鋼渣制備鑄余渣處理用格柵試驗(yàn)研究及應(yīng)用

文_邱凱 馬鞍山鋼鐵股份有限公司

鑄余渣是鋼包內(nèi)的鋼水經(jīng)連鑄或模鑄后剩余的鋼水和渣的混合物，又稱鋼包渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵企業(yè)鑄余渣總量約占鋼產(chǎn)量的3%。鋼包澆鋼完畢包內(nèi)鑄余渣的溫度仍高達(dá)1400～1600℃，渣與鋼水尚處于相對(duì)分層狀態(tài)，殘鋼沉于包底。目前，絕大多數(shù)的鋼鐵企業(yè)都用渣罐來收集鑄余渣。當(dāng)鑄余渣從鋼包倒出時(shí)鋼水和渣易混合，在冷態(tài)渣包內(nèi)快速冷卻形成渣包形狀的大渣砣，后期需采用氧氣切割或者落錘破碎處理。為了避免大渣坨的產(chǎn)生及降低后期處理強(qiáng)度和污染，鋼鐵企業(yè)普遍采用渣罐預(yù)置格柵工藝實(shí)現(xiàn)熱態(tài)鑄余渣的分隔。如首鋼、寶鋼、馬鋼等均采用了該工藝。有效減少了大坨渣的產(chǎn)生比例，減輕了環(huán)境污染。

渣罐預(yù)置格柵通常采用非金屬材料制作而成，一套格柵通常由若干塊預(yù)制板拼裝而成，置于渣罐內(nèi)將渣罐分隔成若干個(gè)小腔體，一套格柵處理一罐渣，隨著渣罐翻渣后格柵板作為鑄余尾渣一并處理。為了提高資源利用效率，降低鑄余渣處理成本，本文研究采用鋼渣等固廢作為原料，制備鑄余渣處理用格柵板并進(jìn)行了應(yīng)用。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用熱悶鋼渣、風(fēng)碎鋼渣均來自某鋼廠鋼渣生產(chǎn)線，水泥采用P·S325礦渣硅酸鹽水泥。試驗(yàn)用原料的主要化學(xué)成分見表1，原料的粒度組成見表2。

表1 原料的主要化學(xué)成分（%）

表2 原料的粒度組成

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)鑄余渣處理用格柵板的使用要求，按照抗壓強(qiáng)度≥10MPa，耐火度≥1300℃標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。按照混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》選取等級(jí)較低的C15，材料的制作和檢測(cè)過程參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，耐火度按照GB/T7322-2007《耐火材料耐火度試驗(yàn)方法》檢測(cè)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取最優(yōu)配合比制作用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的格柵板，經(jīng)檢測(cè)合格后進(jìn)行安裝，并吊裝進(jìn)渣罐，接渣后靜置一段時(shí)間翻渣，統(tǒng)計(jì)熱態(tài)鑄余渣破碎情況，并將破碎的渣鋼返回轉(zhuǎn)爐循環(huán)利用。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鋼渣制備格柵板配合比設(shè)計(jì)

參考C15強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比設(shè)計(jì)，結(jié)合風(fēng)碎鋼渣和熱悶鋼渣的粒度組成及性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不同原料配合比方案如下表3。對(duì)不同配合比試驗(yàn)樣品進(jìn)行強(qiáng)度及耐火度的性能分析，選取綜合性能最優(yōu)的一組配比進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。

表3 鋼渣制備格柵板配合比設(shè)計(jì)方案

2.2 鋼渣格柵板強(qiáng)度分析

鋼渣格柵板的強(qiáng)度性能見表4。

表4 鋼渣格柵板的強(qiáng)度分析結(jié)果

由圖1可知，水泥摻量為12%的1#～4#試樣及水泥摻量為15%的5#～8#試樣，隨著熱悶渣添加比例的逐漸提高，材料的7d和28d抗壓強(qiáng)度逐漸增大，一方面這與熱悶渣和風(fēng)碎渣的粒度及壓碎值差異有關(guān)，熱悶渣平均粒徑約5mm，而風(fēng)碎渣平均粒徑約2mm，熱悶渣使用比例越高，材料中的骨料占比越高，有利于強(qiáng)度行程；另一方面，熱悶渣的壓碎值為19%，而風(fēng)碎渣的壓碎值為25%，熱悶渣抗壓碎性更好。

圖1 鋼渣格柵板強(qiáng)度對(duì)比

2.3 鋼渣格柵板耐火度分析

鋼渣格柵板的耐火度檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 鋼渣格柵板的耐火度檢測(cè)結(jié)果

從圖2對(duì)鋼渣格柵板的耐火度結(jié)果進(jìn)行分析，水泥摻入量為15%的5#～8#樣品整體低于水泥摻量12%的1#～4#樣品，提高鋼渣摻量可以提高材料耐火度，整體上，試樣的耐火度大于1300℃能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

圖2 試樣的耐火度對(duì)比圖

2.4 結(jié)語

研究了不同水泥、鋼渣加量對(duì)鋼渣格柵板力學(xué)性能和耐火度的影響，發(fā)現(xiàn)風(fēng)碎渣和熱悶渣作為渣罐隔板材料骨料，熱悶渣含量越大，7d和28d抗壓強(qiáng)度越高，4#配合比即水泥12%，熱悶渣88%時(shí)，隔板材料7d和28d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到15.77MPa、23.78MPa，耐火度為1370℃，綜合性能最優(yōu)，成本較低。以4#配合比作為配料方案開展工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。

3 工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)效果

按照4#配合比進(jìn)行配料，經(jīng)過攪拌均勻，澆筑，脫模，養(yǎng)護(hù)后得到鋼渣格柵板成品，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的尺寸進(jìn)行拼裝，拼裝完成后整體吊裝到渣罐中，接渣完成后，經(jīng)靜置一定時(shí)候后轉(zhuǎn)運(yùn)到指定地點(diǎn)傾翻，控制翻渣溫度不低于800℃，格柵隨渣罐中熱態(tài)鑄余渣一起翻出，由于高溫下材料強(qiáng)度及相互間作用力較小，在自身重力作用下，熱態(tài)鑄余渣基本按照格柵板分割形狀解體。

經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，鑄余渣熱態(tài)解體率達(dá)到50%，使人工切割量減少一半，不僅降低了切割過程金屬損失，也大幅減少了氧切過程的粉塵排放和勞動(dòng)強(qiáng)度。

渣罐在循環(huán)使用過程中因熱脹冷縮而發(fā)生變形，導(dǎo)致拼裝格柵板與渣罐內(nèi)壁存在縫隙，鋼包倒渣過程沖擊導(dǎo)致格柵板破損等因素導(dǎo)致熱態(tài)解體率不高，尚有一半鑄余渣需要進(jìn)行人工切割破碎，后續(xù)需進(jìn)一步改進(jìn)提升。