西安建筑科技大学材料与矿资学院
摘要：随着钢铁工业的发展，作为钢铁产业的主要副产品-钢渣的产量也随之迅速增长。近年来国内钢渣的年排放量约为1900万吨，而有效利用率却很低。钢渣种类多，处理技术复杂，涉及面广泛，所以处理和利用一直以来都没有得到实际的发展和开拓。有效利用钢渣并将其作为二次资源已经成为国内外研究的热点。本文主要介绍了国内外对钢渣应用的研究现状，探讨如何利用现有的钢渣作为资源，开发附加价值高的产品。
关键字：钢渣；应用；产品
1、引言
钢渣是炼钢过程中所产生的废渣,是钢铁冶炼中的主要的副产品，约占钢生产量的40％左右，我国的粗钢产量仅仅在2010年就高达6.267亿吨，而这其中就有高达1.1亿吨是排出的钢渣，其综合利用率竟然不足10%。大部分钢渣会当作废物抛弃，这些废弃的钢渣既占用土地，又污染环境。目前对于矿渣的各方面利用都已经逐渐表现出了很好的社会效益、经济效益，对于钢渣的资源化利用，特别是做到用量和附加值方面的利用，相关基础理论的研究及应用技术问题都亟待解决[1]。
2、国内外研究现状
2.1钢渣国外研究现状
（1）德国钢渣研究现状
现在德国钢渣的有效利用率高达98％，配入烧结、土建以及高炉进行再利用和农肥等均为其主要的利用方向。当前德国已经开始将钢渣用于加固河港口和河岸等。其原理是让钢渣中f-Cao、f-MgO与空气中的水分在露天环境中进行风化反应，进而使钢渣性能稳定，然而这种方法的主要缺点是时间较长、占地较大。近几年来德国研究了通过喷枪向熔融钢渣中吹入一定量氧气和钢渣中f-CaO反应进而生成硅酸钙，通过Fe2O3与f-CaO反应生成铁酸钙来消除钢渣中f-CaO所造成的不稳定性[2]。
（2）其他国家钢渣综合利用情况
美国当前钢渣的有效利用率已经超过98％，其主要的利用方向为烧结和高炉再利用、筑路等,它们的钢渣用量占到总钢渣的利用量的65％以上。美国8条主要铁路都用钢渣作为铁道渣。美国研究机构也研究了氧气顶吹转炉渣性能的变化，进而开发出了利用钢渣来去掉土壤含水层中有机物和无机物的使用途径[3]。
阿拉伯地区将钢渣作为掺和剂加入混凝土中配制出了属性更好的混凝土[4]。
2.2钢渣国内研究现状
（1）钢渣的冷却处理
1500～1700℃是钢渣的形成温度,在这一温度下钢渣呈现液体状态。钢渣的冷却处理是一个把炼钢排出的熔渣通过恰当的方式进行冷却，然后形成粒度不大于300mm块渣的过程。目前,主要有五种冷却方式有：水淬法、热泼法、余热自解法(热闷法)、浅盘泼法、风淬法等[9]。
1）水淬法
炉前水淬和室外水淬是水淬的两种方式，均是在利用高压水嘴喷出的高速水束把熔渣冲碎、冷却而形成的粒径小于3mm的粒渣,其粒渣量高达90%以上。在炼钢炉前进行的水淬叫做炉前水淬,炼钢炉通过把熔渣直接倒入中间渣罐中,熔渣再流经中间的渣罐底孔进入到水淬渣槽,与高速水流急速撞击遇冷后立刻形成水淬渣,连同冲渣水一起,进入到室外的沉渣池。利用抓斗将沉淀后的水淬渣抓出,运到渣场上沥水后再利用。此工艺适合于电炉前期渣以及铸锭渣。在渣罐中先倒入炼钢炉熔渣之后再把渣罐运到室外的水淬渣池边,熔渣经高速水流喷射通过渣孔流出，再进行水淬的方法叫室外水淬。水淬渣直接进入水淬池，炉前水淬相较于室外水淬更加危险。但是炉前水淬可以边排渣边水淬,水淬率更高,同时也省去了熔渣的运输,更适应了炼钢炉排渣的需要。
2）余热自解法
利用400～800℃高温渣淋水后产生的温度应力以及f-CaO吸水后消解产生的体积膨胀应力从而使钢渣在冷却的过程中发生龟裂、粉化的冷却方式[5]。
3）热泼法
首先，使用渣槽将运送到炼钢炉的炉渣中运送到热场，然后倒在热床上，热床坡度为3%～5%。对冷却成渣饼的熔渣进行喷水使之急冷,从而因温度应力和膨胀应力使渣饼龟裂成了大块。待温度降到了300～400℃时,再在渣饼上泼上第二层、第三层,…当渣层总厚度达到了500～600mm时,再用推土机推起,用磁盘吊选出其中大块废钢,渣块再送过去加工[6]。
4）浅盘泼法
利用渣罐将炼钢炉中排出的流动性好的炉渣，倒入到特制的大盘中去,喷水使自流成渣饼的熔渣急冷,从而渣饼龟裂成了大块渣。当熔渣的温度下降到大约500℃时,再把熔渣从渣盘倒进受渣车进行又一次的急速淋水冷却,渣块继续地龟裂粉化。最后,等到熔渣温度大约是200℃时,又一次把熔渣从受渣车倒入到水渣池中进行再一次的急速淋水冷却,使渣进一步地龟裂粉化。水渣由渣池捞出进行沥水后,继续送去加工[7]。
5）风淬法
将接到渣的渣罐,运到风淬装置处后,倾翻渣罐,从中间罐将熔渣流出,被一特殊喷嘴喷出后的空气吹散,破碎成了微粒,在罩式的锅炉内回收高温空气以及微粒渣中所散发处的热量并且捕集渣粒。
（2）钢渣的循环使用
迄今为止,和钢渣有关的综合利用途径已经被开发出了许多种,除了在钢渣中回收废钢铁和钢粒以外,同时钢渣可以作为烧结矿的冶炼熔剂、转炉炼钢造的渣料、铁水预处理的熔剂使等用,钢渣循环利用流程图如图1.1所示。
图1.1钢渣循环使用流程图
1）用于高炉炼铁熔剂
钢渣常有很高含量的CaO、铁分以及一定比例的MgO、MnO，当把钢渣用于炼铁用途上时,钢渣中的一些成分可以明显地达到降低熔剂、矿石的消耗以及能耗的作用[8]。根据相关资料显示,美国钢渣在作为熔剂用于高炉冶炼和烧结这一方向的数量是最多的,超过其钢渣总量的56%。钢渣作为高炉炼铁熔剂被利用来加工分选出粒径在10～40mm的钢渣重新回到高炉,进行回收钢渣中的Fe，Ca，Mn等元素,一方面不但可减少高炉炼铁熔剂(石灰石、白云石、萤石)的消耗,另外对改善高炉的运行状况有很大的好处,同时也实现了节能的目的[9]。钢渣中的MnO和MgO也有利于改善高炉渣的流动性能。钢渣烧结矿具有强度较高、颗粒较均匀等优点,使得高炉炉料的透气性更好,同时煤气的利用状况得以改善,因而焦比得以下降,炉况得以顺行。
2）用做于烧结熔剂
钢渣之所以可以用做于烧结熔剂，主要是由于钢渣中拥有CaO、MnO、MgO等有效成分。石灰石在铁矿石制备烧结的矿时,一般加入其中作为助熔剂,而CaO在钢渣中的含量为40%～50%，1t钢渣就相当于700～750kg的石灰石,因此可以将钢渣用做于烧结材料替代部分的石灰石。当烧结料被分配进入转炉钢渣时，不但提高烧结料层的透气性能,而且提高了烧结矿的成品率以及烧结机的生产效率,改善了烧结矿的冶金性能,降低了烧结矿的成本[10]。
（3）钢渣在其他行业中的应用
①钢渣被用于筑路材料
钢渣具有容量大、呈块状、表面粗糙、稳定性好、不滑移、强度高、耐磨损、耐腐蚀、耐久性好、与沥青胶结牢固等特点，因此可以广泛应用于各种路基材料、工程回填、修砌以及加固堤坝、填海工程等方面来替代天然碎石[11]。
②生产钢渣砖
以粉状钢渣和水淬钢渣为主要原料，往其中加入一部分的高炉水渣或粉煤灰和激发剂(包含石灰、石膏粉等)，进行加水搅拌后，通过轮碾、压制成型、蒸压等流程最终进而制做成为建筑钢渣砖。
③用于生产水泥
利用钢渣来生产水泥，主要是指用钢渣做生料去配制水泥原料。根据原料的迥异，当前已生产出的以钢渣为原料的水泥主要是钢渣沸石水泥、钢渣矿渣硅酸盐水泥、钢渣矿渣水泥、白钢渣水泥(钢渣白水泥)等[12]。
参考文献
[1]姚艳玲.周俊.冶金炉渣的研究及综合利用思路[J].制造业自动化，2010，33(1)：111-121．
[2]黄勇刚.狄焕芬.祝春水.钢渣综合利用的途径[J].工业安全与环保，2005，31(1)：44~46
[3]舒型武.钢渣特性及其综合利用技术[J].有色冶金设计与研究，2007，28(5)：31~34
[4]彭春元.彭忠.邓福添.钢渣微粉对混凝土性能的影响初探[J].混凝土，2005,9：45~48
[5]章瑞平.本钢转炉钢渣处理工艺方案的选择[J].本钢技术，2011,8(1)：7~10
[6]李志君.符新.王正任.黄世海.AC/MMA接枝天然橡胶包覆滑石粉填充PP的研究[J].中国塑料，2001，15(11)：63~66
[7]何映平.孙燕.谭海生.有机硅氧烷接枝改性天然胶乳的性能[J].热带作物学报，2005，26(1)：25~33．
[8]钟明强.刘俊华.益小苏.反应挤出在聚合物共混改性中的应用与进展[J].高分子材料科学与工程，2001,17(1),39~46
[9]戴近禹.白炭黑高效活性分散剂好优达BH68在丁苯橡胶和天然橡胶胶料中的应用研究[J].橡胶工业，2015，37(4)：19~26．
[10]翁玉凤.范汝良.充油顺丁橡胶/天然橡胶并用胶的基本性能[J].合成橡胶工业，1993，16(006)：356~358．
[11]徐文总，梁俐.丁苯橡胶/天然橡胶复合体系动态力学性能[J].应用化学，2001，18(1)：44~47
[12]张广成.刘铁民.陈挺.项士新.缪桦.HDPE/EPDM材料的形状记忆特性研究[J].机械科学与技术，2004，23(7)：825~827．