轉爐渣渣箱熱悶一次處理研究與實踐

蔣 松，高 原

（寶武環科金資公司，湖北 武漢 430081）

1 研究背景

鋼渣是鋼鐵企業在煉鋼過程中產生的副產品，如何從鋼渣中有效地回收廢鋼和高價值利用的鋼渣是煉鋼行業面臨的重要課題。目前，大多數鋼鐵企業生產的鋼渣沒有高價值利用，而鋼渣的堆放不僅占用土地，還會淤塞溝渠，污染水系，破壞環境質量，而且還是鋼渣資源的巨大浪費，影響企業的經濟效益。因此，需將鋼渣的正確處理和利用工藝納入煉鋼生產環節，用以充分回收鋼渣中的殘鋼，以便進一步提高資源利用率，同時，改善廠區環境，減少排渣占地，實現“清潔生產”、“文明工廠”的目標，這也是鋼鐵企業建設和發展的重要工作內容之一。

以武鋼條材總廠為例，在2019年8月份以前，總廠內的一分廠和CSP分廠的鋼渣通過火車集中運送到幾公里外的渣場，在直立墻下翻卸冷卻、分揀回收[1]。這種簡單的敞開式的處理方式存在的主要問題是：（1）產生的大氣污染物不能集中收集，導致大氣污染物無組織排放；渣場區域揚塵嚴重；鋼渣冷卻后的污水并沒有經合格處理達標后集中外排，嚴重污染周圍環境。（2）熱潑處理的鋼渣，渣與鋼分離效果差，后續篩分磁選難度大。（3）鋼渣中的游離氧化鎂和游離氧化鈣無法完全消解，造成鋼渣穩定性不好，其尾渣不能作為建材和建材制品以及道路材料使用，因此利用率低。

2 研究目的

為充分利用現有的地理優勢與經濟條件，合理規劃項目建設，武鋼有限公司與寶武環科金資公司于2018年10月開始實施《條材廠鋼渣處理工藝環保改造項目》，項目于2019年7月完工，8月熱負荷試車成功后投入生產。雙方希望能生產出適銷對路的鋼渣產品以及衍生品，達到鋼渣資源的高效循環利用，使周邊的生態環境得到保護，并取得良好的社會效益和經濟效益，

3 渣箱熱悶處理工藝

3.1 熱悶工藝原理

條材廠鋼渣處理工藝環保改造項目是針對轉爐渣一次處理采用的環保型熱悶工藝。該工藝的原理是，將熱態熔融鋼渣傾倒在地面式熱悶渣箱中，當溫度冷卻至800 ℃左右時，蓋上裝置蓋，進行噴水以產生飽和蒸汽，利用水蒸汽與鋼渣中的游離氧化鈣（f-CaO）和游離氧化鎂（f-MgO）發生反應后產生的體積膨脹應力，使鋼渣冷卻、龜裂，進而鋼渣粉化。鋼渣粉化后，消除了鋼渣的不穩定性，鋼和渣也自然分離，便于金屬回收。該工藝鋼渣處理范圍較廣，只要溫度不低于300 ℃的轉爐都可以進行處理。當熱悶后的鋼渣粒徑小于20 mm的比例不低于60%時，粉化效果較好，而后續的分選破碎工作量會減小，渣產品的性能也基本穩定。同時，還可以實現蒸汽有組織排放，污水循環利用，環境污染小，而生產環境也相對較好。

3.2 熱悶工藝流程

用火車將渣罐運入轉爐渣處理廠房內，用100/32 t鑄造起重機吊起轉爐渣罐并將熱熔鋼渣傾倒至地面熱悶渣箱中，然后將空罐返回火車。渣箱每次倒入鋼渣后，打水冷卻直到表面凝固為止，用挖掘機翻動、打碎大塊渣，保證鋼渣表面無積水，再進行下一次打水、搗渣，重復上述過程2～3次，等待下一次裝渣。當熱悶渣箱內裝滿鋼渣時，用吊鉤將密封蓋頂蓋和側蓋分別裝在熱燜渣箱上，工作人員會將打水管路接到密封蓋頂蓋上，自動控制噴水后產生的蒸汽對鋼渣進行消解處理，8～12 h后待渣箱內蒸汽溫度降至60 ℃以下時，將打水管路從密封頂蓋上分離并通過吊車將渣箱密封蓋移走，用履帶式挖掘機將鋼渣鏟出，通過自卸車倒運至二次處理加工生產線[2]，工藝流程如圖1所示。

圖1 熱悶工藝流程圖

3.3 轉爐渣熱悶處理效果

一次處理車間轉爐渣處理的區域布置有11個地面式熱悶渣箱，每個渣箱尺寸約為7 m×8 m×4 m（長×寬×深），幾何容積約為224 m3，每個渣池裝渣量為：224×2×0.5=224 t。

根據2019年至2020數據統計，熱悶處理轉爐渣罐數平均為1100罐/月，其中，平均每天處理37罐轉爐渣，其渣罐容積為16 m3，每罐渣重約：16×2=32 t，每天處理的轉爐渣量為：37×32=1184 t。

若在生產過程中，每個翻渣池作業周期是：翻渣、打水、冷卻、裝車等合計約24 h，理論上每天處理1184 t轉爐渣,需每個渣箱翻罐數為：

4 渣箱熱悶系統改進工藝

在渣箱熱悶系統運行一年多以來，鋼廠的保產情況基本正常，但同時也發現一些需要解決的實際問題，如設備、工藝、操作等方面，所以，鋼廠針這些對問題分別制定了相應的措施并一一進行整改。

4.1 渣箱箱體系統改進工藝

（1）渣箱側蓋改進：原有渣箱側蓋長7300 mm，高4400 mm。但由于側蓋高度太高，側蓋只能掛在渣箱口的掛耳上，這樣側蓋就著地了，如果渣箱門口的渣子有一定高度，側蓋就被渣子頂住掛不住，甚至會翻掉下來，造成安全隱患，而且，在實際工作中根本看不到渣箱里面的打水情況。基于這種情況，工藝人員將側蓋高度降低改為長7300 mm，高3000 mm，這樣側蓋掛在渣箱口的掛耳上就會懸空了，不會出現掛不上去的現象，同時，也便于觀察渣箱里面的打水情況。因而消除了安全隱患，渣箱側蓋的改進取得了良好的效果。

（2）渣箱側蓋掛耳改進：渣箱原有的側蓋掛耳是通過4根預埋在混凝土里的Φ12 mm的螺紋鋼焊接在渣箱壁上，其強度不夠，經常被撞脫落，存在側蓋倒覆的安全隱患，而且側蓋掛耳又短又淺，用于懸掛側蓋困難且費時，經過工藝人員分析研究，將掛耳加長100 mm,加深100 mm，焊在渣箱頂蓋的兩側，通過長長的焊縫提高側蓋掛耳的強度，達到了懸掛側蓋又快又穩，消除了側蓋掛耳脫落和側蓋倒覆的安全隱患。

（3）渣箱上蓋打水水管改進：渣箱上蓋打水水管原來分為三級，一級主水管為中間一根的Φ150 mm的水管，二級分水管為主水管兩側各4根Φ75 mm的水管，三級支水管為二級分水管下6根長200 mm，Φ15 mm的水管，循環水經過三級水管后從第三級支水管噴出。由于第三級支水管又細又長，頻繁堵塞，而且疏通有相當困難，滿足不了打水要求，為了擴大打水能力，作業區取消第三級支水管，直接從二級分水管上開8個Φ25 mm的孔向下噴水，使打水的流量得到加大，疏通除垢更為容易，打水水管改進也取得了良好的效果。

4.2 打水工藝改進

原來的渣箱打水工藝是由程序控制的，打一段時間，停一段時間，然后再打一段時間，再停一段時間，依次循環，共11個階段。雖然各個階段的打水時間、流量均可通過程序調整，但是一旦設定，就成為了固定模式，不會根據現場的實際情況而自行調整，經常會出現打水打多了，水到處橫流；打水打少了，鋼渣沒有被打透。工藝人員經多次試驗，最后確定打水時間為16 h，這樣既能將水打透有效降低作業安全隱患，又能保證渣箱周轉不會影響生產。

4.3 悶渣后處理工藝改進

轉爐渣經過一次加工后，運至二次渣加工中心進行二次加工生產。其主要工藝為破碎、磁選、篩分，最后的產品為爐渣（0～10 mm）和渣鋼，其中渣鋼返回煉鋼廠入轉爐重新利用，爐渣（0～10 mm）則作為加工產品外銷，主要用作水泥熟料生產硅酸鹽水泥。在鋼渣二次生產加工過程中，如鋼渣含水率高則會出現粘料和粘附皮帶現象，顆粒大的鋼渣容易堵塞篩網，不易再加工。因此，在一次處理時需降低鋼渣含水率、提高粉化率，以有利于二次加工，為達到該目的，一次渣加工中心需要采取以下措施：

（1）爐渣每翻一罐就打水、攪拌，因為分層攪拌打水能加大鋼渣與高溫蒸汽的反應程度，既減少打水時間，又達到了預計粉化率和含水率；

（2）根據條材廠生產節奏，如果沒有多余時間分層打水攪拌的，作業區應根據現場的實際環境及生產工藝、生產節奏制定合理的打水流程和打水時間，確保鋼渣能有效的進行熱悶粉化反應；

（3）在渣箱開采過程中做好初選，將未粉化的大塊鋼渣分選后進行現場二次破碎；

（4）對渣箱排水溝及時進行清理，減少渣箱積水，降低開采時鋼渣的含水率；

（5）裝車過程中不挖渣箱含水底渣，裝車后濾水10 min，確保運至二次加工線的鋼渣含水率達標。

經過一次渣加工中心不斷的調整和優化加工工藝，目前鋼渣含水率已降低至10%以內，粉化率達到了90%以上，滿足了二次加工的條件。

5 結論

本文總結了轉爐渣渣箱熱悶處理的工藝和生產過程中遇到的問題及改進措施，通過不斷的總結、完善，提高了轉爐渣處理的效率和質量。同時，逐步優化了轉爐渣二次加工，為客戶提供了高質量、高規格的的鋼渣產品。