鋼渣熱燜工藝技術改進實踐

王連其，劉志海，任起坡，張現東

（河北縱橫集團豐南鋼鐵有限公司，河北 唐山 063313）

目前，我國未利用鋼渣尾渣累積堆存量超過18億t，利用率卻只有10%左右，與西方國家相比，利用率較低，這不僅浪費了資源，同時也會對環境造成破壞。鋼渣主要是由硅酸三鈣、硅酸二鈣等礦物組成，屬于一種潛在的凝膠材料。但鋼渣所含的凝膠成分少、活性低，在很大程度上制約了鋼渣高價值資源化利用[1]。所以，必須要做好鋼渣預處理，盡可能將鋼渣粉化，將鐵渣分離，從而提高金屬料回收率，降低尾渣中游離氧化鈣含量。

自河北縱橫集團豐南鋼鐵集團有限公司（全文簡稱豐鋼）一期項目投產以來，鋼渣熱燜一直困擾著生產，經常出現渣子悶不透、渣中帶鋼、出坑率低，導致熱燜坑周轉不及時，直接影響到正常生產和安全生產。為此成立公關小組對鋼渣熱燜進行技術攻關，取得了較好的效果。

1 鋼渣熱燜原理及流程

鋼渣熱悶工藝的反應機理包括物理變化和化學反應，受化學反應膨脹應力、相變應力以及收縮應力的共同作用，鋼渣粉化，游離氧化鈣大幅度降低，實現鋼渣分離[2]。

1.1 物理變化

物理變化是指高溫鋼渣遇水蒸汽急速冷卻，由于鋼與渣的膨脹系數不同，產生不均勻冷縮，致使渣殼爆裂分開。另外，隨著鋼渣溫度的降低，渣中的水硬性礦物C3S開始發生晶形轉變，體積膨脹，鋼渣進一步粉化。以上物理變化是鋼渣熱悶工藝實現渣鋼分離的基礎。

水硬性礦物C3S的晶形轉變過程：C3S→C2S+CaO

1.2 化學反應

化學反應是指鋼渣中游離的氧化鈣和氧化鎂遇水蒸氣發生水解反應，并出現程度不一的體積膨脹，在熱燜罐中，基于高溫、高壓條件，鋼渣可快速粉化。這種水解反應消除了鋼渣的不穩定性，是鋼渣資源化利用的基礎。具體反應為：CaO+H2O=Ca（OH）2，體積膨脹97.8%；MgO+H2O=Mg（OH）2，體積膨脹148%。

根據滲透理論，隨著水蒸氣分壓變大，傳質系數隨之增大，所以在鋼渣熱燜工藝中，水化反應時間將隨著熱燜罐水蒸氣濃度增加而縮短[3]。利用熱燜罐中鋼渣余熱，借助自解技術產生過飽和蒸汽進行熱燜，可快速消解掉鋼渣中游離的氧化鈣和氧化鎂。

1.3 鋼渣熱悶工藝流程

鋼渣熱悶工藝流程：高溫鋼渣—天車—冷凝—悶渣池—翻渣—蓋蓋—打水熱悶—開蓋—汽運、皮帶—鋼渣二次磁選。

1.4 技術特點

1）可在線處理鋼渣，整個流程精簡、效率高。

2）適用性強，對鋼渣初始溫度、流動性等沒有具體要求。

3）通過對熱燜過程中罐中的溫度、壓力等參數進行調整，可以對鋼渣中游離氧化鈣的含量進行有效控制。

4）該工藝耗時短，與其他熱燜法相比，時間可縮短約10 h，僅需1.0～1.5 h即可，可以滿足大中型爐煉鋼快速排渣的需求。

5）尾渣具有較強的穩定性，加之并沒有降低水硬性礦物的活性，所以具有較高的資源化利用率。

6）鋼渣粉化徹底，處理后的鋼渣60%以上中粒度小于10 mm。

7）工藝流程環保節能，減少了環境污染，有利于清潔生產。

2 造成熱燜坑周轉不及時的原因

1）豐鋼生產以低碳鋼為主，鋼水碳含量相對偏低，過氧化嚴重，渣中FeO含量相對偏高，渣子偏稀入坑溫度高；倒渣時渣中帶鋼。

2）鋼渣熱燜、翻渣工藝不能滿足快節奏生產需要。

3）除塵閥門控制不好，不能實現有壓熱悶。

4）燜渣效果差，鋼渣塊度大，不能直接皮帶輸送。

3 改進措施

3.1 轉爐渣改進

1）首先從轉爐入手調整轉爐底吹參數，采用大流量底吹氣體，增強中后期攪拌，嚴格把控一次倒爐碳含量，減少鋼水過氧化，降低渣中FeO含量，控制w（FeO）在15%以內[4]。

2）降低轉爐造渣料的加入量，控制爐渣堿度在2.6～2.8之間，終渣w（MgO）為8%左右。

3）加強轉爐操作，控制噴濺，減少爐坑白渣量。4）轉爐出鋼必須出凈，嚴禁倒渣帶鋼。

3.2 改進熱燜工藝制度

1）增加渣罐數量，延長液態渣在渣罐當中的冷凝時間達到6 h以上，基本保證倒罐時罐內全部為固態渣或有一定黏度的鋼渣。

2）重點關注翻渣過程，對存在液態渣較多的罐次，至少翻渣3次以上。每次翻渣做到深翻，大塊渣子用耙子打開，確保塊狀渣子小于400 mm。延長兩罐之間的翻罐時間，使鋼渣充分降溫。

3）翻渣過程中有打不開的大塊或鋼塊要清理出來，以免大塊在渣子上方形成保護傘影響透水。

4）對各悶渣坑的氣動閥門進行了改進，悶渣過程中根據蒸汽情況及時調節氣動閥門的開度，保證兩個排氣孔有蒸汽冒出，使悶渣坑內部始終處于正壓狀態，確保悶渣效果。

5）水系統增加了冷卻塔，大大降低了噴淋水的溫度，較少了悶渣打水時間。

6）燜渣打水時間控制在8～10 h，前1 h根據蒸汽量適當調整水量，之后按60 m3/t打水，使鋼渣充分與水結合，減少了鋼渣板結，總用水量控制在400m3。

3.3 增加鉤機數量

改進鉤機攜帶翻渣爬，提高備件質量降低車輛故障率，提高車輛作業時間。加強員工操作技能培訓。

4 改進效果

1）采用新的燜渣處理工藝，鋼渣處理周期由原來的20 h縮短到目前的不足12 h，消除了原來渣跨堆積大量渣山的情況；鋼渣熱燜后含有10%～15%水分，現場二次揚塵的現象得到杜絕。渣處理場地空氣平均含塵量由原來的10 mg/m3降低到4 mg/m3，較好地改善了環境。

2）采用燜渣處理后的鋼渣，粒度＜20 mm的量占60%～80%，與原來的鋼渣熱潑工藝相比，省去了后續深處理的多級破碎設備。

3）鋼渣分離效果好，大粒級的鋼渣鐵品位高，金屬回收率由原來的94%提高到95%；尾渣中金屬含量＜2%，減少了金屬資源的浪費。

4）鋼渣熱燜處理使尾渣中的游離CaO和游離MgO充分消解，消除鋼渣不穩定因素，使鋼渣用于建材和道路工程安全可靠，尾渣的利用率達100%。

5）鋼渣熱燜處理使用來自于其他工序產生的污水，不需要新水補充，節約水資源，同時減少了廢水排放對環境的污染。

6）改進后的熱燜技術鋼渣小粒級有了明顯提升，皮帶運輸作業率提升到60%，極大降低了汽運車輛使用量。

5 結語

通過各道轉爐和熱燜工藝上的改進，降低了原有熱燜工藝對環境的污染，縮短了處理周期，大大降低了工人的勞動強度，提高了皮帶作業率，真正起到了為生產保駕護航的作用。