劉作一

（天津鋼鐵集團有限公司設計部，天津300301）

1 引言

隨著各鋼鐵公司產(chǎn)能的迅速增長，煉鋼產(chǎn)生的主要固體廢棄物——鋼渣的產(chǎn)量也在急劇增加，對廢棄鋼渣如何回收再利用便成為各鋼鐵公司主要面臨的棘手問題。目前國內(nèi)鋼渣預處理方法較多，主要有熱悶法、風碎法、熱潑法等。天津鋼鐵集團有限公司隨著鋼廠量的不斷增長，原有熱潑法鋼渣處理方式已不能滿足現(xiàn)實生產(chǎn)及環(huán)保需要。經(jīng)過充分調(diào)研，熱悶法鋼渣處理工藝兼顧了鋼渣性能的環(huán)保和穩(wěn)定要求，符合公司長期發(fā)展的戰(zhàn)略需要，也有利于資源的再次利用，并且能夠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟價值。因此公司決定采用熱悶渣工藝新建鋼渣處理生產(chǎn)線。

2 熱悶渣工藝簡介

液態(tài)高溫鋼渣運至鋼渣處理生產(chǎn)線，待適當降溫后直接傾倒于地下悶渣池中，蓋上池蓋并水封，然后進行打水，打水后鋼渣激冷破碎粉化使得渣鐵分離，鋼渣的化學性能得到進一步的穩(wěn)定，一段時間后池內(nèi)溫度降至60℃，打開池蓋，用挖掘機將鋼渣鏟出，進行磁選回收等處理。

3 悶渣池的工作環(huán)境及現(xiàn)狀

3.1 悶渣池的工藝環(huán)境

熱悶渣粉化的條件是鋼渣入池溫度、打水、蒸汽量控制三者的共同作用，粉化質(zhì)量的好壞與這三者有著密不可分的關(guān)系。悶渣池的工作環(huán)境極其復雜和惡劣，長期處于高溫、高壓、高濕的工藝環(huán)境中，同時還要受人工挖掘誤差產(chǎn)生的碰撞。鑒于天津地區(qū)地下水位高的實際情況，地下悶渣池結(jié)構(gòu)完好并保證不漏水是保證悶渣正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。否則，悶渣池一旦開裂漏水，必然導致地下水侵入，會給正常生產(chǎn)帶來極大的安全隱患。

3.2 悶渣池的類型

目前，國內(nèi)悶渣池主要有地上悶渣池及地下悶渣池兩種類型，其結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土池壁內(nèi)掛鋼坯的形式。因建筑材料發(fā)展水平所限，還沒有一種既能夠耐高溫，又具有很好強度性能的混凝土材料，也就是高強度鋼筋混凝土不耐熱，耐熱鋼筋混凝土強度低。由于受到建筑材料的限制，目前悶渣池的正常使用時間一般不超過1年，池壁混凝土長期處于高溫、高壓、高濕的反復作用下，鋼筋混凝土強度急劇降低，會逐漸出現(xiàn)裂紋、裂紋發(fā)展、鋼筋銹蝕漲裂成貫通裂縫、漏水、漏氣等現(xiàn)象，嚴重時悶渣池鋼筋混凝土池壁會大面積酥碎，完全失去工作能力，地上悶渣池會出現(xiàn)垮塌不能使用，天鋼轉(zhuǎn)爐車間地上悶渣池就是如此；地下悶渣池出現(xiàn)上述破壞后，雖不至于垮塌，并且在地下水位低的地區(qū)仍可以繼續(xù)使用，但地下水位高的地區(qū)開裂進水后，如繼續(xù)使用必將給正常生產(chǎn)帶來重大安全隱患。為確保安全生產(chǎn)，天津鋼鐵集團有限公司新建渣處理車間地下悶渣池必須進行設計優(yōu)化。

4 地下悶渣池的優(yōu)化設計

根據(jù)悶渣池的工作原理、工作環(huán)境及破壞形式，結(jié)合主要建筑材料混凝土的強度、耐熱及防水等不同特性，開拓創(chuàng)新，改變多年傳統(tǒng)設計思路，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土復合結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮混凝土的不同特性。具體優(yōu)化設計思路就是：將相同厚度的鋼筋混凝土池壁改為鋼筋混凝土復合結(jié)構(gòu)，外測設高強抗?jié)B鋼筋混凝土外壁，起受力兼防水作用；內(nèi)側(cè)設耐熱鋼筋混凝土內(nèi)壁，起耐熱兼隔熱作用；外壁與內(nèi)壁之間設緩沖隔離層，起緩沖內(nèi)壁熱應力變形兼阻斷熱橋作用。

4.1 場地工程地質(zhì)及地下水概況

工程地質(zhì)及地下水情況是影響結(jié)構(gòu)設計的重要參數(shù)，針對不同的地質(zhì)及地下水位情況應采取不同的結(jié)構(gòu)設計手段以保證構(gòu)筑物的安全使用，尤其針對地下構(gòu)筑物就更為重要。

擬建場地位于天鋼廠區(qū)內(nèi)，場地原為耕地，后經(jīng)部分填墊至現(xiàn)地坪，場地地勢開闊，地形略有起伏，主要地層有人工填土層（厚度0.5～2.10 m）、全新統(tǒng)上組陸相沖積層（厚度1.20～2.80 m）、全新統(tǒng)中組海相沉積層（厚度13.20～14.70 m）等，地基承載力特征值約為100 fak（kPa）。本場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.15 g，屬設計地震第二組，埋深20.00 m以上無成層飽和粉（砂）土，在抗震設計為7度時，場地屬非液化場地?？傊瑪M建場地屬沿海退海地區(qū)，地下水位較高且土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，天然地基承載力較低，該場地為Ⅲ類場地屬建筑抗震不利地段。

根據(jù)悶渣池的性質(zhì)，結(jié)合天津市地下水分布特征和地質(zhì)條件綜合分析，對本構(gòu)筑物有影響的地下水為淺層的第四系孔隙型潛水，場地地下潛水水位如下：

初見水位埋深1.50～2.50 m。

靜止水位埋深0.90～2.00 m。

潛水主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化。一般年變幅在0.50～1.00 m左右。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》（GB50007-2011），本場地標準凍結(jié)深度0.60 m?？垢≡O計水位按設計室外地面標高以下0.50 m考慮。

4.2 結(jié)構(gòu)具體優(yōu)化設計方法

原設計悶渣池池壁采用970 mm厚C30防水鋼筋混凝土，池底為1200 mm厚C30防水鋼筋混凝土，池壁內(nèi)側(cè)懸掛可移動鋼坯，池底沿排水方向放置連鑄廢方坯，此設計方法能夠滿足工藝要求。但考慮到現(xiàn)場場地屬于高水位地區(qū)，地下水壓力大等現(xiàn)場因素，經(jīng)公司研究決定對原設計方案進行優(yōu)化設計，以確保悶渣池能滿足安全生產(chǎn)需要。

根據(jù)悶渣池的工作原理、工況環(huán)境以及現(xiàn)有鋼筋混凝土材料的特點，優(yōu)化設計過程中需要采取有效的構(gòu)造措施來提高悶渣池的使用壽命，保證鋼渣處理生產(chǎn)線的正常運行。根據(jù)工藝要求地下悶渣池共12個，其中兩端頭悶渣池的工藝尺寸為6600 mm（寬）×8015 mm（長）×5300 mm（深），其余悶渣池工藝尺寸為6600 mm（寬）×8315 mm（長）×5300 mm（深）。

4．2．1 壓力平衡設計

悶渣池頂相對標高為0.300 mm，故大部分池體處于地下，池體在工作過程中由于高溫環(huán)境和打水所產(chǎn)生的壓力可由池外土壓力來平衡。由于悶渣池工藝十分復雜，不能準確地提供池內(nèi)的設計極限壓力值，因此在設計過程中池壁外側(cè)鋼筋采用土壓力為控制外力值，悶渣池壁內(nèi)側(cè)則依靠構(gòu)造措施保證安全使用。

4．2．2 悶渣池的抗?jié)B、隔熱措施

悶渣池外壁為600 mm厚防水鋼筋混凝土，內(nèi)壁為400 mm厚（含30 mm厚聚氨酯隔離層）耐高溫鋼筋混凝土，配置耐極限溫度不小于1200℃?；炷林写旨毠橇线x用膨脹系數(shù)小的耐火材料并摻入適量礦渣微細粉和高鋁粉。耐熱骨料中不允許摻入石灰石等普通混凝土用的石子。嚴格控制混凝土的水灰比，在攪拌及澆筑過程中不可以隨意加水，因為耐熱粗細骨料的保水性差，所以澆注過程中應分層澆注，另外，振搗要均勻且時間不宜過長，避免出現(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象，以保證混凝土的密實度。混凝土施工前要選擇合適骨料，并通過試驗和計算確定合適配合比?？傊炷翝沧①|(zhì)量是悶渣池施工的關(guān)鍵。內(nèi)襯板構(gòu)造方式見圖1，總體構(gòu)造方式見圖2。悶渣池設內(nèi)襯防水鋼板箱，以進一步加強防水效果，鋼板箱采用t=4 mm鋼板焊制，焊縫厚度h=4 mm，長度滿焊，鋼板箱采用場外整體制作，安裝前先進行閉水試驗，現(xiàn)場安裝采用鋼箱開孔與埋件MJ-1焊接連接，現(xiàn)場連接焊縫應保證滿焊，必要時可現(xiàn)場試漏。鋼板箱表面應做除銹處理，防腐涂料采用1200℃耐高溫油漆，涂層施工方法按產(chǎn)品說明書嚴格執(zhí)行。

圖1 燜渣池內(nèi)襯平面布置圖

圖2 燜渣池構(gòu)造

悶渣池內(nèi)襯防護材料為100 mm厚鋼板，利用公司廢板坯經(jīng)軋制后形成850 mm×100 mm和750 mm×100 mm兩種規(guī)格即可，其固定滑道采用鋼板焊制成工字型，為了減少變形防護鋼板，采用上下分兩段安裝?；炷羵?cè)壁和鋼內(nèi)襯之間預留縫隙，縫隙間可填充玄武巖或安山巖碎料，也可考慮就地取材，利用現(xiàn)成碎鋼渣填充。

悶渣池底板為耐高溫混凝土，底板上鋪普通耐火磚兩層，表面再鋪廢板坯一層，板坯厚度及排板規(guī)格視公司庫存情況確定，以達到就地取材、節(jié)約成本的目的，底部耐熱混凝土適當考慮坡度，干鋪耐火磚及板坯時應根據(jù)預埋排水管高度進行適當調(diào)整，以保證不影響底部排水效果。

優(yōu)化設計時在內(nèi)襯防護板與防水鋼箱之間預留的隔熱間隙，試生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)隔熱間隙填充隔熱石料后，有內(nèi)襯防護板產(chǎn)生擠壓變形的情況，取消隔熱填充石料后，解決了內(nèi)襯防護板產(chǎn)生擠壓變形問題。

5 總結(jié)

通過優(yōu)化設計及配置合理的構(gòu)造措施，實施后的地下悶渣池滿足了工藝要求，并且保證了正常的安全生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟效果和社會效益?？傊槍Φ叵聬炘伢@醒的優(yōu)化設計是成功的，解決了地下水位高地區(qū)行業(yè)設計難題，具有行業(yè)推廣價值。

[1]曾慶磊，向琴琴．鋼渣處理中悶渣池結(jié)構(gòu)設計方法[J].工業(yè)建筑，2012（S 1）：77-78.