周智強

摘 要:我國每年產生約1.5億噸的鋼渣，同發(fā)達國家相比國內鋼渣的綜合利用率較低，鋼渣的堆存既占用了大量的工業(yè)用地，有不利于環(huán)境保護。因此，如何提升鋼渣的處理技術及有針對性的開發(fā)鋼渣利用場景越來越引起鋼鐵企業(yè)重視。本文通過對比國內外鋼渣處理技術的應用情況，綜述了不同的鋼渣處理技術工藝特點，輥壓破碎-有壓熱悶技術同其他鋼渣處理技術相比較有極大的優(yōu)勢。

關鍵詞：鋼渣；現狀；綜合利用；技術特點

0 前言

鋼渣是煉鋼過程中不可避免產生的固體廢棄物，生產每噸鋼會隨之產生約150kg的鋼渣^[1]。2023年我國粗鋼產量為10.19億噸，鋼渣產量約1.5億噸，目前我國鋼渣利用率在20%~30%，歐、美、日等發(fā)達國家鋼渣利用率將近100%。由于我國鋼渣綜合利用率較低，導致超過數億噸鋼渣的堆存，既占用了大量的土地資源，又會造成土壤、水資源的污染。針對該現狀，我國環(huán)保法規(guī)對工業(yè)廢棄物的排放和治理越來越嚴格，《環(huán)境保護稅法》明確規(guī)定對鋼渣開征25元/噸的環(huán)保稅。同時，國內各鋼廠積極倡導“固廢不出廠”的環(huán)保理念，極大促進鐵企業(yè)積極探索鋼渣穩(wěn)定化處理及資源化利用^[2]。

本文通過梳理國內外鋼渣處理現狀，并對各種鋼渣處理技術進行了對比，以期探索更高效益的鋼渣處理技術手段，實現鋼渣資源化利用，促進工業(yè)可持續(xù)性的發(fā)展。

1 鋼渣理化特性

煉鋼過程中為了脫去鋼水中的O、S、P等雜質元素需要添加造渣劑，如螢石、石灰石、白云石等，造渣劑在爐內發(fā)生復雜的化學反應后，形成了含Si、Ca、Al、Mg、Mn等元素的鋼渣。冶煉工藝、原材料、冶煉鋼種等對其成分有極大的影響，鋼渣的密度約3.5t/m³，耐磨性較強；常見的鋼渣有電爐渣、轉爐渣、LF爐渣等。各鋼廠因為冶煉的鋼種不一樣，所以產生的鋼渣成分也不同，即使是同一個煉鋼廠，其鋼渣成分也會跟隨鋼種變化而變化。

2 國內外鋼渣利用現狀

2.1國外鋼渣利用現狀

由于不同國家的技術水平及發(fā)展特點不同，對鋼渣的利用方面也具有較大的差異。從歐、美、日這些發(fā)達國家和地區(qū)可以看出，鋼渣主要集中于土建領域的使用，例如道路、土木工程、建筑、水泥等，廠內循環(huán)利用率比例也較高，如圖1所示^[3-7]；但受制于鋼渣的理化特性，在水泥和建筑領域應用較少，利用率較低。總體而言，鋼渣在發(fā)達國家的綜合利用率普遍較高，堆存量少，對環(huán)境的污染極低。
 

圖1 國外鋼渣利用現狀

Fig.1 Recycling of steel slag on the world

2.2 國內鋼渣利用現狀

如圖2所示，同發(fā)達國家相比，我國對鋼渣的利用率較低，在30%左右，將近70%的鋼渣未被利用；目前，我國鋼渣的利用主要集中于水泥、道路的利用上，但同歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)相比利用率也不高，并且內循環(huán)利用相較各個發(fā)達國家利用率也較低。目前國內大量未利用的鋼渣未得到有效開發(fā)利用，既是對環(huán)境的造成較大的污染，也不符合可持續(xù)性的經濟發(fā)展理念。

圖 2 中國鋼渣利用現狀

Fig. 2 Recycling of steel slag in China

近年來中國相關政府部門及行業(yè)出臺了一系列的政策與法規(guī)，促使鋼鐵企業(yè)提高鋼渣的利用率，既是環(huán)境保護方面的迫切需要，也是鋼鐵企業(yè)本身發(fā)展的需要。這一系列的法律法規(guī)對鋼渣的堆存、處理、應用及懲處措施等都有明確的要求，如表1所示，整個鋼鐵行業(yè)對鋼渣如何提高綜合利用率具有極大的迫切性。面對這些強制性政策及法規(guī)措施，鋼鐵企業(yè)不得不加強鋼渣處理，提高鋼渣的利用率，減輕環(huán)境污染的壓力；但是受制于國內鋼渣處理技術及使用場景，限制了鋼渣綜合利用效率，如鋼渣的穩(wěn)定性仍然不能得到有效的解決。

表 1  中國有關限制鋼渣排放的政策與規(guī)定^[8]

Table 1 The law and regulation on the steel slag in China

3 鋼渣處理技術特點

目前，鋼渣處理技術根據其工藝特點可分為熱悶處理工藝、熱潑處理工藝、水淬處理工藝、滾筒?；幚砉に?、風淬處理工藝等等。不同國家其處理方式也不同，日本普遍采用蒸汽陳化法，德國則以箱式熱潑為主，我國目前應用的較多為熱潑法。

3.1熱悶處理工藝

熱悶工藝可分為常壓熱悶技術和有壓熱悶技術，常壓熱悶處理技術應用較為普遍，有壓熱悶由于其高效、低耗、環(huán)保等特點廣受關注。

常壓熱悶技術，又稱常壓池式熱悶技術，國內大多數鋼廠采用該工藝，如日照鋼鐵、新余鋼鐵、昆鋼、包鋼等；其適用范圍廣，可用于固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)鋼渣。處理后的鋼渣中游離氧化鈣在3%左右，浸水膨脹率低于2%，粒級小于20mm的比例可達60%以上，熱悶過程對環(huán)境污染較小。然而，該工藝的熱悶時間約10-12小時，且耗水量較大，每噸鋼渣耗水約0.5噸。

有壓熱悶技術，全程輥壓破碎-余壓熱有壓熱悶技術，是在常壓熱悶技術基礎上發(fā)展而來，主要有安鋼、濟源鋼廠、鞍鋼等鋼鐵企業(yè)使用該技術。該技術主要包括輥壓破碎工序和余熱有壓熱悶工序，具體可以分為倒渣、輥壓破碎及有壓熱悶過程。鋼渣通過渣罐傾翻車倒進破碎床，在破碎床中進行輥壓破碎，同時打水冷卻降低鋼渣溫度，使出渣溫度控制在800℃左右，粒徑在300mm以下。破碎降溫后的渣轉運至熱悶區(qū)的壓力設備內，密閉后進行打水作業(yè)。液態(tài)水遇到高溫鋼渣變成水蒸氣，從而產生0.2～0.4MPa的壓力，使鋼渣中f-CaO快速消解，完成鋼渣的穩(wěn)定化處理，并使鋼渣粉化^［49-50］。同常壓熱悶技術相比，熱悶過程中壓力低，消解時間只有2小時左右，噸渣耗水約為0.3噸左右，粒度低于20mm占比約70%。同時，有壓熱悶環(huán)境污染也較小^［9-10］。有壓熱門技術產生的蒸汽還可以用于蒸汽發(fā)電，溫度一般可達120度，壓力約0.2-0.4MPa，可以配置ORC有機朗肯發(fā)電機組，目前也有很多單位在研究。

3.2熱潑處理工藝

熱潑處理鋼渣工藝是目前比較成熟的鋼渣處理技術，其原理是在一定溫度范圍內對鋼渣噴灑適量的水，由于鋼渣冷卻不均勻從而產生溫度應力，從而使鋼渣產生橫縱交錯的裂紋，最終導致鋼渣的碎裂；同時，鋼渣中f-CaO、f-MgO的水化消解，進一步使鋼渣碎裂或粉化^［11-13］。熱潑處理技術對鋼渣的物理形態(tài)沒有要求，可用于固態(tài)、半固態(tài)、液態(tài)鋼渣。處理后的鋼渣中游離氧化占比3%~10%，粒徑小于20mm的含量約10%，大塊較多，渣鐵難分離，需要消解數年才能滿足下游專業(yè)標準要求。同時，該處理工藝屬于無組織排放，對環(huán)境污染較大。目前，由于該技術本身具有一些弊端，正逐漸被其他新技術所淘汰。

3.3水淬處理工藝

鋼渣的水淬處理技術是利用鋼渣在高溫從渣罐倒出時，用合適壓力的水流噴射，使熔融鋼渣急速冶卻而凝固并碎裂成細小的粒子的過程^[14]。該工藝操作較為簡單，且粒度均勻、粒度小，處理后的鋼渣粒徑在5mm以下的占比在95%以上；該技術需要流動性較好的鋼渣，且處理后的鋼渣中渣鐵難分離。但該工藝對操作要求較高，由于鋼渣內的金屬鐵在高溫下與水反應生成氫氣，操作不當有爆炸風險，引發(fā)安全事故。因此，該工藝很難普及，隨著鋼渣處理技術的發(fā)展，該技術也將被新興技術所取代。

3.4滾筒?；幚砉に?/b>