鹿岛钢铁厂钢铁渣利用技术的开发

      1 研究背景

  鹿岛厂位于茨城县东南部，是面向鹿岛滩的鹿岛临海工业带的联合钢铁厂。2013财年的粗钢产量约700万t，副产品钢铁渣的产生量约280万t。正在积极研究如何将这些钢铁渣变为渣产品，提高其附加值以利于销售。

  茨城县仅次于北海道和爱知县，也是具有道路面积的公路县，而且距千叶、东京大都市约100km。充分利用这一地理位置优势，开发和销售道路用路基材料为主的陆地土建工程用钢铁渣产品。考虑到钢铁渣产品对环境的影响，开发可以放心使用的再利用产品是非常重要的，也是稳定销售的根本。虽然钢铁渣可作为有效资源再利用，但是减少钢铁渣的单位产生量更有利于环保。

  2 钢铁渣环保利用技术的开发

  2.1氟溶出抑制技术

  道路用钢铁渣是根据1979年制定的标准JIS A5012开发的，其后，进行了各种性能改良，将改良结果反馈给JIS，2013年修订JIS时，作为更放心的产品，增加了环境安全品质条款。在此之前，鹿岛厂就根据环境安全品质标准进行了技术开发，其中一项是氟溶出抑制技术。

  在钢水精炼中，为了促进杂质的去除，往往使用萤石（CaF2）作熔剂。但是，使用萤石易使钢渣溶出氟（F），担心影响环境。因此，采取了以下应对措施：1）即使使用萤石，也要抑制氟的溶出，以生产出保证环境的渣产品；2）推进开发不使用萤石的精炼方法。

  氟溶出抑制技术。在含氟的钢渣中配合高炉水淬渣等溶出二氧化硅的物质和含钙的生石灰等，进行混合，制作氟固定能力高的水化物，用固定氟抑制氟溶出（机理见图1）。渣溶出的钙离子与二氧化硅反应，形成特定的水化物，除固定氟外，该项技术还是通过生石灰等溶出的过剩钙离子作为氟化钙（CaF2）固定氟的技术。此外，为了确立不使用萤石的精炼方法，不销售利用该技术的路基材料。

      2.2土壤中重金属溶出抑制技术（土壤改良）

  土壤中往往含有锰、锌、砷、镉和镍等重金属。如果土壤是中性的，这些重金属不溶出是无害的，但若土壤中的pH值偏酸性，这些重金属溶出就可能会污染环境和妨碍农作物的生长。例如奄美大岛的土壤是酸性（pH=5.1），具有重金属溶出的风险。

  在这种土壤30mm以下混合整粒的钢铁渣，可以长期稳定中和土壤。表1是试验的一例，通过应用渣中和土壤的pH值，减少锰、锌的溶出。根据土地的用途和成分，调整渣的混合量，可以实现目标pH值；而且因为钙是逐渐溶解，可以持续保持pH值。在钢铁渣的用途中，碱性成为问题，有限制使用的情况，但通过很好地利用，可以起到改善环境的作用。此外，渣中含有Fe、Mg和Ca等对植物有用的成分，有望作为农业肥料使用。

    3 促进钢铁渣的厂内循环使用

  鹿岛厂采取了减少钢铁渣量的措施。削减的方法有：减少使用的副原料；再利用产生的渣。下面介绍在高炉炼铁和炼钢工序再利用钢渣的案例。

  在炼钢过程中，为应对原料品位的恶化和高端钢的需求，采用去除杂质的脱硫和脱磷、脱碳二道工序或脱硫、脱磷、脱碳三道工序的两种精炼方法。脱硫过程中产生的钢渣多含有铁分和石灰。这些成分是炼铁的有效成分，但因含硫高，在高炉炼铁和炼钢工序都不能使用。因此，在烧结工序再利用，通过燃烧将硫转变为SOx从原料中分离，再经废气处理设备转变为石膏，这样不仅铁分、石灰，连硫也可作为资源回收。采用该脱硫工序产生的炉渣基本100%可以在厂内再利用。

  在三道工序的精炼方法中，脱磷后的脱碳工序产生的钢渣含磷量低，且富含铁分和石灰。因此，破碎整粒为适当的粒度，可以在烧结工序和炼钢工序再利用。脱碳工序产生的炉渣也基本100%可以在厂内再利用。采取这些措施后，每财年有约23万t的钢渣在炼铁工序内再利用，减少了天然资源的使用量（见表2）。

    君津钢铁厂钢铁渣利用技术的开发

      1 研究背景

  君津厂是位于房总半岛中部，面向东京湾的联合钢铁厂，每年生产销售约400万t钢铁渣。高炉渣主要用于水泥原料、混凝土骨料以及道路用料；钢渣大多用于道路用料、地基改良和人造石材等。正在开发适合君津厂生产方式和用户需求的钢铁渣利用技术。

  2 高炉渣细骨料

  2.1 混凝土细骨料所要求的功能

  混凝土细骨料最重要的功能是保证预拌混凝土的流动性，因此，对所需骨料的粒度分布和单位容积质量有一定要求。但是近年来，在海沙、山砂天然砂中，单类可获得适当粒度分布的材料很少，需要混合粒度不同的材料来调整。君津厂附近主要是细山砂，所以需要粗骨料。

  2.2 高炉渣细骨料生产技术

  高炉水渣有两种：一种是高炉出铁后，将与铁水按比重分离的高炉渣在炉前水淬的水渣，另一种是用渣罐将其运送到其他场所水淬化的炉外水淬渣。

  炉前水淬渣和炉外水淬渣在水淬处理后均混有针状粒，作为混凝土细骨料使用时，这种针状粒会降低单位容积质量，而且阻碍预拌混凝土的流动性。因此，进行了磨碎加工的轻破碎处理，破碎针状粒后出厂。此外，对于粒度调整也有根据需要分级微粒部分的情况。

  磨碎加工后的炉外水淬渣颗粒稍粗，是重质；但炉前水淬渣颗粒稍细，是轻质。炉前水淬渣的产量多，需要确立炉外水淬渣和炉前水淬渣混合利用的细骨料制造方法。在此，改变炉前水淬渣和炉外水淬渣的混合比，调查了混合料的粒度分布、单位容积质量。调查结果显示，可以找到能够稳定满足要求规格的混合条件，未经磨碎加工的炉前水淬渣用于水泥原料、磨碎加工后的炉前水淬渣作为细目细骨料用、磨碎加工后的炉前水淬渣和炉外水淬渣的混合品作为粗目细骨料用，根据需要确立了最佳的制造体制（见图1）。

    此外，君津厂的高炉渣骨料（见表1）还取得了JIS的认证，从生产到出厂严格进行高品质管理和持续的改善活动，是用户可放心使用的高品质产品。

    3 软土改良技术的应用

  3.1 陆地用途

  在住宅用地的开发和道路修建工程中，因地基软往往需要进行改良以提高地基强度。钢渣适当含有石灰，可以期待与土混合的水化固化效果。因此，根据地基的粒度和水分特性，通过研究钢渣的粒度、配合，作为软土改良料，可以发挥很好的效果。

  3.2 海域用途

  为确保航线等正常发生的疏浚土作为湾内取砂遗留深坑的回填料使用，利用钢渣的固化作用，使用将疏浚土与调整粒度和成分后的钢渣混合，用这种改善强度的改良土（氧化钙改良土），在沿岸等藻场，将日光不足的海域浅滩化，同时设置水化固化体制造的人造石材（Beverley ? Rock），可以制造人造藻场（见图2）。

  在君津厂附近海域施工，确认了提高疏浚土强度，改善洼地等积水处的水环境，并有利于浅滩、藻场鱼类和海藻类的生长。（全荣）