转炉除尘灰地高附加值利用Word格式.docx
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除尘灰含有有害杂质，而烧结难以有效地去除这些杂质，使得烧结配加和稳定操作困难，入高炉后将影响高炉正常操作和炉衬寿命；
其化学成分、粒度、水分均存在较大差异，不利于烧结矿生产和质量的提高；
该方法仅能回收部分含铁粉尘，从某利意义上讲，对这些宝贵的二次资源没有起到真正意义上的回收。
因此，在烧结配料中加入除尘灰进行循环利用极不科学。
1.4竖炉球团配加
有企业在竖炉中配加炼钢除尘细灰，经过近20个月的摸索和改进，实现了生产稳定顺行，并保证了质量稳定。
转炉干法除尘灰用于竖炉球团配加生产是可行的，配加量在5%以内，可减少对竖炉生产的影响。
但是还存在炼钢除尘灰质量不稳定、成分波动大、倒运过程中二次扬尘太大等问题。
2
邯钢转炉除尘灰基本情况
2.1转炉除尘灰产量及回收量
邯钢以转炉LT除尘灰为研究对象，探索转炉除尘灰的高附加值利用途径。
转炉除尘灰分为粗灰、细灰两种。
粗灰来自蒸发冷却器底部，细灰是炼钢过程中产生的烟尘经干法除尘、沉降得到的。
2014年12月邯钢炼钢除尘灰当月产量、累计量及回收量，如表1所示。
2.2转炉除尘灰的化学成分
转炉除尘灰的化学成分，见表2。
转炉除尘粗灰为灰黑色，为细颗粒。
转炉除尘细灰为红-褐色，颜色与氧化铁红相近，粒度较细，100目的占70%以上。
转炉除尘细灰中氧化铁的含量比较高，含有少量Fe3O4，是制备铁系颜料的理想原料。
3
创新研究
邯钢以转炉除尘细灰为原料，以制备出高附加值产品为目标，提出氧化焙烧制备成高纯氧化铁红的方案。
氧化铁红制备试验采用高温氧化培烧法。
3.1制备氧化铁红的研究
1）烘干除水工艺
对转炉除尘灰进行现场取样，在烘箱中烘干2h以上，温度控制在100℃左右。
2）混匀物料工艺
转炉除尘灰质量不稳定，TFe和CaO含量波动较大。
-应采取质量控制措施，即将其进行初步混匀处理，以降低成分波动。
3）磨样制备工艺
转炉除尘灰为粒度较细的粉尘，为了达到粒度均匀、氧化效果好的目的，采用制样机对转炉除尘灰进行一次粗破，其出料粒度200目达到92%以上。
4）焙烧氧化工艺
本研究是在碳管炉内进行静态焙烧氧化制备氧化铁红，氧化过程中所需氧气来自空气，工艺温度控制在850-900℃，恒温时间为30mmin。
其炉内反应为:
碳管炉升温速率的控制如图1所示。
焙烧所得物料产生结块，经简单磨细至-200目占90%以上，可获得纯度较高的氧化铁红产品。
氧化铁红的化学成分，如表3所示。
氧化铁红质量与标准对比，如表4所示。
该产品不存在有机着色物，不仅可用作涂料或建材的着色剂或添加剂，更适宜做磁性材料的原料，可直接生产铁氧体预烧料。
3.2制备磁性材料的研究
以氧化铁红为原料生产高品质铁氧体预烧料，进而生产铁氧体材料已被磁性材料厂广泛采用。
其原理及化学方程式如下:
碳酸盐分解反应:
（300-0-800℃）
中间反应:
（600-800℃）
通过以上流程制得的铁氧体性能优良，与利用铁鳞作原料制备的铁氧体预烧料性能相当或优于铁鳞。
邯钢于2012年分别建成铁鳞、氧化铁红生产永磁铁氧体预烧料生产线，采用链篦机-回转窑的方法，每年可生产出2万多吨永磁铁氧体预烧料，现已稳定生产运行两年多。
氧化铁红和铁鳞的利用提高了邯钢产品的综合利用程度及科技含量，填补了邯钢磁性材料的空白，发展壮大了其非钢产业。
如果通过转炉除尘灰批量生产氧化铁红，进而再生产铁氧体材料，附加值水平将得到更大提升。
针对这种情况，邯钢进行了利用转炉干法除尘细灰制备铁氧体预烧料的试验研究，材料磁性能检测结果如表5所示。
3.3经济性能评价
炼钢除尘灰的价格约100-200元/t，氧化铁红的价格为1400元/t，铁氧体预烧料的价格则超过3000元/t，采用炼钢除尘灰生产氧化铁红，进而再生产高性能永磁铁氧体，昔日炼钢除尘灰作为固体废弃物易污染、难治理的现状将得到根本性的改善，其高附加值、高效的利用得以实现。
4
结语
邯钢西区转炉除尘细灰的处理方式为返回烧结配料，利用档次低，经济效益不明显。
除尘细灰返回烧结配加困难，经常造成烧结故障。
本工艺可将转炉除尘细灰全部回收利用生产出氧化铁红，不仅有效回收利用了二次资源、减少环境污染，而且提高了除尘细灰的利用水平，对企业的可持续发展有重要意义，以利用促治理，可达到经济效益、环境效益和社会效益协调发展的目的。
1）通过开展转炉除尘灰的二次回收利用试验研究，拓展了思路，验证了可行性，为进一步工业化生产铺平了道路。
2）转炉除尘灰作为氧化铁红生产的原料，资源丰富，可利废为宝，生产中不使用酸、碱及其他化学原料进行处理、无废物排放，可防止环境污染、方法简单快捷、能耗小、生产成本低，成品中氧化铁红含量高达95%以上，具有竞争力。
3）利用制备出来的氧化铁红制备铁氧体预烧料，将会创造更多利润。
焦粉分布对准颗粒燃烧速度的影响
1研究背景
由于原料价格大幅度上涨、环保政策更加严格及原料质量变差，导致铁矿烧结生产形势愈发严峻，因此必须改进烧结生产工艺。
在烧结过程中，焦粉燃烧速度是影响烧结矿质量和烧结机利用系数最重要的因素之一。
为了提高焦粉燃烧效率，开发出新的喷涂制粒方法，如图1所示。
在该方法中，将焦粉和石灰石喷涂于准颗粒的表面。
采用喷涂制粒法能够改善焦粉的燃烧性，提高烧结机利用系数，生产出优质烧结矿。
日本九州大学研究了焦粉在准颗粒中的分布对焦粉燃烧速度的影响。
2讨论
2.1试验试样和步骤
使用氧化铝粉末和焦粉制备模拟准颗粒的试验试样。
为了简化试验条件，制备氧化铝粉末以替代铁矿。
在试验过程中，忽略液相生成、铁矿还原和二次氧化对焦粉燃烧的影响。
选取焦粉的粒度小于125μm，氧化铝粉末的粒度小于250μm，按照表1示出的质量比进行混合。
制备四种具有不同焦粉分布的试样。
全部原料和试样示意图如图2所示。
该试样分为内核和涂层。
把氧化铝与焦粉进行混合后，用不锈钢冲模将混合料压成直径10mm的圆片，将该圆片作为内核，圆片厚度为10mm，孔隙比为35%。
然后对内核进行喷涂，并压成直径15mm的圆片，该圆片厚度为15mm，孔隙比为35%。
涂层中焦粉配比的变化范围为33vol%~55vol%。
在本次研究中用热天平测量试样在焦粉燃烧期间的重量损失如图3所示。
将该试样放入铂制篮子内。
使用立式电阻炉营造等温加热条件，等温区的温度达到1073K、1223K、1373K和1523K。
在燃烧试验前，在N2气氛下按照给出的各个温度进行热处理，以便从试样中脱除水分和挥发分。
然后，把反应管的里面换成空气，空气流量为4NL/min。
当试样的重量损失为零时，表明试验已经结束。
2.2试验结果
在本次研究中将反应率定义为试样中固定碳的去除率。
如果产生的CO气体可以忽略不计，那么碳燃烧反应的化学方程式如
（1）式：
C（s）O2（g）=CO2（g）
（1）
在燃烧试验中，把试样的重量损失作为固定碳的降低量。
从而得出反应率的计算公式，如
（2）式：
Δω1
F=———
（2）
W
观察在1073K和1523K
温度下分级反应曲线可知，当加入的焦粉在试样表面产生偏析时，焦粉的燃烧速度较快。
在高温下进行试验，燃烧速度加快。
3动力学分析
燃烧反应分为五个步骤：
第一步O2通过气膜由气相传输至颗粒表面；
第二步在焦粉燃烧后，O2通过氧化铝粉末层由颗粒表面传输至反应界面；
第三步在反应界面发生燃烧反应；
第四步在焦粉燃烧后CO2通过氧化铝粉末层由反应界面传输至颗粒表面；
第五步CO2通过气膜由颗粒表面传输至气相。
根据动力学分析结果，发现准颗粒的焦粉分布不但对界面反应速度产生影响，而且对氧气扩散也具有影响。
换句话说，当加入的焦粉在准颗粒表面产生偏析时，准颗粒中氧气的扩散速度较快，这是采用新的制粒方法制备的准颗粒中焦粉燃烧速度加快的主要原因之一。
4烧结模拟
4.1模拟方法
采用本次研究结果对喷涂方法进行模拟。
对于常规方法与喷涂方法来说，焦粉在准颗粒中的分布各不相同。
用S′、C和P代表采用常规方法制备的准颗粒，用C′和P′代表采用喷涂方法制备的新型准颗粒。
4.2计算条件
实际烧结生产的常规计算条件见表2，准颗粒中的焦粉见表3。
4.3计算结果
采用常规方法与采用喷涂方法热量分布的计算结果显示，当烧结料层700mm处的温度不再升高时，表明烧结反应结束。
采用常规方法，烧结反应结束时间为2714s，采用喷涂方法，烧结反应结束时间为2630s。
由于采用喷涂方法准颗粒中焦粉的燃烧速度比采用常规方法快，因此采用喷涂方法烧结反应速度比采用常规方法快。
采用常规方法，烧结料层中最高温度可达1815K，采用喷涂方法，烧结料层中最高温度可达1627K，由此可见采用喷涂方法烧结料层最高温度比采用常规方法低。
当烧结反应时间达到1500s时采用常规方法与采用喷涂方法燃烧速度随温度的变化情况分别如图4和图5所示。
采用喷涂方法的焦粉最快燃烧速度比采用常规方法提高幅度大，但采用喷涂方法的燃烧带宽度比采用常规方法窄。
P和P′准颗粒的高温停留时间受到燃烧速度的影响，由于P′准颗粒的焦粉燃烧速度比P准颗粒快，且采用喷涂方法的高温停留时间比采用常规方法缩短，因此采用喷涂方法的燃烧带宽度较窄。
采用喷涂方法可缩短烧结时间，因此能够提高烧结机利用系数。
5结论
为了弄清焦粉分布对准颗粒燃烧速度的影响，进行了变换焦粉在试样中分布的燃烧试验，得出了以下结论。
1）当加入的焦粉在试样表面产生偏析时，准颗粒中的焦粉燃烧速度得到了提高。
在高温下进行试验，焦粉的燃烧速度加快。
2）焦粉在准颗粒中的分布不仅对界面反应速度产生影响，而且还会影响到氧气扩散。
3）当加入的焦粉在准颗粒表面产生偏析时，准颗粒中的氧气扩散加快。
4）由于采用喷涂方法准颗粒中的焦粉燃烧速度较快，因此采用喷涂方法的烧结速度比采用常规方法快。
但是，采用喷涂方法高温停留时间缩短及最高温度降低，引起蓄热量减少。
5）采用喷涂方法可缩短烧结时间，因此能够提高烧结机利用系数。
（宏济）
钢铁渣高效利用技术系列报道
（一）
室兰钢铁厂用钢渣骨料配制重混凝土的研究
东日本大地震一年后不久，开始转向制定震灾修复、复兴的具体方案规划和各工程的执行阶段。
随着这些工程的开展，预计工程所用主要建材混凝土的需求将会迅速增加，而且还需要大量的骨料。
但是，一般情况下，混凝土用骨料从生产到消费是采取在较小地域内进行“地产地消”型的流通形式。
因为骨料的生产设备在地震中损坏或者从业人员到外地避难等因素，使灵活应对需求增长较为困难。
因此，充分利用各产业的副产物（循环利用），既要满足混凝土骨料的品质要求，又要保证大量稳定地供给，并不是容易的事情。
此外，发生海啸的规模远超出预想，所以在修复、复兴工程中，要求建筑提高对海啸和波浪的稳定性。
因此，考虑采用比常规大的结构物和重混凝土，即同样尺寸建筑重量更大的结构物等对策。
但是采用常规的技术和材料来实现这些措施，将会大幅度增加工程费用。
对于上述两个课题，进行了钢渣作混凝土骨料的配合比开发，并用该配合料制造混凝土结构件。
钢渣与高炉渣不同，到目前为止还没有作为混凝土骨料使用过。
但钢渣具有一定的品质，而且可以稳定、大量供给的特征，有望作为天然骨料的替代料利用。
钢渣的密度比天然骨料更大，所以，期待适用于对海啸和波浪稳定性高的重混凝土结构件的混凝土，而且价格便宜，并可大量生产。
在开发这种混凝土配合比的基础上，使用受灾地区内的预拌混凝土厂等生产混凝土结构件，用有限的预算进行技术验证。
2钢渣作为混凝土骨料的试验研究
为了将钢渣作为混凝土骨料使用，使其生产的预拌混凝土的施工性和硬化特性等性能具有与采用天然骨料生产的常规混凝土同等的性能非常重要。
在开发以钢渣为骨料的重混凝土中，除混凝土容重外，要求其性能与常规混凝土性能同等。
在这项研究中，为了详细掌握钢渣的物性、以钢渣为骨料的混凝土的适宜配合比以及诸性能和特性，进行了以下验证研究；
根据各试验结果，对钢渣用作混凝土骨料的适合性进行了评价。
2.1测定钢渣骨料的物性试验
为了掌握钢渣骨料的物性和特性，开展了各种物性试验（见表1）。
除普通的粒度分布和粉化率试验外，还调查了蒸汽陈化条件与膨胀量的关系，重新评价了生产细骨料时的筛子形状与其粒度分布的关系，整理了为保证作为混凝土骨料的钢渣品质的条件。
2.1.1骨料的浸水膨胀试验
钢渣含有的游离CaO和游离MgO与水接触产生水化反应，伴随该反应发生体积膨胀。
该水化反应在几百摄氏度的范围内是温度越高反应越快，所以，包括室兰厂在内的许多钢铁厂采用蒸汽陈化进行钢渣稳定化处理后，将其作为路基料等产品发货。
在此，为调查这种陈化处理时间与钢渣膨胀性的关系，实施了浸水膨胀试验（JISA5015）。
试验方法是将填充24h、48h和72h陈化处理后钢渣的模型浸入80℃的水中（见图1），促进钢渣膨胀后，用设置在容器上面的千分表测定膨胀量。
浸水条件是80℃保持6h，反复10天。
试验结果表明：
随着蒸汽陈化时间的延长，浸水膨胀试验钢渣的膨胀量减少，通过72h的陈化，水化反应基本结束（见图2）。
但是，在进行72h陈化时，钢渣的膨胀性并未完全被抑制，钢渣骨料的膨胀有可能影响混凝土的品质，因此在使用中需要进行骨料的品质管理和适当选择混凝土用途。
2.1.2骨料的耐磨损性试验
在骨料运输和混凝土的搅拌中破碎的脆骨料出厂时的粒度分布范围很大，不能获得规定品质的混凝土。
因此，混凝土用骨料要求不易产生破碎和耐磨损性的硬度。
在此，采用洛杉矶试验机的耐磨损试验方法（JISA1121），求出钢渣粗骨料的耐磨损性。
用实际混凝土使用的天然骨料作为比较对象。
试验方法是将直径46.8mm的钢球和骨料投入到试验装置（见图3），旋转规定的转数后，求出通过1.7mm筛子的重量率（磨损减少量）。
根据试验结果确认，钢渣骨料具有与天然骨料同等的耐磨损性（见图4）。
2.2钢渣骨料混凝土配合比的研究
天然骨料的供给状况因地域性和时间有波动。
因此，可以根据需要组合骨料非常重要，即仅将粗骨料或细骨料置换为钢渣骨料以及将粗骨料和细骨料均置换为钢渣骨料。
试验中，设定这种组合骨料的案例，研究了满足混凝土所要求品质（新拌混凝土性能、硬化特性）的配合比。
关于硬化特性，在确认抗压强度和抗折强度的基础上，重点直接测定了钢渣骨料混凝土的冻融耐久性、干燥收缩量、中性化速度、盐分侵蚀性，还测定了2.5nm~10μm的细孔径分布，尝试观察了微观结构的变化（见表2）。
此外，为评价钢渣骨料混凝土对环境的影响，进行了溶出试验。
以下介绍试验结果。
2.2.1配合比试验
混凝土根据骨料、水和添加剂等的种类以及配合比，混合时的性状和硬化特性发生敏感变化。
因此，为了找出满足适合钢渣骨料使用条件的配合比，进行了变化配合比的多次试验，从中掌握使用钢渣骨料混凝土的特征，选择符合使用条件的适当配合比。
试验结果表明，通过适当修正细骨料率、单位水量等配合比条件，获得了与使用天然骨料混凝土同等的新拌混凝土性状。
2.2.2耐冻结性和耐融化性试验
一般的耐冻结性和耐融化性指标是冻结融化循环300次相对动弹性模量保持在60%，也包括使用天然细粗骨料的混凝土，在各钢渣骨料的使用条件配合比中，确认了满足要求的耐冻结性和耐融化性（见图5）。
2.2.3膨胀稳定性试验
根据钢渣水化固化技术手册，进行了混凝土膨胀稳定性评价试验。
该试验将混凝土试样连续10天浸在80±
3℃的温水中后，确认混凝土表面是否有裂纹等异常现象（见图6）。
从试验结果中没有观察到这些异常现象，使用钢渣的混凝土没有出现问题。
如上所述经过72h的蒸汽陈化也不能完全抑制钢渣骨料的膨胀性，但确认了钢渣作为混凝土骨料，可以稳定化处理到没有问题的状态。
在其他的抗压强度、盐分浸渍、细孔结构等各种硬化特性的试验结果中，没有发现使用钢渣骨料的影响。
另一方面，关于干燥收缩量，发现使用钢渣骨料的常规普通混凝土比使用天然骨料的要小，中性化略差。
为确认使用钢渣骨料的混凝土对周围环境是否有影响，采用相同目的进行的试验方法对使用钢铁渣的建材（包括钢铁渣水化固化体）进行了溶出试验。
采用关系到水底泥沙的判定标准（环境省告示第14号）、环境JIS（JISK0058-1和-2）进行了评价。
所有的分析项目都在标准值以内，确认了使用钢渣骨料的混凝土对环境没有影响。
2.3重混凝土配合比的研究
为加大混凝土的容重，进一步提高使用钢渣骨料的混凝土配合比，进行了重混凝土配合比的研究。
这里重混凝土的目标容重为2.5-2.7t/m3。
在混凝土材料中，要求尽可能减少密度最小的水的配比量，相反增加密度最大的钢渣骨料的配比量。
由于担心混凝土拌合料的抗离析性和经时稳定性降低，所以着手研究和选择可以同时解决这些问题的混凝土用化学添加剂，之后，进行了混凝土配合比的研究和硬化特性的测定。
本试验用钢渣作为骨料，为确保良好的混凝土性状，需要与使用天然骨料时不同的添加剂。
在降低单位水量的重混凝土配合比中，这一倾向很明显。
本研究开发了新的添加剂，在确立满足目标新拌混凝土性状和单位容积重量（2.5-2.7t/m3）的配合比条件的同时，确认各种硬化特性也可以适用重混凝土。
2.4实际工厂的混凝土生产、施工试验
从实验室试验确立的配合比中选择两种，在位于南相马市的预拌混凝土工厂进行了实际规模的生产、施工试验的最终评价。
在南相马市内的加藤建材工业公司的现场，实施了消波混凝土砌块、梁状有筋结构件的混凝土浇筑施工试验。
消波砌块的规格为东北POLE制的6.3m3型（见图7），梁状有筋结构件为高50cm、宽50cm、长3m的D13
200，分别采用天然骨料的普通混凝土、仅将粗骨料置换为钢渣的替代粗骨料混凝土和置换粗骨料与细骨料的重混凝土三种混凝土，浇筑了混凝土消波砌块和梁状有筋结构件。
2012年10月23日，将室兰厂生产的钢渣运送到有搅拌混凝土设备的加藤建材工业公司，10月27日进行了混凝土的生产和浇筑试验。
在试验结果中，没有发现因使用骨料种类不同而导致施工性不同的问题，在使用所有骨料的混凝土中，施工性均良好。
在混凝土浇筑的5天后，11月1日进行了拆模作业，所有的混凝土表面都没有发现裂纹等缺陷。
2.5利用钢渣骨料混凝土的实用性
一般普通混凝土单位容积的重量是2.3t/m3，而验证试验获得的混凝土中，替代粗骨料的混凝土达到2.5t/m3，至于重混凝土则达到了2.7t/m3。
可以最有效地利用这一特征的用途有港湾混凝土结构件的消波块等。
2.5.1对波浪的稳定性
具有一定规模的大浪所需消波块的最小重量是根据港湾设施技术标准中Hudson公式求出的。
根据海水的浮力效果等，混凝土的单位容积重量如果增大到1.13倍（=2.7/2.5），要求消波块的最小重量大约可减轻到一半（0.53倍），效果非常大（见图8）。
此外，消波块的大小相同时，对大波浪的重量安全系数可提高约2倍。
在此的重量安全系数是指相对于大波浪所需消波块重量的实际消波块重量。
一般的人工礁等港湾、海洋结构件根据消波块设置的海域水深等，规定最低限度所需的结构件规模，虽然推测根据混凝土单位容积的重量可以大幅削减数量的案例少，但重量安全系数大幅度提高的案例较多。
2.5.2混凝土价格
重混凝土使用的天然骨料有橄榄岩，这种骨料价格高。
使用这种骨料的重混凝土作为新拌混凝土是普通混凝土的约1.5倍。
而根据离钢铁厂的远近和运输方法的不同，可以与普通天然骨料同样的价格获取钢渣骨料，所以，将钢渣作为重混凝土骨料使用，可大幅度降低原料成本。
2.5.3密度大的天然骨料的稀有性
上述的橄榄岩等，也作为钢铁厂烧结原料的改质料利用，是各工业领域利用的材料，但其埋藏量有限。
因此，用钢铁厂副产品钢渣替代这种稀有的天然材料作为混凝土骨料利用，不仅是混凝土，还可能对更广泛的领域产生连锁反应。
根据上述观点，用本研究开发的钢渣骨料混凝土配制重混凝土可以说是极有效的建筑材料。
3小结
通过各种试验和研究，判断钢渣骨料替代的混凝土可以作为普通混凝土和重混凝土使用，但在实际应用方面，今后还需要研究以下课题：
1）与普通混凝土特性的比较；
2）品质管理；
3）发展业务。
（全荣）
鹿岛钢铁厂钢铁渣利用技术的开发
鹿岛厂位于茨城县东南部，是面向鹿岛滩的鹿岛临海工业带的联合钢铁厂。
2013财年的粗钢产量约700万t，副产品钢铁渣的产生量约280万t。
正在积极研究如何将这些钢铁渣变为渣产品，提高其附加值以利于销售。
茨城县仅次于北海道和爱知县，也是具有道路面积
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