周賀賀   雷祥魯

（南京鋼鐵股份有限公司  江蘇 南京 210035）

摘要：南鋼板材事業(yè)部第一煉鋼廠150噸×3座轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的鑄余渣采用傳統(tǒng)的熱潑法工藝處理，受工藝、場地條件限制，存在粉塵及水污染嚴(yán)重的問題，隨著國家環(huán)保政策執(zhí)行力度加大，鑄余渣處理現(xiàn)狀嚴(yán)重影響了企業(yè)的生存發(fā)展，如何有效處理鑄余渣已成為迫在眉睫的問題。

為徹底解決鑄余渣目前存在的問題，專利技術(shù)設(shè)計(jì)的“滴罐粉化”處理工藝，在專用廠房內(nèi)以水硝化鑄余渣方法把粉塵控制在可接受范圍，合理設(shè)計(jì)也可以保證高堿度水實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。采用該工藝處理后的尾渣經(jīng)磁選后可銷售于水泥廠作為原料使用，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用。

論文介紹了新建鑄余渣處理封閉廠房，建設(shè)一條與150噸×3座轉(zhuǎn)爐相配套的處理加工生產(chǎn)線，采用滴罐粉化工藝降塵，區(qū)域內(nèi)部水全部匯集到旋流池，解決區(qū)域揚(yáng)塵嚴(yán)重和高堿度水污染問題。

關(guān)鍵詞：鑄余渣；粉塵；水污染；滴罐粉化；資源綜合利用

1  緒論

1.1  項(xiàng)目背景及建設(shè)必要性

1.1.1  項(xiàng)目背景

目前，國內(nèi)煉鋼產(chǎn)生的鑄余渣（精煉渣）主要采用傳統(tǒng)的熱潑法工藝處理，由于鑄余渣固有特性，其含CaO成分高，熱潑灑水及后處理過程中，粉塵污染極其嚴(yán)重，且高堿度水未能實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，鑄余渣已成為國內(nèi)鋼鐵企業(yè)鋼渣處理的最大難題之一[1]。南鋼板材事業(yè)部第一煉鋼廠150噸×3座轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的鑄余渣采用傳統(tǒng)的熱潑法工藝處理，受工藝、場地條件限制，目前同樣存在粉塵及水污染嚴(yán)重的問題，隨著國家環(huán)保政策執(zhí)行力度加大，鑄余渣處理現(xiàn)狀嚴(yán)重影響了企業(yè)的生存發(fā)展，如何有效處理鑄余渣已成為迫在眉睫的問題。

1.1.2  項(xiàng)目建設(shè)必要性

（1）還原渣直接熱潑處理，場地區(qū)域粉塵產(chǎn)生量大，直接威脅到崗位員工職業(yè)健康以及廠房構(gòu)筑物安全。由于現(xiàn)還原渣處理在相關(guān)對封閉的廠房內(nèi)進(jìn)行，場地區(qū)域粉塵含量嚴(yán)重超出了崗位粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)值，員工長時(shí)間在該環(huán)境下作業(yè)，其健康會受到嚴(yán)重影響；另一方面大量的粉塵會慢慢沉積到廠房屋面及鋼構(gòu)件上，構(gòu)筑物超負(fù)載，威脅著建筑物及相關(guān)設(shè)施的安全，可能引起廠房坍塌[2]。

（2）環(huán)保督查高壓嚴(yán)管成為常態(tài)，現(xiàn)行的處理方式無法達(dá)到環(huán)保要求。由于現(xiàn)場缺乏必要的抑塵措施，在現(xiàn)場傾翻和人工灑水冷卻過程均發(fā)生大量揚(yáng)塵，存在人工灑水不均勻，處理周期長，粉塵向擴(kuò)散等問題，嚴(yán)重污染周邊環(huán)境[3]。

（3）煉鋼鑄余渣熱潑工藝采用人工灑水熱潑，若操作不當(dāng)，還會發(fā)生高溫鋼渣遇場地積水發(fā)生爆炸現(xiàn)象，存在安全隱患。

由于第一煉鋼廠目前采用傳統(tǒng)熱潑工藝處理處理存在以上弊端，因此，實(shí)施還原渣處理技術(shù)改造很有必要[4]。

1.2  項(xiàng)目選址

項(xiàng)目擬建于老焦化廠地塊，方便運(yùn)輸及后續(xù)尾渣的處理，新建場地距離第一煉鋼廠約2公里。

本項(xiàng)目處理渣進(jìn)料由一煉鋼廠用渣罐運(yùn)輸車運(yùn)入，進(jìn)料運(yùn)輸路線為：

一煉鋼：經(jīng)A1路→B2路→A3路→高線路→石灰車間內(nèi)部道路→小焦化區(qū)域新上道路至本項(xiàng)目廠房。

處理后的尾渣出料路線由本項(xiàng)目廠房經(jīng)小焦化區(qū)域新上道路至12#崗，出廠后運(yùn)至盛達(dá)公司渣處理廠或采購單位；處理后的廢鋼汽車運(yùn)回各自廠內(nèi)處理、回爐。

2  項(xiàng)目設(shè)計(jì)與建設(shè)

2.1  生產(chǎn)工藝方案設(shè)計(jì)

2.1.1  生產(chǎn)工藝流程

2.1.2  生產(chǎn)工藝流程說明

煉鋼車間鑄余渣罐現(xiàn)場冷卻至300℃以下，通過專用75/25起重機(jī)吊運(yùn)至70t渣罐運(yùn)輸車上，通過渣罐運(yùn)輸車裝車轉(zhuǎn)運(yùn)至新建鑄余渣處理車間處理。

鑄余渣處理采用鑄余渣粉化工藝處理，鑄余渣罐用75/25起重機(jī)吊運(yùn)至粉化區(qū)域，按工藝要求控制水量及時(shí)間進(jìn)行粉化，待渣罐外部溫度達(dá)到工藝要求后，用75/25起重機(jī)翻渣作業(yè)，并用起重機(jī)電磁吸盤進(jìn)行分選渣鋼作業(yè)，鏟車輔助作業(yè)，分離后的廢鋼運(yùn)回?zé)掍撥囬g，尾渣外賣用于水泥等建材深加工。

鑄余渣水處理系統(tǒng)主要處理噴淋灑水系統(tǒng)用水，其特點(diǎn)是直接冷卻，用后水溫略微升高，水質(zhì)含有少量的渣質(zhì)。本項(xiàng)目主要采用沉淀等處理設(shè)施進(jìn)行處理，經(jīng)處理后的水循環(huán)使用[5]。

各噴淋灑水裝置使用過的回水通過排水明溝自流至集水井，再經(jīng)平流沉淀池沉淀，處理后的水自流入清水池，最后經(jīng)水泵房內(nèi)的污水泵（2臺，1用1備）加壓分別送噴淋裝置直接冷卻使用[6]。整個(gè)系統(tǒng)的補(bǔ)充水由生產(chǎn)新水管網(wǎng)供給。

2.2  生產(chǎn)能力及設(shè)備配套

2.2.1  生產(chǎn)能力及設(shè)備配套

（1）年處理能力

第一煉鋼廠150噸×3座轉(zhuǎn)爐，每年產(chǎn)生的鑄余渣約10萬噸/年。

（2）粉化裝置工位數(shù)量

轉(zhuǎn)爐冶煉周期約40分鐘，11立方米的渣罐可裝6爐鑄余渣，由此可計(jì)算出：1#連鑄機(jī)后倒渣點(diǎn)一個(gè)渣罐的循環(huán)周期為：40/2*6/60h(倒渣時(shí)間2h)+1h(現(xiàn)場冷卻時(shí)間)+0.5h（運(yùn)輸?shù)教幚韴龅貢r(shí)間）+16h（鑄余渣粉化時(shí)間）+0.5h（空罐運(yùn)回）+0.5h（渣罐噴涂維護(hù)時(shí)間）=20.5h。

3#連鑄機(jī)后倒渣點(diǎn)一個(gè)渣罐的循環(huán)周期為：40*6/60h(倒渣時(shí)間4h)+1h(現(xiàn)場冷卻時(shí)間)+0.5h（運(yùn)輸?shù)教幚韴龅貢r(shí)間）+16h（鑄余渣粉化時(shí)間）+0.5h（空罐運(yùn)回）+0.5h（渣罐噴涂維護(hù)時(shí)間）=22.5h。

滿足基本循環(huán)所需渣罐數(shù)量：20.5h/2h+22.5h/4h=10.25+5.625≈10+6=16個(gè)，本項(xiàng)目擬新增11m³渣罐16個(gè)。

粉化裝置個(gè)數(shù)計(jì)算：

接上可計(jì)算滿足基本循環(huán)所需粉化裝置數(shù)量：16h/2h+16h/4h=8+4=12個(gè)

為滿足正常生產(chǎn)，綜合備用分析，需預(yù)留粉化裝置位置2個(gè)。

因此，根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，生產(chǎn)需要12個(gè)鑄余渣粉化裝置，車間粉化區(qū)域布置2排粉化工位，每排6個(gè)，共計(jì)12個(gè)粉化工位。

2.3  主要污染源、污染物及控制措施

2.3.1  廢氣污染物

主要是粉化時(shí)時(shí)產(chǎn)生蒸汽，解決措施：

（1）本工程中廠房設(shè)計(jì)氣樓，有效引導(dǎo)蒸汽溢出，盡量少的冷凝在廠房內(nèi)，對鋼結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行侵蝕；

（2）尾渣適度較大，不產(chǎn)生揚(yáng)塵，若有粉化效果不佳時(shí)，可增加有效的噴淋裝置即可解決。

2.3.2  廢水污染物

本工程主要產(chǎn)生廢水為粉化蒸汽冷凝水和鋼渣滲出的水分以及沖洗場地的水。廠房內(nèi)四周設(shè)置排水溝，收集廠房內(nèi)所有產(chǎn)生的污水，新建沉淀池、清水池及水泵房，使得污水沉淀后循環(huán)使用[7]。本項(xiàng)目無污水排放。

2.3.3  噪聲

本工程的噪聲主要控制措施為：

一是采用符合國家噪聲標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備；

二是利用建筑物、構(gòu)筑物來阻隔聲波的傳遞。

通過采取以上措施，可大大減少噪聲對周圍環(huán)境的影響，使作業(yè)場所的噪聲≤85dB(A)，使廠界噪聲達(dá)到《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)中的3類標(biāo)準(zhǔn)要求，即晝間65dB(A), 夜間55dB(A)。

3  項(xiàng)目運(yùn)營與實(shí)施

3.1  項(xiàng)目驗(yàn)收

（1）廠房、基礎(chǔ)、管路、橫梁、立柱、設(shè)備組裝按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求建設(shè)，材質(zhì)符合國家規(guī)定。

（2）滴水罐傾動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（包括：電機(jī)、除塵管道、水箱）、渣罐車、鏟車、行車系統(tǒng)電氣和儀表基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)等經(jīng)單體試車、聯(lián)動試車，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（3）渣處理供電系統(tǒng)經(jīng)單體試車、聯(lián)動試車，所屬設(shè)備均已送電運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（4）廠內(nèi)通訊系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，通訊聯(lián)系有保證。

（5）消防、安全措施到位，符合國家規(guī)定。

（6）組織結(jié)構(gòu)齊全，崗位人員培訓(xùn)到位，能獨(dú)立熟練操作。

3.2  熱試及工藝流程化

熱試過程工藝流程如下：

生產(chǎn)前設(shè)備點(diǎn)檢 → 渣罐吊運(yùn) → 渣罐測溫 → 閉合除塵罩 → 開啟引風(fēng)機(jī) → 滴灌作業(yè) → 停止引風(fēng)機(jī) → 打開除塵罩 → 翻罐作業(yè) → 鋼、渣分離作業(yè) → 磁選 → 渣鋼回收 → 尾渣外銷

3.3工藝適應(yīng)性研究

滴灌工藝為鋼渣熱悶處理工藝。渣罐利用75/25起重機(jī)吊運(yùn)至滴灌工位，按滴灌工藝控制水量及時(shí)間進(jìn)行粉化，待渣罐溫度達(dá)到工藝要求后，使用75/25起重機(jī)翻罐作業(yè)，利用電磁吸盤進(jìn)行分選渣鋼作業(yè)。整個(gè)工藝流程操作方便，可實(shí)現(xiàn)自動化控制。鋼渣經(jīng)充分粉化后可很大程度的緩解渣處理及倒運(yùn)過程中的揚(yáng)塵，環(huán)保效果良好。渣處理作業(yè)時(shí)的水循環(huán)利用，無外排水產(chǎn)生[8]。

3.4  處理產(chǎn)物流向

（1）渣鋼。渣罐處理后經(jīng)鋼、渣分離，通過磁盤選出渣鋼集中回收，返還至第一煉鋼廠。

（2）尾渣。處理后的尾渣通過鋼寶網(wǎng)平臺公開競拍外售水泥等建材深加工商家。

（3）生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣。滴灌過程的產(chǎn)生的廢氣主要為含塵水蒸氣，經(jīng)過除塵罩收集至除塵水箱過濾后，清潔蒸汽由煙道排入大氣。

（4）污水。污水源自為粉化蒸汽冷凝水和鋼渣滲出的水分以及沖洗場地的水。廠房內(nèi)四周設(shè)置排水溝，收集廠房內(nèi)所有產(chǎn)生的污水，回流至循環(huán)沉淀池，使得污水沉淀后循環(huán)使用，無污水排放。

4  項(xiàng)目實(shí)施效果評估

4.1  工藝效果評估

 本項(xiàng)目的渣處理工藝方法為熱悶法，是利用高溫鋼渣淋水后產(chǎn)生的溫度應(yīng)力及f-CaO吸水消解后產(chǎn)生的體積膨脹應(yīng)力使鋼渣在冷卻過程中快速龜裂、粉化，對鋼渣性能適應(yīng)強(qiáng)，處理速度快，尾鋼渣穩(wěn)定性好[9]。熱態(tài)鋼渣熱悶后，鋼渣中的渣、鐵充分分離，通過合理的破碎、磁選，回收的金屬料產(chǎn)品含鐵品位高，金屬收得率高，為鋼鐵主體單位降成本做出重要貢獻(xiàn)，可取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

與傳統(tǒng)熱悶工藝有所區(qū)別的是，本項(xiàng)目的渣罐熱悶技術(shù)采用韶鋼的熱態(tài)鋼渣快速熱悶技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鋼渣煉鋼生產(chǎn)現(xiàn)場不落地，原渣基本不占用場地，尾鋼渣銷售局面得到根本改觀，有效地緩解了鋼渣處理場地緊張的局面，適應(yīng)了煉鋼快節(jié)奏生產(chǎn)的需要。

自2019年7月試生產(chǎn)以來，在翻罐過程中出現(xiàn)了鋼渣未完全凝固遇水爆炸現(xiàn)象，為完善渣處理工藝過程的安全防護(hù)措施和手段，制定有效的管理制度和操作規(guī)程，進(jìn)一步探索、優(yōu)化鋼渣熱悶技術(shù)生產(chǎn)操作，在原工藝上做出如下改進(jìn)：

（1）通過修改滴罐給水控制單元程序設(shè)定，優(yōu)化出水控制參數(shù)，在現(xiàn)有主控系統(tǒng)上增加了自動間隔時(shí)間給水和按流量控制給水的控制程序。避免了給水量過多造成水從渣罐滿溢產(chǎn)生的水資源浪費(fèi)和降低了作業(yè)人員被滿溢出的沸水灼傷的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）對滴管罩內(nèi)的噴水口進(jìn)行改造，使其出水量從原設(shè)計(jì)的每小時(shí)1.5-2.0立方增加到每小時(shí)2.5-2.8立方。增加單位時(shí)間的給水量可提高f-CaO吸水消解膨脹速度，加快鋼渣在冷卻過程中龜裂、粉化，縮短處理周期。

（3）自主研制滴灌外噴淋裝置（見下圖）。罐外噴淋裝置使用直徑40MM的鋼管彎曲成直徑3.2米的圓環(huán)，在圓環(huán)內(nèi)側(cè)與水平面分別按按1:2的比例布置直徑3.2mm的夾角75度、60度噴淋孔32個(gè)，實(shí)現(xiàn)噴淋高度在2.2米至1.5米區(qū)間，使罐體能夠均勻接受噴淋。此裝置極大的提高冷卻效果，渣處理周期已由原設(shè)計(jì)16小時(shí)改進(jìn)至當(dāng)前的12-14小時(shí)，滿負(fù)荷處理能力提升33%。

圖1  滴灌外噴淋裝置                       圖2  滴灌工藝?yán)鋮s曲線

4.2  環(huán)保效果評估

揚(yáng)塵治理。渣處理的鋼渣主要源自第一煉鋼廠，鋼渣成分見表1。由于鋼渣Ca含量較高，堿度高，其礦物組成主要是 C3S( 硅酸三鈣) 、C2S( 硅酸二鈣) 、RO相( 二價(jià)金屬氧化物固熔體) 。其中 C3S、C2S 為活性礦物，具有水硬膠凝性，這些組分在一定條件具有不穩(wěn)定性，鋼渣在緩冷時(shí)，C3S 會在 1250 ～ 1 100 ℃時(shí)緩慢分解為 C2S 和游離氧化鈣，C3S 在 675 ℃ 時(shí) β-C2S 要相變?yōu)?γ-C2S，并且發(fā)生體積膨脹，膨脹率達(dá)10% ，所以鋼渣在冷卻以后，體檢膨脹造會產(chǎn)生大量的小于 5 μm 的細(xì)小的鋼渣粉末，在鏟車打堆、尾渣裝車過程，產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，是渣處理的主要污染源[10]。目前渣處理車間主要采取射霧器對鏟運(yùn)和裝車作業(yè)過程噴淋，產(chǎn)生的揚(yáng)塵得到有效的抑制。

表 1 一煉鋼鑄余渣成分

水質(zhì)改善。循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行以來,循環(huán)水懸浮物、硬度、pH值明顯上升，循環(huán)水水質(zhì)超標(biāo)，一定程度造成循環(huán)水泵、管道、噴嘴等結(jié)垢，影響滴灌處理效率。當(dāng)前渣處理車間采取向循環(huán)水池增加除垢劑、絮凝劑，定期抓取循環(huán)水池泥渣，添加弱酸中和PH值，降低循環(huán)水硬度，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水的長期重復(fù)使用，避免廢水外排造成的二次污染。

4.3  經(jīng)濟(jì)效果評估

節(jié)省水資源產(chǎn)生的效益。通過改進(jìn)給水程序的設(shè)定和循環(huán)水系統(tǒng)的有效運(yùn)行，經(jīng)理論計(jì)算，滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)每日可節(jié)約用水96噸，則可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約11萬元。

渣鋼回收和尾渣外銷產(chǎn)生效益。自試生產(chǎn)以來，2019年共計(jì)處理渣罐1273罐，回收渣鋼10927.58噸，按每噸渣鋼1000元計(jì)算，產(chǎn)生效益1093萬元；

2019年外銷尾渣15070.74噸，產(chǎn)生效益31.6萬元，效益顯著。

5  結(jié)論

（1）熱態(tài)鋼渣快速熱悶的渣處理工藝相對傳統(tǒng)鋼渣處理工藝具備一定的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)了鋼渣中的渣、鋼高效分離，縮短了渣處理周期，一定程度上緩解了鋼渣處理場地緊張的局面，適應(yīng)了煉鋼快節(jié)奏生產(chǎn)的需要。

（2）實(shí)現(xiàn)了鋼渣資源回收與綜合利用的目標(biāo)。減少了鋼渣存放用地，消除了因鋼渣自然堆放而產(chǎn)生的揚(yáng)塵污染和水源污染等，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益較顯著。

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