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鋼鐵渣高效利用技術系列報道(二) 鹿島鋼鐵廠鋼鐵渣利用技術的開發
信息來源:世界金屬導報      時間:2015-11-25 07:26:31


鹿島鋼鐵廠鋼鐵渣利用技術的開發

      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帶的聯合鋼鐵廠。2013財年的粗鋼產量約700萬t,副產品鋼鐵渣的產生量約280萬t。正在積極研究如何將這些鋼鐵渣變為渣產品,提高其附加值以利于銷售。

  茨城縣僅次于北海道和愛知縣,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勢,開發和銷售道路用路基材料為主的陸地土建工程用鋼鐵渣產品。考慮到鋼鐵渣產品對環境的影響,開發可以放心使用的再利用產品是非常重要的,也是穩定銷售的根本。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生量更有利于環保。

  2 鋼鐵渣環保利用技術的開發

  2.1氟溶出抑制技術

  道路用鋼鐵渣是根據1979年制定的標準JIS A5012開發的,其后,進行了各種性能改良,將改良結果反饋給JIS,2013年修訂JIS時,作為更放心的產品,增加了環境安全品質條款。在此之前,鹿島廠就根據環境安全品質標準進行了技術開發,其中一項是氟溶出抑制技術。

  在鋼水精煉中,為了促進雜質的去除,往往使用螢石(CaF2)作熔劑。但是,使用螢石易使鋼渣溶出氟(F),擔心影響環境。因此,采取了以下應對措施:1)即使使用螢石,也要抑制氟的溶出,以生產出保證環境的渣產品;2)推進開發不使用螢石的精煉方法。

  氟溶出抑制技術。在含氟的鋼渣中配合高爐水淬渣等溶出二氧化硅的物質和含鈣的生石灰等,進行混合,制作氟固定能力高的水化物,用固定氟抑制氟溶出(機理見圖1)。渣溶出的鈣離子與二氧化硅反應,形成特定的水化物,除固定氟外,該項技術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。此外,為了確立不使用螢石的精煉方法,不銷售利用該技術的路基材料。

      2.2土壤中重金屬溶出抑制技術(土壤改良)

  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,但若土壤中的pH值偏酸性,這些重金屬溶出就可能會污染環境和妨礙農作物的生長。例如奄美大島的土壤是酸性(pH=5.1),具有重金屬溶出的風險。

  在這種土壤30mm以下混合整粒的鋼鐵渣,可以長期穩定中和土壤。表1是試驗的一例,通過應用渣中和土壤的pH值,減少錳、鋅的溶出。根據土地的用途和成分,調整渣的混合量,可以實現目標pH值;而且因為鈣是逐漸溶解,可以持續保持pH值。在鋼鐵渣的用途中,堿性成為問題,有限制使用的情況,但通過很好地利用,可以起到改善環境的作用。此外,渣中含有Fe、Mg和Ca等對植物有用的成分,有望作為農業肥料使用。

    3 促進鋼鐵渣的廠內循環使用

  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,為應對原料品位的惡化和高端鋼的需求,采用去除雜質的脫硫和脫磷、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,在燒結工序再利用,通過燃燒將硫轉變為SOx從原料中分離,再經廢氣處理設備轉變為石膏,這樣不僅鐵分、石灰,連硫也可作為資源回收。采用該脫硫工序產生的爐渣基本100%可以在廠內再利用。

  在三道工序的精煉方法中,脫磷后的脫碳工序產生的鋼渣含磷量低,且富含鐵分和石灰。因此,破碎整粒為適當的粒度,可以在燒結工序和煉鋼工序再利用。脫碳工序產生的爐渣也基本100%可以在廠內再利用。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的開發

      1 研究背景

  君津廠是位于房總半島中部,面向東京灣的聯合鋼鐵廠,每年生產銷售約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、地基改良和人造石材等。正在開發適合君津廠生產方式和用戶需求的鋼鐵渣利用技術。

  2 高爐渣細骨料

  2.1 混凝土細骨料所要求的功能

  混凝土細骨料最重要的功能是保證預拌混凝土的流動性,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,單類可獲得適當粒度分布的材料很少,需要混合粒度不同的材料來調整。君津廠附近主要是細山砂,所以需要粗骨料。

  2.2 高爐渣細骨料生產技術

  高爐水渣有兩種:一種是高爐出鐵后,將與鐵水按比重分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,作為混凝土細骨料使用時,這種針狀粒會降低單位容積質量,而且阻礙預拌混凝土的流動性。因此,進行了磨碎加工的輕破碎處理,破碎針狀粒后出廠。此外,對于粒度調整也有根據需要分級微粒部分的情況。

  磨碎加工后的爐外水淬渣顆粒稍粗,是重質;但爐前水淬渣顆粒稍細,是輕質。爐前水淬渣的產量多,需要確立爐外水淬渣和爐前水淬渣混合利用的細骨料制造方法。在此,改變爐前水淬渣和爐外水淬渣的混合比,調查了混合料的粒度分布、單位容積質量。調查結果顯示,可以找到能夠穩定滿足要求規格的混合條件,未經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目細骨料用、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骨料用,根據需要確立了最佳的制造體制(見圖1)。

    此外,君津廠的高爐渣骨料(見表1)還取得了JIS的認證,從生產到出廠嚴格進行高品質管理和持續的改善活動,是用戶可放心使用的高品質產品。

    3 軟土改良技術的應用

  3.1 陸地用途

  在住宅用地的開發和道路修建工程中,因地基軟往往需要進行改良以提高地基強度。鋼渣適當含有石灰,可以期待與土混合的水化固化效果。因此,根據地基的粒度和水分特性,通過研究鋼渣的粒度、配合,作為軟土改良料,可以發揮很好的效果。

  3.2 海域用途

  為確保航線等正常發生的疏浚土作為灣內取砂遺留深坑的回填料使用,利用鋼渣的固化作用,使用將疏浚土與調整粒度和成分后的鋼渣混合,用這種改善強度的改良土(氧化鈣改良土),在沿岸等藻場,將日光不足的海域淺灘化,同時設置水化固化體制造的人造石材(Beverley ? Rock),可以制造人造藻場(見圖2)。

  在君津廠附近海域施工,確認了提高疏浚土強度,改善洼地等積水處的水環境,并有利于淺灘、藻場魚類和海藻類的生長。(全榮)

  

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