摘要:随着科技的不断进步，我国钢铁行业发展的速度也在加快，但在产量连连突破的同时，冶金固体废弃物的产量也在不断增加。高炉渣就是其中之一，高炉渣是高炉炼铁所产生的副产物。近年来高炉渣的排放量日益增多，与国外先进冶金企业相比，我国综合回收利用高炉渣的技术较为落后。高炉渣的大量堆放不仅严重浪费土地资源，而且对环境也产生了巨大的影响。由于高炉炼铁的温度极高，因此高炉渣含有大量的显热，如果对其加以回收利用，也不失为一种资源。
关键词:高炉渣；显热回收；处理技术
近年来我国钢铁工业发展迅速，同时高炉渣的排放量也在不断增加。一般来说，高炉渣的排放量的主要影响因素有冶炼强度和矿石品位。当炉料品位达到60%～66%之间,?冶炼1吨生铁产渣在250～300kg之间[1]。同时高炉炼铁的温度高达1450℃时，冶炼1吨生铁排出高炉渣约为0.35吨，温度达到1450℃以上时，每吨炉渣含有大约1770MJ的热量[2]。面对高炉渣携带的巨大显热，当前的一些处理技术比较落后，因此探究如何高效回收高炉渣显热并利用是目前钢铁行业研究的热点。
1.高炉渣简介
1.1高炉渣的组成成分
CaO、SiO2、Al2O3和MgO是高炉渣的主要化学成分，总质量分数大于95%。其成分主要受矿石及焦炭灰分组成成分的影响，根据其组成成分不同，可能会有许多的其他化合物如TiO2、BaO、CaF2及少量的MnO、FeO、CaS等[3]。
1.2高炉渣的性质
1.2.1高炉渣的化学性质
高炉渣的化学性质主要是由组成其的主要氧化物所决定的。大致有酸碱性、氧化性与还原性。
（1）酸碱性
①碱性氧化物
即为在渣中能够解离出O2-的氧化物，如FeO、MgO、CaO、等。碱性氧化物在渣中的含量越高，渣的碱性即越强。
②酸性氧化物
即为能够吸收O2-，转变为络离子的氧化物，如SiO2、P2O5、V2O5、Fe2O3等。渣中酸性氧化物含量越高，O2-含量越低，酸性越强。
③两性氧化物
既能在碱性熔渣中能吸收O2-，显示酸性，又能在酸性熔渣中能离解出O2-，显示碱性，则称为两性氧化物，又称中性氧化物，例如Al2O3、TiO2、Cr2O3等。
（2）还原性与氧化性
能够降低液态金属中的溶解氧，被进入其中的氧化铁（或Fe2+·O2-离子团）的炉渣称为还原渣；能够向熔融金属液供给氧[O]，使熔融金属内溶解元素发生氧化的炉渣称为氧化渣。酸性渣又称为长渣，即其粘度随温度的变化较小；碱性渣又称短渣，其粘度在一定温度范围内变化较大。
影响熔渣氧化性的因素：
①增加aFeO，炉渣的氧化性提高；
②) Fe2O3含量提高，增加aFeO，炉渣的氧化性提高；
③R=2 时，aFeO最大，炉渣的氧化性增强。
1.2.2高炉渣的物理性质
（1）密度
炉渣的密度大概在2.8~3.2×103kg/m3，其密度主要受炉渣组分和温度的影响：炉渣组分密度较大的氧化物含量高时，炉渣密度更大；密度较小的氧化物含量高时，炉渣密度小些。
（2）粘度
炉渣重要的物理性质之一是粘度，影响着渣－液界面的化学反应以及传热、传质过程，关系到冶金过程能否顺利进行。炉渣的黏度在0.1—10Pa·S。
2.高炉渣的显热回收利用
水淬法的冲水温度只有70℃左右，使得无法有效回收高炉渣的显热[4]。利用水淬法处理高炉渣不仅浪费大量的水资源，同时高炉渣的余热余能也没有得到利用。高炉渣具有巨大的余热余能，如果对其进行充分利用，将是一种具有比较高的经济效益的措施[5]。为了充分回收高炉渣的余热余能，国内外的冶金专家做了大量的工作。
主要研究物理热回收方法，即采用热风、蒸汽或熔盐等介质将高炉渣的余热置换出来[6]；随着研究的深入进行，有学者提出并推荐熔态高炉渣化学余热回收方法，即采用某些吸热的化学反应将高炉渣的物理热转换为化学热储存起来, 还有学者提出采用直接热电转换的方式对其余热进行回收利用。
3.1高炉渣物理显热回收方法
按照其粒化方式，高炉渣物理显热回收法主要包括转杯粒化法、转盘粒化法、转鼓粒化法、固体渣粒冲击粒化法等[7]。高炉干法粒化法不仅可有效地回收高炉显热，而且节约水资源，对环境友好，目前已引起全世界的广泛关注。
3.1.1转杯粒化法
转杯粒化法最早是由英国人Pickering等人提出的。粒化的液滴被迅速冷却生成含有玻璃体的渣粒，渣粒首先进行的过程是在飞行中与空气进行换热，随后过程为进入流化床余热回收装置进行余热回收。
东北大学的于庆波等人发现当转杯转速高于1000rpm后，转杯转速对粒径产生的影响会减弱，此时可以忽略不计熔渣温度对渣粒粒径的影响。Siemens?VAI、Davy?McKee?和Kashiwaya?等人[8]。也做了大量工作。
3.1.2转盘粒化法
日本住友金属工业最早于20世纪90年代提出了转盘粒化法，其目的在于获得高玻璃相的高炉渣。[9]。该工艺为将熔融态下的高炉渣放入高速旋转的转盘上，在离心力的作用下分离破碎，随后送至流化床或固定床进行热交换。
3.1.3转鼓粒化法
转鼓法是一种液态熔渣破碎装置。熔融态高炉渣首先被破碎，随后进入流化床与空气进行热交换，生成水蒸气。
3.2高炉渣化学显热回收方法
Akiyama?等利用热力学分析对高温废弃物的化学反应热回收方法进行了研究，指出石灰石裂解、甲烷整合与煤气化三种化学工艺更有利于回收高炉渣的显热。
刘宏雄提出了以高炉渣作为载体生产煤气的方法。生产煤气需进行吸热，而高炉渣在冷却过程中需要放出热量，这就为煤的气化提供其所需的热量。
3.发展趋势
我国的钢铁产量逐年上升，冶金固废的产量也在日益增多，尤其是高炉渣这种“放错位置的资源”。高炉渣本身具有相当大的余热余能，如果能够合理最大化地对其加以回收利用，不仅可以节省很多资源，而且对环境也具有有利的影响。但是由于目前高炉渣显热回收技术仍不成熟，物理法与化学法均存在一定的劣势，因此一种新的工艺急需研发出——高炉渣干法粒化，可以有效地回收高炉渣显热能，其粒化渣可用作水泥。高炉渣干法粒化技术从根本上改变了传统的处理方法，这是对冶金行业一个重大的创新，在回收显热的同时，对环境产生的影响较小，产生可观的经济效益、社会效益及环境效益，具有很大的发展前景。
4.参考文献：
[1]胡俊鸽.国内外高炉炉渣综合利用技术的发展及对鞍钢的建议[J].鞍钢技术,2003(3):8-11.
[2]李顺,张功多,谢国威.熔融高炉渣显热回收和利用[J].工业加热,2013,42(05):58-59.
[3]王筱留.钢铁冶金学炼铁部分等[M].北京:冶金工业出版社,2000.24.
[4]高洋,贵永亮,宋春燕,胡宾生,王亚文.高炉渣显热回收利用现状与展望[J].矿产综合利用,2018(01):12-16.
[5]张卫东.中型高炉图拉法炉渣处理工艺的研究[D].西安建筑科技大学, 2006.
[6]孔德文,张建良,郭伟行.高炉渣处理技术的现状及发展方向[J].冶金能源, 2011(05):55-60.
[7]冯会玲,孙宸,贾利军.高炉渣处理技术的现状及发展趋势[J].工业炉,2012,34(4):16-18.
[8] Kashiwaya Y, In-Nami Y, Akiyama T. Mechanism of the formation of slag particles by the rotary cylinder atomization [J], ISIJ International,2010,50(9):1252-1258.
[9]Bisio G. Energy recovery from molten slag and exploitation of the recovered energy[J ]. Energy, 1997 ,22(5) :501 - 509.