钢渣安定性处理技术与工艺的探讨

钢渣安定性处理技术与工艺的探讨 2009年4月 ? 54?第37卷第2期 钢铁研究 ResearchonIron&Steel Apr.2009 V01.37No.2 钢渣安定性处理技术与工艺的探讨 徐国涛,王悦,张洪雷 (武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉430080) 摘要:钢渣改质处理是值得关注的一种新工艺,新技术.介绍了转炉钢渣的处理技术,着重讨论如何 解决渣的均匀稳定,安全使用问题.通过加入适量的安定性改质剂,可以获得能够安全使用的钢渣. 关键词:钢渣;安定性;处理 中图分类号:TF734文献标识码:A文章编号:1001—1447(2009)02—0054—03 Discussiononthetechnologyofinvariabilitytreatmentforsteelslag XUGuo—tao,WANGYue,ZHANGHong—lei (Research&DevelopmentCenter.WuhanIron &Steel(Group)Co.,Wuhan430080,China) Abstract:Modifiedtreatmentofsteelslagisanewtechnologythatshouldbeconcerned. Thispaperintroducesthetechnologyofsteelslagtreatmentwithfocusonproblemsof homogeneousinvariabilityandsafeapplicationformodifiedslag.Thepropertiesof modifiedslagcanbeimprovedbyaddingsuitableamountofinvariabilityagents. Keywords:steelslag;invariability;treatment 随着国家循环经济的发展,要求冶金行业废 弃资源实现再利用,特别是冶金渣的再利用成为 冶金行业循环经济关注的焦点.影响钢渣综合利 用的关键因素是钢渣的安定性,而安定性与游离 氧化钙的水化分解程度相关.目前,钢渣的发生 量约为钢水量的1O左右,推算国内转炉钢渣每 年的产出量约为4000万t.国内钢渣综合利用率 仅为1O左右,主要原因是钢渣的处理工艺和设 备落后,致使钢渣的体积稳定性不良,达不到应用 领域的要求;钢渣堆置,占用土地,影响生态环境. 目前转炉钢渣的处理主要采用热泼法,喷水冷却, 焖渣法以及轮式水淬法.这些工艺中,焖渣法与 轮式水淬法处理后的钢渣安定性较好,游离w (CaO)在3以下,这有利于钢渣的安全使用;但 这两种方法投资大,成本高.近年来,德国研究了 向熔融钢渣中吹入一定量SiO的方法,SiOz和钢 渣中游离CaO反应生成硅酸钙,FezOs与游离 Ca0反应生成铁酸钙来消除钢渣中游离CaO所 造成的不稳定;并在杜伊斯堡地区的蒂森一克虏伯 钢厂试验成功,处理的钢渣可以用在道路的磨耗 层l_1].加拿大,英国,印度等国的钢渣处理工艺 多采用热泼法;日本多采用焖渣法.本文结合对 钢渣处理工艺的研究,分析了不同安定性改质剂 对钢渣的影响,通过采用价格低廉的处理材料,可 使钢渣安定性改变,有效降低钢渣中游离氧化钙 含量,利于钢渣的安全使用. 1钢渣安定性的处理工艺 消除游离CaO的方法通常有自然堆放法,温 水养护处理法,热焖渣处理法,蒸气养护法等.自 然堆放法把钢渣堆在渣场,自然陈化,占地大,存 放时间久,结果并不均匀稳定.日本钢厂采用温 水养护处理,钢渣水浸膨胀率可低于1.5.热 焖渣处理法是当大块钢渣冷却到300--600?时, 将其倒人焖罐内,间断地往热渣上喷水,钢渣中的 游离CaO遇水消解成Ca(OH)z,发生体积膨胀, 使钢渣进一步粉化.蒸气养护法通过蒸气对钢渣 消解,100?蒸气下养护钢渣24h,钢渣水浸膨胀 率由3下降No.59/6,而用500?蒸气陈化2h 效果相同. 作者简介:徐国涛(1965一),男,工学博士,主要从事耐火材料,陶瓷材 料的研究 第2期徐国涛,等:钢渣安定性处理技术与工艺的探讨?55? 德国钢渣处理工艺和武钢三炼钢所用的西班 牙的处理工艺相同,钢渣由渣罐车运往处理场,用 桥式起重机将渣罐吊起,倾翻熔渣至渣箱内,喷水 冷却,液压挖掘机或轮式装载机挖渣,汽车运走, 进行加工处理.处理周期为5,7d,再停放一定 时间,并经稳定性检验合格才可使用.德国研究 了通过喷枪向熔融的钢渣中吹砂子和氧气来解决 钢渣的不稳定性的方法,处理的钢渣耐磨性能好, 在高承载能力和耐磨道路工程中比天然骨料有更 多优点. 从现场的看,就地对钢渣进行处理,占地 面积大是一方面,完全依靠自然消解,无法解决渣 的均匀稳定,安全使用问题;以前武钢在三炼钢厂 基础回填的过程中,使用了大量的陈旧钢渣,虽然 使用了不同材料分层铺设,但结果膨胀速率不一 致,造成后来地基的膨胀局部拱起.使用蒸气和 热水,不增加钢厂区域的物流量,处理效果好,但 蒸气对环境条件有要求.采用喷吹砂子及吹氧, 通过Si0.,FeO.和游离CaO生成硅酸钙或铁酸 钙,增加了耐磨的水泥矿物的含量,可以扩大钢渣 的安全使用范围.但在炼钢现场需要增加砂子存 放,加入,计量装置,增加气体的喷吹装置.因此 在研究过程中,应该尽量避免钢厂之外的物流量 增加. 2钢渣安定性处理实验及结果 钢渣的化学成分如1,安定性改质剂包括 砂子和其它含SiO.材料. 表1钢渣的化学成分() 钢渣安定性改质剂的成分范围(质量分 数,)为:SiO230.O0,99.98,Al2O30.001, 49.000,CaO0.001,20.000,MgO0.001, 20.000.这些成分的引人物可以是3ram以下的 颗粒也可以是粉末;钢渣安定性改质剂按照钢渣 总量的0.5,5O.0的比例加入炼钢渣罐中进 行改质处理,从而得到安定性优良的钢渣材料,可 以作为建筑材料,石料使用.掺人改质剂的钢渣 配人一定的熟料后,强度高,安定性优良.钢渣安 定性改质剂可通过液态钢渣的冲击力均匀分散并 与渣反应;部分粘稠的渣可以喷吹氧气搅拌.通 过处理可以消解掉炼钢用石灰或白云石造渣的残 余氧化钙,形成硅酸钙或硅酸二钙,减少游离 CaO含量. 对钢渣进行了实验室的改质处理模拟.采用 钢渣为一,二炼钢厂冷弃法处理的新渣,安定性改 质剂包括河砂,MG料,NG料3种.实验设备包 括:YAW300C压力机,FZ-1沸煮箱,高温电炉, 胶砂搅拌机,振动台,电子天平.实验方法:将安 定性改质剂和钢渣烘干处理后,以不同比例进行 混合.将混合好的混合料放人高温实验炉中,升 至一定的熔化温度,并保温1h.处理后的样品粉 磨,磨细后,分别以3O的掺量与325号水泥混 合,进行搅拌,并成型净浆试块.取3d强度,7d 强度,28d强度进行性能测试.并取部分试样做 安定性试验. 用河砂料进行钢渣改质试验,结果见图1. 安定性实验结果:钢渣未处理的空白样,1,2号试 样粉化,不合格;3,4号试样合格. 时 凸一 \ 黑 幽 改质剂加入量/%,a为定值 图1用河砂料进行钢渣改质后配制 的净浆试块的抗压强度 对河砂料改质的钢渣进行了结构分析,如图 2,钢渣改质后扫描电镜的形态观察配合能谱进行 成份分析,如图2中:1处为含铁相;2处组成(质 量分数,)为:Si0221.93,CaO73.14,FeO 4.93;3处组成(质量分数,)为:MgO13.67, MnO4.2O,FeO82.13.由此看,主要物相为硅 酸二钙. 用MG料进行钢渣改质试验,结果见图3. 安定性实验结果:空白样,1,2号试样粉化,不合 格;3,4号试样合格. ,用NG料进行钢渣改质试验,结果见图4. 安定性实验结果:空白样不合格;l,2,3,4号试样 合格. ? 56?钢铁研究第37卷 图2用河砂料进行钢渣改质后钢渣的结构图5用NG料进行钢渣改质后钢渣的结构 时 \ 慧 幽 堰 图3用MG料进行钢渣改质后配制 的净浆试块的抗压强度 对NG料改质的钢渣进行了结构分析,如图 5,钢渣改质后扫描电镜的形态观察配合能谱进行 成份分析,图5中:3处为含铁相;2处组成(质量 分数,)为:MgO85.03,MnO9.89,FeO3.65; 2处组成(质量分数,)为:Ca064.56,SiO2 31.27,P2O_1.82,Al2()31.17,MgO0.39,TiO2 0.79.由此看,主要的物相为硅酸二钙. 时 \ 慧 出 改质剂hn.z.量/%,口为固定值 图4用NG料进行钢渣改质后配制的 净浆试块的抗压强度 从掺人改质剂的钢渣的性能变化看:改质剂 含量增加,多数改质钢渣配人一定的熟料后,7d, 28d的抗压强度是逐步增加的,但是加入量过多, 强度有所下降,对于河砂,NG料,改质后的钢渣 强度均有增加;对于MG料,加入量增加过多,改 质后的钢渣强度有所下降.对于安定性而言,河 砂,MG料加入量太少,安定性得不到改善,有一 个起点加入量;NG料加入量的适应范围要大一 些.从实验室的角度出发,对钢渣在转炉炉后直 接采用价格低廉的钢渣安定性改质剂,适当喷吹 处理,可以使得钢渣安定性改变,形成硅酸钙或硅 酸二钙,有效降低钢渣中游离氧化钙含量. 3结语 对转炉钢渣的处理技术,主要取决于解决渣 的均匀稳定,安全使用问题.自然堆放法,温水养 护处理法,热焖渣处理法,蒸气养护法等工艺可以 部分解决安定性的问题,但存在各自的缺陷.采 用加入安定性改质剂的办法,可以扩大钢渣的安 全使用量.通过SiOz和游离CaO生成硅酸钙,增 加了耐磨的水泥矿物含量.研究表明:对于河砂, NG料,安定性改质剂加人量过多,改质后的钢渣 配制的净浆试块强度均有增加;对于MG料,加 入量增加过多,改质后的钢渣配制的净浆试块强 度有所下降.就安定性而言,河砂,MG料加入 量太少,安定性得不到改善,有一个起点加入量; NG料加入量的适应范围要大一些.就钢渣改质 工艺和循环经济的角度出发,用加入安定性改质 剂的办法处理钢渣是值得炼钢厂探索的一种新工 艺,新技术. [参考文献] [1]陈荣欢.转炉钢渣的处理及利用技术简介EC].宝钢冶金废 弃物资源循环利用会议论文集.2006:8. [2]朱桂林,孙树杉.钢铁渣综合利用的现状及高价值利用新进 展[c].//冶金能源环保会议论文集.2003:19. (收稿日期:2008—08—16)