一、研究的背景與問(wèn)題

我國(guó)鋼渣產(chǎn)生量巨大，每年排放1.5億噸，大量鋼渣堆存，不僅嚴(yán)重破壞土壤平衡、污染周邊生態(tài)環(huán)境，還導(dǎo)致資源的極大浪費(fèi)鋼渣包括鐵水脫硫渣、轉(zhuǎn)爐渣和精煉渣等，其中轉(zhuǎn)爐渣產(chǎn)出量最大，100~150Kg/t鋼，轉(zhuǎn)爐渣中雖有與水泥熟料相近的等活性物相，但由于其MgORO相、f-CaO含量較高導(dǎo)致鋼渣存在水化活性低、體積穩(wěn)定性差、易磨性差、粉磨能耗高等問(wèn)題，同時(shí)CaOSiO等成分波動(dòng)大，這使得其綜合利用率30%左右。此外，依據(jù)《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2023的規(guī)定，鋼渣嚴(yán)禁作為混合材使用，這進(jìn)一步限制了鋼渣的應(yīng)用范圍。與之形成鮮明對(duì)比的是，國(guó)家各部委相繼頒布了一系列政策，如《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》、《關(guān)于加快推動(dòng)工業(yè)資源綜合利用實(shí)施方案》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展綠色轉(zhuǎn)型的意見(jiàn)》等，均大力鼓勵(lì)并支持?jǐn)U大原生砂石資源替代規(guī)模、推進(jìn)冶金固廢綜合利用及開(kāi)發(fā)新型低碳膠凝材料等。鑒于此，本項(xiàng)目聚焦于煉鋼源頭的鋼渣改性與減量工作，開(kāi)展一系列相關(guān)技術(shù)研發(fā)，旨在降低鋼渣中的 MgORO相含量，提高鋼渣活性，并減少鋼渣產(chǎn)生量。

轉(zhuǎn)爐僅作為混凝土礦物摻合料其自身膠凝性難以完全發(fā)揮我國(guó)每年產(chǎn)生大約440萬(wàn)噸鐵水脫硫渣，因硫高（＞5%）而不能消納，因此，與礦渣脫硫石膏等工業(yè)固廢協(xié)同開(kāi)發(fā)固廢基膠凝材料是鋼渣高值化利用的關(guān)鍵方向在此過(guò)程中，如何充分發(fā)揮鐵水脫硫渣高堿的特性挖掘精煉渣鋁酸鈣物相作用，開(kāi)發(fā)出多固廢協(xié)同的膠凝材料技術(shù)和制備工藝，實(shí)現(xiàn)鋼渣高值化利用是本項(xiàng)目的重要研究?jī)?nèi)容。

此外，鋼渣作為水穩(wěn)料應(yīng)用于鋪設(shè)道路基層或底基層鋼渣大宗資源化利用重要途徑之一。然而，當(dāng)鋼渣用于路面瀝青混凝土?xí)r，由于鋼渣游離CaOf-CaO含量較高，在發(fā)生水化反應(yīng)后，會(huì)導(dǎo)致體積膨脹，進(jìn)而引發(fā)混凝土開(kāi)裂，這一問(wèn)題極大限制了鋼渣在路面瀝青混凝土中的普遍應(yīng)用。因此，如何高效且穩(wěn)定地消解鋼渣中的f-CaO，并研發(fā)出適配的骨料加工與制備工藝，以實(shí)現(xiàn)鋼渣的大宗化利用，成為本項(xiàng)目的重要研究?jī)?nèi)容之一。

歐洲、日本和美國(guó)等國(guó)家對(duì)鋼渣的處置和利用方式與我國(guó)類似，主要用于燒結(jié)配料、道路建設(shè)的路基料、土木工程回填、水泥鐵質(zhì)校正原料等但與我國(guó)不同的是，這些國(guó)家鋼產(chǎn)量相對(duì)較低，鋼渣堆存問(wèn)題不突出因而缺乏鋼渣用于固廢基膠凝材料方面的高值化研究然而，我國(guó)鋼渣不僅累計(jì)堆存量巨大，新增量也不容小覷，因此，迫切需要開(kāi)發(fā)鋼渣源頭減量技術(shù)大宗資源化高值化利用技術(shù)。

基于上述背景，首鋼集團(tuán)聯(lián)合北京科技大學(xué)、北科蘊(yùn)宏公司組建了“產(chǎn)學(xué)研用”一體化團(tuán)隊(duì)，圍繞鋼渣源頭改性、減量全量資源化利用技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)開(kāi)展深入研究并建設(shè)產(chǎn)線以推動(dòng)成果轉(zhuǎn)化歷時(shí)十多年的不懈努力，成功攻克上述難題，并探索出了一條將鋼渣用于固廢基膠凝材料的新路徑，實(shí)現(xiàn)了鋼渣這一難利用固廢的全量資源化利用。

二、解決問(wèn)題的思路與技術(shù)方案

本項(xiàng)目總體思路如下圖所示，以鋼渣的全量資源化利用為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)爐低MgO、低FeO鋼渣冶煉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鋼渣的源頭改性和減量；通過(guò)復(fù)鹽效應(yīng)、硅的四配位同構(gòu)化效應(yīng)等理論創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)多類型鋼渣固廢基膠凝材料性能調(diào)控技術(shù)、輥壓立磨強(qiáng)力混合和實(shí)時(shí)循環(huán)除鐵粉磨工藝，開(kāi)發(fā)了鋼渣礦渣脫硫石膏全固廢膠凝材料等高附加值產(chǎn)品；通過(guò)輥壓熱悶工藝的優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的f-CaO消解；通過(guò)開(kāi)發(fā)輥壓熱悶破碎精細(xì)篩分高效磁選水洗的鋼渣骨料加工工藝，形成全配鋼渣道路集料最終實(shí)現(xiàn)鋼渣全量資源化利用。

項(xiàng)目總體思路

三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果

開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)爐低MgO、低FeO冶煉技術(shù)和成分波動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了冶煉流程鋼渣的源頭改性和減量，解決了鋼渣安定性差、易磨性差、活性低的難題，鋼渣中MgO平均含量降至4%以下，鋼渣產(chǎn)出量小于80kg/噸鋼，CaOSiO成分波動(dòng)降低50%

開(kāi)發(fā)了多類型鋼渣固廢基膠凝材料性能調(diào)控技術(shù)，結(jié)合復(fù)鹽效應(yīng)為水化驅(qū)動(dòng)力和硅的四配位同構(gòu)化效應(yīng)理論，以鐵水脫硫渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣、精煉渣等冶金渣為原料，開(kāi)發(fā)了多類型鋼渣礦渣脫硫石膏體系固廢基膠凝材料，達(dá)到同等PO42.5水泥的性能要求，實(shí)現(xiàn)鋼渣高值化利用，并完成碳排放方法學(xué)核算，實(shí)現(xiàn)較水泥熟料CO減排90%

開(kāi)發(fā)了輥壓立磨強(qiáng)力混合和實(shí)時(shí)循環(huán)除鐵的微粉粉磨工藝裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了粒級(jí)與活性雙重優(yōu)化，提高了微米級(jí)金屬鐵顆?；厥章?，降低了粉磨能耗，制備出超細(xì)鋼渣粉、鋼鐵渣粉和固廢基膠凝材料等多種高附加值產(chǎn)品，已在礦山充填、道路建設(shè)、裝配式建筑、地坪鋪設(shè)、市政管廊工程和海工防波堤等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

開(kāi)發(fā)了“輥壓熱悶破碎精細(xì)篩分高效磁選水洗”的鋼渣骨料生產(chǎn)工藝技術(shù)，解決了傳統(tǒng)鋼渣加工流程中，粒度大、-CaO消解難、設(shè)備維修成本高、粉塵污染嚴(yán)重等問(wèn)題。發(fā)明了40mm粒徑，100%鋼渣全級(jí)配生產(chǎn)道路混合料技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鋼渣骨料加工技術(shù)與高效利用的整合與應(yīng)用。

四、應(yīng)用情況與效果

該項(xiàng)目獲得授權(quán)專利35件（其中國(guó)際專利件）編制標(biāo)準(zhǔn)15項(xiàng)（其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)），取得軟件著作權(quán)項(xiàng)。項(xiàng)目技術(shù)成果在北京、河北、山西等多地跨企業(yè)、跨行業(yè)推廣應(yīng)用，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)爐低MgO、低FeO冶煉技術(shù)首鋼應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益轉(zhuǎn)爐終渣平均TFe14%，平均MgO4%，滿足水泥行業(yè)對(duì)原材料MgO<6%標(biāo)準(zhǔn)限制，RO相≤10%，鋼渣產(chǎn)出量小于80kg/實(shí)現(xiàn)鋼渣源頭改性及減量，為鋼渣在建材行業(yè)大規(guī)模使用奠定基礎(chǔ)。

開(kāi)發(fā)“輥壓熱悶破碎精細(xì)篩分高效磁選水洗”的鋼渣骨料生產(chǎn)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著首鋼京唐公司自主設(shè)計(jì)建設(shè)一條年產(chǎn)100萬(wàn)噸鋼渣集料生產(chǎn)線，可提供五種集料產(chǎn)品，滿足道路集料標(biāo)準(zhǔn)要求，可全部替代天然石料作為道路集料使用，在京津冀周邊地區(qū)及京唐公司內(nèi)部廣泛應(yīng)用

同時(shí)，開(kāi)發(fā)出固廢基膠凝材料鋼鐵渣粉等高附加值產(chǎn)品，并針對(duì)固廢基膠凝材料生產(chǎn)與應(yīng)用無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依的問(wèn)題，制定相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)15項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其中產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)，應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)，形成完備的標(biāo)準(zhǔn)體系保證了膠凝材料在建筑、道路礦山充填海工等多場(chǎng)景的應(yīng)用固廢基膠凝材料技術(shù)入選《2021年北京市創(chuàng)新型綠色技術(shù)推薦目錄》和《2024年度建材行業(yè)三品典型案例》。目前已建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)能，開(kāi)發(fā)出C15-C60不同等級(jí)固廢基混凝土在北京、河北、山西等多地累計(jì)澆筑量50，推廣應(yīng)用2021年中國(guó)國(guó)際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)首鋼園展區(qū)地坪重點(diǎn)工程雄安新區(qū)、石太高速公路等項(xiàng)目

本項(xiàng)目對(duì)鋼渣源頭改性、減量及全量利用技術(shù)的創(chuàng)新思路，為大宗固廢鋼渣產(chǎn)生及后續(xù)利用難題的解決提供了理論和技術(shù)支撐，同時(shí)推動(dòng)了鋼鐵與建材、交通等多領(lǐng)域的協(xié)同應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)跨行業(yè)綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

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