电炉钢渣综合利用分析及建议

钱强

（攀枝花钢城集团有限公司，四川 攀枝花 617022）

电炉钢渣是电炉炼钢过程中的副产品［1-2］。近年来，随着电炉钢产量的增加，电炉钢渣排放量也相应的增加。若不综合利用，炉渣不仅占用越来越多的土地，还会对环境造成污染。因此电炉钢渣的综合利用对实现钢铁业的可持续发展具有重要意义，同时也是环保科技的一项重要工作［3-4］。

通过对当前国内电炉钢渣先进的处理方式及综合利用情况进行对比和分析，结合各自工艺及区域特点，为实现“零排放”及综合利用提供一定的参考。

1 国内电炉钢渣利用现状

1.1 电炉钢渣概述

电弧炉钢产量约占钢铁生产总量的35%，其副产品电炉钢渣产量较大，以废钢为原料时约占炼钢生产总量的 5%～15%，即 50～120 kg/t钢［5-6］。电炉钢渣按化学成分分为氧化渣和还原渣，分别产自电炉及精炼炉，二者占电炉钢渣总量的70%和30%［7］。电炉钢渣和转炉钢渣的化学组成如表1所示。以下电炉钢渣均指电炉氧化渣，除非有指明。

表1 电炉钢渣和转炉钢渣化学成分（质量分数）Table 1 Chemical Compositions of Electric Furnace Slag and Converter Slag(Mass Fraction) %

由表1可见，电炉氧化渣中氧化铁高而氧化钙低，电炉还原渣则相反，这是由不同的工艺要求决定的。转炉钢渣的氧化铁及氧化钙介于两者之间。

江苏沙钢集团本部炼钢总产量约3 000万t，是目前国内最大的电炉钢和优特钢材生产基地。共有大型电炉5座，生产结构是长短流程相结合， 分别为1座75 t电炉、1座90 t、2座100 t和1座110 t超高功率竖式节能电炉，原料结构为70%的铁水和30%的废钢，电炉炼钢年产能力超过500万t，产生电炉钢渣80万t。

沙钢集团淮钢特钢有限公司年产钢300万t，有一座70 t超高功率电炉，用于生产短流程优质钢中小型棒型材，年产电炉钢渣约15万t。铁水比约占50%～55%。

四川瑞钢有两台70 t电炉，以钢铁冶炼渣中回收的渣钢铁为主要原料，占比约50%～70%，再配加少量废钢、生铁。按最大120万t钢产量、渣钢铁全供应量和最大喂料比例（70%）以及铁水补充计算，每年会产生电炉钢渣 30 万 t、还原渣 5 万 t［8］。上述三家钢厂电炉钢渣和转炉钢渣成分见表2。

表2 淮钢、沙钢本部、瑞钢电炉钢渣和转炉钢渣成分（质量分数）Table 2 Compositions of Electric Furnace Slag and Converter Slag Respectively in Three Steel Companies （Mass Fraction） %

由表2可见，由于电炉原料的差异，淮钢及沙钢本部电炉钢渣中的全铁含量均高于四川瑞钢，硫含量稍低，磷含量稍高。淮钢和瑞钢的转炉钢渣在成分上较接近，这与国内炼钢工艺一致有关。

1.2 电炉钢渣预处理

目前，大多数钢厂对于电炉钢渣的处理方式是炉下热泼，采用炉下电动渣罐车，也有采用抱罐汽车将液渣运至中间渣场热泼或冷凝后翻罐倒渣的出渣方式，或采用在炉下地坪直接热泼炉渣，打水冷却后用装载机装汽车外运的方式。国内常用三种出渣方式的优缺点见表3。由表3可见，不同的出渣方式不仅受设备投资的影响，还受现场实际情况而定。

表3 三种出渣方式的优缺点Table 3 Advantages and Disadvantages of Three Kinds of Slagging-off

2010年淮钢投产钢渣在线热闷工艺，共有7座热闷池，5座用于转炉渣，2座用于电炉钢渣。淮钢电炉钢渣处理工艺流程见图1。

图1 淮钢电炉钢渣处理工艺流程Fig.1 Flow of Electric Furnace Slag Treatment in Huaisteel

淮钢的电炉钢渣由于热闷周期短，热闷效果较差。热闷后的电炉钢渣初渣全部运送至建材有限公司进行深加工，其中，块度e大于200 mm的为块状铁，可直接返回电炉使用。

沙钢的电炉钢渣产生量为0.12～0.15 t/t钢。出渣时，采用自动向地下流渣的方式，在流渣过程中采用逐层喷水使炉渣迅速冷却，用装载机将炉渣装到翻斗车上运出，在装载过程中进一步喷水冷却。处理冷却后的初渣全部实现过磅计量，由汽车运送至线外渣场进行深加工处理。经过打砸及生产线的深加工，获得不同品位及块度的电炉钢渣产品［9］。沙钢将厂内热闷坑改造为热闷处理。

国内大部分电炉炼钢原料为铁水加废钢 （铁水比约为55%～70%），因此产生的吨钢废渣量较少，约为12%。而四川瑞钢采用高品位渣钢，高品位渣钢是从钢渣中回收的高品位含铁料，废钢入炉比例只占30%，由此渣量比例达20%。瑞钢电炉钢渣预处理流程见图2。经过生产线的分选加工获得不同的电炉钢渣产品，瑞钢电炉钢渣处理流程见图3。

图2 瑞钢电炉钢渣预处理流程Fig.2 Flow of Electric Furnace Slag Pretreatment in Ruisteel

图3 瑞钢电炉钢渣处理工艺流程Fig.3 Flow of Electric Furnace Slag Treatment in Ruisteel

为便于快速处理和利用电炉钢渣，采用炉下倾渣和打水冷却，再由汽车将冷却后的电炉钢渣全部运往渣场处理，实施二次粉化冷却后，通过简单的破碎、筛分和磁选工艺，获得不同块度和品位的电炉钢渣产品。该方法不仅可为以后的渣利用提供条件，同时为炉下创造安全、环保的作业环境。

1.3 电炉钢渣综合利用现状

电炉钢渣含较高的钙、镁、FeO和金属铁等，可用于烧结及高炉冶炼，从而节约矿石和能源。目前也是国内钢铁厂内部循环最主要的途径之一，主要用于铁水预处理熔剂、炼钢返回渣和高炉冶炼熔剂使用［10］。

国内外已开发了许多有关电炉钢渣综合利用的方法，均是以减量化、大宗化、稳定化为原则的规模应用，并取得了一定的效果。目前国内外电炉钢渣利用概况见表4。

表4 目前国内外电炉钢渣利用概况Table 4 Present Utilization of Electric Furnace Slag at Home and Abroad

由表4可见，电炉钢渣大致用途有6种，分为内循环和外循环两种，并且能大量地利用。

以沙钢为例，生产线将热闷处理后的电炉钢渣经过破碎、筛分、磁选、球磨，产生不同级别的电炉钢渣和粗、中粒电炉钢渣及细尾渣。

（1）内部循环使用

A.大于800 mm的通过打砸后，金属铁品位（MFe）>60%的直接返回炼钢使用，同时球磨精料也返回炼钢利用。B.经生产线处理后，外径5 mm以下返回烧结，TFe为35%。

（2）外循环利用

经生产线处理后的多个品种电炉钢渣多种渠道应用，部分用于小高炉。以下是对电炉钢渣产品进行的大分类，各钢厂可以根据实际情况调整产品的类别。

第一类：粒子钢，MFe为30%～35%，进入小高炉使用，透气性好。

第二类：细尾渣，MFe为25%～30%，提质深加工。

第三类：细粉球磨后MFe为60%，返回烧结，尾渣添加10%的水泥后做路面砖。

淮钢的电炉钢渣产品综合品位为49.88%，经过生产线分选后获得不同规格的分类产品，淮钢电炉钢渣产品情况见表5。

表5 淮钢电炉钢渣产品情况表Table5 Products Made by Electric Furnace Slag in Huaisteel

由表5可见，钢渣通过不同的分类，高品位的返回钢厂内部循环使用，低品位的返回炼铁烧结回收铁资源，块度较大的低品位电炉钢渣进入小高炉以回收铁资源。

瑞钢电炉钢渣经过处理生产线的分选加工，获得不同块度及品位的产品。针对尾渣量较大的问题，结合产品特点及成分，通过生产线的破碎、筛分、磁选加工后获得不同块度和品位的产品，并找出合适的利用途径，瑞钢电炉钢渣产品情况见表6。

表6 瑞钢电炉钢渣产品情况表Table6 Products Made by Electric Furnace Slag in Ruisteel

由表6可见，电炉钢渣经过生产线加工后可获得三类渣钢，一类渣钢品位较高，返回电炉冶炼，二类、三类渣钢品位较低，用于高炉，电炉钢渣粉可用于水泥生料或是烧结熔剂，电炉钢渣尾料也可返高炉使用。

2 存在的问题及建议

2.1 电炉钢渣预处理方式

目前，很多电炉钢厂采用炉下倾倒的钢渣预处理方式，不仅造成环境污染和设备损伤，还不利于后期的综合利用。作为钢厂的第三大固体废物，对其有效的处理将有助于绿色生产以及环境和谐的共存。因此，应优先遵循快速出渣及排渣的原则。为了提高电炉钢渣附加值，满足环保要求，开辟新渣场作为循环利用中心势在必行。

在条件允许的情况下实施还原和水淬处理，既可还原回收金属铁，还可提高活性及附加值。建议电炉钢渣采用预处理工艺流程见图4。采用置于平车上的渣包接渣（配加电炉还原渣），通过轨道将平车运送至渣场，再进行翻弃处理，到渣场后进行二次粉化冷却，通过简单的生产线分选，获得不同块度和品位的电炉钢渣产品。该方法可为以后的渣利用（深度开发）提供条件，实现废渣的全利用。

图4 建议电炉钢渣采用的预处理工艺流程Fig.4 Pretreatment Technology Flow for Electric Furnace Slag

2.2 电炉钢渣利用方式

转炉钢渣中的硫含量对生产影响不大，电炉钢渣中的硫含量与转炉钢渣相近，因此也不会影响冶炼；另外，电炉钢渣中磷含量较低，危害性也降低。同时，电炉钢渣中的氧化钙含量仅为转炉钢渣的50%（见表2），转炉钢渣在高炉中的配加量为500 kg/t铁，预计电炉钢渣在高炉中的配加比例会适当减少至300 kg/t铁。

为此，建议将还原渣混入液态电炉钢渣中，通过搅拌混匀起到增钙稀硫磷的作用，既提高电炉钢渣的钙含量，又可处理和利用还原渣。

另外，电炉炉下流渣及打水冷却后，经过磁选回收高品位渣铁返回电炉，剩下的全部通过汽车倒运至渣场进行深加工处理，获得不同品位及块度的电炉钢渣产品。块度不同用途不同，小于10 mm的尾渣用于水泥生料及烧结熔剂；10～100 mm的尾料用于小高炉；剩下的低品位磁选料经球磨磁选后，磁选料作为粉铁烧结，球磨污泥用于制砖。

3 结语

电炉钢渣是钢铁业第三大固体废物，电炉炼钢原料来源对尾渣成分的影响较大，而处理方式与炼钢现场环境密切相关。分级后的电炉钢渣较成熟的应用渠道主要是做高炉熔剂、烧结熔剂、水泥及混凝土掺合料。建议将还原渣混入液态电炉氧化渣中，搅拌混匀起到增钙稀硫磷的作用，既提高电炉渣钙含量，又可处理和利用还原渣。