蔣 松,高 原
(寶武環(huán)科金資公司,湖北 武漢 430081)
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)的鋼渣沒有高價值利用,而鋼渣的堆放不僅占用土地,還會淤塞溝渠,污染水系,破壞環(huán)境質量,而且還是鋼渣資源的巨大浪費,影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。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,以便進一步提高資源利用率,同時,改善廠區(qū)環(huán)境,減少排渣占地,實現(xiàn)“清潔生產(chǎn)”、“文明工廠”的目標,這也是鋼鐵企業(yè)建設和發(fā)展的重要工作內容之一。
以武鋼條材總廠為例,在2019年8月份以前,總廠內的一分廠和CSP分廠的鋼渣通過火車集中運送到幾公里外的渣場,在直立墻下翻卸冷卻、分揀回收[1]。這種簡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,導致大氣污染物無組織排放;渣場區(qū)域揚塵嚴重;鋼渣冷卻后的污水并沒有經(jīng)合格處理達標后集中外排,嚴重污染周圍環(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。
為充分利用現(xiàn)有的地理優(yōu)勢與經(jīng)濟條件,合理規(guī)劃項目建設,武鋼有限公司與寶武環(huán)科金資公司于2018年10月開始實施《條材廠鋼渣處理工藝環(huán)保改造項目》,項目于2019年7月完工,8月熱負荷試車成功后投入生產(chǎn)。雙方希望能生產(chǎn)出適銷對路的鋼渣產(chǎn)品以及衍生品,達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,并取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益,
條材廠鋼渣處理工藝環(huán)保改造項目是針對轉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,當溫度冷卻至800 ℃左右時,蓋上裝置蓋,進行噴水以產(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)生反應后產(chǎn)生的體積膨脹應力,使鋼渣冷卻、龜裂,進而鋼渣粉化。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 ℃的轉爐都可以進行處理。當熱悶后的鋼渣粒徑小于20 mm的比例不低于60%時,粉化效果較好,而后續(xù)的分選破碎工作量會減小,渣產(chǎn)品的性能也基本穩(wěn)定。同時,還可以實現(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)境也相對較好。
用火車將渣罐運入轉爐渣處理廠房內,用100/32 t鑄造起重機吊起轉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,用挖掘機翻動、打碎大塊渣,保證鋼渣表面無積水,再進行下一次打水、搗渣,重復上述過程2~3次,等待下一次裝渣。當熱悶渣箱內裝滿鋼渣時,用吊鉤將密封蓋頂蓋和側蓋分別裝在熱燜渣箱上,工作人員會將打水管路接到密封蓋頂蓋上,自動控制噴水后產(chǎn)生的蒸汽對鋼渣進行消解處理,8~12 h后待渣箱內蒸汽溫度降至60 ℃以下時,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,用履帶式挖掘機將鋼渣鏟出,通過自卸車倒運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
一次處理車間轉爐渣處理的區(qū)域布置有11個地面式熱悶渣箱,每個渣箱尺寸約為7 m×8 m×4 m(長×寬×深),幾何容積約為224 m3,每個渣池裝渣量為:224×2×0.5=224 t。
根據(jù)2019年至2020數(shù)據(jù)統(tǒng)計,熱悶處理轉爐渣罐數(shù)平均為1100罐/月,其中,平均每天處理37罐轉爐渣,其渣罐容積為16 m3,每罐渣重約:16×2=32 t,每天處理的轉爐渣量為:37×32=1184 t。
若在生產(chǎn)過程中,每個翻渣池作業(yè)周期是:翻渣、打水、冷卻、裝車等合計約24 h,理論上每天處理1184 t轉爐渣,需每個渣箱翻罐數(shù)為:
在渣箱熱悶系統(tǒng)運行一年多以來,鋼廠的保產(chǎn)情況基本正常,但同時也發(fā)現(xiàn)一些需要解決的實際問題,如設備、工藝、操作等方面,所以,鋼廠針這些對問題分別制定了相應的措施并一一進行整改。
(1)渣箱側蓋改進:原有渣箱側蓋長7300 mm,高4400 mm。但由于側蓋高度太高,側蓋只能掛在渣箱口的掛耳上,這樣側蓋就著地了,如果渣箱門口的渣子有一定高度,側蓋就被渣子頂住掛不住,甚至會翻掉下來,造成安全隱患,而且,在實際工作中根本看不到渣箱里面的打水情況。基于這種情況,工藝人員將側蓋高度降低改為長7300 mm,高3000 mm,這樣側蓋掛在渣箱口的掛耳上就會懸空了,不會出現(xiàn)掛不上去的現(xiàn)象,同時,也便于觀察渣箱里面的打水情況。因而消除了安全隱患,渣箱側蓋的改進取得了良好的效果。
(2)渣箱側蓋掛耳改進:渣箱原有的側蓋掛耳是通過4根預埋在混凝土里的Φ12 mm的螺紋鋼焊接在渣箱壁上,其強度不夠,經(jīng)常被撞脫落,存在側蓋倒覆的安全隱患,而且側蓋掛耳又短又淺,用于懸掛側蓋困難且費時,經(jīng)過工藝人員分析研究,將掛耳加長100 mm,加深100 mm,焊在渣箱頂蓋的兩側,通過長長的焊縫提高側蓋掛耳的強度,達到了懸掛側蓋又快又穩(wěn),消除了側蓋掛耳脫落和側蓋倒覆的安全隱患。
(3)渣箱上蓋打水水管改進:渣箱上蓋打水水管原來分為三級,一級主水管為中間一根的Φ150 mm的水管,二級分水管為主水管兩側各4根Φ75 mm的水管,三級支水管為二級分水管下6根長200 mm,Φ15 mm的水管,循環(huán)水經(jīng)過三級水管后從第三級支水管噴出。由于第三級支水管又細又長,頻繁堵塞,而且疏通有相當困難,滿足不了打水要求,為了擴大打水能力,作業(yè)區(qū)取消第三級支水管,直接從二級分水管上開8個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,打水水管改進也取得了良好的效果。
原來的渣箱打水工藝是由程序控制的,打一段時間,停一段時間,然后再打一段時間,再停一段時間,依次循環(huán),共11個階段。雖然各個階段的打水時間、流量均可通過程序調整,但是一旦設定,就成為了固定模式,不會根據(jù)現(xiàn)場的實際情況而自行調整,經(jīng)常會出現(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,最后確定打水時間為16 h,這樣既能將水打透有效降低作業(yè)安全隱患,又能保證渣箱周轉不會影響生產(chǎn)。
轉爐渣經(jīng)過一次加工后,運至二次渣加工中心進行二次加工生產(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,其中渣鋼返回煉鋼廠入轉爐重新利用,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,在一次處理時需降低鋼渣含水率、提高粉化率,以有利于二次加工,為達到該目的,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,因為分層攪拌打水能加大鋼渣與高溫蒸汽的反應程度,既減少打水時間,又達到了預計粉化率和含水率;
(2)根據(jù)條材廠生產(chǎn)節(jié)奏,如果沒有多余時間分層打水攪拌的,作業(yè)區(qū)應根據(jù)現(xiàn)場的實際環(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間,確保鋼渣能有效的進行熱悶粉化反應;
(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行現(xiàn)場二次破碎;
(4)對渣箱排水溝及時進行清理,減少渣箱積水,降低開采時鋼渣的含水率;
(5)裝車過程中不挖渣箱含水底渣,裝車后濾水10 min,確保運至二次加工線的鋼渣含水率達標。
經(jīng)過一次渣加工中心不斷的調整和優(yōu)化加工工藝,目前鋼渣含水率已降低至10%以內,粉化率達到了90%以上,滿足了二次加工的條件。
本文總結了轉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措施,通過不斷的總結、完善,提高了轉爐渣處理的效率和質量。同時,逐步優(yōu)化了轉爐渣二次加工,為客戶提供了高質量、高規(guī)格的的鋼渣產(chǎn)品。