钢渣是炼钢环节的副产品之一，其产出比例介于粗钢产量的8%至15%之间。这种物质主要由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼阶段氧化形成的氧化物，以及这些氧化物与溶剂相互作用后生成的盐类构成。钢渣中富含多种有益成分，包括金属铁占2%至8%，氧化钙占40%至60%，氧化镁占3%至10%，氧化锰占1%至8%，因此它能够作为钢铁冶炼的原料被利用。钢渣的成分主要由硅酸三钙构成，紧随其后的是硅酸二钙、RO相、铁酸二钙以及游离氧化钙。作为一种熟料，钢渣属于重熔相，具有较低的熔化温度。在重新熔化过程中，液相能够较早形成，且流动性优越。钢渣可细分为电炉钢渣、平炉钢渣以及转炉钢渣三种类型。随着我国钢铁工业的迅猛发展，钢渣的产量也在不断攀升，因此，钢铁企业对于废渣的处理及资源化利用问题愈发受到广泛关注。国内钢铁企业生产的钢渣未能得到及时处理，导致大量钢渣占据了土地资源，并对环境造成了污染。但事实上，这些钢渣并非无用之物，它们富含渣钢、氧化钙、铁和氧化镁等多种可利用成分。因此，为了使钢铁企业既能创造经济效益，又能保护环境，选择恰当的处理技术和利用方式，挖掘钢渣的再利用潜力，显得尤为必要且紧迫。

处理工艺

我国在钢渣处理方面，主要采用的热处理技术包括热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法以及热闷法。在这其中，热泼法、滚筒法和热闷法的使用频率较高。以下将对其工作原理及各自的优势与不足进行简要阐述。

国内外钢渣处理技术主要参数比较

热泼法

（1）渣线热泼法

将钢渣倾倒后进行喷水冷却，经过3至4天的处理，钢渣中的大部分会自然裂解破碎，随后被运送至磁选线进行进一步处理。这种工艺的优势在于，它对钢渣的物理状态没有特别的要求，操作过程简便，且能够处理大量的钢渣。

其不足之处在于占用空间较大，灌溉所需时间较长，耗水量较大，处理后的渣铁分离效果不佳，回收的渣钢铁含量较低，对环境造成污染，钢渣的稳定性较差，且不利于尾渣的综合利用。

（2）渣跨内箱式热泼法

该工艺的翻渣区域由三面墙体围合，并配有钢坯加固的储渣槽，钢渣罐可直接从炼钢车间吊运至渣跨，倒入槽式箱中，随后进行浇水降温。这一工艺的优势体现在占地面积较渣线热泼更小，对渣的物理状态没有特殊要求，处理能力较强，操作简便，且建设成本低于热闷装置。

其不足之处在于浇水时长超过24小时、用水量较大、对渣跨和炼钢区域造成污染、厂房内蒸汽浓重、进而影响作业安全。同时，钢渣稳定性较差，不利于尾渣的综合利用。

滚筒法

在高温液态钢渣沿溜槽滑落的过程中，它受到高压空气的冲击而破碎，随后喷射到四周的钢制挡板上，最终落入下方的储水池。这种工艺的优势体现在流程简洁、设备紧凑、占地面积小、钢渣的稳定性佳、呈颗粒状分布、铁渣分离效果优良、渣中的f-CaO含量低于4%（均按质量分数计算）、且有利于尾渣在建筑材料领域的应用。

其不足之处在于对渣的流动性要求较高，必须保持液态稀状；同时，渣处理效率相对较低，仍有较多干渣未被处理，排放出去；此外，在处理过程中若操作不慎，极易引发爆炸事故。

热闷法

当熔渣温度降至300至800摄氏度范围内自然冷却后，需将处于高温状态的钢渣倾倒至热闷罐内，随后封闭罐盖，确保密封。待罐内钢渣均匀受热约半小时，再对钢渣实施间歇性喷水冷却。快速冷却过程中产生的热应力导致钢渣出现龟裂并破碎，同时，大量饱和蒸汽渗透进渣体，与f－CaO和f－MgO发生水化反应，导致钢渣局部体积膨胀，进而促使钢渣自行分解成粉末。

该工艺的优势体现在渣的平均温度超过300℃时依然有效，处理时间较短，仅需10至12小时，粉化率高达85%，针对粒径小于20mm的颗粒，渣铁分离效果优良，渣的性能保持稳定，f-CaO和f-MgO的含量均低于2%，适用于建筑材料和道路基层的建设。

其不足之处在于，必须建造配备固定封闭型内嵌钢坯的热闷箱以及天车厂房，建设成本较高，操作流程需遵循严格的标准，而且到了冬季，厂房内会生成少量的蒸汽。

第三代熔融钢渣热闷处理技术是在前两代400℃和800℃钢渣热闷技术的基础上，通过创新研发而取得的成果。该技术涉及将约1650℃的高温钢渣直接倒入热闷装置中（如图1所示），随后对钢渣表面进行喷水处理以实现固化，接着在装置盖封闭的情况下，间断性地进行喷水，直至钢渣温度降至大约65℃时，热闷过程宣告完成。

热闷装置

钢渣辊压破碎—余热有压热闷处理新技术原理：

在炼钢过程中，大量石灰被加入，由于造渣时间相对较短，导致过量的氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）未能充分熔化，因此以游离状态存在于钢渣之中。在钢渣热闷处理环节，密闭容器内利用钢渣的余热，对处于热态的钢渣进行喷水，从而产生过饱和的水蒸气，这一过程有助于钢渣中的游离氧化钙与水蒸气迅速反应并分解。在这一热闷处理过程中，会涉及到一系列复杂的物理和化学反应，其具体特点包括：

钢渣在急冷过程中会出现破裂现象。当高温钢渣与大量水接触时，温度迅速下降，熔渣中的各种矿物在快速冷却过程中发生剧烈的相变，进而产生应力，导致钢渣出现破裂。

高温下的熔渣与热水混合作用，生成了温度超过105℃并带有一定压力的过饱和蒸汽。在这样的条件下，蒸汽得以向钢渣裂缝中扩散渗透，这有助于f-CaO的分解反应顺利进行。

在钢渣冷却自750℃降至650℃的过程中，硅酸二钙（C2S）的晶型发生了变化，从β- C2S过渡到γ- C2S，伴随着体积膨胀约10%，同时钢渣持续发生碎裂现象。

在钢渣和过饱和水蒸气封闭的环境中，f-CaO与水发生反应，生成了Ca(OH)2，这一过程中体积膨胀达到了98%；同样地，f-MgO与水反应后，生成了Mg(OH)2，其体积膨胀率也是98%。

通过上述物理和化学作用导致的破碎与粉化，热闷处理有效消除了钢渣的不稳定性，进而推动了渣铁的分离过程。

钢渣热闷处理中，主要发生的反应是游离态的氧化钙与游离态的氧化镁之间的相互作用。钢渣中的游离氧化钙由于过烧现象，形成了致密的结晶结构，其活性较低加拿大对废钢回收的要求，在常温下与水发生的水化反应较为缓慢，通常在自然条件下需要数年的时间才能完全分解。水蒸气的浓度越高，压力越大，越有助于游离氧化钙的分解反应。此外，在反应条件允许的情况下，温度越高，反应的速度也会相应加快。

钢渣辊压破碎-余热有压热闷工艺流程：

钢渣辊压破碎余热有压热闷技术，系中冶建筑研究总院在前三代钢渣热闷技术的基础上，研发出的一种新型的钢渣稳定化处理技术。分析国内外钢渣处理技术的现状，我们发现，无论是热泼后自然陈化处理，还是池式热闷处理，都是在常压环境下对钢渣中游离氧化钙等不稳定物质进行消解的过程。通过对游离氧化钙与水反应的动力学和热力学原理进行深入分析，我们了解到，增加热闷作业的压力能够有效推动游离氧化钙的分解反应、提升水蒸气在钢渣体系中的渗透速度、并加速水蒸气与钢渣之间的充分混合。

基于常压池式热闷技术，我们研发了余热有压热闷工艺和一系列专用设备，从而使得钢渣处理过程得以实现装备化、高效化、自动化以及清洁化。热闷作业的压力大约在0.2至0.4MPa之间，而常规的常压池式热闷工艺压力仅约0.002MPa，在高压力环境下，这会提升水蒸气的渗透压力，进而加速水蒸气与钢渣中游离氧化钙的化学反应，从而将热闷所需的时间从十几个小时减少到大约两个小时。在钢渣处理过程中，这项技术几乎完全在封闭系统中进行，因而相较于现有的钢渣处理方法，其净化效果更为显著，且环保性更强。具体到工艺流程，该技术主要包含钢渣辊压破碎以及钢渣余热有压热闷两个步骤。在辊压破碎阶段，主要任务是迅速冷却并破碎熔融状态的钢渣。余热处理过程中的压热闷阶段，主要目的是对经过辊压破碎的钢渣进行稳定化处理。图1展示了这一技术的具体工艺流程。其技术特点包括：

在辊压破碎环节，装有高温液态熔融钢渣的容器被天车吊起，移至倾翻车上。倾翻车随后将容器运送至一个封闭的工作空间内，进行倾倒操作。倾倒完成后，高温钢渣将接受辊压破碎机的冷却和破碎处理。该破碎机的核心部分是一个表面带有齿纹的圆柱形破碎辊，该辊能够以特定速度旋转，从而实现高温熔融钢渣的搅拌和辊压破碎。辊压破碎机能够在轨道上进行直线往复移动，从而对钢渣进行多次搅拌和辊压破碎。此外，通过改变辊压破碎机破碎辊的旋转方向和转速，使其与行走机构的移动速度相协调，辊压破碎机还能够实现将渣料推落的功能。本阶段主要任务是对熔融钢渣进行迅速冷却和破碎作业，每个钢渣罐在此过程中的处理时长大约为30分钟；经过这一阶段的处理，熔融钢渣的温度能够从1300℃以上降至大约600-800℃之间，同时其粒度也会被破碎至300mm以下。

钢渣压热闷阶段涉及一种装置，该装置具备一端快速开启门的设计，能够承受大约0.7MPa的工作压力。在辊压破碎钢渣后，将其运送至余热有压自解处理系统中，通过调节喷水产生蒸汽，对钢渣进行消解处理。喷雾加热后，钢渣会释放出饱和蒸汽，进而消解其中的游离氧化钙和游离氧化镁。此阶段所需处理时间大约为两小时，处理完毕后，钢渣表现出良好的稳定性；游离氧化钙的含量低于3%，浸水膨胀率亦小于2%。

钢渣辊压破碎过程中所采用的余热有压热闷技术，相较于传统的钢渣处理方法，展现出以下几个显著的优势。

成功实现了钢渣处理的高效性、装备化、自动化以及清洁化，同时，还能进一步利用钢渣产生的余热，并实现热能的回收利用。

2）热闷工作压力0.4MPa。

3）热闷时间缩短，处理时间仅需2-3h。

粉化程度较高，经过处理，钢渣中的-20毫米颗粒占比能够超过70%。

削减了高温闷热岗位的作业人员数量，从而提升了劳动的生产效率，并有效减少了生产过程中的运行成本。

示范工程生产线

钢渣辊压破碎余热利用的压热闷处理技术，在经过系统化的研究以及工业化的优化设计之后，于2012年10月在河南济源钢厂成功实施了首例产业化示范和推广项目。该项目构建了一条年处理能力达60万吨的钢渣处理生产线。目前，该生产线已投入运行，处理效果显著，其关键技术指标如下。

1）热闷罐内工作压力为0.2-0.4MPa。

2）热闷时间2h，与常压池式热闷工艺相比，缩短7-10h。

3）吨渣电耗7.25kWh、吨渣新水耗量0.3-0.4t。

4）与常压池式热闷工艺相比，运营成本节约40%。

钢渣产品在经历热闷处理后的具体指标为：浸水膨胀率达到了1.6%，游离氧化钙的含量则为2.2%。

6）钢渣粉化率（粒度小于20mm的钢渣含量）为72.5%。

珠海粤裕丰钢厂运用此技术，成功打造了一条年处理能力达50万吨的钢渣处理生产线，该生产线已于2012年12月正式投入运营；同样，河北沧州的中铁装备材料制造公司也建成了有压热闷生产线，并于2014年年底开始运行。

钢渣利用

国外钢渣利用：

日本现今的钢渣应用率已超过95%，其用途涵盖出口、内部使用及填埋。德国的钢渣应用率更是高达98%以上，主要应用于土木工程、农业肥料，以及作为烧结和高炉的再利用材料。德国甚至将转炉渣用于强化莱茵河港口及缪斯河河岸。日本及德国联邦共和国将钢渣作为水泥原料进行煅烧，生产铁铝酸盐水泥，从而实现能源的节省。

美国现今钢渣的利用率高达98%，其中，用于烧结和高炉再利用、筑路等主要方向的钢渣消耗量超过了总利用量的65%。每年，美国将三分之二的排渣量用作炼铁熔剂，直接投入高炉或与烧结矿混合，实现钢铁厂内的循环利用。在钢渣的成分中，除了硅成分无益且磷成分有害之外，钙、铁、镁以及锰（这些元素合计占钢渣总量的80%）均得到了有效利用。然而，含有较高硫磷的钢渣用作熔剂，会导致高炉炼铁的利用效率下降，并使焦比上升。在美国，八条主要铁路均采用钢渣作为铁道渣。美国的研究机构对氧气顶吹转炉产生的钢渣性能进行了深入研究，并成功开发了利用钢渣来清除土壤含水层中有机和无机物质的新方法。

瑞典通过向熔融钢渣中掺入碳、硅和铝等材料，对钢渣的成分进行了重构，回收渣中的渣钢被用于水泥的生产。而加拿大则将处理过的钢渣应用于道路的建设。在阿拉伯地区，人们利用电弧炉产生的钢渣（经过分级处理）作为混凝土的掺合料，从而制得性能更优的混凝土。

法国、德国联邦共和国以及加拿大等国家普遍将此类钢渣应用于铁路轨枕和道路建设。具体操作是，将处理过的钢渣存放3至6个月，确保其体积稳定后再投入使用。这种钢渣在道路建设中广泛用作路基的底层和结构层，尤其适合作为沥青混合料的骨料来铺设路面。采用钢渣铺设道路，其优点包括强度高、耐磨、防滑性能佳、使用寿命长以及维护成本较低。

西欧国家在利用高磷钢渣作为肥料方面拥有漫长的传统。这种钢渣富含钙、硅、锰等元素以及多种微量元素，它们都具有促进植物生长的功效，适用于改良酸性土壤。此外，不同种类的钢渣还可以用作填坑、填海造地的材料。

国内钢渣利用：

钢渣用于冶金原料

钢渣再提铁技术涉及对废钢铁的回收利用，钢渣本身含有相当数量的铁，其平均质量分数大约为25%，其中金属铁的含量大约为10%。经过磁选处理，可以回收不同粒级的废钢，其中大部分铁含量较高的钢渣被用作炼钢和炼铁的原料。

将钢渣作为烧结材料使用：鉴于转炉钢渣含有40%至50%的氧化钙，若用它来替代部分石灰石作为烧结的原料，不仅能回收钢渣中的残余钢材、氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化锰以及稀有元素（如钒、铌等），而且还能提升转鼓指数和结块率，同时有助于烧结造球和加快烧结进程。在氧化反应中，钢渣中的铁和氧化亚铁所释放的热量能够有效减少烧结矿的燃料使用量。

钢渣作为高炉熔剂使用：转炉产生的钢渣含有约40%至50%的氧化钙和6%至10%的氧化镁，若将其回收并用作高炉的助溶剂加拿大对废钢回收的要求，则能替代石灰石与白云石，进而实现矿石资源的节约。

另外，由于石灰石（CaCO3）、白云石

CaMg（CO3）2

将物质分解成氧化钙和氧化镁的过程需要消耗能量，然而，钢渣中的钙和镁元素主要以氧化物的形态存在，这有助于节约大量的热能。

钢渣被用作炼钢过程中的回炉材料，采用钢渣回炉炼钢能够有效减少原料的使用量，同时降低整体产生的废渣数量。此外，这种方法对于炼钢过程本身也有积极作用，可以加快熔渣的分解，从而缩短冶炼所需的时间。

钢渣用于道路工程

钢渣被用于制造水泥和混凝土的混合料，其中含有水硬性胶凝物质硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）以及铁铝酸盐等活性成分，这些成分与水泥的特性相契合。基于此，钢渣可作为生产无熟料水泥、少熟料水泥的原材料，亦或是水泥混合料的成分。此外，钢渣水泥具备耐磨、抗折强度高、耐腐蚀、抗冻等卓越性能。

钢渣可用于替代碎石及细骨料，其制成的钢渣碎石不仅强度出众、表面质感粗糙、耐磨耐用，且密度大、稳定性佳，与沥青的结合尤为牢固。此外，相较于普通碎石，钢渣碎石还具备在低温条件下不易开裂的特性，因此，它在道路工程回填中的应用十分广泛。作为铁路道渣，钢渣不会干扰铁路系统的电讯工作，且具有良好的导电性能。钢渣因其优异的渗透和排水性能而广受欢迎，其内部的胶凝物质能够促进其凝结成较大的块状结构。此外，钢渣也适用于在沼泽地、海滩等地进行道路和土地的建造。

新型建筑材料工程应用

新型混凝土经过磨细处理，提升了工业废渣的活性，使其作为混凝土的第六组分——矿物细掺料得以应用。这一加工过程不仅减小了渣粉颗粒的尺寸，扩大了其比表面积，促使渣粉中的f-CaO发生进一步的水化反应，增强了渣粉的稳定性；同时，也引发了钢渣晶格结构和表面物化性能的改变，将粉磨过程中的能量转化为渣粉的内能和表面能，从而提高了钢渣的胶凝性能。通过钢渣微粉与高炉矿粉之间的激发作用，结合恰当的激发剂，可以制备出具有优异性能的混凝土胶凝物质。

同时，针对不同的应用需求，我们能够调配出多种道路专用混凝土，这类混凝土具有高强度抗拉、优异的耐磨性、良好的抗折和抗渗性能；此外，还有适用于海洋工程的海工混凝土，它具备出色的渗水排水特性，并且海洋生物在其表面附着率较高。

碳化钢渣被用于制作建筑材料，然而，导致其稳定性不佳的主要原因是游离态的氧化钙和氧化镁。这两种物质均能与二氧化碳发生反应，并且在富含二氧化碳的环境中，钢渣能够在较短的时间内迅速固化。基于这一特性，我们可以将钢渣加工成砖块，并再次应用于建筑领域。这一做法的重要性在于，它显著提升了碳化养护材料的物理和化学性能。与此同时，有效控制了CO2的排放，改善温室效应。

我国目前生产了一定数量的钢渣水泥，其中主要采用转炉钢渣与大约50%的高炉粒化渣以及约10%的石膏进行混合，经过研磨制成无熟料型钢渣水泥；或者用大约15%的水泥熟料替代钢渣来磨制少熟料水泥。此外，我国某些地区还利用电炉钢渣来生产白钢渣水泥。

钢渣制免烧砖系列产品

钢渣可用于制造免烧透水砖、路面砖以及景观砖，这些产品广泛应用于市政工程建设以及海绵城市透水路面的铺设。

钢渣制微晶玻璃

自20世纪60年代矿渣微晶玻璃问世以来，众多国家已实现其大规模生产。以还原性钢渣作为主要原料，成功研发出外观雅致的微晶玻璃花岗岩。陈惠君等人则采用粉煤灰和钢渣作为主要原料，成功制备出以钙、铁灰石为主要晶相的微晶玻璃。

钢渣在环境工程方面的应用

钢渣因其较高的碱性和较大的比表面积，能够有效处理废水。相关研究显示，钢渣具备化学沉淀和吸附的双重功能。在针对含铬废水的处理研究中，铬的去除率高达99%。而在含锌废水的处理实验中，锌的去除率超过了98%，处理后的废水符合GB 8978-1988污水综合排放标准。对于含汞废水的处理，汞的去除率更是达到了90.6%。其研究成果为海洋汞污染的治理开辟了一条有效的路径，同时，钢渣也被证明能够处理含磷废水以及其他含有重金属的废水。

钢渣在农业上的应用

钢渣，作为一种碱性物质，适用于酸性土壤的改良，其中的氧化钙和氧化镁能有效提升土壤的品质。此外，磷含量较高的钢渣，对于磷含量不足的碱性土壤，不仅能补充磷元素，还能增强农作物的抗病虫害能力。对于水稻而言，硅是生长所必需的重要元素，而SiO2含量超过15%的钢渣，则可以作为优质的硅肥使用。

其他用途

钢渣不仅能制成用于除锈和耐磨的砂颗粒料，还能生产铸造砂、金刚砂、机制砂，以及水泥膨胀剂、流态砂硬化剂和充填胶凝材料等多种产品。

结束

尽管钢渣的使用领域十分广泛，并且钢渣资源化利用的技术研究已取得一定成效，然而，从整体上看，我国钢渣的利用效率依旧不高，这一现象主要归因于钢渣应用过程中存在的诸多限制性因素。

针对我国钢渣的应用现状，有必要对以下几项内容进行更深入的探讨：

深入探究钢渣的组成及其特性，以此为钢渣的开发与利用奠定坚实的理论基础。

强化对钢渣处理技术的探究，旨在应对钢渣中游离氧化钙（f-CaO）和氧化镁（MgO）遇水后易发生膨胀的现象，同时解决钢渣中钙、硅、铝三大元素含量相对较少，导致其形成的硅酸盐总量与水泥熟料存在较大差距（约45%）的问题。

推广钢渣在冶炼过程中的应用，如烧结、高炉炼钢等，不仅能够有效利用其铁、钙、镁、锰等有益成分，还能显著节约能源。同时，我们还需加强钢渣作为回填和筑路材料的研究力度。

钢渣中的硅酸二钙与硅酸三钙矿物结晶完好，颗粒较大且紧密，导致粉磨后的细度难以满足标准。因此，生产高品质钢渣微粉的关键在于研发适用于钢渣的独特磨粉技术和设备。

钢渣被视为一种“误置的资源”。其综合应用不仅能有效减少环境污染，还能将废弃物转化为宝贵资源，带来显著的经济效益。这不仅是实现可持续发展的关键途径，而且对于国家和整个社会来说，都具有极其重要的价值。