高炉炉渣

高炉炉渣(blast furnace slag)

高炉炼铁产生的一种副产品，经加工处理，主要用于制作建筑材料。高炉生产过程中，入炉的各种原、燃料经冶炼后，除获得铁水(炼钢生铁或铸造生铁)和副产品高炉煤气以外，铁矿石中的脉石，燃料中的灰分与熔剂融合就形成液态炉渣，其一般温度为1450～1550℃，定时从渣口、铁口排出。通常将从渣口排出的熔渣称为“上渣”，从铁口随同铁水排出的称为“下渣”，下渣中往往混有少量铁水(见上渣与下渣)。高炉炉渣的化学成分取决于原料成分、冶炼铁种、操作方法和冶炼过程中的炉况变化(见表1)。高炉炉渣中CaO 、MgO 、SiO 2和Al 2O 3为主要组成，占总量的95%以上，这4种成分基本可以决定高炉炉渣的冶金

性能。攀枝花钒钛磁铁矿含有较多的TiO 2，包头白云鄂博矿含有较多的CaF 。，用这些特殊铁矿石冶炼，

炉渣中相应的TiO 2、CaF 2较多。除此之外，渣中还含有少量FeO 、MnO 和CaS 以及一些微量化合物，其碱度

(CaO ／SiO 2)一般为0.9～1.25。高炉冶炼正常进行时，炉渣成分变化不大，但在生产过程中有时需要调整

炉料配比，此时炉渣成分相应变化；炉况变化炉渣成分也会改变，例如炉冷时渣中FeO 、SiO 2含量会稍有增

多。冶炼每吨生铁一般产生炉渣300～600kg ，其多少主要由入炉铁矿石的含铁量而定。铁矿石含铁量越少，脉石含量就越多，相应地加入的熔剂和燃料也越多，所以渣量就越大，中国一些地方小高炉利用当地资源炼铁，渣量会超过600kg ／t ，而欧洲的一些高炉使用含Fe 量65%左右的炉料，渣量降到185～250kg ／t 。大量的高炉渣原作为废物由渣罐车运至弃渣展，而今高炉渣多经水淬制成水渣，成为制作矿渣水泥场倒掉。这种处理方法日积月累，占地甚大且污染环或渣砖等建筑材料的原料。也可用来制造渣棉、铸石和境，经营管理费用很高，而且往往因渣罐调拨不及时而膨球等。影响高炉按时出渣、出铁。由于高炉渣综合利用的发展，而今高炉渣多经水淬制成水渣，成为制成矿渣水泥或渣砖的原材料。也可用来制造渣棉，铸石和膨球。

处理方法 主要是水淬处理，作为备用方法还有造渣块。

水淬处理 将熔渣用水急剧冷却，使熔渣粒化为细小的固体颗粒，即为水渣。水渣脱水后外运，供水泥厂等使用。作为水泥原料对水渣的化学成分及物理性能都有一定质量要求。高炉炉渣的化学成分除用特殊矿石冶炼的(例如中国攀枝花钢铁公司的高钛渣)以外，一般都能满足质量要求，而且炉渣的化学成分取决于高炉冶炼工艺，水淬处理不能改变炉渣的化学成分。对水渣的物理性能要求玻璃化率要高于95%，这取决于熔渣的急冷速度，急冷速度快则玻璃化率高。熔渣温度高、水淬用水的温度低、水量大、渣与水接触良好，有利于提高玻璃化率。对水渣成品还要求含水量低、堆密度大和粒度细，以减少水泥厂的能耗和降低运输费用。水淬方法多种多样，大体可分为泡渣与冲渣两种：

(1)泡渣。熔渣用渣罐车运至远离高炉的水渣池，直接倾入池水中，熔渣经水淬即成水渣。水渣池为混凝土构筑物，池中水深5～8m 。吊车将水渣捞出，置于池边的堆渣场，脱水后装车运出。水渣池中的水，

由于水分蒸发和被水渣带走，需经常补充(每吨渣补充1t水)。泡渣法省水省电，但需要许多渣罐车，而且安全和环保都存在较多问题。

(2)冲渣。在炉前用水喷嘴冲击熔渣流股将渣水淬。这种方法虽然比泡渣使用的水、电较多，但可不用渣罐车，高炉生产不受渣罐调度的影响，减轻了厂内铁路运输负荷，有利于生产，因而被广泛采用。冲渣用水压、水量和喷嘴(或称粒化器)结构形式对水渣质量和安全操作有直接关系。一般喷口处的水压采取0．2～0．3MPa，冲渣喷水量不小于8～10t。喷嘴必须使熔渣与水充分接触。冲渣后形成了水渣与水的混合物——渣浆，通过水渣沟或管道输送至过滤池或过滤仓进行脱水。过滤池即混凝土的水渣池在其底部或侧边底部铺设过滤层，冲渣水从底部排出。脱水后水渣由吊车抓斗抓出。水渣过滤仓的仓壁由金属滤网围成，渣浆从顶部装入，水由滤网孔排出，水渣脱水后从底部卸出。这种方法装车外运方便，占地面积小。

高炉渣水淬处理工艺和方法甚多。常用的有拉萨(RASA)法和英巴(INBA)法两种。

拉萨法。中国宝山钢铁(集团)公司(宝钢)1号高炉(4063m3)水冲渣处理采用的从日本引进的方法。图l为该工艺流程示意图。熔渣在渣沟端部被粒化器粒化，渣浆进入粗粒分离槽，蒸气和有害气体由烟囱排往大气，渣浆由渣泵吸出经管道、分配槽装入脱水槽中，脱水后的水渣从槽底排放阀装入运渣车。从脱水槽滤网出来的水进入沉淀池。此外，粗粒分离槽中部分稀渣浆溢入中继槽，由中继泵也抽入沉淀池。在沉淀池中微粒水渣沉淀，由排泥泵再次送到脱水槽。沉淀池中的清水(温水)进入温水槽，温水经冷却塔冷却后进入给水槽，冲渣水循环使用，消耗的水由新水补充。该工艺的优点是冲渣水可以闭路循环使用，消耗水量较少(2．4m

／t渣)；占地面积较小，水渣装车外运方便。缺点是渣浆泵及管道的磨损严重，动力消耗

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大，维修费用高。

英巴法。中国宝钢2号高炉采用此法(图2)进行熔渣水淬。英巴法的工艺流程与拉萨法相比不同之处是使脱水靠近冲渣地点，取消渣浆泵，渣浆脱水由脱水槽改为转鼓式水渣过滤装置，脱水后的水渣以皮带运输，其流程是：熔渣水淬后，渣浆进入水渣槽，而后从底部流出，经分配器被均匀地分配到滤网转鼓内，水经滤网过滤掉，转鼓内设有带滤网的叶板，随同转鼓转动将水渣从底部提升到顶部，并将水渣卸到伸入转鼓内的皮带运输机上，而后装入成品槽供外运。由转鼓过滤出的水集中在转鼓下面的集水槽中，由水泵抽到冷却塔中冷却。为防止转鼓滤网堵塞，在转鼓外用压缩空气和喷水清扫。近来此法应用较多。

造渣块在水渣系统检修和特殊炉况(包括开炉)高炉渣不能冲制水渣时，为处理此时的熔渣，出铁场须设立干渣坑。宝钢的干渣坑为钢筋混凝土构件，三面围墙，一面敞开供电铲车进出。熔渣流入干渣坑，喷水冷却凝固后，用电铲装车运走。显然，这种方法操作环境恶劣，只能作为处理炉渣的辅助手段。

用途一座年产500万t生铁的炼铁厂，年产炉渣约150～300万t，其综合利用价值可想而知，所以很早即为人们所关注，近百年来尤其是第二次世界大战以后，高炉渣得到大规模的应用，日本、美国等进行了许多开发研究工作，中国1970年以后也取得了许多成果。至今，高炉渣已有多种用途，在中国主要是制造矿渣水泥。此外水渣还可制成渣砖和用作隔热填料等。块渣可代替天然碎石作混凝土骨料、公路路基、铁路道砟、基础垫层等。还有少量制成渣棉、膨球、铸石、微晶玻璃。在农业方面有的高炉渣还可改良土壤或用作肥料。高矿渣水泥水渣与水泥的化学成分近似，具有潜在的水硬胶凝性能，经石灰、石膏等激发就可由潜在转为显示的水硬胶凝性能，因此可以作为水泥原料。水渣经烘干后，配入少量石灰和无水石膏，用球磨机粉碎制成矿渣水泥。矿渣水泥可制成各种混凝土制品，用于建筑业。

渣砖水渣经过干燥后配入细磨的石灰和石膏，按水渣88%～91%、石灰8%～10%、石膏1%～2%比例配料，经过搅拌、消解、轮碾活化、压砖成型、养护等工序制成渣砖。渣砖可作建筑用材。

渣棉为岩石质的人造纤维，细度4～6μm，导热率0.033～0.040W／(m?K)，密度0.13～0.15g／cm3。具有良好的保温、吸音、防火性能，用于冶金化工、建筑方面。渣棉制造有喷吹法和离心法两种，以高炉炉渣为主，配入少量白云石、萤石等，加热熔化成液体，用高压空气或蒸汽喷吹成纤维状渣棉；或熔渣落在高速旋转的圆盘上，由圆盘产生的离心力将熔渣甩成渣棉。经加工可制成毡、板、筒、带各种形状的制品。

膨球为多孔的表面光滑的渣球，粒度2.5～10mm占80%，容重约1t／m3，作为轻质骨料制成混凝土，其重量较普通混凝土低四分之一，保温性能好。制作方法为：熔渣流经流槽时冲入高压水，落在高速旋转的转鼓上，熔渣为离心力甩出，在空中冷却成膨球。

铸石高炉炉渣铸石以高炉炉渣为主要原料，配入部分附加原料(天然砂、硝酸钠)和结晶剂(石墨或碳化物)，经熔化制成板材、管材或异型产品，具有耐磨、耐腐蚀特性，广泛用于冶金、化工、建筑等许多部门，用作仓壁、沟槽、管道的内衬等，可代替钢铁或有色金属。

高炉熔渣余热回收高炉熔渣通常在1450℃以上，热含量1700～2000kJ／kg渣，相当于标准煤60kg／t渣，其热量回收是十分有意义的。世界上许多国家对此已进行10多年的研究，有的已进行到工业实验阶段。综观各种方法都是采用一种冷却介质与熔渣进行直接或间接的接触，对熔渣进行急冷。熔渣冷凝后呈玻璃体，仍可作矿渣水泥原料；冷却介质吸收熔渣热量，供给废热锅炉。中国鞍山钢铁公司和首都钢铁公司以泡渣的高温水用于冬季住房采暖，也是高炉熔渣余热回收的一种方法，已取得良好的经济效益。