錢強(qiáng)
（攀枝花鋼城集團(tuán)有限公司，四川攀枝花617022）
摘要： 新型熱悶鋼渣安定性好但不適用于建筑集料， 應(yīng)大力推廣鋼渣微粉在水泥和混凝土中的應(yīng)用。通過鋼渣活化和改性技術(shù)可使鋼渣水化活性提高到80%以上，從而增大鋼渣的應(yīng)用范圍和使用量。應(yīng)建立鋼渣微粉系列產(chǎn)品配制生產(chǎn)線，進(jìn)行專業(yè)建材生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞： 鋼渣；熱悶；綜合利用
目前， 國內(nèi)鋼廠針對鋼渣的預(yù)處理大部分采用的是池式熱悶法［1］，該方法實(shí)現(xiàn)了鋼渣的環(huán)保處理且高效穩(wěn)定，是值得推廣的成套技術(shù)。而對于其處理后的鋼渣尾渣利用需因地制宜地提供可行的技術(shù)方案以及市場推廣模式， 以更好地發(fā)揮鋼渣自身的優(yōu)勢，獲得較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
1 熱悶鋼渣綜合利用基礎(chǔ)研究
國內(nèi)鋼渣綜合利用方面主要面臨的困難有：
（1） 由于鋼渣特性的限制， 直接采用鋼渣微粉應(yīng)用于混凝土摻合料市場給予消納以實(shí)現(xiàn)“零排放”目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，存在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性問題。（2） 鑒于鋼渣建材資源化研究進(jìn)展較為緩慢， 難以找到現(xiàn)成的成熟技術(shù)成果直接進(jìn)行推廣。為此，應(yīng)吸取國內(nèi)鋼渣專業(yè)生產(chǎn)廠的經(jīng)驗(yàn)［2］，實(shí)施“就近消納”，“先減量，后投資，再效益”的原則。
圍繞鋼渣尾渣綜合利用目標(biāo)， 可以從三個方面對熱悶鋼渣尾渣可能的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，取得的主要結(jié)論如下：
1.1 鋼渣預(yù)處理
鋼渣悶渣預(yù)處理工藝對游離鈣消解有明顯影響：熱潑渣游離鈣為9%~11%，熱悶渣為2%～4%；熱悶時裝渣溫度越高，鋼渣粉化效果越好，但對于游離鈣的消解、渣鋼包裹情況的改善作用不大；按照現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)程，無論是初凝渣還是液態(tài)渣，只要控制渣水比在1∶0.7~1∶1 之間，并保證均勻打水和松渣適宜，f-CaO 含量可以達(dá)到2%以下。
建議今后生產(chǎn)將鋼渣尾渣游離鈣控制在2%~3%，并將此作為出廠尾渣性能必須檢驗(yàn)的指標(biāo)之一嚴(yán)格執(zhí)行，盡量為下游生產(chǎn)創(chuàng)造良好的條件［3］。
1.2 鋼渣微粉活化特性及對混凝土性能影響機(jī)理
XRD 和SEM 分析結(jié)果表明：鋼渣主要礦物為C2S（硅酸二鈣），另含有少量的C3S（硅酸三鈣）及RO 相，故鋼渣微粉早期活性強(qiáng)度低。熱潑鋼渣和熱悶鋼渣水化活性指數(shù)均為76%， 達(dá)到二級鋼渣粉技術(shù)要求。通過加入少量復(fù)合改性劑，可以將鋼渣活性提高到80%～94%，達(dá)到一級鋼渣粉的技術(shù)要求。其中，鋼渣中游離氧化鈣的含量會影響其活性，應(yīng)控制其含量小于3%。鋼渣中石膏的添加可以提高20%的活性指數(shù)，SA 激發(fā)劑可提供鋼渣所需的激發(fā)成分。添加20%~25%的水泥熟料可彌補(bǔ)鋼渣中極缺的C3S［4］。
采用改性鋼渣一鐵渣雙摻體系， 可以提高混凝土流動度、折壓比、抗碳化性能和氯離子滲透性能，降低干燥收縮率，具有良好的應(yīng)用前景［5］。
游離鈣的存在可能影響建筑物的長期體積穩(wěn)定性，故不宜用作建筑集料；通過鋼渣粉磨改性、消解、均化工藝，可提高鋼渣體積安定性和水化活性，增大鋼渣用量；用于水泥和混凝土的鋼渣微粉是最為合理的開發(fā)方向。混凝土中， 根據(jù)不同標(biāo)號，改性鋼渣微粉摻量可控制在20%~30%。
1.3 鋼渣在水泥中的應(yīng)用
鋼渣用于鐵質(zhì)校正料應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟并得到應(yīng)用。理論摻量為9%，實(shí)際摻量為4%。依水泥熟料強(qiáng)度不同，鋼渣粉做混合材摻量可達(dá)到15%~20%。鋼渣摻入后對水泥膠砂性能有較好提升，折壓比、耐磨性、干燥收縮率性能明顯改善。
鐵質(zhì)校正料摻量有進(jìn)一步提高的空間； 鋼渣理論上可全部取代現(xiàn)用混合材。鋼渣摻入后，水泥的折壓比和耐磨性均得到提高， 使鋼渣道路水泥具有更強(qiáng)的優(yōu)勢［6］。
2 鋼渣尾渣的利用情況
2.1 國內(nèi)鋼渣的利用途徑
國內(nèi)鋼渣綜合利用途徑分為兩種： 一種是鋼渣返回鋼鐵生產(chǎn)鏈，如用作燒結(jié)熔劑、高爐和轉(zhuǎn)爐造渣劑等；另一種社會消化，即鋼渣建材資源化。
由于各種條件限制， 鋼鐵返回料不同鋼廠有不同程度使用，但規(guī)模均不大。鋼渣尾渣主要還是應(yīng)用于建筑材料領(lǐng)域。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》以及《鋼鐵渣粉》的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于道路、橋梁、民用建筑中。據(jù)中鋼協(xié)統(tǒng)計(jì)，2016 年鋼渣利用量為1 000 萬t， 鋼渣的主要利用途徑及所占比例見表1。
表1 中，除道路集料和回填外［7］，鋼渣在水泥中的應(yīng)用最廣泛， 在國內(nèi)已有十幾年的使用歷史了。典型廠家如山西雙良、山東日照、杭州海穆；鋼渣微粉用在水泥和混凝土中， 是目前業(yè)內(nèi)正在大力發(fā)展和推廣應(yīng)用的方向， 典型廠家有寶鋼新材料、寧波寶豐、武漢博磊等［8］。
2.2 鋼渣尾渣的應(yīng)用情況
據(jù)測算，以年產(chǎn)600 萬t 鋼產(chǎn)量計(jì)算，年產(chǎn)鋼渣約為40 萬t， 經(jīng)過棒磨和磁選聯(lián)合工藝處理后剩余34 萬t，該部分尾渣金屬鐵含量小于2%且粒度小于10 mm。
水泥行業(yè)是鋼渣使用的最大用戶。應(yīng)全面了解鋼渣尾渣替代地區(qū)水泥廠鐵質(zhì)校正料和混合材的可行性，對周邊300 km 范圍內(nèi)水泥廠鐵質(zhì)校正料和混合材需求情況進(jìn)行專門調(diào)查。
在混凝土應(yīng)用方面， 地區(qū)混凝土品種以C30和C35 為主，采用粉煤灰及高爐水淬渣做摻合料。鋼渣尾渣的應(yīng)用情況見表2。
通過上述分析， 根據(jù)地區(qū)建筑材料市場容量及鋼渣推廣潛力而言，若采取適當(dāng)措施，在地區(qū)實(shí)現(xiàn)鋼渣綜合利用率達(dá)到90%以上是可能的。其中安定性的問題可以通過嚴(yán)格熱悶工藝控制和鋼渣臨時堆存消解解決。必須注意的是：鋼渣易磨性較差，特別是渣鐵包裹現(xiàn)象嚴(yán)重，必須通過合理的工藝手段來解決， 否則可能因磨耗高于競爭材料而增加推廣困難。這是在工程化過程中應(yīng)充分重視的問題［9］。
從上述分析可知， 鋼渣尾渣綜合利用方式可以有以下三種：
（1） 作為熱悶鋼渣處理線副產(chǎn)品， 以尾渣顆粒料的形式直接外賣。前者的優(yōu)勢在于：不增加任何投資，直接替代現(xiàn)有材料，具有投資省，生產(chǎn)管理簡單的特點(diǎn)； 銷售時只需價格比現(xiàn)用產(chǎn)品更低即可。劣勢在于：鋼渣易磨性差，磨耗大，無論是鐵質(zhì)校正料還是混合材均有可能導(dǎo)致水泥臺時產(chǎn)量降低，成本上升，進(jìn)而影響鋼渣推廣的全局，致使下游廠家經(jīng)濟(jì)性不合理。
（2） 加工鋼渣微粉外賣。這是目前國內(nèi)鋼渣加工處理產(chǎn)品開發(fā)方向。其優(yōu)點(diǎn)是專業(yè)生產(chǎn)、性能可控，更有利于穩(wěn)定鋼渣性能，有利于鋼渣持續(xù)推廣使用；缺點(diǎn)是需要較大的投資，成立專業(yè)化廠，人才和市場資源儲備不足，前期盈利可能性不大。
（3） 生產(chǎn)鋼渣復(fù)合微粉產(chǎn)品和鋼渣道路水泥。近年來，水泥配制技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展較快，其核心思想是將水泥熟料、混合材以及其它輔料分別細(xì)磨后，按照一定比例，用雙軸攪拌機(jī)將各種粉料混勻后即可。其優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)靈活，可以隨時根據(jù)熟料性能、用戶需求調(diào)整配方，最大限度降低生產(chǎn)成本，滿足用戶需要。這種方式近年來在廣州和上海發(fā)展較好［10］。根據(jù)鋼渣推廣過程中可能面臨的問題，建議考慮這種營運(yùn)模式。鋼渣微粉產(chǎn)品系列以及應(yīng)用領(lǐng)域見表3。
3 產(chǎn)品投資方案
為盡可能多途徑大量利用鋼渣尾渣， 減少投資，效益最大化的目標(biāo)［11］，提出兩個方案供參考：
（1） 直接外賣方案：根據(jù)表2 所列目標(biāo)，開展鋼渣尾渣返回鋼鐵廠家和鋼渣用于水泥行業(yè)的專業(yè)營銷工作。
（2） 合作投資方案：以表3 所列產(chǎn)品為目標(biāo)，選擇合適的水泥廠家戰(zhàn)略合作或共同投資建立一個鋼渣微粉配制生產(chǎn)廠。投資內(nèi)容為：新建一條年處理10~30 萬t 的鋼渣粉磨生產(chǎn)線； 利用水泥廠原有粉磨生產(chǎn)線；新增一套粉料混合攪拌系統(tǒng)。新增投資部分包括鋼渣粉磨系統(tǒng)和配制混合系統(tǒng)。
4 結(jié)論
（1） 熱悶鋼渣具有更好的安定性和破碎解離性能，有利于鋼渣尾渣建材資源化。但是，鋼渣的高游離鈣特性可能對長期體積穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此不適宜用于建筑集料。
（2） 通過鋼渣微粉改性、消解、均化工藝，提高鋼渣體積安定性；通過鋼渣活化和改性技術(shù)，可提高鋼渣水化活性到80%以上， 增大了鋼渣微粉應(yīng)用范圍和應(yīng)用量。在水泥中，根據(jù)標(biāo)號不同和水泥熟料強(qiáng)度不同，改性鋼渣微粉摻量可到達(dá)15%～20%；在C30 和C35 混凝土中，可取代30%以上的粉煤灰和鐵渣。
（3） 改性鋼渣微粉用于水泥和混凝土， 是目前最現(xiàn)實(shí)和最大量的利用途徑。根據(jù)鋼渣市場現(xiàn)階段應(yīng)用情況，市場推廣難度較大，建議考慮創(chuàng)新投資營運(yùn)模式，與下游廠家形成戰(zhàn)略聯(lián)盟，建立鋼渣微粉系列產(chǎn)品配制生產(chǎn)線， 進(jìn)行專業(yè)礦渣建材生產(chǎn)，而不是僅僅為了處理鋼渣。
參考文獻(xiàn)
［1］ 黃麗， 徐杰. 淺談鋼渣熱悶的現(xiàn)狀及發(fā)展［J］. 工業(yè)加熱，2016， 45（4）：68-70.
［2］ 尹衛(wèi)平. 轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用［J］. 鋼鐵研究，2010，38（2）：24-25，45.
［3］ 谷金生， 薛軍. 鋼渣熱悶技術(shù)及再利用分析［J］. 鞍鋼技術(shù)，2010（5）：56-58.
［4］ 錢強(qiáng). 不同處理方式及激發(fā)劑下鋼渣的活性分析［J］. 水泥工程，2018（1）：34-36.
［5］ 李術(shù)川，陳曉曦，劉明亮. 環(huán)境友好型鋼渣熱燜技術(shù)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐［J］. 環(huán)境污染與防治，2011，33（7）：90-93.
［6］ 李明緒. 鋼渣配料煅燒水泥熟料的研究［J］. 國外金屬礦選礦,2002（8）:37-38.
［7］ 錢強(qiáng). 釩鈦鋼渣配制AC-13 型瀝青混合料的研究［J］. 鞍鋼技術(shù)，2018（3）：25-28.
［8］ 舒型武． 鋼渣特性及其綜合利用技術(shù)［J］． 有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2007, 28（5）：31-33．
［9］ 黃曉燕，王芳群. 鋼渣的濕法處理與綜合利用評述［J］. 中國錳業(yè)，2001（3）：39-41.
[10] 單志峰. 國內(nèi)外鋼渣處理技術(shù)與綜合利用技術(shù)的發(fā)展分析［J］. 工業(yè)安全與防塵，2000（2）：27-31.
[11] 張春雷. 國內(nèi)外鋼渣再利用技術(shù)發(fā)展動態(tài)及對鞍鋼開發(fā)鋼渣產(chǎn)品的探討［J］. 鞍鋼技術(shù)，2003（4）：5-9