錢(qián)強(qiáng)

（攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司，四川 攀枝花 617022）

電爐鋼渣是電爐煉鋼過(guò)程中的副產(chǎn)品［1-2］。近年來(lái)，隨著電爐鋼產(chǎn)量的增加，電爐鋼渣排放量也相應(yīng)的增加。若不綜合利用，爐渣不僅占用越來(lái)越多的土地，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此電爐鋼渣的綜合利用對(duì)實(shí)現(xiàn)鋼鐵業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，同時(shí)也是環(huán)?？萍嫉囊豁?xiàng)重要工作［3-4］。

通過(guò)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)電爐鋼渣先進(jìn)的處理方式及綜合利用情況進(jìn)行對(duì)比和分析，結(jié)合各自工藝及區(qū)域特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)“零排放”及綜合利用提供一定的參考。

1 國(guó)內(nèi)電爐鋼渣利用現(xiàn)狀

1.1 電爐鋼渣概述

電弧爐鋼產(chǎn)量約占鋼鐵生產(chǎn)總量的35%，其副產(chǎn)品電爐鋼渣產(chǎn)量較大，以廢鋼為原料時(shí)約占煉鋼生產(chǎn)總量的 5%～15%，即 50～120 kg/t鋼［5-6］。電爐鋼渣按化學(xué)成分分為氧化渣和還原渣，分別產(chǎn)自電爐及精煉爐，二者占電爐鋼渣總量的70%和30%［7］。電爐鋼渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學(xué)組成如表1所示。以下電爐鋼渣均指電爐氧化渣，除非有指明。

表1 電爐鋼渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Chemical Compositions of Electric Furnace Slag and Converter Slag(Mass Fraction) %

由表1可見(jiàn)，電爐氧化渣中氧化鐵高而氧化鈣低，電爐還原渣則相反，這是由不同的工藝要求決定的。轉(zhuǎn)爐鋼渣的氧化鐵及氧化鈣介于兩者之間。

江蘇沙鋼集團(tuán)本部煉鋼總產(chǎn)量約3 000萬(wàn)t，是目前國(guó)內(nèi)最大的電爐鋼和優(yōu)特鋼材生產(chǎn)基地。共有大型電爐5座，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)短流程相結(jié)合， 分別為1座75 t電爐、1座90 t、2座100 t和1座110 t超高功率豎式節(jié)能電爐，原料結(jié)構(gòu)為70%的鐵水和30%的廢鋼，電爐煉鋼年產(chǎn)能力超過(guò)500萬(wàn)t，產(chǎn)生電爐鋼渣80萬(wàn)t。

沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼有限公司年產(chǎn)鋼300萬(wàn)t，有一座70 t超高功率電爐，用于生產(chǎn)短流程優(yōu)質(zhì)鋼中小型棒型材，年產(chǎn)電爐鋼渣約15萬(wàn)t。鐵水比約占50%～55%。

四川瑞鋼有兩臺(tái)70 t電爐，以鋼鐵冶煉渣中回收的渣鋼鐵為主要原料，占比約50%～70%，再配加少量廢鋼、生鐵。按最大120萬(wàn)t鋼產(chǎn)量、渣鋼鐵全供應(yīng)量和最大喂料比例（70%）以及鐵水補(bǔ)充計(jì)算，每年會(huì)產(chǎn)生電爐鋼渣 30 萬(wàn) t、還原渣 5 萬(wàn) t［8］。上述三家鋼廠電爐鋼渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣成分見(jiàn)表2。

表2 淮鋼、沙鋼本部、瑞鋼電爐鋼渣和轉(zhuǎn)爐鋼渣成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 2 Compositions of Electric Furnace Slag and Converter Slag Respectively in Three Steel Companies （Mass Fraction） %

由表2可見(jiàn)，由于電爐原料的差異，淮鋼及沙鋼本部電爐鋼渣中的全鐵含量均高于四川瑞鋼，硫含量稍低，磷含量稍高。淮鋼和瑞鋼的轉(zhuǎn)爐鋼渣在成分上較接近，這與國(guó)內(nèi)煉鋼工藝一致有關(guān)。

1.2 電爐鋼渣預(yù)處理

目前，大多數(shù)鋼廠對(duì)于電爐鋼渣的處理方式是爐下熱潑，采用爐下電動(dòng)渣罐車，也有采用抱罐汽車將液渣運(yùn)至中間渣場(chǎng)熱潑或冷凝后翻罐倒渣的出渣方式，或采用在爐下地坪直接熱潑爐渣，打水冷卻后用裝載機(jī)裝汽車外運(yùn)的方式。國(guó)內(nèi)常用三種出渣方式的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，不同的出渣方式不僅受設(shè)備投資的影響，還受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。

表3 三種出渣方式的優(yōu)缺點(diǎn)Table 3 Advantages and Disadvantages of Three Kinds of Slagging-off

2010年淮鋼投產(chǎn)鋼渣在線熱悶工藝，共有7座熱悶池，5座用于轉(zhuǎn)爐渣，2座用于電爐鋼渣。淮鋼電爐鋼渣處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 淮鋼電爐鋼渣處理工藝流程Fig.1 Flow of Electric Furnace Slag Treatment in Huaisteel

淮鋼的電爐鋼渣由于熱悶周期短，熱悶效果較差。熱悶后的電爐鋼渣初渣全部運(yùn)送至建材有限公司進(jìn)行深加工，其中，塊度e大于200 mm的為塊狀鐵，可直接返回電爐使用。

沙鋼的電爐鋼渣產(chǎn)生量為0.12～0.15 t/t鋼。出渣時(shí)，采用自動(dòng)向地下流渣的方式，在流渣過(guò)程中采用逐層噴水使?fàn)t渣迅速冷卻，用裝載機(jī)將爐渣裝到翻斗車上運(yùn)出，在裝載過(guò)程中進(jìn)一步噴水冷卻。處理冷卻后的初渣全部實(shí)現(xiàn)過(guò)磅計(jì)量，由汽車運(yùn)送至線外渣場(chǎng)進(jìn)行深加工處理。經(jīng)過(guò)打砸及生產(chǎn)線的深加工，獲得不同品位及塊度的電爐鋼渣產(chǎn)品［9］。沙鋼將廠內(nèi)熱悶坑改造為熱悶處理。

國(guó)內(nèi)大部分電爐煉鋼原料為鐵水加廢鋼 （鐵水比約為55%～70%），因此產(chǎn)生的噸鋼廢渣量較少，約為12%。而四川瑞鋼采用高品位渣鋼，高品位渣鋼是從鋼渣中回收的高品位含鐵料，廢鋼入爐比例只占30%，由此渣量比例達(dá)20%。瑞鋼電爐鋼渣預(yù)處理流程見(jiàn)圖2。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線的分選加工獲得不同的電爐鋼渣產(chǎn)品，瑞鋼電爐鋼渣處理流程見(jiàn)圖3。

圖2 瑞鋼電爐鋼渣預(yù)處理流程Fig.2 Flow of Electric Furnace Slag Pretreatment in Ruisteel

圖3 瑞鋼電爐鋼渣處理工藝流程Fig.3 Flow of Electric Furnace Slag Treatment in Ruisteel

為便于快速處理和利用電爐鋼渣，采用爐下傾渣和打水冷卻，再由汽車將冷卻后的電爐鋼渣全部運(yùn)往渣場(chǎng)處理，實(shí)施二次粉化冷卻后，通過(guò)簡(jiǎn)單的破碎、篩分和磁選工藝，獲得不同塊度和品位的電爐鋼渣產(chǎn)品。該方法不僅可為以后的渣利用提供條件，同時(shí)為爐下創(chuàng)造安全、環(huán)保的作業(yè)環(huán)境。

1.3 電爐鋼渣綜合利用現(xiàn)狀

電爐鋼渣含較高的鈣、鎂、FeO和金屬鐵等，可用于燒結(jié)及高爐冶煉，從而節(jié)約礦石和能源。目前也是國(guó)內(nèi)鋼鐵廠內(nèi)部循環(huán)最主要的途徑之一，主要用于鐵水預(yù)處理熔劑、煉鋼返回渣和高爐冶煉熔劑使用［10］。

國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)了許多有關(guān)電爐鋼渣綜合利用的方法，均是以減量化、大宗化、穩(wěn)定化為原則的規(guī)模應(yīng)用，并取得了一定的效果。目前國(guó)內(nèi)外電爐鋼渣利用概況見(jiàn)表4。

表4 目前國(guó)內(nèi)外電爐鋼渣利用概況Table 4 Present Utilization of Electric Furnace Slag at Home and Abroad

由表4可見(jiàn)，電爐鋼渣大致用途有6種，分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種，并且能大量地利用。

以沙鋼為例，生產(chǎn)線將熱悶處理后的電爐鋼渣經(jīng)過(guò)破碎、篩分、磁選、球磨，產(chǎn)生不同級(jí)別的電爐鋼渣和粗、中粒電爐鋼渣及細(xì)尾渣。

（1）內(nèi)部循環(huán)使用

A.大于800 mm的通過(guò)打砸后，金屬鐵品位（MFe）>60%的直接返回?zé)掍撌褂?，同時(shí)球磨精料也返回?zé)掍摾谩.經(jīng)生產(chǎn)線處理后，外徑5 mm以下返回?zé)Y(jié)，TFe為35%。

（2）外循環(huán)利用

經(jīng)生產(chǎn)線處理后的多個(gè)品種電爐鋼渣多種渠道應(yīng)用，部分用于小高爐。以下是對(duì)電爐鋼渣產(chǎn)品進(jìn)行的大分類，各鋼廠可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整產(chǎn)品的類別。

第一類：粒子鋼，MFe為30%～35%，進(jìn)入小高爐使用，透氣性好。

第二類：細(xì)尾渣，MFe為25%～30%，提質(zhì)深加工。

第三類：細(xì)粉球磨后MFe為60%，返回?zé)Y(jié)，尾渣添加10%的水泥后做路面磚。

淮鋼的電爐鋼渣產(chǎn)品綜合品位為49.88%，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線分選后獲得不同規(guī)格的分類產(chǎn)品，淮鋼電爐鋼渣產(chǎn)品情況見(jiàn)表5。

表5 淮鋼電爐鋼渣產(chǎn)品情況表Table5 Products Made by Electric Furnace Slag in Huaisteel

由表5可見(jiàn)，鋼渣通過(guò)不同的分類，高品位的返回鋼廠內(nèi)部循環(huán)使用，低品位的返回?zé)掕F燒結(jié)回收鐵資源，塊度較大的低品位電爐鋼渣進(jìn)入小高爐以回收鐵資源。

瑞鋼電爐鋼渣經(jīng)過(guò)處理生產(chǎn)線的分選加工，獲得不同塊度及品位的產(chǎn)品。針對(duì)尾渣量較大的問(wèn)題，結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)及成分，通過(guò)生產(chǎn)線的破碎、篩分、磁選加工后獲得不同塊度和品位的產(chǎn)品，并找出合適的利用途徑，瑞鋼電爐鋼渣產(chǎn)品情況見(jiàn)表6。

表6 瑞鋼電爐鋼渣產(chǎn)品情況表Table6 Products Made by Electric Furnace Slag in Ruisteel

由表6可見(jiàn)，電爐鋼渣經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線加工后可獲得三類渣鋼，一類渣鋼品位較高，返回電爐冶煉，二類、三類渣鋼品位較低，用于高爐，電爐鋼渣粉可用于水泥生料或是燒結(jié)熔劑，電爐鋼渣尾料也可返高爐使用。

2 存在的問(wèn)題及建議

2.1 電爐鋼渣預(yù)處理方式

目前，很多電爐鋼廠采用爐下傾倒的鋼渣預(yù)處理方式，不僅造成環(huán)境污染和設(shè)備損傷，還不利于后期的綜合利用。作為鋼廠的第三大固體廢物，對(duì)其有效的處理將有助于綠色生產(chǎn)以及環(huán)境和諧的共存。因此，應(yīng)優(yōu)先遵循快速出渣及排渣的原則。為了提高電爐鋼渣附加值，滿足環(huán)保要求，開(kāi)辟新渣場(chǎng)作為循環(huán)利用中心勢(shì)在必行。

在條件允許的情況下實(shí)施還原和水淬處理，既可還原回收金屬鐵，還可提高活性及附加值。建議電爐鋼渣采用預(yù)處理工藝流程見(jiàn)圖4。采用置于平車上的渣包接渣（配加電爐還原渣），通過(guò)軌道將平車運(yùn)送至渣場(chǎng)，再進(jìn)行翻棄處理，到渣場(chǎng)后進(jìn)行二次粉化冷卻，通過(guò)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)線分選，獲得不同塊度和品位的電爐鋼渣產(chǎn)品。該方法可為以后的渣利用（深度開(kāi)發(fā)）提供條件，實(shí)現(xiàn)廢渣的全利用。

圖4 建議電爐鋼渣采用的預(yù)處理工藝流程Fig.4 Pretreatment Technology Flow for Electric Furnace Slag

2.2 電爐鋼渣利用方式

轉(zhuǎn)爐鋼渣中的硫含量對(duì)生產(chǎn)影響不大，電爐鋼渣中的硫含量與轉(zhuǎn)爐鋼渣相近，因此也不會(huì)影響冶煉；另外，電爐鋼渣中磷含量較低，危害性也降低。同時(shí)，電爐鋼渣中的氧化鈣含量?jī)H為轉(zhuǎn)爐鋼渣的50%（見(jiàn)表2），轉(zhuǎn)爐鋼渣在高爐中的配加量為500 kg/t鐵，預(yù)計(jì)電爐鋼渣在高爐中的配加比例會(huì)適當(dāng)減少至300 kg/t鐵。

為此，建議將還原渣混入液態(tài)電爐鋼渣中，通過(guò)攪拌混勻起到增鈣稀硫磷的作用，既提高電爐鋼渣的鈣含量，又可處理和利用還原渣。

另外，電爐爐下流渣及打水冷卻后，經(jīng)過(guò)磁選回收高品位渣鐵返回電爐，剩下的全部通過(guò)汽車倒運(yùn)至渣場(chǎng)進(jìn)行深加工處理，獲得不同品位及塊度的電爐鋼渣產(chǎn)品。塊度不同用途不同，小于10 mm的尾渣用于水泥生料及燒結(jié)熔劑；10～100 mm的尾料用于小高爐；剩下的低品位磁選料經(jīng)球磨磁選后，磁選料作為粉鐵燒結(jié)，球磨污泥用于制磚。

3 結(jié)語(yǔ)

電爐鋼渣是鋼鐵業(yè)第三大固體廢物，電爐煉鋼原料來(lái)源對(duì)尾渣成分的影響較大，而處理方式與煉鋼現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境密切相關(guān)。分級(jí)后的電爐鋼渣較成熟的應(yīng)用渠道主要是做高爐熔劑、燒結(jié)熔劑、水泥及混凝土摻合料。建議將還原渣混入液態(tài)電爐氧化渣中，攪拌混勻起到增鈣稀硫磷的作用，既提高電爐渣鈣含量，又可處理和利用還原渣。