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【摘 要】钢渣是钢铁企业的主要固体废物，合理利用钢渣关系到我国钢铁企业的健康发展。介绍了钢渣的利用情况及利用中存在的问题，对钢渣循环利用提出了一些建议。
【关键词】钢渣；利用；回收
0 前言
炼钢炉渣约占钢产量的11%～15%，是钢铁工业的主要固体废物之一。合理利用这些钢渣将关系到我国钢铁工业的健康发展，也是冶金专家和社会关心的重点之一。
钢渣的合理利用和有效回收是现代钢铁工业技术进步的重要标志之一，是钢铁企业解决废钢短缺问题，降低生产成本，提高经济效益的一项重要措施，也是保护环境，减少污染、化害为利、变废为宝、利国利民的良策。但我国钢渣综合利用与工业发达国家存在明显的差距，这将严重阻碍我国钢铁工业的进一步发展，也与国家加强环境保护和资源有效利用等可持续发展战略极不相适应。因此，发展钢渣综合利用技术已成当务之急。
1 钢渣的来源及性质
钢渣主要来源于金属炉料中各元素氧化后形成的氧化物，如硅、铝、锰的氧化物等；金属料带入的泥砂等杂质；加入的造渣材料，如石灰、萤石、白云石等；作氧化剂或冷却剂使用的铁矿石、烧结矿、氧化铁皮等；被侵蚀的炉衬材料和补炉材料；脱氧用合金的脱氧产物和熔渣的脱硫产物等。
钢渣的性质与钢渣的化学成分相关，钢渣的主要化学成分有：CaO、SiO2、Al2O3、FeO、MgO等，同类钢渣成分组成基本稳定，不同类钢渣成分组成有较大的波动。表1为典型的钢渣化学组成。
钢渣的主要性质如下。
1）外观：碱度较低的钢渣呈黑灰色，碱度较高的钢渣呈褐灰色、灰白色。渣块松散不粘结，质地坚硬密实，孔隙较少。
2）密度：由于钢渣含有大量密度大的化合物（FeO、MnO，···），因此钢渣密较高，一般在3.1×103～3.6×103kg/m3。
3）强度：钢渣抗压强度为169～306Mpa，冲击强度为15次，莫氏硬度为5～7。钢渣强度较高，质地坚硬，难以破碎。
4）易磨性：由于钢渣铁质多、硬度大、结构致密，因此较难磨碎。
5）活性：高碱性钢渣中ω（C3S+C2S）=65%～75%，C3S、C2S等为活性矿物，具有水硬胶凝性。
6）稳定性：钢渣含游离氧化钙（f-CaO）、游离氧化镁（f-MgO）、C3S、C2S等，这些组分在一定条件下都具有不稳定性。
2 钢渣的利用情况
到目前为止，人们已经开发了多种有关钢渣的综合利用的途径，主要包括冶金、建材、农业等领域。
2.1 钢铁企业内部循环再利用
1）从钢渣中分选回收废钢和钢粒
钢渣中一般含有7%～10%的废钢，经破碎、磁选、筛分等分选技术可回收其中90%以上的废钢及部分磁性氧化物。磁选出的废钢，一般含铁在55%以上。
2）钢渣用作烧结矿熔剂
把钢渣加工成小于10mm的钢渣粉，便可代替部分石灰石作烧结配料用。钢渣用做烧结矿熔剂，可回收钢渣中Fe、Ca、Mn等有用元素，减少石灰石等熔剂的消耗，降低烧结矿的生产成本。加上水淬钢渣疏松、粒度均匀，料层透气性好，有利于烧结造球及提高烧结速度。此外，由于钢渣中Fe和FeO的氧化放热，节省了钙、镁碳酸盐分解所需要的热量，使烧结矿燃耗降低。
3）钢渣用作高炉炼铁熔剂
利用加工分选出的10～40mm粒径钢渣即可返回高炉利用，不仅可以回收钢渣中的Fe、Ca、Mn等元素，而且可以把CaO、MgO等作为助熔剂，从而节省大量石灰石、白云石资源。钢渣中的Ca、Mg等均以氧化物形式存在，不需要经过碳酸盐的分解过程，因而还可以节省大量热能，降低焦炭的消耗。此外，钢渣中的MnO和MgO也有利于改善高炉渣的流动性，对改善高炉运行状况有一定的益处。
2.2 钢渣在建筑领域的利用
1）建筑材料
钢渣在建筑领域的用途也很广泛。将钢渣打水焖渣、自然堆放，经过足够的时效处理，控制游离CaO的含量，降低膨胀性，可以生产砌块空心砖及其他混凝土制品。以粉状钢渣和水淬钢渣为主要原料，掺入部分高炉水渣或粉煤灰和激发剂（石灰、石膏粉），加水搅拌，经轮碾、压制成型、蒸养可制成建筑用砖。
2）铺筑道路
经处理后的钢渣具有较好的稳定性，可用于道路的基层、垫层及面层。钢渣和沥青有很好的亲和性，与部分天然石料相混可铺筑高质量柔性道路。磨光石试验表明钢渣沥青路面防滑性好，不易开裂、拉裂；轮碾试验表明，承重层变形小，道路工作寿命长。钢渣有很好的抗冻解冻性，适应寒冷气候开放道路使用。
3）生产水泥
钢渣含有与硅酸盐水泥熟料相同的硅酸二钙（C2S）和硅酸三钙（C3S），含量在50%以上，是生产水泥的良好原料。钢渣中含有硅酸盐水泥熟料中所没有的橄榄石（CRS），蔷薇辉石（C3RS2），因此钢渣水泥具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐抗融性、水化热低、收缩率小等一系列特性。
目前，在我国已有钢渣水泥系列品种，如钢渣矿渣水泥、钢渣道路水泥、低热钢渣水泥、钢渣砌筑水泥等并有相应的国家标准及国家行业标准。
2.3 钢渣用作农业生产
钢渣中含有较高的硅、钙及各种微量元素，有些还含有磷，可根据不同元素的含量作不同的应用，提供农作物所需要的营养元素。钢渣粒度<4mm，并含有一定数量<100μm的极细颗粒，是农业上理想的土壤改良剂。渣中的CaO能在很长的时期内缓慢中和改良土壤，对有些农作物特别有利。发达国家一般有10%的冶金渣用于农业，如日本已将钢渣、矿渣的硅酸质确定为普通肥料。我国钢渣在农业改良土壤的应用始于20世纪50年代末，目前用钢渣生产的磷肥品种有钢渣磷肥和钙镁磷肥。
3 目前钢渣利用存在的问题
3.1 钢渣用作建材的难点
钢渣利用的主要难点在于炉渣的碱度过高，渣中含有大量的自由氧化钙和氧化镁，使钢渣体积不稳定，不宜作为水泥、建材和工程回填材料。在近年来我国转炉炼钢企业普遍采用溅渣护炉等技术后，转炉炉渣中自由氧化镁进一步升高，精炼渣的碱度更高，炉渣的自由氧化钙也更高，因而将炼钢过程的转炉钢渣和精炼渣直接作建筑材料不是最佳途径。另外，钢渣不易磨，直接用于水泥生产会降低生产能力，且水泥细度难以保证，影响水泥质量。
3.2 钢渣用作冶炼熔剂的局限性
钢渣在钢铁企业内部回用是一种理想的方法，但在目前的回用方法中，作烧结熔剂和高炉炼铁熔剂虽然有积极的报道，但烧结和炼铁过程均无法脱磷。钢渣的循环，必然使铁水的磷含量不断提高，给下一步的炼钢增加负担，要求炼钢工序消耗更多的石灰以满足脱磷，会产生更多的渣量，所以从工艺全盘考虑不一定是合理的。另外，高炉的冶炼实践表明，入炉品位降低1%，焦比升高2%，产量降低3%，钢渣的铁含量仅为10～15%，钢渣的配入必然大大降低高炉入炉料品位。在高炉焦碳价格居高不下的今天，钢渣作为烧结和高炉熔剂的做法，也不一定是合理的。
3.3 钢渣用作农业生产的难点
虽然对转炉渣作为农用肥料和土壤改良剂进行了一些研究和开发，但还只是简单地利用了炉渣中的一些有效成分，如CaO、MgO、SiO2和P2O5，因此肥效低，应用范围小。钢渣农业应用研究如果缺乏连续性，则无法得出科学的结论，因而试验周期长，导致产品成本太高，限制了钢渣在农业上的应用。
4 钢渣综合利用新思路
钢渣综合利用是钢铁工业固体废弃物利用的一个难点，结合钢铁冶金工艺技术的发展和炉渣多级排出的特点，在认识到实际炉渣冶金能力发挥有限的基础上，西安建筑科技大学赵俊学教授提出了钢渣梯级利用的观点，即将后步产生的杂质较低的炉渣，进行适当调整后逐级返回，以实现炉渣冶金能力发挥的最大化，增加厂内的循环以提高经济效益。
通过梯级利用，炼钢过程产生的钢渣可大部分返回上一级炼钢工序，一方面变废为宝，使原本当作废物排出的钢渣作为造渣材料返回利用，可减少造渣材料消耗，降低生产成本，提高经济效益；另一方面，钢渣的梯级利用减少了钢渣的最终排出量，减少了废物的产生，降低了钢铁工业对环境的污染。符合我国工业走可持续发展道路的思路，对于实现“绿色冶金” 、清洁生产有着重要的意义。
当然，钢渣梯级利用也存在一些困难。当某工序产出的炉渣用于其它工序时，由于温度、性能要求等差异需要对返回炉渣进行调制；炉渣返回或循环利用会对使用中的部分技术产生影响；需改造或新建一些厂房以满足工艺需要，会对生产带来一些影响。
钢渣的综合利用核心问题是技术与经济上的可行性问题，科研机构或生产企业可加强以下几方面工作。
1）加强钢渣综合利用的理论分析，建立钢渣综合利用的潜能评价。
2）企业建立系统性的钢渣减排、内部循环综合利用整体优化方案。
3）继续开发钢渣高效利用技术，拓宽钢渣利用途径。
【参考文献】
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[2]李光强，朱诚意.钢铁冶金的环保与节能[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[3]赵俊学，李小明，等.钢渣综合利用技术及进展分析[J]，鞍钢技术，2013（3）：1～6.
[责任编辑：侯天宇]