泼渣工艺钢渣安全有效应用初探

泼渣工艺钢渣安全有效应用初探

王书民

福建三宝钢铁有限公司再资源厂 福建 漳州 363000

摘要：本文阐述了钢渣处理工艺的研究情况，提出了钢渣在工业化应用中造成危害的根源是安定性的看法，同时对渣工艺钢渣安全有效应用进行了概述，也对泼渣工艺钢渣粉应用做了研究，研究表明，有一定活性的钢渣粉仍然有四种用途：做水泥混合材、做脱硫剂、做复合矿渣粉、做填充胶凝材料，并分别对上述四种用途做了必要的阐述。

关键词：钢渣；泼渣工艺；安定性；水泥混合材；脱硫剂；复合矿渣粉；胶凝材料

当前，我国的钢铁企业，无论是长流程的转炉，还是短流程的电弧炉，一次钢渣处理大部分采用泼渣工艺或固态闷渣工艺。有些企业曾经将钢渣破碎后，分级筛选，试图做混凝土的骨料、路基垫层和做墙体材料的骨料。但是，由于钢渣中的过烧f-CaO和f-MgO水化反应缓慢，在较长的、不确定的时间水化，钢渣的安定性问题无规律随时爆发：体积膨胀，混凝溃裂、墙体材料碎裂、路基起鼓变形，造成严重的建设工程事故[1-4]。在现有技术条件下，只有把钢渣磨成比表面积大于400㎡/kg的粉体物料，而且只有立磨工艺生产的钢渣粉，才能在生产过程中基本解决安定性问题，并确保钢渣的活性不因长期堆存、陈化降低甚至失效，钢渣粉才有实际可行的、安全稳定的用途[5-8]。钢渣成分的不确定性是炼钢工艺及原辅材料所决定的，在此不做钢渣化学成分的分析和探讨，做成分分析意义不大，因为成分波动太大，本文仅从现实层面，针对性的研讨泼渣工艺钢渣切实可行的解决方案，力求做到无害有益化处理。

1 泼渣工艺钢渣安全有效应用概述

关于泼渣工艺的钢渣，经过长期观察和试验，加之盲目使用后的惨痛教训，业界达成的共识：在现有技术条件下，钢渣颗粒不可做混凝土的骨料。陈化三年后的钢渣可做砂浆的细骨料。三年的堆存，占地、防渗漏、环保等一系列问题，后果甚至是灾难性的。堆存三年，安定性问题经过缓慢水化得到部分解决，钢渣水化的过程，活性基本释放，没有活性的钢渣也就失去了再利用的基础价值。

安定性与活性，对泼渣工艺生产的钢渣，是一对难以调和的矛盾，如何解决这对矛盾，既消除安定性不良问题，又确保一定的活性，是跨界探讨、学习的方向。经充分除铁后，任何转炉或电弧炉钢渣，采用立磨粉磨工艺，磨细至比表面积大于400㎡/kg，安定性不良问题基本得到解决，其原理为：立磨粉磨钢渣，需要在磨盘上形成一定厚度稳定的料床，而形成料床必须有一定的水份。立磨研磨钢渣、矿渣，原料水份通常大于8%才能形成稳定的料床，保证磨机工况、保证设备稳定运行。 钢渣在研磨和随热气流动的过程中，在高温（入磨风温通常200~350℃）、高水份的环境里，钢渣微粉中的过烧f-CaO和f-MgO，大部分快速水化，生成高活性的Ca(OH)₂和Mg(OH)2，钢渣在粉磨生产过程中，基本解决了安定性问题、同时也提高了活性。

2泼渣工艺钢渣粉应用研究

泼渣工艺所生产的钢渣有如下特点：①液相到固相为完全转化，玻璃体含量低，活性差。②未裂解粒化，形成大块钢渣，Bond功指数较高。③存在含量不确定的过烧f-CaO和f-MgO。

钢渣在工业化应用中，造成危害的根源是安定性，据此提出解决安定性问题的有效措施：采用立磨粉磨钢渣，在粉磨过程中，f-CaO和f-MgO被高温蒸汽快速水化，转化为Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，从而解决安定性问题。球磨等粉磨工艺，不具备同时粉磨、加水、烘干功能，没有快速水化过程，所以无法解决安定性问题。当前，泼渣工艺生产的钢渣，安全有效的使用途径是：立磨工艺生产的粉体物料--钢渣粉，这是快捷高效的钢渣解决方案。

泼渣工艺钢渣生产的钢渣粉，不论使用什么粉磨工艺、添加什么激发剂、比表面积磨到多高，反复试验的结果是：活性很难达到一级钢渣粉的标准，或许能达到二级钢渣粉的标准，但不能保证长期质量稳定，因此，不能直接替代部分水泥在商混站使用。

不能稳定达到GB/T20491-2006国标产品的标准，不能在混凝土中直接替代水泥，还有其它用途吗？答案是肯定的，解决了安定性问题、有一定活性的钢渣粉仍然有四种用途：做水泥混合材、做脱硫剂、做复合矿渣粉、做填充胶凝材料。

2.1 水泥混合材

在上世纪八九十年代前，矿渣，是国内水泥最重要的混合材料。随着科技的发展，矿渣生产矿渣粉直接替代水泥，使用价值陡然升高，水泥混合材从初期依赖矿渣，进而改用火山灰、粉煤灰、炉底渣、沸腾炉渣、烧堆煤矸石。

这些可用再生资源部分逐渐枯竭。比如烧堆煤矸石已经被用光，掘进煤矸石不再出井，在井下粉碎后直接回填，生熟煤矸石资源均已枯竭。比如粉煤灰被商混站直接利用或加工后利用。

水泥企业未雨绸缪，必须寻求新的、质优价廉的混合材替代资源。

钢渣经立磨粉磨后，钢渣粉的安定性问题得到解决，颜色、密度与水泥基本一致，活性比其他混合材相对较高，无疑是一种优质的水泥混合材替代资源。

当前，我国钢铁和水泥，可以用两个10亿吨来估算年产能。

年产10亿吨钢，产生1.2亿吨钢渣。

年产10亿吨水泥，按PO水泥8亿吨混合材15%，M水泥2亿吨混合材30%，共计年需求混合材1.8亿吨。水泥工业全部消耗钢渣粉，尚有6000万吨混合材的缺口。

钢渣粉在水泥行业的推广使用需要认知和检验的过程。作为混合材，其优越的性价比、可替代性，当其他混合材濒临枯竭、资源匮乏时，供不应求的局面指日可待。

钢渣粉作为水泥混合材在水泥工业应用，质量把关的关键点是：是否采用立磨工艺生产的钢渣粉。特别是M32.5砌筑水泥标准的出台，混合材大量使用。

钢渣在固废名录，钢渣粉作为水泥混合材，特别是生产M32.5砌筑水泥，掺加量超过30%，可享受国家固废利用的优惠免税政策，为公司创造更大效益。

基于免税的优惠政策，建议钢铁公司建设或并购水泥粉磨站，主要生产M32.5砌筑水泥，作为混合材大比例掺加立磨钢渣粉，一步到位，解决公司所产的全部钢渣。

2.2 脱硫剂

钢渣粉作为钢渣粉脱硫法新技术的脱硫剂，在烟气脱硫中已经有工业化应用。关于钢渣脱硫，网上内容很多，也有一些成功案列，请读者网上查阅。

2.3 生产复合矿渣粉

在现有或新建立磨矿渣粉生产线上，采取有效的技术措施，可添加15%以内的钢渣，生产完全符合S95级矿渣粉标准的复合矿渣粉。

当前，大部分矿渣粉公司为降低成本、提高效益，掺加各种固废，尤其是钢铁厂，掺加钢渣是首选。

解决泼渣工艺生产的钢渣，生产复合矿渣粉，是个优选方案，特别是新国标GB/T18046-2017于2018年11月1日实施后，为钢渣处理提供了可行方案。

2.4 填充用低强度胶凝材料

煤矿等井下开采的矿山企业，在开采资源的同时，掏空的矿洞随时有冒顶的可能，近几年矿震频发，地面塌陷，引发地质灾害。已建成的铁路、公路，经过采空区，突发地面下沉，造成重大财产损失、甚至引发重大交通事故。治理采空区引发地质灾害，已经是已经是一项刻不容缓的重大课题。

填充用胶凝材料，不需要很高的强度，因此，用很少熟料（5%左右）+脱硫石膏+大比例的钢渣，生产填充用低强度胶凝材料，用于治理采空区地质灾害，是个优先的选项。当前，北京科技大学、北京安科兴业科技股份有限公司正在推进钢渣基的工业化充填试验，届时，钢渣将大量使用，彻底解决钢渣堆存的危害。

参考文献：

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[3]陈霞,高志扬,彭子凌,周显.钢渣细骨料安定性测试方法适应性及评价指标研究[J].长江科学院院报,2021,38(11):142-148+156.

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[8]李婷,杨刚,陈华,顾恒星,李辉.不同产出环节和处理工艺钢渣的基本性质及其利用[J].硅酸盐通报,2015,34(09):2619-2623.