名古屋厂铁水预处理炉渣肥料化的开发

      1 研究背景

  以前农业肥料的原料主要是以高炉渣为原料的Kei-Karu和以转炉渣为原料的Mine-Karu。1989年名古屋厂转炉型铁水预处理炉（LD-ORP）投产，铁水预处理比率迅速增加，因此开展了铁水预处理渣（ORP渣）用于肥料的技术研究。当时炼钢车间的技术人员进行了是否可以将铁水预处理渣作为硅酸肥料商品化的技术研究，开发了名古屋厂独创的商品“农力UP”肥料。

  2 肥料开发的关键

  一般情况下，肥料要求的成分是三大元素（氮、磷和钾）。但是，在农业科学领域，各成分施肥效果的研究正在取得进展，判明了可溶性硅酸、水溶性硅酸、可溶性苦土（镁）、碱性（氧化钙）、铁分和锰等各种效用（见表1）。

    当时名古屋厂的肥料商品有加工高炉渣生产的Kei-Karu和加工转炉渣生产Mine-Karu两种。铁水预处理（ORP）渣因是铁水阶段的炼钢精炼渣，所以具有高炉渣和转炉渣双方的特性，均衡含有硅酸、石灰、磷酸、铁、锰、镁等，因此作为多合一肥料，进行了通过降低单位面积施肥量来降低环境负荷的研究。

  2.1 硅酸根离子的供给

  农业主要作物水稻属于禾本科植物，禾本科属于硅酸植物类，根、茎、种子多含硅酸，所以，如何有效地向水稻根部提供硅酸根离子非常重要。

  一般在酸性条件下，常温水溶液中的氧化物易离子化。因此，用盐酸在pH=0.7的条件下测定肥料中的“可溶性硅酸”。另一方面，用pH=6~7左右的离子交换水测定“水溶性硅酸”，以评价肥效。用盐酸测定的理由是为了掌握肥料内所含的硅酸总量；用离子交换水进行测定的理由是为了掌握在近似水田条件下溶出的硅酸。

  渣系硅酸肥料产品有以高炉渣为原料的Kei-Karu和以转炉渣为原料的Mine-Karu。在pH=0.7时，高炉渣的硅酸溶出值最高；另一方面，在水稻实际生长条件（pH=6~7）下，以ORP渣为原料的试制品的硅酸溶出值也较高（见图1），由田间试验的结果发现，使用以ORP渣为原料的试制肥料改善了水稻的收获量（见图2）。

    1998年开发出以名古屋厂铁水预处理渣为原料的硅酸肥料试样后，经过产业振兴公司的制粒技术等开发出肥料产品，2000年该公司以“农力UP”的商品名开始销售。其后销售量持续扩大，目前发货量已超过2万t/a。

  和歌山厂钢铁渣利用的开发状况

      1 高炉渣

  1.1 用作混凝土骨料

  在和歌山厂的高炉渣产品中，作混凝土用骨料的占比高于25%，2012年发货量约33万t，详细情况见表1。采用炉外水淬设备（2005年投产）生产、销售高炉渣混凝土细骨料约12万t/a。2005年，在渣处理场缓冷破碎分级生产、销售的高炉渣粗骨料约16万t。

    对生产高炉渣混凝土粗骨料时产生的粒径在5mm以下的部分，用湿法分级设备（2010年投产）再次分级成粒径为2.5~5mm和2.5mm以下两部分，以作为混凝土二次制品用骨料等，年生产、销售约5万t/a。采用湿法分级设备分出的混凝土二次制品用骨料的商品化，在2012年度资源循环技术系统表彰中获得奖励奖。混凝土二次制品，在国土交通省的NETIS（新技术信息提供系统）作为“100%使用高炉缓冷渣骨料的混凝土二次制品”注册（注册号：KK-11041-A）。

  2 钢渣

  2.1 作为厂内原料再利用

  过去，和歌山厂是将炼钢过程脱硫工序排出的脱硫渣作为烧结原料再利用。但因限制排气中SOx的排放量，有效利用量不能与产生量相平衡。2009年新1号高炉开炉，5号烧结机的生产能力增强，从2008年脱硫脱硝设备开始运行，脱硫渣的有效利用量才可与产生量平衡，钢渣作为厂内原料的再利用率迅速提高。此外，通过钢渣的粒度管理，确认了烧结矿的RDI（还原粉化指数）、粘结剂单耗降低，使在烧结矿的生产中多配用脱硫渣成为可能。现在，脱硫渣的配合比大约达到50%（见图1）。

      2.2 使用转炉钢渣骨料混凝土铺设路面

  开发和研究了用钢渣作骨料的混凝土铺设路面的用途。厂内混凝土路面的铺设因兼顾成本因素和操作的便捷性，要求降低初始成本和短期开放。为了解决这些问题，对转炉钢渣骨料是否适用水泥协会路面铺设技术专门委员会开发的“1 DAY  PAVE”技术进行了实验室试验和和歌山厂内试验。试验结果表明，生产、发货和运输均没有问题，到达施工现场时的塌落流动性为41.5cm，空气量为4.4%，满足了目标值（见表2）。

  此外，混凝土1天龄期的抗折强度为5.40N/mm2，满足了目标值（见图2）。施工性良好，也没有发现浇筑后产生的塑性收缩裂纹和干燥收缩裂纹。一年后的目测调查也没有发现收缩裂纹。今后计划随时了解使用情况的变化，并适当扩大应用范围。（全荣）