供稿|安連志 / An Lian-zhi

鋼渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的必然產(chǎn)物，約占粗鋼產(chǎn)量的10%～15%。鋼渣的主要礦物組成為硅酸二鈣、硅酸二鈣、鈣鎂橄欖石、鈣鎂薔薇輝石、鐵酸二鈣、游離氧化鈣、游離氧化鎂，并夾裹部分殘鋼及氧化鐵等。其中，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%～20%，經(jīng)回收其中鐵元素后，可作為鋼渣微粉、鋼渣砌塊磚、路基水穩(wěn)層等原料，具有很高的回收再利用價值。

目前，國內(nèi)外鋼渣處理工藝主要有熱潑法、淺盤法、風(fēng)淬法、水淬法、滾筒法、?；ā釔灧ǖ?。熱潑法冷卻時間短，處理量大，但反應(yīng)不封閉，環(huán)境污染嚴(yán)重，且處理后的鋼渣穩(wěn)定性差。淺盤法處理量大，但設(shè)備維護(hù)量大、易爆炸、環(huán)境污染嚴(yán)重。風(fēng)淬法、水淬法、滾筒法、?；ㄖ贿m用于流動性好的液態(tài)渣。而熱悶法具有適用范圍廣，處理后的鋼渣的穩(wěn)定性好、粉化率高、渣鐵分離充分等優(yōu)點，可以實現(xiàn)鋼渣零排放。

鋼渣熱悶工藝原理

鋼渣熱悶工藝的反應(yīng)機(jī)理包括物理變化和化學(xué)反應(yīng)。

物理變化

物理變化是指高溫鋼渣遇水蒸氣急速冷卻，由于鋼與渣的膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生不均勻冷縮，致使渣殼爆裂分開。另外，隨著鋼渣溫度的降低，渣中的水硬性礦物C3S開始發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變，體積膨脹，鋼渣進(jìn)一步粉化。以上物理變化是鋼渣熱悶工藝實現(xiàn)渣鋼分離的基礎(chǔ)。水硬性礦物C3S的晶形轉(zhuǎn)變過程如下：

化學(xué)反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)是指鋼渣中游離的氧化鈣和氧化鎂遇水蒸氣發(fā)生水解反應(yīng)。這種水解反應(yīng)消除了鋼渣的不穩(wěn)定性，是鋼渣資源化利用的基礎(chǔ)。具體反應(yīng)為：CaO+H2O== Ca(HO)2，體積膨脹97.8%；MgO+H2O== Mg(HO)2，體積膨脹148%。

鋼渣熱悶工藝流程

高溫鋼渣用渣車送至鋼渣處理車間，用天車潑入悶渣池（潑渣）。打水冷卻龜裂后，經(jīng)挖掘機(jī)破碎成小塊，確保熱悶裝置內(nèi)的鋼渣表面無積水后，進(jìn)行第二次潑渣，重復(fù)上述“打水-破碎”步驟，如此往復(fù)，直至悶渣池內(nèi)鋼渣達(dá)到額定容量。之后蓋上熱悶裝置蓋，開始噴水霧1 h后，停止噴水，開始熱悶；l h后，再開始噴水；如此反復(fù)，進(jìn)行4次；第4次結(jié)束后，悶渣6 h。熱悶期間，注意調(diào)節(jié)水渣比、噴水強(qiáng)度、排氣量并控制排水，使悶渣池維持足夠的飽和蒸汽和較高水浸溫度。熱悶完畢后開蓋，用挖掘機(jī)松動鋼渣，并將鋼渣抓至汽車運到破碎、篩分、磁選加工生產(chǎn)線。鋼渣熱悶工藝流程，如圖1所示。

鋼渣熱悶工藝設(shè)計應(yīng)用

通過對多家鋼渣熱悶生產(chǎn)線的實地考察，筆者發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的鋼渣熱悶工藝存在渣池側(cè)壁襯板壽命短，蒸汽收集系統(tǒng)以及除塵系統(tǒng)運行效果差等不足之處。針對這些不足之處，筆者對傳統(tǒng)鋼渣熱悶工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)了工字鋼穿插式襯板固定技術(shù)、移動罩車式蒸汽煙塵收集技術(shù)、通風(fēng)巷道噴淋技術(shù)和水冷擋墻技術(shù)，并成功應(yīng)用到某廠120萬t鋼渣熱悶生產(chǎn)線上。

圖1 鋼渣熱悶工藝流程圖

鋼渣熱悶工藝布置

某廠120萬t鋼渣熱悶生產(chǎn)線車間，包括渣池及悶渣裝置、蒸汽煙塵收集設(shè)施以及水處理設(shè)施等。鋼渣熱悶生產(chǎn)線的平面布置和橫斷面布置，如圖2和圖3所示。

圖2 鋼渣熱悶生產(chǎn)線的平面布置

圖3 鋼渣熱悶生產(chǎn)線的橫斷面布置

車間內(nèi)設(shè)置12個悶渣池，單個悶渣池可以處理鋼渣360 t。

車間內(nèi)部設(shè)置1條鐵路線，用渣罐車運輸液態(tài)鋼渣。外運鐵路貫穿車間廠房，鐵路軌道坐落于H1平面高度，以悶渣池為界，池底為H0平面，電鏟出渣操作于H0平面，電鏟出渣裝運輸車外運出廠房。

車間廠房上方設(shè)置天窗，可以有效通風(fēng)，另外悶渣池上方位置設(shè)移動罩車用于收集煙塵和蒸汽，罩車運行為高低軌形式，一側(cè)軌道位于H1平面上，另一側(cè)位于悶渣池前端的H0平面上。

鋼渣熱悶工藝新技術(shù)

1）工字鋼穿插式襯板固定技術(shù)

傳統(tǒng)渣池側(cè)壁處理方式是用螺栓將200 m×200 m的鑄坯固定于側(cè)壁表面，以便可以有效增加渣池側(cè)壁的耐磨性，提高渣池側(cè)壁使用壽命，但是在實際生產(chǎn)過程中，由于熱膨脹導(dǎo)致螺栓變形甚至被拉開，以致鑄坯脫落，實際應(yīng)用效果并不理想。

本設(shè)計采用工字鋼穿插形式將小塊鑄鐵板（熱膨脹系數(shù)小）固定于渣池側(cè)壁，既增加了渣池側(cè)壁的耐磨性，又避免了因熱膨脹導(dǎo)至側(cè)壁襯板脫落的現(xiàn)象，有效的提高渣池側(cè)壁使用壽命。

2）移動罩車式蒸汽收集技術(shù)

傳統(tǒng)蒸汽收集方式是在屋頂設(shè)置煙塵蒸汽排出裝置以及渣池側(cè)壁設(shè)置蒸汽煙塵排出通道， 及時將鋼渣熱悶處理過程中的蒸汽煙塵排出。在對非紅熱狀態(tài)下的鋼渣進(jìn)行噴水冷卻時，這種設(shè)計還可以將產(chǎn)生的蒸汽煙塵排出，但是在對紅熱狀態(tài)下鋼渣進(jìn)行噴水冷卻時，由于產(chǎn)生的蒸汽煙塵大大增加，這種設(shè)計無法將產(chǎn)生的蒸汽煙塵全部排出，影響了悶渣車間內(nèi)的能見度，對吊車的走行帶來很大的不便，冬季更為嚴(yán)重。

為了解決上述問題，本設(shè)計設(shè)置了兩套通風(fēng)系統(tǒng)：強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)和自然通風(fēng)系統(tǒng)。強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備為移動罩車式蒸汽收集裝置、風(fēng)機(jī)和通風(fēng)管道，而自然通風(fēng)系統(tǒng)是指傳統(tǒng)悶渣蓋和自然通風(fēng)管道。在對紅熱狀態(tài)下鋼渣進(jìn)行預(yù)處理時，移動罩車式蒸汽收集裝置開至渣池上方進(jìn)行噴水冷卻操作，移動罩車上的通風(fēng)管道通過快速接頭與強(qiáng)制通風(fēng)管道連接，以確保及時將渣池內(nèi)的蒸汽排出。在進(jìn)行熱悶處理時，移動罩車駛離，用天車將悶渣蓋放至渣池上方，渣池內(nèi)的蒸汽通過自然通風(fēng)系統(tǒng)排出。

3）通風(fēng)巷道噴淋技術(shù)

悶渣處理過程產(chǎn)生大量蒸汽煙塵，排入巷道后，僅依靠水蒸汽自然冷凝沉降作用，無法保證蒸汽煙塵達(dá)標(biāo)排放，導(dǎo)致環(huán)境污染。

針對此問題，本設(shè)計為每個悶渣池設(shè)置了噴淋小室，蒸汽煙塵由通風(fēng)巷道進(jìn)入噴淋小室，經(jīng)噴霧沉降作用后再排放。噴淋小室的設(shè)置不僅將煙塵沉降到水中，而且將蒸汽轉(zhuǎn)化成液態(tài)水。這部分水經(jīng)水處理設(shè)施處理后可以循環(huán)使用。

4）水冷擋墻技術(shù)

該技術(shù)主要是針對某廠120萬t鋼渣熱悶生產(chǎn)線預(yù)留鋼渣處理場地存在一定的高程差而設(shè)計的。傳統(tǒng)的悶渣池一般都是由地面向下挖坑，然后對坑壁進(jìn)行特殊處理。而該廠預(yù)留鋼渣處理場地高程差較大（H1?H0＞4 m），如果按照傳統(tǒng)施工方法，需要事先平整場地，工程量巨大。

經(jīng)實地 考察后，筆者決定充分利用現(xiàn)有地勢，坡底一側(cè)池壁采用活動水冷擋墻，其余三面池壁采用傳統(tǒng)施工方法。這種設(shè)計不僅可以減少工程量，節(jié)約資金，而且由于水冷擋墻為活動式，池壁維護(hù)、池底清理以及悶渣結(jié)束后的鋼渣破碎和裝車操作更為方便。

結(jié)束語

某廠120萬t鋼渣熱悶生產(chǎn)線于2013年底正式投產(chǎn)運行。生產(chǎn)實踐表明，該鋼渣熱悶生產(chǎn)線的工藝布置合理，設(shè)備選型先進(jìn)實用且運行平穩(wěn)，自動化水平高，最大限度地實現(xiàn)了渣鋼的高效分離，處理后的鋼渣穩(wěn)定性好，各項性能指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計指標(biāo)（如鋼渣粉化率大于60%；鋼渣浸水膨脹率小于2%），為實現(xiàn)鋼渣零排放創(chuàng)造了有利條件。

此外，鋼渣熱悶工藝新技術(shù)的應(yīng)用，很好的解決了傳統(tǒng)熱悶工藝渣池側(cè)壁使用壽命短、蒸汽煙塵不達(dá)標(biāo)排放等難題，降低了工人的勞動強(qiáng)度和環(huán)境污染。水冷擋墻技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，使得鋼渣熱悶生產(chǎn)線的建設(shè)選址更為靈活，為鋼渣熱悶工藝的進(jìn)一步推廣提供了新的支撐點。

[1] 郭紅. 鋼渣處理工藝的選擇. 冶金能源, 2011, 30(4): 46-50.

[2] 柴軼凡, 彭軍, 安勝利. 鋼渣綜合利用及鋼渣熱悶技術(shù)概述. 內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報, 2012, 31(3): 250-253.

[3] 牛興明, 王軍, 魏春新，等. 鞍鋼鲅魚圈轉(zhuǎn)爐渣熱悶工藝改進(jìn)實踐.鞍鋼技術(shù), 2012 (1): 51-54.