煉鋼發展新技術學習心得與技術拓展思路

煉鋼發展新技術學習心得與技術拓展思路

 1. 前言

北科大老師在近期授課中提到了利用石灰石直接造渣煉鋼的新

技術，并從理論和實踐兩方面進行了深入細致的剖析和講解，顛覆了多年以來由石灰主導的傳統轉爐煉鋼方式，給人耳目一新的感覺，不僅引進了全新的理念，拓展了煉鋼工作者的視野，也開拓了轉爐煉鋼新的技術方向和降本增效的新途徑。在鋼渣利用方面，老師提到了當前已經采用和研究蓬勃開展的鋼渣利用技術，著重講解了鋼渣高端制品的實驗研究情況和應用案例，給予冶金企業以深刻啟發。本文在學習的基礎上結合自身掌握的知識多年生產實踐的閱歷，提出適合某些企業的鋼渣利用模式（具體是否適合，大家根據自己條件）。另外，就白云石的使用和其它利用現有條件降本增效工作提出新的見解，以期與大家共同討論，在可行的基礎上盡快作為企業處理固廢、解決環保問題和降本增效的新方式。

    2. 石灰石的冶金特性和優勢

2.1石灰石的冶金特性

（1）石灰石在轉爐內會受熱自爆裂，成渣迅速.

（2）轉爐內石灰石釋放的的CO₂造成的微環境，能使鐵和渣中的硅以SiO的形式揮發。

（3）石灰石的密度比石灰高出40%，不存在變質問題，不需要特別的儲存和運輸條件。

（4）當石灰石與渣中其它諸如Fe_XO_Y 、SiO₂等組元組成混合體系時能降低石灰石分解的活化能和溫度，從而可降低石灰石分解的能量需求。

（5）石灰石渣化過程中不產生高熔點硅酸鹽壁壘，其分解和化渣能相互促進。

（6）減排CO2量與石灰石替代的石灰量成正比。

2.2石灰石冶金的優勢

（1）不論什么晶體形態的石灰石都可用于煉鋼，突破了大晶粒度石灰石不能用于燒制石灰的局限，使得不能利用的資源得以利用，拓展了資源使用面。

（2）避免了煅燒石灰過程的電力、煤氣或油品消耗；避免石灰煅燒至轉爐煉鋼間的石灰降溫再升溫的過程，避免這一部分能源的浪費。節能效果顯著。

（3）石灰煅燒設備和轉爐兩種反映器的功能合并到一個反映器中進行，從全流程上簡化了煉鋼生產的工藝。

（4）可利用石灰石分解的CO₂增加轉爐供氧量，提高CO產率。

（5）產生的粉末量少，密度大，可被風機抽走的顆粒度要小于石灰，從而減少進入除塵系統的灰量，節約石灰石資源，相應地可降低能耗。

（6）自爆裂的特性使得化渣快，生成的CaO粒度小，不存在冶煉終點的未反應石灰塊。

（7）高溫下自爆裂使得石灰與爐渣的接觸面積大，改善傳輸從而促進反應速度。

（8）汽化脫硅可減少石灰石的用量，從而可以少渣冶煉，降低能耗物耗。

（9）石灰石化渣快速、充分的特點使得單渣發生產低磷鋼和極低磷鋼成為可能。

（10）避免了石灰燒制過程中的CO₂自排量和與燒制相關的排放量，減排CO₂和其它諸如SO₂、N_xO_y等污染物。

2.3鐵水硅揮發的條件分析

（1）石灰石的加入量在一定范圍內時，隨著其在體系內的含量增加則Si的揮發增加。

（2）在較低的煉鋼溫度下，隨著石灰石加入量的增加，硅的揮發不增加，甚至出現略降的趨勢；在中等溫度下，硅的揮發量隨著石灰石加入量的增加呈現先增加后降低的的趨勢。但在2600℃的高溫下，硅的揮發量隨著石灰石加入量的增加呈現顯著的增加趨勢。

（3）鐵水硅含量越高則硅的揮發量越大。

（4）在高于2100℃的各個溫度下，硅的揮發量隨著鐵水碳含量的增加基本上呈現先增加后降低的趨勢。但溫度約高這種趨勢越明顯。

（5）增加火點區的面積可以促進SiO的生成量�；瘘c區沖擊坑面積越大，液滴產生的速率越高，硅揮發反應動力學條件越好。為了使得硅能盡量在火點區生成SiO，應加強攪拌，使得硅元素源源不斷進入火點區。轉爐內硅揮發本質是火點區鐵水中的Si與O₂、CO₂之間的氣-液反應，通過加強轉爐熔池內傳輸動力學條件應該能促進熔池內Si源源不斷地進入火點區，從而促進硅揮發反應的進行。

因此，最佳的噴吹工藝即：沖擊坑面積最大，同時熔池的混勻時間最小。

3. 石灰石應用的新方法討論

基于石灰石的以上冶金特性和優勢的研究，以及鐵水硅揮發的條件，提出石灰石利用的

新方式為：

（1）利用渣熱生產爐渣返回料：

    分析：轉爐渣的溫度在1500℃以上，其顯熱完全能夠保證石灰石的分解，而爐渣的缺點是P含量高，因此利用渣熱分解石灰，可提高渣的CaO含量，并稀釋P。

建議：每爐倒渣后向渣罐液渣表面投入部分石灰石，利用爐次之間的時間慢慢反應，然后下一爐次倒渣后繼續投入石灰石，這樣依次投加。最后翻渣后的鋼渣中的CaO含量增加而P含量減小，同時含有Fe_XO_Y，可作為返回料再轉爐使用。

（2）與含鐵物料壓球法：

    分析：鐵水碳含量高，有利于造成局部還原性氣氛，促進Si向SiO轉化而揮發，而FeO、SiO_２能促進CaCO₃的分解，而球內含碳，增加了體系C濃度，能促進CO的生成，有利于營造局部還原性氣氛。因此將含鐵固廢，含碳固廢和石灰石混合壓球，既能促進Si的揮發又能多產煤氣。且分解后的CaO彌補了重力灰堿度低的缺點。

    建議：將氧化鐵皮、高爐重力灰（含碳25-30%）和石灰石粉一起壓球用于轉爐或電爐。也可用石灰窯生產過程中產生的石灰除塵灰（成分CaCO₃，CaO，SiO₂）與氧化鐵皮和高爐重力灰一起壓球。

（3）留渣+快速固化工藝：

分析：現在許多廠家都有少渣+留渣工藝，操作的關鍵之一就是要將留在爐內的爐渣迅速冷卻稠化，防止兌鐵時與爐渣反應噴濺或開吹打不著火。

    建議：在留渣后加入部分石灰石，可迅速冷卻爐渣并生成CaO，增加了渣的粘度，便于濺渣掛爐，也使得下爐成渣更為迅速。對于操作不當引起的爐底下降，也可作為一種墊補方式，此時可加入石灰石或白云石冷卻爐渣，造黏渣粘附爐底。

（4）作為噴射冶金的粉劑：

    分析：石灰石作為粉劑用于電爐，與碳粉協同，可造良好的泡沫渣；部分企業正在計劃實施冶金爐底噴粉技術，石灰石分解產生的CO₂既是氧化劑又是攪拌氣體，不僅可減少轉爐氧耗，還能改善動力學條件。

建議：將石灰石粉礦進一步細磨成粉劑，利用空氣作載氣，利用專門的噴射設備噴入電爐中。用于底噴粉時則要求粉劑更細些，可與石灰混合，也可單獨使用，載氣選用氧氣或氧氣+CO₂。石灰生產過程的除塵灰也可以考慮用作以上的噴吹粉劑。

4. 鋼渣利用方式概述

4.1鋼渣返回鋼鐵生產流程

比較常見的如鋼渣用作燒結礦熔劑及高爐熔劑；鋼渣在轉爐回用：留渣操作可認為是熱渣循環利用，而有些企業將低磷階段鐵水冶煉的鋼渣單獨存放，相機利用的方式則可稱為冷渣回用。用作鐵前熔劑時，最大的問題是鋼渣的P含量問題，鋼渣配比不能太大，否則鐵水Ｐ含量高而得不償失。另外在以上環節應用時需做好抑塵工作。

回收鋼渣中的廢鐵，手段有破碎、磁選、球磨、水洗等�？傊�，鋼渣做得越細，其中的金屬便可以回收得越多。但破碎耗隨著粒度的不斷增大而成冪函數增長，因此探索新的低能耗、高效磨礦技術是解決這一問題的一個方向，多碎少磨理念也是比較科學的。近年來圓錐破碎機和新型細磨設備（立磨）的出現，為鋼渣金屬收得率的提高打開了新的天地。而利用企業蒸汽作為動力的蒸汽動能磨無疑為鋼渣乃至礦渣的低成本細磨和超細粉磨創造了條件。

4.2鋼渣用于建筑領域

    該領域的應用有：

（1）用于道路路基，優點是抗凍性好、導電性好、不干擾鐵路通訊系統、用于瀝青路面強度高、硬度大、防滑、磨碎率小、結實等優點。

（2）生產鋼渣水泥和鋼渣混凝土。一種使用方式是細磨成鋼渣微粉，作為水泥和混凝土的參合料，優點是適合蒸汽養護、后期強度大、耐磨、耐腐蝕性好、水熱低、膨脹度�。ㄐ螤罘�定性好）、生產工藝簡單、成本低。另外一個顯著意義是：減少了熟料的生產量，節能和減排（以CO₂為代表的污染物排放）效果顯著。另一種就是細碎的鋼渣小粒作為混凝土砂漿骨料，相當于碎石所起的作用，當然這一用于不如前者高端。

（3）生產定形建筑制品。最常見的應用是生產鋼渣蒸養磚瓦制品，形狀較多，用于墻體、道路、抑塵路面等（例如格子磚空隙種植耐踩踏植物）。近年來，國內外采用先進的加氣和發泡工藝，將鋼渣、礦渣、粉煤灰等按照一定比例混合，生產出密度不同的高附加值的鋼渣泡沫混凝土砌塊，其中鋼渣摻混比例高達50%以上，最高達到70%，產品的保溫性和物理性能優越，為鋼渣綜合利用開辟了新路子。另外，國內外還有用鋼渣和粉煤灰一起制造鋼渣陶瓷的，屬于高端領域，將鋼渣的價值發揮到了極致。

（4）鋼渣用于海綿城市建設。所謂海綿城市就是使用特殊材料使得城市具有含蓄水源和適時釋放的作用。鋼渣透水磚采用沙子、水泥、石屑、碎石和鋼渣經過壓制成形和養護制成，廣泛用于城市廣場、人行道、園林等，具有透水性好，抗壓性好和強度高等特點。

4.3鋼渣用于土壤改良和農業生產

鋼渣富含的自由CaO和MgO和氧化硅，具有補充鈣鎂硅元素的作用，可擁有改良沿海等地的咸酸田。鋼渣中的磷、鐵等元素對農作物有益，目前有鋼渣鈣鎂磷肥和鋼渣包裹性緩釋肥等產品。

4.4鋼渣用于煙氣脫硫

   傳統的燒結和電廠煙氣脫硫工藝采用石灰石或石灰作為二氧化硫吸收劑，成本較高。鋼渣中有大量堿性氧化物，適合作為煙氣脫硫劑。目前成熟的工藝為循環流態化床煙氣脫硫工藝，流程簡單，運行成本低，副產品干態化，便于利用。以上脫硫后的副產物可用于鹽堿沙荒地改造或作為水泥原料。

4.5鋼渣用于污水處理

 鋼渣可以吸收水中P、Ni、Cr、Se等元素，去除率達到98%以上。目前問題是處理污水后鋼渣將逐漸失去作用并被污染，對這種用后鋼渣的無害化處理又是一項新的課題。

4.6鋼渣用于礦山填充料

   鋼渣和礦渣產生量大，利用鋼渣和礦渣作為礦山填充膠結劑的主要原料具有重要意義。北科大已經開發成功一種利用鋼渣為基礎料，采用脫硫石膏最為激發劑的技術用于礦山的填充。

4.7鋼渣用于填海造陸材料

    沿海地區和島嶼國家可利用鋼渣作為填海造陸的材料，這方面日本應用較多，走在前面。

4.8鋼渣用于高性能填料

    填料具有補強作用，可以提高產品的力學性能并且價格低廉，還可降低成本，由于鋼渣自身強度大的特點，填入到有機高聚物中不僅能加強其力學性能和耐磨強度，還能提高產品性能。目前在載重車輛輪胎、鐵路道口硬質橡膠墊、接縫伸縮塊等橡膠制品中能見到鋼渣的身影，這種鋼渣多是經過整粒的多棱角的鋼渣。

5.適合酒鋼的鋼渣利用方式以及改進建議

   經過對以上鋼渣利用工藝的分析，結合酒鋼的地域特點和條件，作者認為一下6種方式比較適合內陸鋼鐵企業，也符合省情。

5.1鋼渣返回鋼鐵生產流程回用

    分析：該技術簡單易行，能利用鋼渣高堿度的特點，抑塵工作也相對好開展。且酒鋼鋼渣的磷含量水平與南方企業相比要低得多，燒結工序完全可以低配比配料。另外，鋼渣破碎、磁選、球磨工藝已經應用多年，雖有待優化，但比其它利用方式較易于開展。

    建議：后續鋼渣利用工作的提升，需要引進多碎少磨理念和新型碎、磨一體的細碎工序，將鋼渣中的鐵選至更低，以便鋼渣尾料的更好利用。

5.2鋼渣用于道路路基

分析：酒鋼地處西北，冬季嚴寒，晝夜溫差大，因此極適合采用鋼渣這樣的抗凍性好、自然堆角高大、形狀穩定性好的材料作為填充材料。另外酒鋼臨近鐵路公路，運輸方便，可將便捷地將鋼渣用于道路施工地點。

建議：目前存在的問題是，社會尚不知道鋼渣的特性以及價值，且甘肅地區地勢平坦，砂石不缺，因此施工方寧可就地取砂石作為填料也不使用鋼渣。這就需要企業與政府結合大力宣傳，同時政府出于本省環境治理需要給于使用方一定的優惠政策，推進鋼渣路基工作開展。由于鋼渣價值較低，因此應考慮經濟運距的問題。

5.3生產鋼渣水泥和鋼渣混凝土

分析：該技術簡單易行，利用了鋼渣中的CaO和SiO₂，目前大多數鋼企利用鋼渣細磨粉作為水泥摻合料。有的企業周邊有鋼渣微粉企業利用鋼渣生產微粉供給水泥企業和商砼企業。

建議：雖然鋼渣越細磨，其水硬膠凝性越好，潛力越能發揮出來，但目前限制鋼渣微粉應用的環節主要是細磨成本高。國外關于低成本高效細磨技術的研究如火如荼，近年來有些企業也從國外引進了一些碎磨一體的加工線并已經逐步顯現效益。鋼企自己的水泥廠要實現水泥成本的降低液必須積極引進該類型的產線。另外，酒鋼也可建設該類型的產線，銷售超細粉產品，提高效益。另外市政府和酒鋼積極創造條件，給于優惠政策，吸引微粉企業來本地投資興業也是一條途徑。

5.4生產定形建筑制品。

   分析：生產定性建筑制品的原料除了鋼渣，還有粉煤灰和水泥等，這些物料酒鋼十分豐富，且就近取材，具有成本優勢。另外，加工成高端的建筑制品后其經濟運距可以擴大，至少在省內和周邊省份可以銷售。

   建議：鋼渣蒸養磚制品和蒸養砌塊是酒鋼利用鋼渣生產并取得成功的最初兩種產品，目前又發展為加氣砌塊、路面磚等多個品種，這是值得肯定的。但今后還應繼續發展高附加值產品，例如鋼渣粉煤灰為原料的陶瓷。南方已有企業與科研院所一起研制成功平面陶瓷制品并且已經占有一定市場。酒鋼即使暫時沒有資金建廠也完全可以創造條件吸引這類高科技企業前來投資，且不論合作后的效益有多大，但就固廢處理的意義就已經很大了。況且開類型變廢為寶的行業，國家是優惠政策的。

5.5鋼渣用于煙氣脫硫以及副產品用于鹽堿沙荒土壤改良

   分析：新疆、甘肅、內蒙、寧夏鹽堿沙荒土地占了該地區面積的50%-70%不等，耕地面積極少。而鋼企的工業副產品—燒結或電廠煙氣脫硫石膏恰恰可以改良這種土壤，并提供一定的P、Ca肥力。煙氣脫硫方面，有的企業還在使用石灰石脫硫或石灰脫硫，且工藝不是太成熟，成本較高，若采用鋼渣脫硫則有顯著的經濟效益，還可實現以廢治廢，解決環保問題。

   建議：利用選鐵后的鋼渣尾料細磨生產脫硫劑，采用全渣脫硫或與石灰石配合的方式，以上脫硫后的副產物可用于嘉峪關周邊鹽堿沙荒地改造。此項工作需立項爭取市政府乃至省政府支持，方可大規模開展，則不僅對于酒鋼環保還是周邊生產環境改良，乃至土地開發利用都是具有重大意義的

5.6鋼渣用于礦山填充料

分析：鋼渣和礦渣產生量大，利用鋼渣和礦渣作為礦山填充膠結劑的主要原料具有重要意義。北科大已經開發成功一種利用鋼渣為基礎料，采用脫硫石膏最為激發劑的技術用于礦山的填充。

建議：與北科大合作，將石膏、鋼渣和采礦廢巖一起制成填充料，用于礦井的回填�？梢跃植吭圏c再推廣至所有廢棄礦井。

6.由鋼渣和區位優勢聯想到的固廢處理新理念（暫列幾條與各界人士討論，以后還會發掘出新工藝）

6.1既然鋼渣是低能態的釋放能量后的穩態產物，那么對鋼渣加以能量應能恢復其冶金原料的特征。設想是以煤炭作為還原劑，以鋼渣顯熱作為主熱，以太陽能光熱技術聚焦熱為溫度保持機制，將鋼渣中的P還原脫出一部分，恢復鋼渣的冶金功能，減少石灰、石灰石乃至白云石的用量。

6.2太陽能光熱技術煅燒石灰石與白云石生產熟料，回收CO₂作為冶金和農業用氣。

6.3太陽能光熱技術產蒸汽用于塊狀建筑材料的蒸汽養護；太陽能光熱技術產熱水用于淀粉的預糊化改性處理，作為粘結劑生產固廢冷固結球團或改善礦粉的圓盤造球性能。

6.4電解輕燒白云石生產優質鎂砂，用于冶金領域，可與鎂砂企業合作。

6.5太陽能光電屋頂發電用于生產氧氣和氫氣，氧氣用于冶金領域，氧氣和氫氣一起用于連鑄坯超細縫切割或機械加工。

6.6鉻鐵渣采用選礦方法富集氧化鉻，生產引流劑和高檔磨料。

6.7不銹鋼除塵灰和鉻鐵爐塵采用選礦方法分離氧化鉻。選出的氧化鉻用于含鉻鋼的合金化或微合金化。對于不銹鋼灰，選鉻后的灰可用于轉爐、電爐造渣；對于礦熱爐灰，選鉻后可與高爐渣、硅錳爐渣一起生產礦棉。

6.8高爐渣、硅錳爐渣、選鐵后粉煤灰與硅石粉配合生產各個組分的CaO-SiO2-MgO-Al₂O₃系礦棉。選鐵后的粉煤灰還可生產鋁酸鹽水泥。

6.9含鐵固廢和煤炭、焦粉一起壓制含碳球團用于轉爐，可降低鐵耗并增產煤氣。鉻礦粉配碳壓球用于礦熱爐或合金化。

6.10鋁業鋁灰（含Al和Al₂O₃）與石灰生產過程除塵灰或精煉除塵灰一起生產鋼包精煉渣。

6.11精煉除塵灰生產懸浮乳漿涂料。

6.12鋼坯簡壁法利用鋼渣顯熱生產低溫焦和木炭（機制木炭、修剪枝條原木炭、高檔果殼炭、高檔果核炭、燒烤蛋）

7.結語

1.有的企業酒鋼地處內陸，區位劣勢很多，因此資源利用更應體現集約和以廢治廢的理念，盡量利用本企業內部具有的條件實現低成本冶金和低成本固廢處理。需要詳細羅列本企業具有的區位優勢，分析其與鋼鐵主業和固廢處理的關系，并組合其中幾種與冶金可固廢處理工藝結合應用。作者分析的有的內陸企業特有的區位優勢條件有：石灰石礦、白云石礦、石灰和輕燒白云石生產過程的除塵灰、礦熱爐篩下硅石粉、焦炭以及煤化工產品、不銹鋼工業、硅錳鉻系鐵合金產業、P含量相對較低的鋼渣、廣闊的場地、自備電廠和廉價的電力以及副產物、由冰川作為水庫的水源、干燥的氣候、較長的日照時間、距離西部煤炭基地較近、冶金機械建筑等多元化的經濟實體和互保共建機制等。以上條件應仔細分析并加以利用。

2.選礦專業，一般認為是專攻礦物富集、提取的專業。但在目前習總書記提出的建設資源集約型和環境友好型社會理念下和冶金固體廢物利用研究方興未艾之時，專業的眼界應拓展，各專業之間應深度融合。例如選礦專業、化工專業完全可以與固廢利用向結合，實現固廢領域的分別處置化和高效利用化。國家、企業應鼓勵各專業人員組成技術團隊從事固廢利用研究，推進成果轉化，將中國的固廢利用推向一個新的高度。