轉(zhuǎn)爐除塵灰的高附加值利用

1、-. z.核心提示：摘要：隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的開展，煉鋼工藝的日趨完善，相應(yīng)的除塵技術(shù)也在不斷地開展完善。煉鋼煙氣的凈化回收方法主要有兩種，一種是濕法(OG 法)，一種是干法(LT 法)。LT 法(干法)為德國Lurgi 公司與Thyssen 鋼鐵廠研制成功的一種轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及煤氣回收干式系統(tǒng)，該除塵方式不用大量濁環(huán)水洗滌煙氣，而是采用蒸發(fā)冷卻器+靜電除塵器+煤氣冷卻器系統(tǒng)。它以凈化效率高、能耗低、干粉塵可設(shè)置壓塊系統(tǒng)，粉塵經(jīng)壓塊后直接供轉(zhuǎn)爐利用等特點，得到廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)爐除塵灰的高附加值利用卜二軍耿麗君*紅艷隨著轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的開展，煉鋼工藝的日趨完善，相應(yīng)的除塵技術(shù)也在不斷地開展完善。煉鋼煙氣的

2、凈化回收方法主要有兩種，一種是濕法(OG 法)，一種是干法(LT 法)。LT 法(干法)為德國Lurgi 公司與Thyssen 鋼鐵廠研制成功的一種轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及煤氣回收干式系統(tǒng)，該除塵方式不用大量濁環(huán)水洗滌煙氣，而是采用蒸發(fā)冷卻器+靜電除塵器+煤氣冷卻器系統(tǒng)。它以凈化效率高、能耗低、干粉塵可設(shè)置壓塊系統(tǒng)，粉塵經(jīng)壓塊后直接供轉(zhuǎn)爐利用等特點，得到廣泛應(yīng)用。邯鋼轉(zhuǎn)爐煙氣采用干法除塵技術(shù)，與濕法相比，分別節(jié)電、節(jié)水約1/3，減少建立用地1/2，煙塵含量由50mg/Nm3降到10mg/Nm3，同時煙塵可被全部回收再利用，實現(xiàn)節(jié)能4.5kgce/t 鋼。現(xiàn)一煉鋼廠的煤氣回收量已穩(wěn)定到達(dá)140Nm3/t

3、鋼，回收煤氣熱值穩(wěn)定在1500kcal/Nm3以上。這對我國轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能減排、實現(xiàn)負(fù)能煉鋼起到了積極的推動作用。但是轉(zhuǎn)爐除塵灰具有溫度高、金屬化程度高、易自燃、粒度細(xì)、揚塵二次污染大等特性，造成其處理及綜合利用難度大，亟待開發(fā)一種適合干法粉塵特性的新型處理工藝。1國內(nèi)轉(zhuǎn)爐除塵灰的利用現(xiàn)狀及合理性1.1 熱壓塊熱壓塊工藝是利用粉塵的自燃特性將粉塵加熱，利用其在高溫下的塑性，經(jīng)高壓壓球機(jī)壓制成塊，然后在氮氣密封狀態(tài)下冷卻后輸送到轉(zhuǎn)爐，代替廢鋼或礦石。該方法不需要另外添加黏結(jié)劑，粉塵團(tuán)塊的強度也很高，可直接用于轉(zhuǎn)爐作冷卻材料使用，是現(xiàn)在LT 粉塵處理應(yīng)用最多的一種方法。但是，熱壓塊生產(chǎn)需在高溫和隔絕

4、空氣的條件下進(jìn)展，對設(shè)備和工藝控制要求很高，一次性投資大、工藝條件苛刻、設(shè)備故障率很高，難以長期順利生產(chǎn)。1.2 冷壓塊有企業(yè)在除塵灰及污泥中參加局部添加劑，通過冷固工藝制成轉(zhuǎn)爐造渣劑壓塊，用于轉(zhuǎn)爐造渣，強化了造渣，改善了脫磷效果，脫磷率提高；化渣效果好，能夠起到防噴濺的作用。1.3 返回?zé)Y(jié)邯鋼西區(qū)轉(zhuǎn)爐除塵灰的利用途徑是參加燒結(jié)混合料中，經(jīng)燒結(jié)后進(jìn)入煉鐵高爐進(jìn)展循環(huán)。雖然該方法不需要增加設(shè)備，但粒度過細(xì)且能夠自燃的干法除塵灰不利于燒結(jié)礦質(zhì)量的控制和熱量的平衡。除塵灰含有有害雜質(zhì)，而燒結(jié)難以有效地去除這些雜質(zhì)，使得燒結(jié)配加和穩(wěn)定操作困難，入高爐后將影響高爐正常操作和爐襯壽命；其化學(xué)成分、粒度、

5、水分均存在較大差異，不利于燒結(jié)礦生產(chǎn)和質(zhì)量的提高；該方法僅能回收局部含鐵粉塵，從*利意義上講，對這些珍貴的二次資源沒有起到真正意義上的回收。因此，在燒結(jié)配料中參加除塵灰進(jìn)展循環(huán)利用極不科學(xué)。1.4 豎爐球團(tuán)配加有企業(yè)在豎爐中配加煉鋼除塵細(xì)灰，經(jīng)過近20 個月的摸索和改進(jìn)，實現(xiàn)了生產(chǎn)穩(wěn)定順行，并保證了質(zhì)量穩(wěn)定。轉(zhuǎn)爐干法除塵灰用于豎爐球團(tuán)配加生產(chǎn)是可行的，配加量在5%以內(nèi)，可減少對豎爐生產(chǎn)的影響。但是還存在煉鋼除塵灰質(zhì)量不穩(wěn)定、成分波動大、倒運過程中二次揚塵太大等問題。2邯鋼轉(zhuǎn)爐除塵灰根本情況2.1 轉(zhuǎn)爐除塵灰產(chǎn)量及回收量邯鋼以轉(zhuǎn)爐LT 除塵灰為研究對象，探索轉(zhuǎn)爐除塵灰的高附加值利用途徑。轉(zhuǎn)爐除塵

6、灰分為粗灰、細(xì)灰兩種。粗灰來自蒸發(fā)冷卻器底部，細(xì)灰是煉鋼過程中產(chǎn)生的煙塵經(jīng)干法除塵、沉降得到的。2014 年12 月邯鋼煉鋼除塵灰當(dāng)月產(chǎn)量、累計量及回收量，如表1 所示。2.2 轉(zhuǎn)爐除塵灰的化學(xué)成分轉(zhuǎn)爐除塵灰的化學(xué)成分，見表2。轉(zhuǎn)爐除塵粗灰為灰黑色，為細(xì)顆粒。轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰為紅-褐色，顏色與氧化鐵紅相近，粒度較細(xì)，100 目的占70%以上。轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰中氧化鐵的含量比擬高，含有少量Fe3O4，是制備鐵系顏料的理想原料。3創(chuàng)新研究邯鋼以轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰為原料，以制備出高附加值產(chǎn)品為目標(biāo)，提出氧化焙燒制備成高純氧化鐵紅的方案。氧化鐵紅制備試驗采用高溫氧化培燒法。3.1 制備氧化鐵紅的研究1)烘干除水工藝

7、對轉(zhuǎn)爐除塵灰進(jìn)展現(xiàn)場取樣，在烘箱中烘干2h 以上，溫度控制在100左右。2)混勻物料工藝轉(zhuǎn)爐除塵灰質(zhì)量不穩(wěn)定，TFe 和CaO 含量波動較大。-應(yīng)采取質(zhì)量控制措施，即將其進(jìn)展初步混勻處理，以降低成分波動。3)磨樣制備工藝轉(zhuǎn)爐除塵灰為粒度較細(xì)的粉塵，為了到達(dá)粒度均勻、氧化效果好的目的，采用制樣機(jī)對轉(zhuǎn)爐除塵灰進(jìn)展一次粗破，其出料粒度200 目到達(dá)92%以上。4)焙燒氧化工藝本研究是在碳管爐內(nèi)進(jìn)展靜態(tài)焙燒氧化制備氧化鐵紅，氧化過程中所需氧氣來自空氣，工藝溫度控制在850-900，恒溫時間為30mmin。其爐內(nèi)反響為:碳管爐升溫速率的控制如圖1 所示。焙燒所得物料產(chǎn)生結(jié)塊，經(jīng)簡單磨細(xì)至-200 目占9

8、0%以上，可獲得純度較高的氧化鐵紅產(chǎn)品。氧化鐵紅的化學(xué)成分，如表3 所示。氧化鐵紅質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)比照，如表4 所示。該產(chǎn)品不存在有機(jī)著色物，不僅可用作涂料或建材的著色劑或添加劑，更適宜做磁性材料的原料，可直接生產(chǎn)鐵氧體預(yù)燒料。3.2 制備磁性材料的研究以氧化鐵紅為原料生產(chǎn)高品質(zhì)鐵氧體預(yù)燒料，進(jìn)而生產(chǎn)鐵氧體材料已被磁性材料廠廣泛采用。其原理及化學(xué)方程式如下:碳酸鹽分解反響:(300-0-800)中間反響:(600-800)通過以上流程制得的鐵氧體性能優(yōu)良，與利用鐵鱗作原料制備的鐵氧體預(yù)燒料性能相當(dāng)或優(yōu)于鐵鱗。邯鋼于2012 年分別建成鐵鱗、氧化鐵紅生產(chǎn)永磁鐵氧體預(yù)燒料生產(chǎn)線，采用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯的方法

9、，每年可生產(chǎn)出2 萬多噸永磁鐵氧體預(yù)燒料，現(xiàn)已穩(wěn)定生產(chǎn)運行兩年多。氧化鐵紅和鐵鱗的利用提高了邯鋼產(chǎn)品的綜合利用程度及科技含量，填補了邯鋼磁性材料的空白，開展壯大了其非鋼產(chǎn)業(yè)。如果通過轉(zhuǎn)爐除塵灰批量生產(chǎn)氧化鐵紅，進(jìn)而再生產(chǎn)鐵氧體材料，附加值水平將得到更大提升。針對這種情況，邯鋼進(jìn)展了利用轉(zhuǎn)爐干法除塵細(xì)灰制備鐵氧體預(yù)燒料的試驗研究，材料磁性能檢測結(jié)果如表5 所示。3.3 經(jīng)濟(jì)性能評價煉鋼除塵灰的價格約100-200 元/t，氧化鐵紅的價格為1400 元/t，鐵氧體預(yù)燒料的價格則超過3000 元/t，采用煉鋼除塵灰生產(chǎn)氧化鐵紅，進(jìn)而再生產(chǎn)高性能永磁鐵氧體，昔日煉鋼除塵灰作為固體廢棄物易污染、難治理的

10、現(xiàn)狀將得到根本性的改善，其高附加值、高效的利用得以實現(xiàn)。4結(jié)語邯鋼西區(qū)轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰的處理方式為返回?zé)Y(jié)配料，利用檔次低，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。除塵細(xì)灰返回?zé)Y(jié)配加困難，經(jīng)常造成燒結(jié)故障。本工藝可將轉(zhuǎn)爐除塵細(xì)灰全部回收利用生產(chǎn)出氧化鐵紅，不僅有效回收利用了二次資源、減少環(huán)境污染，而且提高了除塵細(xì)灰的利用水平，對企業(yè)的可持續(xù)開展有重要意義，以利用促治理，可到達(dá)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益協(xié)調(diào)開展的目的。1)通過開展轉(zhuǎn)爐除塵灰的二次回收利用試驗研究，拓展了思路，驗證了可行性，為進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)鋪平了道路。2)轉(zhuǎn)爐除塵灰作為氧化鐵紅生產(chǎn)的原料，資源豐富，可利廢為寶，生產(chǎn)中不使用酸、堿及其他化學(xué)原料進(jìn)展處理、

11、無廢物排放，可防止環(huán)境污染、方法簡單快捷、能耗小、生產(chǎn)本錢低，成品中氧化鐵紅含量高達(dá)95%以上，具有競爭力。3)利用制備出來的氧化鐵紅制備鐵氧體預(yù)燒料，將會創(chuàng)造更多利潤。焦粉分布對準(zhǔn)顆粒燃燒速度的影響1 研究背景由于原料價格大幅度上漲、環(huán)保政策更加嚴(yán)格及原料質(zhì)量變差，導(dǎo)致鐵礦燒結(jié)生產(chǎn)形勢愈發(fā)嚴(yán)峻，因此必須改進(jìn)燒結(jié)生產(chǎn)工藝。在燒結(jié)過程中，焦粉燃燒速度是影響燒結(jié)礦質(zhì)量和燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)最重要的因素之一。為了提高焦粉燃燒效率，開發(fā)出新的噴涂制粒方法，如圖1所示。在該方法中，將焦粉和石灰石噴涂于準(zhǔn)顆粒的外表。采用噴涂制粒法能夠改善焦粉的燃燒性，提高燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。日本九州大學(xué)研究了焦粉

12、在準(zhǔn)顆粒中的分布對焦粉燃燒速度的影響。 2 討論 2.1 試驗試樣和步驟使用氧化鋁粉末和焦粉制備模擬準(zhǔn)顆粒的試驗試樣。為了簡化試驗條件，制備氧化鋁粉末以替代鐵礦。在試驗過程中，忽略液相生成、鐵礦復(fù)原和二次氧化對焦粉燃燒的影響。選取焦粉的粒度小于125m，氧化鋁粉末的粒度小于250m，按照表1示出的質(zhì)量比進(jìn)展混合。制備四種具有不同焦粉分布的試樣。全部原料和試樣示意圖如圖2所示。該試樣分為內(nèi)核和涂層。把氧化鋁與焦粉進(jìn)展混合后，用不銹鋼沖模將混合料壓成直徑10mm的圓片，將該圓片作為內(nèi)核，圓片厚度為10mm，孔隙比為35%。然后對內(nèi)核進(jìn)展噴涂，并壓成直徑15mm的圓片，該圓片厚度為15mm，孔隙比為

13、35%。涂層中焦粉配比的變化*圍為33vol%55vol%。在本次研究中用熱天平測量試樣在焦粉燃燒期間的重量損失如圖3所示。將該試樣放入鉑制籃子內(nèi)。使用立式電阻爐營造等溫加熱條件，等溫區(qū)的溫度到達(dá)1073K、1223K、1373K和1523K。在燃燒試驗前，在N2氣氛下按照給出的各個溫度進(jìn)展熱處理，以便從試樣中脫除水分和揮發(fā)分。然后，把反響管的里面換成空氣，空氣流量為4NL/min。當(dāng)試樣的重量損失為零時，說明試驗已經(jīng)完畢。 2.2 試驗結(jié)果在本次研究中將反響率定義為試樣中固定碳的去除率。如果產(chǎn)生的CO氣體可以忽略不計，則碳燃燒反響的化學(xué)方程式如1式： Cs O2g=CO2g1在燃燒試驗中，把

14、試樣的重量損失作為固定碳的降低量。從而得出反響率的計算公式，如2式：1 F= 2 W觀察在1073K和1523K溫度下分級反響曲線可知，當(dāng)參加的焦粉在試樣外表產(chǎn)生偏析時，焦粉的燃燒速度較快。在高溫下進(jìn)展試驗，燃燒速度加快。 3 動力學(xué)分析燃燒反響分為五個步驟：第一步O2通過氣膜由氣相傳輸至顆粒外表；第二步在焦粉燃燒后，O2通過氧化鋁粉末層由顆粒外表傳輸至反響界面；第三步在反響界面發(fā)生燃燒反響；第四步在焦粉燃燒后CO2通過氧化鋁粉末層由反響界面?zhèn)鬏斨令w粒外表；第五步CO2通過氣膜由顆粒外表傳輸至氣相。根據(jù)動力學(xué)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)顆粒的焦粉分布不但對界面反響速度產(chǎn)生影響，而且對氧氣擴(kuò)散也具有影響。換

15、句話說，當(dāng)參加的焦粉在準(zhǔn)顆粒外表產(chǎn)生偏析時，準(zhǔn)顆粒中氧氣的擴(kuò)散速度較快，這是采用新的制粒方法制備的準(zhǔn)顆粒中焦粉燃燒速度加快的主要原因之一。 4 燒結(jié)模擬 4.1 模擬方法采用本次研究結(jié)果對噴涂方法進(jìn)展模擬。對于常規(guī)方法與噴涂方法來說，焦粉在準(zhǔn)顆粒中的分布各不一樣。用S、C和P代表采用常規(guī)方法制備的準(zhǔn)顆粒，用C和P代表采用噴涂方法制備的新型準(zhǔn)顆粒。 4.2 計算條件實際燒結(jié)生產(chǎn)的常規(guī)計算條件見表2，準(zhǔn)顆粒中的焦粉見表3。 4.3 計算結(jié)果采用常規(guī)方法與采用噴涂方法熱量分布的計算結(jié)果顯示，當(dāng)燒結(jié)料層700mm處的溫度不再升高時，說明燒結(jié)反響完畢。采用常規(guī)方法，燒結(jié)反響完畢時間為2714s，采用噴涂

16、方法，燒結(jié)反響完畢時間為2630s。由于采用噴涂方法準(zhǔn)顆粒中焦粉的燃燒速度比采用常規(guī)方法快，因此采用噴涂方法燒結(jié)反響速度比采用常規(guī)方法快。采用常規(guī)方法，燒結(jié)料層中最高溫度可達(dá)1815K，采用噴涂方法，燒結(jié)料層中最高溫度可達(dá)1627K，由此可見采用噴涂方法燒結(jié)料層最高溫度比采用常規(guī)方法低。當(dāng)燒結(jié)反響時間到達(dá)1500s時采用常規(guī)方法與采用噴涂方法燃燒速度隨溫度的變化情況分別如圖4和圖5所示。采用噴涂方法的焦粉最快燃燒速度比采用常規(guī)方法提高幅度大，但采用噴涂方法的燃燒帶寬度比采用常規(guī)方法窄。P和P準(zhǔn)顆粒的高溫停留時間受到燃燒速度的影響，由于P準(zhǔn)顆粒的焦粉燃燒速度比P準(zhǔn)顆?？?，且采用噴涂方法的高溫停留

17、時間比采用常規(guī)方法縮短，因此采用噴涂方法的燃燒帶寬度較窄。采用噴涂方法可縮短燒結(jié)時間，因此能夠提高燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)。 5 結(jié)論為了弄清焦粉分布對準(zhǔn)顆粒燃燒速度的影響，進(jìn)展了變換焦粉在試樣中分布的燃燒試驗，得出了以下結(jié)論。 1當(dāng)參加的焦粉在試樣外表產(chǎn)生偏析時，準(zhǔn)顆粒中的焦粉燃燒速度得到了提高。在高溫下進(jìn)展試驗，焦粉的燃燒速度加快。 2焦粉在準(zhǔn)顆粒中的分布不僅對界面反響速度產(chǎn)生影響，而且還會影響到氧氣擴(kuò)散。 3當(dāng)參加的焦粉在準(zhǔn)顆粒外表產(chǎn)生偏析時，準(zhǔn)顆粒中的氧氣擴(kuò)散加快。 4由于采用噴涂方法準(zhǔn)顆粒中的焦粉燃燒速度較快，因此采用噴涂方法的燒結(jié)速度比采用常規(guī)方法快。但是，采用噴涂方法高溫停留時間縮短及最高

18、溫度降低，引起蓄熱量減少。 5采用噴涂方法可縮短燒結(jié)時間，因此能夠提高燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)。宏濟(jì)鋼鐵渣高效利用技術(shù)系列報道一室蘭鋼鐵廠用鋼渣骨料配制重混凝土的研究1 研究背景東日本大地震一年后不久，開場轉(zhuǎn)向制定震災(zāi)修復(fù)、復(fù)興的具體方案規(guī)劃和各工程的執(zhí)行階段。隨著這些工程的開展，預(yù)計工程所用主要建材混凝土的需求將會迅速增加，而且還需要大量的骨料。但是，一般情況下，混凝土用骨料從生產(chǎn)到消費是采取在較小地域內(nèi)進(jìn)展地產(chǎn)地消型的流通形式。因為骨料的生產(chǎn)設(shè)備在地震中損壞或者從業(yè)人員到外地避難等因素，使靈活應(yīng)對需求增長較為困難。因此，充分利用各產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物循環(huán)利用，既要滿足混凝土骨料的品質(zhì)要求，又要保證大量穩(wěn)定地

19、供應(yīng)，并不是容易的事情。此外，發(fā)生海嘯的規(guī)模遠(yuǎn)超出預(yù)想，所以在修復(fù)、復(fù)興工程中，要求建筑提高對海嘯和波浪的穩(wěn)定性。因此，考慮采用比常規(guī)大的構(gòu)造物和重混凝土，即同樣尺寸建筑重量更大的構(gòu)造物等對策。但是采用常規(guī)的技術(shù)和材料來實現(xiàn)這些措施，將會大幅度增加工程費用。對于上述兩個課題，進(jìn)展了鋼渣作混凝土骨料的配合比開發(fā)，并用該配合料制造混凝土構(gòu)造件。鋼渣與高爐渣不同，到目前為止還沒有作為混凝土骨料使用過。但鋼渣具有一定的品質(zhì)，而且可以穩(wěn)定、大量供應(yīng)的特征，有望作為天然骨料的替代料利用。鋼渣的密度比天然骨料更大，所以，期待適用于對海嘯和波浪穩(wěn)定性高的重混凝土構(gòu)造件的混凝土，而且價格廉價，并可大量生產(chǎn)。在開

20、發(fā)這種混凝土配合比的根底上，使用受災(zāi)地區(qū)內(nèi)的預(yù)拌混凝土廠等生產(chǎn)混凝土構(gòu)造件，用有限的預(yù)算進(jìn)展技術(shù)驗證。2 鋼渣作為混凝土骨料的試驗研究為了將鋼渣作為混凝土骨料使用，使其生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土的施工性和硬化特性等性能具有與采用天然骨料生產(chǎn)的常規(guī)混凝土同等的性能非常重要。在開發(fā)以鋼渣為骨料的重混凝土中，除混凝土容重外，要求其性能與常規(guī)混凝土性能同等。在這項研究中，為了詳細(xì)掌握鋼渣的物性、以鋼渣為骨料的混凝土的適宜配合比以及諸性能和特性，進(jìn)展了以下驗證研究；根據(jù)各試驗結(jié)果，對鋼渣用作混凝土骨料的適合性進(jìn)展了評價。2.1 測定鋼渣骨料的物性試驗為了掌握鋼渣骨料的物性和特性，開展了各種物性試驗見表1。除普通的

21、粒度分布和粉化率試驗外，還調(diào)查了蒸汽陳化條件與膨脹量的關(guān)系，重新評價了生產(chǎn)細(xì)骨料時的篩子形狀與其粒度分布的關(guān)系，整理了為保證作為混凝土骨料的鋼渣品質(zhì)的條件。2.1.1 骨料的浸水膨脹試驗鋼渣含有的游離CaO和游離MgO與水接觸產(chǎn)生水化反響，伴隨該反響發(fā)生體積膨脹。該水化反響在幾百攝氏度的*圍內(nèi)是溫度越高反響越快，所以，包括室蘭廠在內(nèi)的許多鋼鐵廠采用蒸汽陳化進(jìn)展鋼渣穩(wěn)定化處理后，將其作為路基料等產(chǎn)品發(fā)貨。在此，為調(diào)查這種陳化處理時間與鋼渣膨脹性的關(guān)系，實施了浸水膨脹試驗JIS A5015。試驗方法是將填充24h、48h和72h陳化處理后鋼渣的模型浸入80的水中見圖1，促進(jìn)鋼渣膨脹后，用設(shè)置在容器

22、上面的千分表測定膨脹量。浸水條件是80保持6h，反復(fù)10天。試驗結(jié)果說明：隨著蒸汽陳化時間的延長，浸水膨脹試驗鋼渣的膨脹量減少，通過72h的陳化，水化反響根本完畢見圖2。但是，在進(jìn)展72h陳化時，鋼渣的膨脹性并未完全被抑制，鋼渣骨料的膨脹有可能影響混凝土的品質(zhì)，因此在使用中需要進(jìn)展骨料的品質(zhì)管理和適中選擇混凝土用途。2.1.2 骨料的耐磨損性試驗在骨料運輸和混凝土的攪拌中破碎的脆骨料出廠時的粒度分布*圍很大，不能獲得規(guī)定品質(zhì)的混凝土。因此，混凝土用骨料要求不易產(chǎn)生破碎和耐磨損性的硬度。在此，采用洛杉磯試驗機(jī)的耐磨損試驗方法JIS A1121，求出鋼渣粗骨料的耐磨損性。用實際混凝土使用的天然骨料

23、作為比擬對象。試驗方法是將直徑46.8mm的鋼球和骨料投入到試驗裝置見圖3，旋轉(zhuǎn)規(guī)定的轉(zhuǎn)數(shù)后，求出通過1.7mm篩子的重量率磨損減少量。根據(jù)試驗結(jié)果確認(rèn)，鋼渣骨料具有與天然骨料同等的耐磨損性見圖4。2.2 鋼渣骨料混凝土配合比的研究天然骨料的供應(yīng)狀況因地域性和時間有波動。因此，可以根據(jù)需要組合骨料非常重要，即僅將粗骨料或細(xì)骨料置換為鋼渣骨料以及將粗骨料和細(xì)骨料均置換為鋼渣骨料。試驗中，設(shè)定這種組合骨料的案例，研究了滿足混凝土所要求品質(zhì)新拌混凝土性能、硬化特性的配合比。關(guān)于硬化特性，在確認(rèn)抗壓強度和抗折強度的根底上，重點直接測定了鋼渣骨料混凝土的凍融耐久性、枯燥收縮量、中性化速度、鹽分侵蝕性，還

24、測定了2.5nm10m的細(xì)孔徑分布，嘗試觀察了微觀構(gòu)造的變化見表2。此外，為評價鋼渣骨料混凝土對環(huán)境的影響，進(jìn)展了溶出試驗。以下介紹試驗結(jié)果。2.2.1 配合比試驗混凝土根據(jù)骨料、水和添加劑等的種類以及配合比，混合時的性狀和硬化特性發(fā)生敏感變化。因此，為了找出滿足適合鋼渣骨料使用條件的配合比，進(jìn)展了變化配合比的屢次試驗，從中掌握使用鋼渣骨料混凝土的特征，選擇符合使用條件的適當(dāng)配合比。試驗結(jié)果說明，通過適當(dāng)修正細(xì)骨料率、單位水量等配合比條件，獲得了與使用天然骨料混凝土同等的新拌混凝土性狀。2.2.2 耐凍結(jié)性和耐融化性試驗一般的耐凍結(jié)性和耐融化性指標(biāo)是凍結(jié)融化循環(huán)300次相對動彈性模量保持在60

25、%，也包括使用天然細(xì)粗骨料的混凝土，在各鋼渣骨料的使用條件配合比中，確認(rèn)了滿足要求的耐凍結(jié)性和耐融化性見圖5。2.2.3 膨脹穩(wěn)定性試驗根據(jù)鋼渣水化固化技術(shù)手冊，進(jìn)展了混凝土膨脹穩(wěn)定性評價試驗。該試驗將混凝土試樣連續(xù)10天浸在803的溫水中后，確認(rèn)混凝土外表是否有裂紋等異?，F(xiàn)象見圖6。從試驗結(jié)果中沒有觀察到這些異?，F(xiàn)象，使用鋼渣的混凝土沒有出現(xiàn)問題。如上所述經(jīng)過72h的蒸汽陳化也不能完全抑制鋼渣骨料的膨脹性，但確認(rèn)了鋼渣作為混凝土骨料，可以穩(wěn)定化處理到?jīng)]有問題的狀態(tài)。在其他的抗壓強度、鹽分浸漬、細(xì)孔構(gòu)造等各種硬化特性的試驗結(jié)果中，沒有發(fā)現(xiàn)使用鋼渣骨料的影響。另一方面，關(guān)于枯燥收縮量，發(fā)現(xiàn)使用鋼

26、渣骨料的常規(guī)普通混凝土比使用天然骨料的要小，中性化略差。為確認(rèn)使用鋼渣骨料的混凝土對周圍環(huán)境是否有影響，采用一樣目的進(jìn)展的試驗方法對使用鋼鐵渣的建材包括鋼鐵渣水化固化體進(jìn)展了溶出試驗。采用關(guān)系到水底泥沙的判定標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境省告示第14號、環(huán)境JISJIS K0058-1和-2進(jìn)展了評價。所有的分析工程都在標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)，確認(rèn)了使用鋼渣骨料的混凝土對環(huán)境沒有影響。2.3 重混凝土配合比的研究為加大混凝土的容重，進(jìn)一步提高使用鋼渣骨料的混凝土配合比，進(jìn)展了重混凝土配合比的研究。這里重混凝土的目標(biāo)容重為。在混凝土材料中，要求盡可能減少密度最小的水的配比量，相反增加密度最大的鋼渣骨料的配比量。由于擔(dān)憂混凝土拌合

27、料的抗離析性和經(jīng)時穩(wěn)定性降低，所以著手研究和選擇可以同時解決這些問題的混凝土用化學(xué)添加劑，之后，進(jìn)展了混凝土配合比的研究和硬化特性的測定。本試驗用鋼渣作為骨料，為確保良好的混凝土性狀，需要與使用天然骨料時不同的添加劑。在降低單位水量的重混凝土配合比中，這一傾向很明顯。本研究開發(fā)了新的添加劑，在確立滿足目標(biāo)新拌混凝土性狀和單位容積重量的配合比條件的同時，確認(rèn)各種硬化特性也可以適用重混凝土。2.4 實際工廠的混凝土生產(chǎn)、施工試驗從實驗室試驗確立的配合比中選擇兩種，在位于南相馬市的預(yù)拌混凝土工廠進(jìn)展了實際規(guī)模的生產(chǎn)、施工試驗的最終評價。在南相馬市內(nèi)的加藤建材工業(yè)公司的現(xiàn)場，實施了消波混凝土砌塊、梁狀

28、有筋構(gòu)造件的混凝土澆筑施工試驗。消波砌塊的規(guī)格為東北POLE制的6.3m3型見圖7，梁狀有筋構(gòu)造件為高50cm、寬50cm、長3m的D13200，分別采用天然骨料的普通混凝土、僅將粗骨料置換為鋼渣的替代粗骨料混凝土和置換粗骨料與細(xì)骨料的重混凝土三種混凝土，澆筑了混凝土消波砌塊和梁狀有筋構(gòu)造件。2012年10月23日，將室蘭廠生產(chǎn)的鋼渣運送到有攪拌混凝土設(shè)備的加藤建材工業(yè)公司，10月27日進(jìn)展了混凝土的生產(chǎn)和澆筑試驗。在試驗結(jié)果中，沒有發(fā)現(xiàn)因使用骨料種類不同而導(dǎo)致施工性不同的問題，在使用所有骨料的混凝土中，施工性均良好。在混凝土澆筑的5天后，11月1日進(jìn)展了拆模作業(yè)，所有的混凝土外表都沒有發(fā)現(xiàn)裂

29、紋等缺陷。2.5 利用鋼渣骨料混凝土的實用性一般普通混凝土單位容積的重量是2.3t/m3，而驗證試驗獲得的混凝土中，替代粗骨料的混凝土到達(dá)2.5t/m3，至于重混凝土則到達(dá)了2.7t/m3?？梢宰钣行У乩眠@一特征的用途有港灣混凝土構(gòu)造件的消波塊等。2.5.1 對波浪的穩(wěn)定性具有一定規(guī)模的大浪所需消波塊的最小重量是根據(jù)港灣設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中Hudson公式求出的。根據(jù)海水的浮力效果等，混凝土的單位容積重量如果增大到1.13倍=2.7/2.5，要求消波塊的最小重量大約可減輕到一半0.53倍，效果非常大見圖8。此外，消波塊的大小一樣時，對大波浪的重量平安系數(shù)可提高約2倍。在此的重量平安系數(shù)是指相對于大

30、波浪所需消波塊重量的實際消波塊重量。一般的人工礁等港灣、海洋構(gòu)造件根據(jù)消波塊設(shè)置的海域水深等，規(guī)定最低限度所需的構(gòu)造件規(guī)模，雖然推測根據(jù)混凝土單位容積的重量可以大幅削減數(shù)量的案例少，但重量平安系數(shù)大幅度提高的案例較多。2.5.2 混凝土價格重混凝土使用的天然骨料有橄欖巖，這種骨料價格高。使用這種骨料的重混凝土作為新拌混凝土是普通混凝土的約1.5倍。而根據(jù)離鋼鐵廠的遠(yuǎn)近和運輸方法的不同，可以與普通天然骨料同樣的價格獲取鋼渣骨料，所以，將鋼渣作為重混凝土骨料使用，可大幅度降低原料本錢。2.5.3 密度大的天然骨料的稀有性上述的橄欖巖等，也作為鋼鐵廠燒結(jié)原料的改質(zhì)料利用，是各工業(yè)領(lǐng)域利用的材料，但其

31、埋藏量有限。因此，用鋼鐵廠副產(chǎn)品鋼渣替代這種稀有的天然材料作為混凝土骨料利用，不僅是混凝土，還可能對更廣泛的領(lǐng)域產(chǎn)生連鎖反響。根據(jù)上述觀點，用本研究開發(fā)的鋼渣骨料混凝土配制重混凝土可以說是極有效的建筑材料。3 小結(jié)通過各種試驗和研究，判斷鋼渣骨料替代的混凝土可以作為普通混凝土和重混凝土使用，但在實際應(yīng)用方面，今后還需要研究以下課題：1與普通混凝土特性的比擬；2品質(zhì)管理；3開展業(yè)務(wù)。全榮鹿島鋼鐵廠鋼鐵渣利用技術(shù)的開發(fā)1 研究背景鹿島廠位于茨城縣東南部，是面向鹿島灘的鹿島臨海工業(yè)帶的聯(lián)合鋼鐵廠。2013財年的粗鋼產(chǎn)量約700萬t，副產(chǎn)品鋼鐵渣的產(chǎn)生量約280萬t。正在積極研究如何將這些鋼鐵渣變?yōu)樵?/p>

32、產(chǎn)品，提高其附加值以利于銷售。茨城縣僅次于*道和愛知縣，也是具有道路面積的公路縣，而且距千葉、東京大都市約100km。充分利用這一地理位置優(yōu)勢，開發(fā)和銷售道路用路基材料為主的陸地土建工程用鋼鐵渣產(chǎn)品?？紤]到鋼鐵渣產(chǎn)品對環(huán)境的影響，開發(fā)可以放心使用的再利用產(chǎn)品是非常重要的，也是穩(wěn)定銷售的根本。雖然鋼鐵渣可作為有效資源再利用，但是減少鋼鐵渣的單位產(chǎn)生量更有利于環(huán)保。2 鋼鐵渣環(huán)保利用技術(shù)的開發(fā)2.1氟溶出抑制技術(shù)道路用鋼鐵渣是根據(jù)1979年制定的標(biāo)準(zhǔn)JIS A5012開發(fā)的，其后，進(jìn)展了各種性能改進(jìn)，將改進(jìn)結(jié)果反響給JIS，2013年修訂JIS時，作為更放心的產(chǎn)品，增加了環(huán)境平安品質(zhì)條款。在此之前

33、，鹿島廠就根據(jù)環(huán)境平安品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展了技術(shù)開發(fā)，其中一項為哪一項氟溶出抑制技術(shù)。在鋼水精煉中，為了促進(jìn)雜質(zhì)的去除，往往使用螢石CaF2作熔劑。但是，使用螢石易使鋼渣溶出氟F，擔(dān)憂影響環(huán)境。因此，采取了以下應(yīng)對措施：1即使使用螢石，也要抑制氟的溶出，以生產(chǎn)出保證環(huán)境的渣產(chǎn)品；2推進(jìn)開發(fā)不使用螢石的精煉方法。氟溶出抑制技術(shù)。在含氟的鋼渣中配合高爐水淬渣等溶出二氧化硅的物質(zhì)和含鈣的生石灰等，進(jìn)展混合，制作氟固定能力高的水化物，用固定氟抑制氟溶出機(jī)理見圖1。渣溶出的鈣離子與二氧化硅反響，形成特定的水化物，除固定氟外，該項技術(shù)還是通過生石灰等溶出的過剩鈣離子作為氟化鈣CaF2固定氟的技術(shù)。此外，為了確立不

34、使用螢石的精煉方法，不銷售利用該技術(shù)的路基材料。2.2土壤中重金屬溶出抑制技術(shù)土壤改進(jìn)土壤中往往含有錳、鋅、砷、鎘和鎳等重金屬。如果土壤是中性的，這些重金屬不溶出是無害的，但假設(shè)土壤中的pH值偏酸性，這些重金屬溶出就可能會污染環(huán)境和阻礙農(nóng)作物的生長。例如奄美大島的土壤是酸性pH=5.1，具有重金屬溶出的風(fēng)險。在這種土壤30mm以下混合整粒的鋼鐵渣，可以長期穩(wěn)定中和土壤。表1是試驗的一例，通過應(yīng)用渣中和土壤的pH值，減少錳、鋅的溶出。根據(jù)土地的用途和成分，調(diào)整渣的混合量，可以實現(xiàn)目標(biāo)pH值；而且因為鈣是逐漸溶解，可以持續(xù)保持pH值。在鋼鐵渣的用途中，堿性成為問題，有限制使用的情況，但通過很好地利

35、用，可以起到改善環(huán)境的作用。此外，渣中含有Fe、Mg和Ca等對植物有用的成分，有望作為農(nóng)業(yè)肥料使用。3 促進(jìn)鋼鐵渣的廠內(nèi)循環(huán)使用鹿島廠采取了減少鋼鐵渣量的措施。削減的方法有：減少使用的副原料；再利用產(chǎn)生的渣。下面介紹在高爐煉鐵和煉鋼工序再利用鋼渣的案例。在煉鋼過程中，為應(yīng)對原料品位的惡化和高端鋼的需求，采用去除雜質(zhì)的脫硫和脫磷、脫碳二道工序或脫硫、脫磷、脫碳三道工序的兩種精煉方法。脫硫過程中產(chǎn)生的鋼渣多含有鐵分和石灰。這些成分是煉鐵的有效成分，但因含硫高，在高爐煉鐵和煉鋼工序都不能使用。因此，在燒結(jié)工序再利用，通過燃燒將硫轉(zhuǎn)變?yōu)镾O*從原料中別離，再經(jīng)廢氣處理設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，這樣不僅鐵分、石灰

36、，連硫也可作為資源回收。采用該脫硫工序產(chǎn)生的爐渣根本100%可以在廠內(nèi)再利用。在三道工序的精煉方法中，脫磷后的脫碳工序產(chǎn)生的鋼渣含磷量低，且富含鐵分和石灰。因此，破碎整粒為適當(dāng)?shù)牧６?，可以在燒結(jié)工序和煉鋼工序再利用。脫碳工序產(chǎn)生的爐渣也根本100%可以在廠內(nèi)再利用。采取這些措施后，每財年有約23萬t的鋼渣在煉鐵工序內(nèi)再利用，減少了天然資源的使用量見表2。君津鋼鐵廠鋼鐵渣利用技術(shù)的開發(fā)1 研究背景君津廠是位于房總半島中部，面向東京灣的聯(lián)合鋼鐵廠，每年生產(chǎn)銷售約400萬t鋼鐵渣。高爐渣主要用于水泥原料、混凝土骨料以及道路用料；鋼渣大多用于道路用料、地基改進(jìn)和人造石材等。正在開發(fā)適合君津廠生產(chǎn)方式和

37、用戶需求的鋼鐵渣利用技術(shù)。2 高爐渣細(xì)骨料2.1 混凝土細(xì)骨料所要求的功能混凝土細(xì)骨料最重要的功能是保證預(yù)拌混凝土的流動性，因此，對所需骨料的粒度分布和單位容積質(zhì)量有一定要求。但是近年來，在海沙、山砂天然砂中，單類可獲得適當(dāng)粒度分布的材料很少，需要混合粒度不同的材料來調(diào)整。君津廠附近主要是細(xì)山砂，所以需要粗骨料。2.2 高爐渣細(xì)骨料生產(chǎn)技術(shù)高爐水渣有兩種：一種是高爐出鐵后，將與鐵水按比重別離的高爐渣在爐前水淬的水渣，另一種是用渣罐將其運送到其他場所水淬化的爐外水淬渣。爐前水淬渣和爐外水淬渣在水淬處理后均混有針狀粒，作為混凝土細(xì)骨料使用時，這種針狀粒會降低單位容積質(zhì)量，而且阻礙預(yù)拌混凝土的流動性

38、。因此，進(jìn)展了磨碎加工的輕破碎處理，破碎針狀粒后出廠。此外，對于粒度調(diào)整也有根據(jù)需要分級微粒局部的情況。磨碎加工后的爐外水淬渣顆粒稍粗，是重質(zhì)；但爐前水淬渣顆粒稍細(xì)，是輕質(zhì)。爐前水淬渣的產(chǎn)量多，需要確立爐外水淬渣和爐前水淬渣混合利用的細(xì)骨料制造方法。在此，改變爐前水淬渣和爐外水淬渣的混合比，調(diào)查了混合料的粒度分布、單位容積質(zhì)量。調(diào)查結(jié)果顯示，可以找到能夠穩(wěn)定滿足要求規(guī)格的混合條件，未經(jīng)磨碎加工的爐前水淬渣用于水泥原料、磨碎加工后的爐前水淬渣作為細(xì)目細(xì)骨料用、磨碎加工后的爐前水淬渣和爐外水淬渣的混合品作為粗目細(xì)骨料用，根據(jù)需要確立了最正確的制造體制見圖1。此外，君津廠的高爐渣骨料見表1還取得了J

39、IS的認(rèn)證，從生產(chǎn)到出廠嚴(yán)格進(jìn)展高品質(zhì)管理和持續(xù)的改善活動，是用戶可放心使用的高品質(zhì)產(chǎn)品。3 軟土改進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用3.1 陸地用途在住宅用地的開發(fā)和道路修建工程中，因地基軟往往需要進(jìn)展改進(jìn)以提高地基強度。鋼渣適當(dāng)含有石灰，可以期待與土混合的水化固化效果。因此，根據(jù)地基的粒度和水分特性，通過研究鋼渣的粒度、配合，作為軟土改進(jìn)料，可以發(fā)揮很好的效果。3.2 海域用途為確保航線等正常發(fā)生的疏浚土作為灣內(nèi)取砂遺留深坑的回填料使用，利用鋼渣的固化作用，使用將疏浚土與調(diào)整粒度和成分后的鋼渣混合，用這種改善強度的改進(jìn)土氧化鈣改進(jìn)土，在沿岸等藻場，將日光缺乏的海域淺灘化，同時設(shè)置水化固化體制造的人造石材Beve

40、rley Rock，可以制造人造藻場見圖2。在君津廠附近海域施工，確認(rèn)了提高疏浚土強度，改善洼地等積水處的水環(huán)境，并有利于淺灘、藻場魚類和海藻類的生長。全榮名古屋廠鐵水預(yù)處理爐渣肥料化的開發(fā)1 研究背景以前農(nóng)業(yè)肥料的原料主要是以高爐渣為原料的Kei-Karu和以轉(zhuǎn)爐渣為原料的Mine-Karu。1989年名古屋廠轉(zhuǎn)爐型鐵水預(yù)處理爐LD-ORP投產(chǎn)，鐵水預(yù)處理比率迅速增加，因此開展了鐵水預(yù)處理渣ORP渣用于肥料的技術(shù)研究。當(dāng)時煉鋼車間的技術(shù)人員進(jìn)展了是否可以將鐵水預(yù)處理渣作為硅酸肥料商品化的技術(shù)研究，開發(fā)了名古屋廠獨創(chuàng)的商品農(nóng)力UP肥料。2 肥料開發(fā)的關(guān)鍵一般情況下，肥料要求的成分是三大元素氮、

41、磷和鉀。但是，在農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域，各成分施肥效果的研究正在取得進(jìn)展，判明了可溶性硅酸、水溶性硅酸、可溶性苦土鎂、堿性氧化鈣、鐵分和錳等各種效用見表1。當(dāng)時名古屋廠的肥料商品有加工高爐渣生產(chǎn)的Kei-Karu和加工轉(zhuǎn)爐渣生產(chǎn)Mine-Karu兩種。鐵水預(yù)處理ORP渣因是鐵水階段的煉鋼精煉渣，所以具有高爐渣和轉(zhuǎn)爐渣雙方的特性，均衡含有硅酸、石灰、磷酸、鐵、錳、鎂等，因此作為多合一肥料，進(jìn)展了通過降低單位面積施肥量來降低環(huán)境負(fù)荷的研究。2.1 硅酸根離子的供應(yīng)農(nóng)業(yè)主要作物水稻屬于禾本科植物，禾本科屬于硅酸植物類，根、莖、種子多含硅酸，所以，如何有效地向水稻根部提供硅酸根離子非常重要。一般在酸性條件下，常

42、溫水溶液中的氧化物易離子化。因此，用鹽酸在pH=0.7的條件下測定肥料中的可溶性硅酸。另一方面，用pH=67左右的離子交換水測定水溶性硅酸，以評價肥效。用鹽酸測定的理由是為了掌握肥料內(nèi)所含的硅酸總量；用離子交換水進(jìn)展測定的理由是為了掌握在近似水田條件下溶出的硅酸。渣系硅酸肥料產(chǎn)品有以高爐渣為原料的Kei-Karu和以轉(zhuǎn)爐渣為原料的Mine-Karu。在pH=0.7時，高爐渣的硅酸溶出值最高；另一方面，在水稻實際生長條件pH=67下，以O(shè)RP渣為原料的試制品的硅酸溶出值也較高見圖1，由田間試驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用以O(shè)RP渣為原料的試制肥料改善了水稻的收獲量見圖2。1998年開發(fā)出以名古屋廠鐵水預(yù)處理

43、渣為原料的硅酸肥料試樣后，經(jīng)過產(chǎn)業(yè)振興公司的制粒技術(shù)等開發(fā)出肥料產(chǎn)品，2000年該公司以農(nóng)力UP的商品名開場銷售。其后銷售量持續(xù)擴(kuò)大，目前發(fā)貨量已超過2萬t/a。和歌山廠鋼鐵渣利用的開發(fā)狀況1 高爐渣1.1 用作混凝土骨料在和歌山廠的高爐渣產(chǎn)品中，作混凝土用骨料的占比高于25%，2012年發(fā)貨量約33萬t，詳細(xì)情況見表1。采用爐外水淬設(shè)備2005年投產(chǎn)生產(chǎn)、銷售高爐渣混凝土細(xì)骨料約12萬t/a。2005年，在渣處理場緩冷破碎分級生產(chǎn)、銷售的高爐渣粗骨料約16萬t。對生產(chǎn)高爐渣混凝土粗骨料時產(chǎn)生的粒徑在5mm以下的局部，用濕法分級設(shè)備2010年投產(chǎn)再次分級成粒徑為2.55mm和2.5mm以下兩局部，以作為混凝土二次制品用骨料等，年生產(chǎn)、銷售約5萬t/a。采用濕法分級設(shè)備分出的混凝土二次制品用骨料的商品化，在2012年度資源循環(huán)技術(shù)系統(tǒng)表彰中獲得獎勵獎。混凝土二次