宝钢ＢＳＳＦ渣处理工艺技术的研究
肖永力，刘茵，李永谦，陈华
（宝钢研究院）
摘要：BSSF渣处理技术是宝钢开发的一种新型钢渣处理工艺。
阐述了宝钢BSSF渣处理技术的工艺原理、工艺流程和技术特点。
通过对BSSF成品渣理化性能的分析，探讨了BSSF渣综合利用的多个领域和方向，指出了BSSF渣广阔的应用前景。
同时还探讨了BSSF技术的发展方向。
０背景技术
钢渣是炼钢过程必然产生的副产品，约占钢产量的10％～15％。
针对转炉钢渣一千多摄氏度的高温和黏度波动大的特征，传统的渣处理工艺如热泼法、浅盘法、闷罐法等均采用开放式、静态缓冷、先冷却后破碎处理工艺。
由于工序多、流程长，时间长，占地面积大，开放式作业造成粉尘污染严重，严重滞后于炼钢工艺的发展，尤其是前两种工艺，长期堆放后再破碎磁选，尾渣综合利用能耗高。
宝山钢铁股份有限公司自1995年开始研发了BSSF钢渣处理技术，它是采用密闭式、动态急冷、热态破碎处理工艺，处理后的粒渣粒度均匀、稳定，可直接利用，突破了传统钢渣处理工艺技术的局限，引起国际钢铁界的强烈关注和兴趣，已先后在宝钢集团内部、马钢、南钢等国内大中型企业得到推广应用并输出到印度ＪＳＷ等钢厂。
１工艺原理和工艺流程及组成
１．１BSSF渣处理技术工艺原理
BSSF渣处理技术是将高温熔态钢渣在一个转动的特殊结构的容器即滚筒中进行处理，在多种工艺介质的共同冷却和机械力作用下，使高温钢渣被急速冷却和碎化，由于渣和钢的不同，所以渣与钢分别固化，实现渣与钢的剥离，然后被排出滚筒。
所形成的BSSF渣粒度小而均匀；成品渣中性能较稳定，渣钢分离效果好，可以直接进行磁选。
１．２工艺流程
BSSF渣处理工艺流程图如图１所示，由炼钢车间出来的热态钢渣通过渣罐运至渣处理间，然后由行车将渣罐吊运并倾倒，使渣罐中的熔融钢渣流入BSSF装置中，部分高黏度熔渣则通过扒渣机从渣罐中扒出，并落入BSSF装置中；同时向筒体中通入冷却水。
熔渣在装置中被冷却、破碎，约几分钟后变成小于１００ｍｍ的固态粒渣由装置的排渣口排出，排出的粒渣落到链板输送机上，然后经磁选、分选。
渣处理装置生产过程中产生的蒸气经喷雾除尘后通过烟囱集中排放。
过程中产生的污水先进入沉淀池，经沉淀过滤后进入供水池循环使用。
１．３工艺参数
BSSF钢渣处理技术的工艺参数如表１所示。
１．４BSSF渣处理线组成
BSSF渣处理线主要由以下三大部分组成：工艺本体系统、公辅系统、控制系统等。
工艺本体系统如图２所示，主要包括：受渣漏斗（序号１）、筒体装置（序号２）、传动装置（序号３）、支撑装置（序号４）、工艺冷却装置等。
公辅系统包括：行车、扒渣机等辅助进料设备、供水系统、蒸汽排放系统和成品渣排放及磁选系统等。
２.尾气含尘分析及排放浓度
处理过程产生的蒸气中携带有部分烟尘，由烟囱集中排放。
除尘处理前蒸气中的烟尘粒度如图３所示。
从图３中可以看出：小于１μｍ的粉尘所占的比重尚不到总重量的４％；１～１０μｍ的则占４０％左右。
所以只需选用了喷嘴和喷枪，就将蒸汽含尘量控制在５０ｍｇ／ｍ３（标．干）以内。
３.品渣的性能
经BSSF工艺处理后的钢渣，渣和钢容易分离。
粒渣为不规则的颗粒，黑色，部分表面可观察到细小的气孔。
３．１BSSF渣的粒度
图４为BSSF处理后宝钢转炉渣的粒度分布图。
未经破碎的原状渣大多小于１９ｍｍ，主要集中于１．１８～９．５ｍｍ之间，５ｍｍ以下约占三分之一以上。
因此从图４中可以看出BSSF转炉渣主要特征是粒径小而均匀，因此对于钢渣的后续综合利用而言，可大大降低固态钢渣破碎加工量及设备磨损，因此渣利用的能耗和成本显著降低。
３．2 BSSF渣的化学成分
表２BSSF转炉钢渣的化学组成的重量百分含量
CaO SiO2 AL2O3 MgO TFe MnO P2O5 FeO MFe S FCaO3
31.97 11.71 1.56 12.48 25.23 5.24 1.75 2.06 22.52 0.05 1.29
表２是BSSF渣的化学组成的重量百分含量，其中ｆｒｅｅ
比，BSSF渣的ｆｒｅｅ－ＣａＯ明显较低，是因为BSSF的急冷水淬工艺而造成的，而且由于熔渣破碎充分，在破碎过程中与冷却水充分接触，所以粒渣表面的ｆｒｅｅ－ＣａＯ发生水解。
３．３BSSF渣和热泼渣的岩相比较
采用Ｘ－射线衍射定量分析对热泼工艺和BSSF工艺处理后的宝钢转炉钢渣的矿物组成进行分析，检测结果分析的ＸＲＤ图谱分别见图５和图６，与图５和图６对应的化学成分对比见表３。
图５热泼转炉渣样的ＸＲＤ谱图
表３化学成分对比
矿物组成含量%
热泼渣BSSF渣
CAFeO2 15 12
Ca2FeO5 15 24
Ca3SiO5 16 -
Ca2SiO4 - 17
Ca2Fe9O13 10 -
RO 27 22
Ca(OH)2 6 14
宝钢转炉钢渣的矿物组成比较复杂，不同渣样的矿物变化较大，主要有硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸一钙、铁酸二钙、镁铁矿、ＲＯ相（即Ｍｇ－Ｆｅ－Ｓｉ氧化物固溶体）和氢氧化钙等。
从分析结果可以看出：经过不同的处理工艺，成品渣的岩相也不尽相同，BSSF渣的Ｃａ（ＯＨ）２和Ｃａ２ＳｉＯ４两种岩相的含量明显高于热泼渣，几乎不含Ｃａ３ＳｉＯ５。
由于硅酸三钙相颗粒大、不稳定，易分解为硅酸二钙和游离氧化钙并产生体积膨胀，热泼渣由于含有较多硅酸三钙相，所以性能不稳定，不能直接利用，需经过堆放陈化处理。
BSSF工艺的核心是急冷，所以BSSF渣中Ｃａ３ＳｉＯ５含量低。
文献［１］对BSSF渣的微观结构也进行了研究，统计得出BSSF 渣中Ｃａ２ＳｉＯ４的面积占到总面积的４１．６％，认为经BSSF钢渣在后续的资源化利用时，不会再因结构失稳而破坏［１］，因此BSSF钢渣性能稳定。
渣样的Ｘ射线衍射还显示：处理前渣中含有较多的游离氧化钙，而BSSF处理后渣样中多了硅酸二钙、蔷薇辉石、氢氧化钙以及游离的铁，这和化学分析的结果基本吻合，说明BSSF工艺对游离氧化钙的消解能力强，在处理过程中大部分游离氧化钙变成了氢氧化钙。
３．４BSSF渣稳定性
通过沸煮法测得粉化率来评判钢渣颗粒用作混合路面基层材料的稳定性。
粒度５～２０ｍｍ的BSSF渣的粉化率如图７所示，由此可得出如下结论：经滚筒法处理的转炉钢渣粉化率较低（０．５％～５．０％），稳定性较好，可直接用于工程回填和沥青混凝土和水泥混凝土路面的基层材料。
３．５BSSF工艺的渣铁分离效果
BSSF工艺在熔渣处理中，由于渣和钢冷却时收缩率不同，在工艺介质的作用下，渣、钢分离效果好。
图７为宝钢BSSF转炉渣的照片，图８为宝钢BSSF转炉渣的渣、钢分离图片。
４.BSSF渣的综合利用
基于BSSF渣的上述性能，对BSSF渣的综合应用开展了多方面的探索和研究。
４．１BSSF转炉渣作为混凝土复合掺合料的应用
BSSF转炉渣含有Ｃ２Ｓ、ＲＯ相、Ｃ２Ｆ等水硬性矿物，但矿物结晶完整，晶粒粗大而致密，具有一定的水化硬化速度，属于过烧硅酸盐水泥熟料。
BSSF转炉渣进行磨细后可一定程度激发其水化硬化性能，尤其是BSSF转炉渣微粉与矿渣微粉或激发剂的复合使用可以配制高性能混凝土，提高混凝土的后期强度和耐久性。
微粉化技术不但彻底消除了作为水泥生料混合原料的易磨性不同产生的均化品质影响，代替水泥后还起到了降低ＣＯ２污染源排放的作用。
根据BSSF转炉渣的一定活性和级配，在商品砂浆中使用的BSSF转炉渣，可以替代部分集
料，降低商品砂浆的生产成本。
４．２BSSF转炉渣在水泥生料配料中的应用
BSSF转炉渣Ｆｅ２Ｏ３和ＦｅＯ含量约２８％左右，可以作为铁质校正原料煅烧水泥熟料，且BSSF转炉渣属于一种劣质水泥熟料，主要矿物为Ｃ２Ｓ、ＲＯ相和Ｃ３Ｓ，与水泥矿物相似。
因此在水泥生料配料中应用BSSF转炉渣，可以利用BSSF转炉渣中矿物的晶种作用以及ＦｅＯ的矿化剂作用，提高熟料强度，同时采取必要的技术措施，还能使水泥生产实现优质、高产、低耗。
４．３BSSF转炉渣在新型建材方面的应用
同其他工艺处理的钢渣相比，BSSF渣具有稳定性好、硬度高、透水性好、活性差、粒度小而均匀的特点，更适合以下用途：（１）透水材料。
由于BSSF渣含有大量的硅酸二钙，透水性好，可以做透水地砖和透水混凝
土，应用于城市的硬化地面，对于补充城市地下水，遏制地面沉降有积极作用。
（２）用于耐磨地坪。
BSSF渣型砂用于须耐磨且减少灰尘的混凝土地面，例如仓库、码头、厂房、停车场、维修车间、车库等。
具有很高的耐磨性，减少灰尘，增加地面的防油性，施工简便的特点。
（３）路面材料及除锈材料等。
４．４BSSF渣返回钢铁生产流程
（１）作为冶金熔剂返回转炉使用，代替部分石灰。
（２）作为骨料，返烧结生产。
５.结论
宝钢BSSF渣处理技术对炼钢熔渣的处理是在封闭的筒体内进行的，工艺过程中产生的污水循环使用，蒸汽集中排放且含尘量达标，消除了传统渣处理污染现象，符合国家环保标准。
由于在钢渣熔态下就将其破碎，因此处理速度快、流程短，从而占地面积小。
粒渣中的游离氧化钙含量低，颗粒度较均匀，是集节能减排渣产品资源化于一体的快捷高效的热态钢渣处理技术。