中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 夏杰生 報道
據不完全統計，目前我國鋼渣的生產(chǎn)量已經(jīng)累計 超過(guò)10億噸，對于環(huán)境和社會(huì )生產(chǎn)產(chǎn)生的影響與日俱 增。時(shí)至今日，我國鋼企對鋼渣的利用率不超過(guò) 30%。大部分鋼企在鋼渣產(chǎn)生后，只將大塊的鋼渣進(jìn)行簡(jiǎn)單磁選，剩余的向社會(huì )上出售，甚至是免費轉讓 處理。鋼渣處理企業(yè)將鋼渣分選后，選出渣鋼和磁選粉再賣(mài)給鋼鐵廠(chǎng)，剩余的尾渣除了少部分賣(mài)給水泥廠(chǎng)以外，大部分被無(wú)組織堆棄，造成環(huán)境污染、土地占用和資源浪費，這與工信部發(fā)布的《大宗工業(yè)固體廢物 綜合利用“十二五”規劃》要求達到的75%的指標仍有 很大差距，與發(fā)達國家綜合利用率接近100%的水平更 是相差甚遠。因此，鋼渣的處理與綜合利用已經(jīng)成為 影響中國鋼鐵業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性因素。
成立于 2018 年的北京合壹北科環(huán)?？萍加邢薰荆ㄏ挛暮?jiǎn)稱(chēng)合壹北科），主要從事冶金專(zhuān)用設備、節能環(huán)保設備、自動(dòng)控制系統的開(kāi)發(fā)、研制、加工制造，以及高新技術(shù)產(chǎn)品的推廣應用。
據該公司總經(jīng)理馮建華介紹，隨著(zhù)國家環(huán)保要求的不斷嚴格，合壹北科加大人力及資金投入力度，研發(fā)出使生產(chǎn)中的鋼渣處理難題迎刃而解的底水法鋼 渣熱燜技術(shù)，且已在鋼廠(chǎng)應用，很受青睞。
傳統鋼渣預處理工藝喜憂(yōu)參半
科研和實(shí)踐表明：熱態(tài)鋼渣（300℃~800℃）中的fCaO（游離氧化鈣）、f-MgO（游離氧化鎂）遇水和水蒸氣會(huì )產(chǎn)生體積膨脹，巨大的膨脹力可以使鋼渣開(kāi)裂、破碎、粉化，達到粉化鋼渣和渣鐵分離的目的。
據馮建華介紹，現有傳統的鋼渣破碎常用方式有以下幾種：
一是熱潑工藝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是投資小、效率高。其缺點(diǎn)是嚴重污染大氣環(huán)境，尤其對地下水有污染，鋼渣處理效果差，生產(chǎn)節奏慢。但目前仍有少量鋼廠(chǎng)在使用這種屬于應該淘汰的工藝。
二是上打水熱燜池工藝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是可使環(huán)保問(wèn)題得到一定程度的緩解，燜渣水可閉路循環(huán)利用，不再有高堿度水外排污染環(huán)境，打水產(chǎn)生的蒸汽可集中處理后排放。其缺點(diǎn)是鋼渣處理效果較差，生產(chǎn)節奏慢，出渣時(shí)常出現紅渣情況；渣池蓋上蓋子打水易造成可燃氣體爆炸，存在安全隱患。
三是有壓熱燜工藝。該工藝的優(yōu)勢是采用輥壓破碎工藝將鋼渣破碎，然后裝罐熱燜，加快了燜渣速度；輥壓破碎和燜渣過(guò)程煙氣排放污染問(wèn)題可以得到 很好的解決；渣鐵分離較好，尾渣穩定性較好。其缺點(diǎn)是投資較大，高溫下輥壓破碎鋼渣，鐵氧化后流失，造成金屬鐵損失；設備維護保養費高，尤其是熱破輥 維修量大；仍然沒(méi)有解決可燃氣體爆炸問(wèn)題。
底水法鋼渣熱燜工藝后來(lái)居上
生產(chǎn)中的難題便是合壹北科研發(fā)的課題，其研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)——底水法燜渣工藝，把鋼渣預處理技術(shù)提高到一個(gè)嶄新階段，受到了用戶(hù)的歡迎。
該工藝同樣采用熱燜池燜渣，燜渣時(shí)從渣池底部注水，前期采用高溫蒸汽熏蒸破碎鋼渣，后期燜渣水注滿(mǎn)渣池，采用水煮工藝，渣水接觸更充分，燜渣效率更高，fCaO、f-MgO消解更充分。
該工藝前期采用小水量注水，水遇熱渣變成蒸汽，蒸汽從高 溫鋼渣中穿過(guò)繼續升溫，高溫蒸汽對渣層進(jìn)行熏蒸，起到鋼渣快速破碎作用。
后期池內水位浸沒(méi)渣層，水在熱渣作用下呈沸騰狀，對整池鋼渣進(jìn)行水煮。水煮過(guò)程無(wú)死角，游離氧化鈣、游離氧化鎂與水的反應時(shí)間遠遠大于上打水熱燜工藝，反應更充分，不會(huì )出現大塊鋼渣和燜渣不均勻情況。
另外，采用該工藝還具有以下技術(shù)優(yōu)勢：
一是燜渣時(shí)間比普通熱燜渣池縮短 1/2 左右，完成同樣產(chǎn)能鋼渣熱燜處理需要渣池數量比普通熱燜少1/3~1/2，投資大幅度減小。
二是工藝科學(xué)合理，可徹底解決蓋蓋打水可燃氣體爆炸問(wèn)題。
三是可以實(shí)現轉爐渣與精煉爐渣混合處理，可節約精煉渣熱潑場(chǎng)地。
四是鋼渣粉化效果好，優(yōu)于其他熱燜工藝。
五是生產(chǎn)效率高，在保證燜渣效果前提下每個(gè)渣池每天可以處理鋼渣 500t～600t。
六是節水節電，運行成本低。
面對兩種泄爆 合壹北科有妙招
馮建華總經(jīng)理介紹，通常在鋼渣熱燜注水過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生兩種泄爆，即物理泄爆和化學(xué)泄爆。所謂物理泄爆，就是在密閉空間內，大量的水遇到紅鋼渣汽化，體積迅速膨脹，造成局部壓力升高和爆炸；所謂化學(xué)泄爆，就是水遇熱渣產(chǎn)生 CO 和 H2等氣體，CO 和 H2都是可燃氣體，可能出現可燃氣體爆炸風(fēng)險。
面對上述兩種泄爆，合壹北科人創(chuàng )新研發(fā)出下列預防措施：
第一，在底水法燜渣，整個(gè)燜渣過(guò)程渣池蓋上頂蓋，渣蓋周邊 設計溢流水槽密封裝置，蓋板設計 2 臺快速泄爆閥，溢流水封可以起到快速泄壓的作用。
第二，針對燜渣前期注水速度慢的特點(diǎn)，可采用底部注水，注水量閉環(huán)控制，使水位上升十分平緩穩定，蒸汽和可燃氣體生成量穩定可控。
第三，在燜渣注水前期，因上部渣層溫度較高，高于可燃氣體著(zhù)火點(diǎn)，產(chǎn)生的可燃氣體在渣池上方穩定燃燒并被迅速消耗，破壞了爆炸條件。
第四，在燜渣后期，鋼渣全部浸入水中，可燃氣體產(chǎn)生量進(jìn)一步降低，此時(shí)池內溫度可降低至著(zhù)火點(diǎn)以下。
第五，在除塵引風(fēng)機的抽吸作用下，燜渣過(guò)程產(chǎn)生的蒸汽和可燃氣體能夠快速釋放，進(jìn)入渣處理除塵系統，渣處理除塵系統包含多個(gè)除塵點(diǎn)位（熱燜池熱燜煙氣收集、出渣煙氣收集、裝渣煙氣收集、鋼渣加工煙氣收集等，總風(fēng)量遠遠大于一個(gè)熱燜池煙氣 量），各種氣體混合后可燃氣體濃度下降，不再具備燃燒和爆炸條件。
由于底水法燜渣過(guò)程最多滿(mǎn)足以上可燃氣體爆炸條件5條中的2條，因此不具備爆炸條件，不存在可燃氣體爆炸風(fēng)險。
鋼渣打水熱燜過(guò)程中，蒸汽生成速度快，不能及時(shí)排出，壓力達到?jīng)_破束縛極限時(shí)瞬時(shí)釋放，可能出現蒸汽沖擊風(fēng)險。
在底水燜渣操作工藝上和生產(chǎn)管理上，應該盡可能避免上述情況產(chǎn)生。合壹北科采取的主要措施如下：
一是固態(tài)鋼渣本身透氣性比較好，出現液態(tài)渣時(shí)要求鋼渣倒入渣池內后靜置降溫，待鋼渣基本凝固時(shí)用鉤機翻倒，使上層高溫渣與下層較低溫度渣混合、破碎，增強渣層透氣性和透水性。
二是底水法燜渣前期供水速度慢，給水量按照預先設定好的曲線(xiàn)，采用自動(dòng)控制方式，避免人工控制誤操作給水過(guò)快造成蒸汽產(chǎn)生過(guò)快及水包紅渣情況出現。
三是燜渣池底部安裝在線(xiàn)壓力檢測儀表，動(dòng)態(tài)監測燜渣池底部壓力，并根據燜渣池底部壓力動(dòng)態(tài)調節給水閥門(mén)，控制給水量。
四是在除塵引風(fēng)機的抽吸作用下，燜渣池內可以形成局部微負壓，燜渣過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽和可燃氣體能夠快速釋放，進(jìn)入渣處理除塵系統。
以上多種手段可使合壹北科創(chuàng )新研發(fā)的蒸汽緩慢產(chǎn)生，快速釋放，整個(gè)燜渣過(guò)程中不具備蒸汽沖擊條件。
底水法燜渣工藝投產(chǎn)數量比較多，僅在唐山地區就有投運設備十幾套，投入使用時(shí)間2 年以上，運行穩定、安全、可靠，沒(méi)有泄爆情況發(fā)生。
2023年 3月12 日，合壹北科委托北京賽福德注冊安全工程師事務(wù)所有限公司組織有關(guān)專(zhuān)家對“底水法鋼渣熱燜工藝”進(jìn)行風(fēng)險論證。專(zhuān)家們聽(tīng)取了合壹北科對于該工藝的介紹并對相關(guān)參數、操作過(guò)程進(jìn)行了核實(shí)，通過(guò)討論形成以下論證意見(jiàn)：
該工藝針對鋼渣熱燜過(guò)程中可能出現的風(fēng)險設計了有關(guān)防火、防爆、防中毒等安全設施，可以有效控制和降低“底水法鋼渣熱燜工藝”，運行過(guò)程中可能出現的火災爆炸、中毒等主要安全風(fēng)險，采取的安全設施可行、有效。
專(zhuān)家們對該工藝還提出下列合理化建議：
一是底水法鋼渣熱燜工藝使用單位應確保設備設施的布置符合相關(guān)安全標準規范的要求。
二是底水法鋼渣熱燜工藝使用單位應按要求制訂“安全操作規程”，并按照安全生產(chǎn)法要求進(jìn)行相關(guān)的培訓。
三是建議在尾氣處理除塵設施后部管道合適位置設置可燃（有毒）氣體監測設施并與燜渣進(jìn)水系統聯(lián)鎖。
四是合壹北科應對底水法鋼渣熱燜的工藝使用單位進(jìn)行技術(shù)交底和培訓，確保工藝過(guò)程正常運行。
圖為合壹北科創(chuàng )新研發(fā)的底水法鋼渣 熱燜技術(shù)中使用的燜渣池設備。
圖為底水法鋼渣熱燜技術(shù)中的燜渣過(guò)程。
圖為鋼渣正在倒入燜渣池。
