鋼渣處理設(shè)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化淺析

岳景旭

摘 要：鋼渣是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，鋼渣的綜合利用有利于節(jié)能減排。當(dāng)前我國(guó)環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高，各地工業(yè)排放指標(biāo)日益緊縮，新建或改造鋼渣處理項(xiàng)目排放指標(biāo)不僅要滿(mǎn)足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，也要滿(mǎn)足更為嚴(yán)苛的地方排放標(biāo)準(zhǔn)。本文就鋼渣處理設(shè)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：熱潑渣處理；渣廂設(shè)施；隔熱散熱；渣溝

1.鋼渣的主要成分

鋼渣作為煉鋼過(guò)程中的副產(chǎn)品，它是由金屬原料中的雜質(zhì)與助熔劑、爐襯形成的一種工業(yè)廢棄物。鋼渣的化學(xué)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(tài)這三個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)。按煉鋼所用爐型可將鋼渣分為平爐鋼渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣和電爐鋼渣。按鋼渣的形態(tài)可分為水淬粒狀鋼渣、塊狀鋼渣和粉狀鋼渣。由于化學(xué)成分及冷卻條件不同造成鋼渣外觀形態(tài)、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(chēng)為低堿度鋼渣，M=1.8～2.5稱(chēng)為中堿度鋼渣，M>2.5稱(chēng)為高堿度。一般鋼渣的化學(xué)成分主要受鋼鐵的生產(chǎn)工藝及原料的影響。盡管具體成分有波動(dòng)，但鋼渣主要成分大體相同，見(jiàn)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(jìn)行噴水急冷，鋼渣因其中不同組分在冷卻過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)變力和與水反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹力兩種作用力下產(chǎn)生大量裂紋，冷卻水經(jīng)裂紋滲入，加速破裂過(guò)程。熱潑法主要有露天、箱式及淺盤(pán)熱潑三種方法。熱潑法對(duì)鋼渣的流動(dòng)性沒(méi)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(xù)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(yuǎn)超3%的資源化利用指標(biāo)要求，安定性不合格無(wú)法直接利用，往往陳化數(shù)年才考慮資源化利用；生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的大量含塵蒸汽無(wú)組織排放，生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣。因此，熱潑法工藝落后，應(yīng)盡快淘汰。

2.2冷卻法

熱潑法冷卻過(guò)程中，渣廂內(nèi)部溫度從約1650℃劇降至約60℃，期間伴隨劇烈的化學(xué)反應(yīng)，鋼渣裂隙內(nèi)產(chǎn)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(duì)渣廂周邊擋墻產(chǎn)生很大的破壞性。因此，渣廂擋墻必須具有良好的熱防護(hù)性能，擋墻內(nèi)壁的隔熱散熱必須高效，才能保障渣廂結(jié)構(gòu)在高溫輻射、渣塊撞擊等作用下安全可靠的運(yùn)行。根據(jù)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(chǎn)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(jì)90年代研制成功的一種鋼渣處理技術(shù)，現(xiàn)已在首鋼京唐、寶鋼、鞍鋼、重慶鋼廠等多家鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用，效果良好。其處理工藝過(guò)程是：將密封在熱悶罐中的液態(tài)鋼渣進(jìn)行間歇式的灑水，急冷產(chǎn)生的物理力學(xué)作用和蒸汽對(duì)渣中游離氧化鈣的水化作用使其破碎。其主要優(yōu)點(diǎn)在于工藝比較簡(jiǎn)單，對(duì)高堿度鋼渣有更好的處理效果，處理后的鋼渣活性較高、穩(wěn)定性較好；缺點(diǎn)是處理后鋼渣粒度均勻性差、破碎加工量大、較長(zhǎng)處理周期。

3.渣廂結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮渣廂冷卻環(huán)境特點(diǎn)，采取了兩方面的優(yōu)化措施：一是改良隔熱、散熱構(gòu)造措施；二是改良廢水排放構(gòu)造措施。優(yōu)化后的隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)施如圖1所示。（1）隔熱散熱構(gòu)造措施。首先，在內(nèi)壁設(shè)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(dǎo)路徑，避免混凝土局部高溫導(dǎo)致開(kāi)裂。在支撐梁上翼緣兩側(cè)設(shè)置限位卡槽連接隔熱板，梁板在高溫變形時(shí)，由于變形不協(xié)調(diào)，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(nèi)不再填充耐材，在隔熱板背面設(shè)置散熱板，可促進(jìn)空隙內(nèi)飽和蒸汽對(duì)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(jīng)濟(jì)環(huán)保。此外，錨栓連接便于后期維護(hù)，且導(dǎo)熱面積很小，可忽略不計(jì)。優(yōu)化后的渣廂設(shè)施剖面圖如圖2所示。優(yōu)化后熱潑渣廂設(shè)施為架空式，材料均為常規(guī)材質(zhì)，主要材質(zhì)和規(guī)格為：普通礦渣硅酸鹽鋼筋混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30～C35；粘土質(zhì)隔熱耐火磚，性能指標(biāo)為NG135-1.3，耐火度不低于1690℃；QU50廢鋼軌；25mm～35mm厚隔熱板，材質(zhì)為Q235-B碳鋼或鑄鋼板；M20～M24鍍鋅錨栓，材質(zhì)為Q235-B或不銹鋼。（2）排水構(gòu)造措施。對(duì)于噴淋冷卻廢水的排放污染，采取兩方面措施來(lái)解決：一是優(yōu)化排水路徑，二是優(yōu)化渣溝構(gòu)造。首先，渣廂底板頂面設(shè)置5%～10%的坡度，在底板上均勻鋪設(shè)500mm厚黏性土層，并分層夯實(shí)，夯實(shí)系數(shù)不小于0.94，在夯實(shí)后的土層上鋪設(shè)300mm～500mm高爐礦渣，粒徑為50mm～150mm。其二，渣溝蓋板中間設(shè)置60mm×500mm的長(zhǎng)圓孔，并在蓋板兩邊側(cè)各增設(shè)一個(gè)30mm×500mm凹槽，當(dāng)蓋板鋪裝后，相鄰蓋板之間自然形成了一個(gè)60mm×500mm的落水孔，則落水孔的面積增大1.5倍。其三，在來(lái)水方向的渣溝側(cè)壁頂部，水平增設(shè)一排約100mm×300mm的矩形泄水孔，孔間凈距約400mm，并在泄水孔外側(cè)增設(shè)活動(dòng)式格柵濾網(wǎng)，格柵濾網(wǎng)可采用鍍鋅碳鋼或不銹鋼，網(wǎng)孔宜為25mm×25mm左右，濾網(wǎng)可防止大顆粒礦渣進(jìn)入渣溝。經(jīng)優(yōu)化后，冷卻廢水可初步過(guò)濾，大大減少?gòu)U水中的渣粉含量，減緩流速；大部分廢水首先通過(guò)渣溝側(cè)壁的泄水孔流入溝內(nèi)，若仍有部分溢出，可通過(guò)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(chǎng)地污染。

4.結(jié)語(yǔ)

我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，迫切需要鋼渣處理利用生產(chǎn)的規(guī)范化。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，鋼渣處理工藝會(huì)有著更快的發(fā)展，鋼渣也將有著更廣闊的應(yīng)用前景。

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