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德国转炉炉渣的生产与利用
更新时间:2015.12.03 新闻来源:

面对全世界日益苛刻的环保立法、资源短缺、昂贵的废料填埋费和降低炼钢成本的压力,炉渣的利用就显得越来越重要了。企业将来能否保住原有厂址并得到增产许可,从环境和经济角度看,利用炉渣是非常关键的方法。

  每年,德国钢铁业不仅生产约4900万t的钢,还生产超过1400万t的炉渣,其中大约400万t为转炉炉渣。

  按照炉渣碱度的要求,除磷成为炉渣生产中必要的流程,由此产生的炉渣产品中游离氧化钙的含量通常在3%~20%。由于氧化钙含量较高,炉渣的体积稳定性较差且易碎。这使炉渣在建筑,如筑路和水利方面的应用受到限制。经过适当的处理,炉渣具备了所需的体积稳定性后可作为高质量天然石料的替代品。当然,也可利用炉渣的这种特性用作农肥或烧结中的石灰替代品。

  2转炉炉渣的特性

  由于各公司使用原料、产品和操作的不同,炉渣的数量和化学成分也各有不同。但炉渣仍是由钙、硅和铁元素组成的混合物。从矿物学角度来说,熔渣结晶是一个碱性反应,熔融的氧化物主要由以下物质组成:

  硅酸钙 [2CaO.SiO2和3CaO.SiO2];

  铁酸钙 [2CaO.Fe2O3];

  铁的氧化物 [(Ca, Fe, Mg, Mn)O]。

  另外还包括一部分游离氧化钙(CaOfree)和少量的游离氧化镁(方镁石,MgOfree)。由于水合反应,炉渣的体积会发生变化,这两种游离氧化物会影响炉渣的体积稳定性和应用范围。

  欧洲和德国的实验测量结果显示,炉渣的物理性质如下:

  高的原始密度(3.2~3.6g/cm3);

  良好的抗冻融性(防护块石和碎石的质量百分比大约为0.1~0.5%);

  高强度:综合强度可达300 N/mm2,抗碎指数大约为9~14;

  耐磨性好,Micro-Deval系数为6~11;

  良好的微观和宏观表面粗糙度(PVS值为55~63);

  晶形好,完全粒化(形状指数大约为3)。3保持体积稳定性的方法

  根据生产工艺流程,转炉炉渣或多或少的含有游离氧化钙。用于生产化肥的转炉炉渣应含有尽可能多的游离氧化钙,这样的炉渣易粒化,且有较大的表面反应面积。然而游离氧化钙使炉渣在建材方面的应用受到限制。近几十年来,针对此现象,多种处理方法应运而生:

  通过转炉中的炼钢工艺参数和转炉炉渣的X射线荧光分析,预测游离氧化钙的含量,并将炉渣按含量的高低分类;

  延长炉渣的自然风化时间可降低游离氧化钙的含量;

  向熔渣中喷射沙子和氧气;

  热闷炉渣(人工老化)降低游离氧化钙的含量;

  粒化转炉炉渣。

  如果使用的生产原料和工艺可知,就能较准确地估算出转炉炉渣中游离氧化钙的含量,X射线荧光分析法也具有相同的作用。这两种方法可将炉渣按游离氧化钙含量的高低进行分类,以便在下一道工序中使用。游离氧化钙含量低的炉渣可用作建材,而含量高的必须经过风化处理,即自然存放几个月或几年直到氧化钙的水和反应平衡,改善稳定性后可利用。

  4转炉炉渣的应用

  几十年来,转炉炉渣一直用作筑路的基层和基底层材料。要求基层粒度为0/32mm,基底层粒度为0/45mm。良好的晶形和水硬性能使路基缓慢固化,可用于铺设重载马路。

  转炉炉渣用于沥青产品的生产,与很多天然石料相比,炼钢炉渣具有好的抓牢力。这项技术在奥地利已经应用了几十年,而在德国在近几年才得到广泛应用。如今,炼钢炉渣从基层到沥青面层都适用。

  炼钢炉渣作为建材用于水利工程,可以控制水流或保护堤岸。根据水位的不同,建成不同的结构来控制水的流速。低水位时把水引入灌溉渠,高水位时便可以漫过。

  在不同的位置流速不同。高速水流会侵蚀河床,而低速水流会形成沉淀物。灌溉渠中的沉淀物必须清除以保持通畅。修缮河床时,炼钢炉渣可填充冲出的凹坑或垫高河床。除了上述应用,炉渣还可用作保护河床的外部结构。

  前面涉及的结构通常都是多层结构:细的渣粒作多层结构的核;大的渣粒作外部防护结构以防河水的侵蚀。

  在德国,炉渣也用于水利工程。较细的渣粒(0/11mm,5/80mm)用作过滤层;较粗的渣粒(45/125mm)用作防护层;作、做混合石料(0/180mm)。以上的应用涵盖了全部的渣粒尺寸。

  由于与其它天然石料相比,炉渣数量充足且性质优良,一直以来成功地用于水利工程。而且炉渣密度高、耐磨性好、表面粗糙且呈立方体形,能很好的抵抗水流和船只的冲击。

  然而,炉渣的碱性对其应用产生了影响。为避免对环境造成破坏,根据位置和建筑类型的不同,德国对炉渣在水利工程上的应用是有严格规定的,尤其在水流缓慢的流域。

  5结语

  近几年,采用很多加工工艺可产生体积稳定性好的转炉炉渣,这开辟了很多应用新领域。目前,转炉炉渣最流行的应用是作为筑路时的无约束层、沥青层和化学肥料。

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