鋼渣處理設施結構優化淺析

岳景旭

摘 要：鋼渣是煉鋼過程中產生的副產物，鋼渣的綜合利用有利于節能減排。當前我國環境排放標準日益提高，各地工業排放指標日益緊縮，新建或改造鋼渣處理項目排放指標不僅要滿足國家現行標準，也要滿足更為嚴苛的地方排放標準。本文就鋼渣處理設施結構優化展開探討。

關鍵詞：熱潑渣處理；渣廂設施；隔熱散熱；渣溝

1.鋼渣的主要成分

鋼渣作為煉鋼過程中的副產品，它是由金屬原料中的雜質與助熔劑、爐襯形成的一種工業廢棄物。鋼渣的化學成分尤其是堿度決定了其礦物組成。一般的礦物相為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵鋁酸鈣以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固熔體，還含有少量游離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等。由于煉鋼爐型、鋼種以及每爐鋼冶煉階段的不同使得鋼中各種成分的含量也有著較大的差異。鋼渣通常從冶煉方法、堿度和形態這三個方面進行分類。按煉鋼所用爐型可將鋼渣分為平爐鋼渣、轉爐鋼渣和電爐鋼渣。按鋼渣的形態可分為水淬粒狀鋼渣、塊狀鋼渣和粉狀鋼渣。由于化學成分及冷卻條件不同造成鋼渣外觀形態、顏色差異很大。鋼渣的堿度可由下式表示：

式中，M表示堿度，%CaO表示鋼渣主要成分中堿性氧化物的含量比，%SiO2+%P2O5表示鋼渣主要成分中酸性氧化物的含量比。按照堿度可將鋼渣分為低、中、高堿度鋼渣。M<1.8稱為低堿度鋼渣，M=1.8～2.5稱為中堿度鋼渣，M>2.5稱為高堿度。一般鋼渣的化學成分主要受鋼鐵的生產工藝及原料的影響。盡管具體成分有波動，但鋼渣主要成分大體相同，見表1。

2.鋼渣處理工藝

2.1熱潑法

熱潑法是向出鋼高溫鋼渣進行噴水急冷，鋼渣因其中不同組分在冷卻過程產生的應變力和與水反應產生的膨脹力兩種作用力下產生大量裂紋，冷卻水經裂紋滲入，加速破裂過程。熱潑法主要有露天、箱式及淺盤熱潑三種方法。熱潑法對鋼渣的流動性沒有具體的要求，但鋼渣粉化率低，渣鐵分離困難，處理后大塊鋼渣比例高，不利于后續的破碎篩分磁選；熱潑處理后鋼渣中游離鈣鎂氧化物含量為5%～10%，遠超3%的資源化利用指標要求，安定性不合格無法直接利用，往往陳化數年才考慮資源化利用；生產過程產生的大量含塵蒸汽無組織排放，生產環境十分惡劣。因此，熱潑法工藝落后，應盡快淘汰。

2.2冷卻法

熱潑法冷卻過程中，渣廂內部溫度從約1650℃劇降至約60℃，期間伴隨劇烈的化學反應，鋼渣裂隙內產生大量的飽和高溫蒸汽，渣塊隨之崩裂粉化，這些高溫蒸汽及飛崩的高溫渣塊，對渣廂周邊擋墻產生很大的破壞性。因此，渣廂擋墻必須具有良好的熱防護性能，擋墻內壁的隔熱散熱必須高效，才能保障渣廂結構在高溫輻射、渣塊撞擊等作用下安全可靠的運行。根據渣廂不同的容積，噴淋冷卻水一般需要80m3/h～150m3/h耗水量，隨之產生大量的冷卻廢水，而廢水中裹挾大量的渣粉，排放路徑須通暢，并具有初步濾渣功能。

2.3熱悶法

熱悶法是中冶建研總院于20世紀90年代研制成功的一種鋼渣處理技術，現已在首鋼京唐、寶鋼、鞍鋼、重慶鋼廠等多家鋼鐵企業推廣應用，效果良好。其處理工藝過程是：將密封在熱悶罐中的液態鋼渣進行間歇式的灑水，急冷產生的物理力學作用和蒸汽對渣中游離氧化鈣的水化作用使其破碎。其主要優點在于工藝比較簡單，對高堿度鋼渣有更好的處理效果，處理后的鋼渣活性較高、穩定性較好；缺點是處理后鋼渣粒度均勻性差、破碎加工量大、較長處理周期。

3.渣廂結構優化措施

結合工程實踐經驗，綜合考慮渣廂冷卻環境特點，采取了兩方面的優化措施：一是改良隔熱、散熱構造措施；二是改良廢水排放構造措施。優化后的隔熱結構設施如圖1所示。（1）隔熱散熱構造措施。首先，在內壁設置約200mm厚的耐火磚基座，支撐梁采用鍍鋅螺栓固定于基座上，阻隔熱源傳導路徑，避免混凝土局部高溫導致開裂。在支撐梁上翼緣兩側設置限位卡槽連接隔熱板，梁板在高溫變形時，由于變形不協調，使之既能相互自由伸縮，又可保證隔熱板不致脫落。隔熱板與擋墻之間的空隙內不再填充耐材，在隔熱板背面設置散熱板，可促進空隙內飽和蒸汽對流散熱，保證散熱通暢，散熱板亦可限制隔熱板面外翹曲變形。支撐梁采用廢鋼軌，因鋼軌具有良好的耐熱變形特性，且經濟環保。此外，錨栓連接便于后期維護，且導熱面積很小，可忽略不計。優化后的渣廂設施剖面圖如圖2所示。優化后熱潑渣廂設施為架空式，材料均為常規材質，主要材質和規格為：普通礦渣硅酸鹽鋼筋混凝土，強度等級為C30～C35；粘土質隔熱耐火磚，性能指標為NG135-1.3，耐火度不低于1690℃；QU50廢鋼軌；25mm～35mm厚隔熱板，材質為Q235-B碳鋼或鑄鋼板；M20～M24鍍鋅錨栓，材質為Q235-B或不銹鋼。（2）排水構造措施。對于噴淋冷卻廢水的排放污染，采取兩方面措施來解決：一是優化排水路徑，二是優化渣溝構造。首先，渣廂底板頂面設置5%～10%的坡度，在底板上均勻鋪設500mm厚黏性土層，并分層夯實，夯實系數不小于0.94，在夯實后的土層上鋪設300mm～500mm高爐礦渣，粒徑為50mm～150mm。其二，渣溝蓋板中間設置60mm×500mm的長圓孔，并在蓋板兩邊側各增設一個30mm×500mm凹槽，當蓋板鋪裝后，相鄰蓋板之間自然形成了一個60mm×500mm的落水孔，則落水孔的面積增大1.5倍。其三，在來水方向的渣溝側壁頂部，水平增設一排約100mm×300mm的矩形泄水孔，孔間凈距約400mm，并在泄水孔外側增設活動式格柵濾網，格柵濾網可采用鍍鋅碳鋼或不銹鋼，網孔宜為25mm×25mm左右，濾網可防止大顆粒礦渣進入渣溝。經優化后，冷卻廢水可初步過濾，大大減少廢水中的渣粉含量，減緩流速；大部分廢水首先通過渣溝側壁的泄水孔流入溝內，若仍有部分溢出，可通過頂部蓋板的落水孔流入渣溝，多道泄水路徑，明顯提升了排水效率，基本解決了場地污染。

4.結語

我國工業經濟發展迅速，帶來了日益嚴重的環境問題，迫切需要鋼渣處理利用生產的規范化。隨著技術的不斷發展和進步，鋼渣處理工藝會有著更快的發展，鋼渣也將有著更廣闊的應用前景。

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