轉(zhuǎn)爐渣渣箱熱悶一次處理研究與實(shí)踐

蔣 松，高 原

（寶武環(huán)科金資公司，湖北 武漢 430081）

1 研究背景

鋼渣是鋼鐵企業(yè)在煉鋼過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，如何從鋼渣中有效地回收廢鋼和高價(jià)值利用的鋼渣是煉鋼行業(yè)面臨的重要課題。目前，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的鋼渣沒有高價(jià)值利用，而鋼渣的堆放不僅占用土地，還會(huì)淤塞溝渠，污染水系，破壞環(huán)境質(zhì)量，而且還是鋼渣資源的巨大浪費(fèi)，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，需將鋼渣的正確處理和利用工藝納入煉鋼生產(chǎn)環(huán)節(jié)，用以充分回收鋼渣中的殘鋼，以便進(jìn)一步提高資源利用率，同時(shí)，改善廠區(qū)環(huán)境，減少排渣占地，實(shí)現(xiàn)“清潔生產(chǎn)”、“文明工廠”的目標(biāo)，這也是鋼鐵企業(yè)建設(shè)和發(fā)展的重要工作內(nèi)容之一。

以武鋼條材總廠為例，在2019年8月份以前，總廠內(nèi)的一分廠和CSP分廠的鋼渣通過火車集中運(yùn)送到幾公里外的渣場(chǎng)，在直立墻下翻卸冷卻、分揀回收[1]。這種簡(jiǎn)單的敞開式的處理方式存在的主要問題是：（1）產(chǎn)生的大氣污染物不能集中收集，導(dǎo)致大氣污染物無組織排放；渣場(chǎng)區(qū)域揚(yáng)塵嚴(yán)重；鋼渣冷卻后的污水并沒有經(jīng)合格處理達(dá)標(biāo)后集中外排，嚴(yán)重污染周圍環(huán)境。（2）熱潑處理的鋼渣，渣與鋼分離效果差，后續(xù)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(wěn)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(xiàn)有的地理優(yōu)勢(shì)與經(jīng)濟(jì)條件，合理規(guī)劃項(xiàng)目建設(shè)，武鋼有限公司與寶武環(huán)科金資公司于2018年10月開始實(shí)施《條材廠鋼渣處理工藝環(huán)保改造項(xiàng)目》，項(xiàng)目于2019年7月完工，8月熱負(fù)荷試車成功后投入生產(chǎn)。雙方希望能生產(chǎn)出適銷對(duì)路的鋼渣產(chǎn)品以及衍生品，達(dá)到鋼渣資源的高效循環(huán)利用，使周邊的生態(tài)環(huán)境得到保護(hù)，并取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)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(huán)保改造項(xiàng)目是針對(duì)轉(zhuǎn)爐渣一次處理采用的環(huán)保型熱悶工藝。該工藝的原理是，將熱態(tài)熔融鋼渣傾倒在地面式熱悶渣箱中，當(dāng)溫度冷卻至800 ℃左右時(shí)，蓋上裝置蓋，進(jìn)行噴水以產(chǎn)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(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生的體積膨脹應(yīng)力，使鋼渣冷卻、龜裂，進(jìn)而鋼渣粉化。鋼渣粉化后，消除了鋼渣的不穩(wěn)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(zhuǎn)爐都可以進(jìn)行處理。當(dāng)熱悶后的鋼渣粒徑小于20 mm的比例不低于60%時(shí)，粉化效果較好，而后續(xù)的分選破碎工作量會(huì)減小，渣產(chǎn)品的性能也基本穩(wěn)定。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)蒸汽有組織排放，污水循環(huán)利用，環(huán)境污染小，而生產(chǎn)環(huán)境也相對(duì)較好。

3.2 熱悶工藝流程

用火車將渣罐運(yùn)入轉(zhuǎn)爐渣處理廠房?jī)?nèi)，用100/32 t鑄造起重機(jī)吊起轉(zhuǎn)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(jī)翻動(dòng)、打碎大塊渣，保證鋼渣表面無積水，再進(jìn)行下一次打水、搗渣，重復(fù)上述過程2～3次，等待下一次裝渣。當(dāng)熱悶渣箱內(nèi)裝滿鋼渣時(shí)，用吊鉤將密封蓋頂蓋和側(cè)蓋分別裝在熱燜渣箱上，工作人員會(huì)將打水管路接到密封蓋頂蓋上，自動(dòng)控制噴水后產(chǎn)生的蒸汽對(duì)鋼渣進(jìn)行消解處理，8～12 h后待渣箱內(nèi)蒸汽溫度降至60 ℃以下時(shí)，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(jī)將鋼渣鏟出，通過自卸車倒運(yùn)至二次處理加工生產(chǎn)線[2]，工藝流程如圖1所示。

圖1 熱悶工藝流程圖

3.3 轉(zhuǎn)爐渣熱悶處理效果

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

根據(jù)2019年至2020數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱悶處理轉(zhuǎn)爐渣罐數(shù)平均為1100罐/月，其中，平均每天處理37罐轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐渣量為：37×32=1184 t。

若在生產(chǎn)過程中，每個(gè)翻渣池作業(yè)周期是：翻渣、打水、冷卻、裝車等合計(jì)約24 h，理論上每天處理1184 t轉(zhuǎn)爐渣,需每個(gè)渣箱翻罐數(shù)為：

4 渣箱熱悶系統(tǒng)改進(jìn)工藝

在渣箱熱悶系統(tǒng)運(yùn)行一年多以來，鋼廠的保產(chǎn)情況基本正常，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一些需要解決的實(shí)際問題，如設(shè)備、工藝、操作等方面，所以，鋼廠針這些對(duì)問題分別制定了相應(yīng)的措施并一一進(jìn)行整改。

4.1 渣箱箱體系統(tǒng)改進(jìn)工藝

（1）渣箱側(cè)蓋改進(jìn)：原有渣箱側(cè)蓋長(zhǎng)7300 mm，高4400 mm。但由于側(cè)蓋高度太高，側(cè)蓋只能掛在渣箱口的掛耳上，這樣側(cè)蓋就著地了，如果渣箱門口的渣子有一定高度，側(cè)蓋就被渣子頂住掛不住，甚至?xí)粝聛恚斐砂踩[患，而且，在實(shí)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(cè)蓋高度降低改為長(zhǎng)7300 mm，高3000 mm，這樣側(cè)蓋掛在渣箱口的掛耳上就會(huì)懸空了，不會(huì)出現(xiàn)掛不上去的現(xiàn)象，同時(shí)，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(cè)蓋的改進(jìn)取得了良好的效果。

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

（3）渣箱上蓋打水水管改進(jìn)：渣箱上蓋打水水管原來分為三級(jí)，一級(jí)主水管為中間一根的Φ150 mm的水管，二級(jí)分水管為主水管兩側(cè)各4根Φ75 mm的水管，三級(jí)支水管為二級(jí)分水管下6根長(zhǎng)200 mm，Φ15 mm的水管，循環(huán)水經(jīng)過三級(jí)水管后從第三級(jí)支水管噴出。由于第三級(jí)支水管又細(xì)又長(zhǎng)，頻繁堵塞，而且疏通有相當(dāng)困難，滿足不了打水要求，為了擴(kuò)大打水能力，作業(yè)區(qū)取消第三級(jí)支水管，直接從二級(jí)分水管上開8個(gè)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(jìn)也取得了良好的效果。

4.2 打水工藝改進(jìn)

原來的渣箱打水工藝是由程序控制的，打一段時(shí)間，停一段時(shí)間，然后再打一段時(shí)間，再停一段時(shí)間，依次循環(huán)，共11個(gè)階段。雖然各個(gè)階段的打水時(shí)間、流量均可通過程序調(diào)整，但是一旦設(shè)定，就成為了固定模式，不會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況而自行調(diào)整，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)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(jīng)多次試驗(yàn)，最后確定打水時(shí)間為16 h，這樣既能將水打透有效降低作業(yè)安全隱患，又能保證渣箱周轉(zhuǎn)不會(huì)影響生產(chǎn)。

4.3 悶渣后處理工藝改進(jìn)

轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)過一次加工后，運(yùn)至二次渣加工中心進(jìn)行二次加工生產(chǎn)。其主要工藝為破碎、磁選、篩分，最后的產(chǎn)品為爐渣（0～10 mm）和渣鋼，其中渣鋼返回?zé)掍搹S入轉(zhuǎn)爐重新利用，爐渣（0～10 mm）則作為加工產(chǎn)品外銷，主要用作水泥熟料生產(chǎn)硅酸鹽水泥。在鋼渣二次生產(chǎn)加工過程中，如鋼渣含水率高則會(huì)出現(xiàn)粘料和粘附皮帶現(xiàn)象，顆粒大的鋼渣容易堵塞篩網(wǎng)，不易再加工。因此，在一次處理時(shí)需降低鋼渣含水率、提高粉化率，以有利于二次加工，為達(dá)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?yàn)榉謱訑嚢璐蛩芗哟箐撛c高溫蒸汽的反應(yīng)程度，既減少打水時(shí)間，又達(dá)到了預(yù)計(jì)粉化率和含水率；

（2）根據(jù)條材廠生產(chǎn)節(jié)奏，如果沒有多余時(shí)間分層打水?dāng)嚢璧模鳂I(yè)區(qū)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境及生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)節(jié)奏制定合理的打水流程和打水時(shí)間，確保鋼渣能有效的進(jìn)行熱悶粉化反應(yīng)；

（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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)二次破碎；

（4）對(duì)渣箱排水溝及時(shí)進(jìn)行清理，減少渣箱積水，降低開采時(shí)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(yùn)至二次加工線的鋼渣含水率達(dá)標(biāo)。

經(jīng)過一次渣加工中心不斷的調(diào)整和優(yōu)化加工工藝，目前鋼渣含水率已降低至10%以內(nèi)，粉化率達(dá)到了90%以上，滿足了二次加工的條件。

5 結(jié)論

本文總結(jié)了轉(zhuǎn)爐渣渣箱熱悶處理的工藝和生產(chǎn)過程中遇到的問題及改進(jìn)措施，通過不斷的總結(jié)、完善，提高了轉(zhuǎn)爐渣處理的效率和質(zhì)量。同時(shí)，逐步優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐渣二次加工，為客戶提供了高質(zhì)量、高規(guī)格的的鋼渣產(chǎn)品。