶金渣的回收和利用主要有以下几种方法：

水泥制备

将一定比例的冶金渣与水泥原料一起混合，参照水泥生产的工艺制成水泥。这种回收和利用方法可以在很大程度上替代水泥原料中的石灰岩和泥岩，减少对自然资源的破坏。

矿渣棉制备

通过冶金渣的高温熔融，使其膨胀成为一种纤维状物质，称为矿渣棉。矿渣棉主要用于吸音、保温、隔热等领域，因其重量轻、导热系数小、不燃等特性而备受青睐。

道路铺设

将冶金渣与沥青混合，铺设在道路上，既能降低道路噪音，还能提高路面硬度和耐久性。

农业利用

将适当比例的冶金渣添加在土壤中，可以有效改善土壤结构，提高土壤肥力和保水性。 结论

冶金渣是钢铁生产中的废渣，通过有效地回收和利用减轻其对环境的污染和资源的浪费。目前主要的回收和利用方法包括水泥制备、矿渣棉制备、道路铺设以及农业利用等。这些方法有助于推动绿色、可持续发展，促进经济的发展和环境的保护。