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摘 要：钢渣是炼钢过程中产生的副产物，钢渣的综合利用有利于节能减排。当前我国环境排放标准日益提高，各地工业排放指标日益紧缩，新建或改造钢渣处理项目排放指标不仅要满足国家现行标准，也要满足更为严苛的地方排放标准。本文就钢渣处理设施结构优化展开探讨。
关键词：热泼渣处理；渣厢设施；隔热散热；渣沟
1.钢渣的主要成分
钢渣作为炼钢过程中的副产品，它是由金属原料中的杂质与助熔剂、炉衬形成的一种工业废弃物。钢渣的化学成分尤其是碱度决定了其矿物组成。一般的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。由于炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同使得钢中各种成分的含量也有着较大的差异。钢渣通常从冶炼方法、碱度和形态这三个方面进行分类。按炼钢所用炉型可将钢渣分为平炉钢渣、转炉钢渣和电炉钢渣。按钢渣的形态可分为水淬粒状钢渣、块状钢渣和粉状钢渣。由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大。钢渣的碱度可由下式表示：
式中，M表示碱度，%CaO表示钢渣主要成分中碱性氧化物的含量比，%SiO2+%P2O5表示钢渣主要成分中酸性氧化物的含量比。按照碱度可将钢渣分为低、中、高碱度钢渣。M<1.8称为低碱度钢渣，M=1.8～2.5称为中碱度钢渣，M>2.5称为高碱度。一般钢渣的化学成分主要受钢铁的生产工艺及原料的影响。尽管具体成分有波动，但钢渣主要成分大体相同，见表1。
2.钢渣处理工艺
2.1热泼法
热泼法是向出钢高温钢渣进行喷水急冷，钢渣因其中不同组分在冷却过程产生的应变力和与水反应产生的膨胀力两种作用力下产生大量裂纹，冷却水经裂纹渗入，加速破裂过程。热泼法主要有露天、箱式及浅盘热泼三种方法。热泼法对钢渣的流动性没有具体的要求，但钢渣粉化率低，渣铁分离困难，处理后大块钢渣比例高，不利于后续的破碎筛分磁选；热泼处理后钢渣中游离钙镁氧化物含量为5%～10%，远超3%的资源化利用指标要求，安定性不合格无法直接利用，往往陈化数年才考虑资源化利用；生产过程产生的大量含尘蒸汽无组织排放，生产环境十分恶劣。因此，热泼法工艺落后，应尽快淘汰。
2.2冷却法
熱泼法冷却过程中，渣厢内部温度从约1650℃剧降至约60℃，期间伴随剧烈的化学反应，钢渣裂隙内产生大量的饱和高温蒸汽，渣块随之崩裂粉化，这些高温蒸汽及飞崩的高温渣块，对渣厢周边挡墙产生很大的破坏性。因此，渣厢挡墙必须具有良好的热防护性能，挡墙内壁的隔热散热必须高效，才能保障渣厢结构在高温辐射、渣块撞击等作用下安全可靠的运行。根据渣厢不同的容积，喷淋冷却水一般需要80m3/h～150m3/h耗水量，随之产生大量的冷却废水，而废水中裹挟大量的渣粉，排放路径须通畅，并具有初步滤渣功能。
2.3热闷法
热闷法是中冶建研总院于20世纪90年代研制成功的一种钢渣处理技术，现已在首钢京唐、宝钢、鞍钢、重庆钢厂等多家钢铁企业推广应用，效果良好。其处理工艺过程是：将密封在热闷罐中的液态钢渣进行间歇式的洒水，急冷产生的物理力学作用和蒸汽对渣中游离氧化钙的水化作用使其破碎。其主要优点在于工艺比较简单，对高碱度钢渣有更好的处理效果，处理后的钢渣活性较高、稳定性较好；缺点是处理后钢渣粒度均匀性差、破碎加工量大、较长处理周期。
3.渣厢结构优化措施
结合工程实践经验，综合考虑渣厢冷却环境特点，采取了两方面的优化措施：一是改良隔热、散热构造措施；二是改良废水排放构造措施。优化后的隔热结构设施如图1所示。（1）隔热散热构造措施。首先，在内壁设置约200mm厚的耐火砖基座，支撑梁采用镀锌螺栓固定于基座上，阻隔热源传导路径，避免混凝土局部高温导致开裂。在支撑梁上翼缘两侧设置限位卡槽连接隔热板，梁板在高温变形时，由于变形不协调，使之既能相互自由伸缩，又可保证隔热板不致脱落。隔热板与挡墙之间的空隙内不再填充耐材，在隔热板背面设置散热板，可促进空隙内饱和蒸汽对流散热，保证散热通畅，散热板亦可限制隔热板面外翘曲变形。支撑梁采用废钢轨，因钢轨具有良好的耐热变形特性，且经济环保。此外，锚栓连接便于后期维护，且导热面积很小，可忽略不计。优化后的渣厢设施剖面图如图2所示。优化后热泼渣厢设施为架空式，材料均为常规材质，主要材质和规格为：普通矿渣硅酸盐钢筋混凝土，强度等级为C30～C35；粘土质隔热耐火砖，性能指标为NG135-1.3，耐火度不低于1690℃；QU50废钢轨；25mm～35mm厚隔热板，材质为Q235-B碳钢或铸钢板；M20～M24镀锌锚栓，材质为Q235-B或不锈钢。（2）排水构造措施。对于喷淋冷却废水的排放污染，采取两方面措施来解决：一是优化排水路径，二是优化渣沟构造。首先，渣厢底板顶面设置5%～10%的坡度，在底板上均匀铺设500mm厚黏性土层，并分层夯实，夯实系数不小于0.94，在夯实后的土层上铺设300mm～500mm高炉矿渣，粒径为50mm～150mm。其二，渣沟盖板中间设置60mm×500mm的长圆孔，并在盖板两边侧各增设一个30mm×500mm凹槽，当盖板铺装后，相邻盖板之间自然形成了一个60mm×500mm的落水孔，则落水孔的面积增大1.5倍。其三，在来水方向的渣沟侧壁顶部，水平增设一排约100mm×300mm的矩形泄水孔，孔间净距约400mm，并在泄水孔外侧增设活动式格栅滤网，格栅滤网可采用镀锌碳钢或不锈钢，网孔宜为25mm×25mm左右，滤网可防止大颗粒矿渣进入渣沟。经优化后，冷却废水可初步过滤，大大减少废水中的渣粉含量，减缓流速；大部分废水首先通过渣沟侧壁的泄水孔流入沟内，若仍有部分溢出，可通过顶部盖板的落水孔流入渣沟，多道泄水路径，明显提升了排水效率，基本解决了场地污染。
4.结语
我国工业经济发展迅速，带来了日益严重的环境问题，迫切需要钢渣处理利用生产的规范化。随着技术的不断发展和进步，钢渣处理工艺会有着更快的发展，钢渣也将有着更广阔的应用前景。
参考文献：
[1]韦传稳，孙小建，程强，等.钢渣处理工艺分析[J].现代冶金，2015，41（5）：39.
[2]旷渝训.钢渣的加工处理及综合利用[J].科学咨询，2015，36（1）：48.
[3]高本恒，郝以党，张淑苓等.转炉钢渣资源化处理及热闷生产工艺应用实例研究[J].环境工程，2016.
关键词：热泼渣处理；渣厢设施；隔热散热；渣沟
1.钢渣的主要成分
钢渣作为炼钢过程中的副产品，它是由金属原料中的杂质与助熔剂、炉衬形成的一种工业废弃物。钢渣的化学成分尤其是碱度决定了其矿物组成。一般的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。由于炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同使得钢中各种成分的含量也有着较大的差异。钢渣通常从冶炼方法、碱度和形态这三个方面进行分类。按炼钢所用炉型可将钢渣分为平炉钢渣、转炉钢渣和电炉钢渣。按钢渣的形态可分为水淬粒状钢渣、块状钢渣和粉状钢渣。由于化学成分及冷却条件不同造成钢渣外观形态、颜色差异很大。钢渣的碱度可由下式表示：
式中，M表示碱度，%CaO表示钢渣主要成分中碱性氧化物的含量比，%SiO2+%P2O5表示钢渣主要成分中酸性氧化物的含量比。按照碱度可将钢渣分为低、中、高碱度钢渣。M<1.8称为低碱度钢渣，M=1.8～2.5称为中碱度钢渣，M>2.5称为高碱度。一般钢渣的化学成分主要受钢铁的生产工艺及原料的影响。尽管具体成分有波动，但钢渣主要成分大体相同，见表1。
2.钢渣处理工艺
2.1热泼法
热泼法是向出钢高温钢渣进行喷水急冷，钢渣因其中不同组分在冷却过程产生的应变力和与水反应产生的膨胀力两种作用力下产生大量裂纹，冷却水经裂纹渗入，加速破裂过程。热泼法主要有露天、箱式及浅盘热泼三种方法。热泼法对钢渣的流动性没有具体的要求，但钢渣粉化率低，渣铁分离困难，处理后大块钢渣比例高，不利于后续的破碎筛分磁选；热泼处理后钢渣中游离钙镁氧化物含量为5%～10%，远超3%的资源化利用指标要求，安定性不合格无法直接利用，往往陈化数年才考虑资源化利用；生产过程产生的大量含尘蒸汽无组织排放，生产环境十分恶劣。因此，热泼法工艺落后，应尽快淘汰。
2.2冷却法
熱泼法冷却过程中，渣厢内部温度从约1650℃剧降至约60℃，期间伴随剧烈的化学反应，钢渣裂隙内产生大量的饱和高温蒸汽，渣块随之崩裂粉化，这些高温蒸汽及飞崩的高温渣块，对渣厢周边挡墙产生很大的破坏性。因此，渣厢挡墙必须具有良好的热防护性能，挡墙内壁的隔热散热必须高效，才能保障渣厢结构在高温辐射、渣块撞击等作用下安全可靠的运行。根据渣厢不同的容积，喷淋冷却水一般需要80m3/h～150m3/h耗水量，随之产生大量的冷却废水，而废水中裹挟大量的渣粉，排放路径须通畅，并具有初步滤渣功能。
2.3热闷法
热闷法是中冶建研总院于20世纪90年代研制成功的一种钢渣处理技术，现已在首钢京唐、宝钢、鞍钢、重庆钢厂等多家钢铁企业推广应用，效果良好。其处理工艺过程是：将密封在热闷罐中的液态钢渣进行间歇式的洒水，急冷产生的物理力学作用和蒸汽对渣中游离氧化钙的水化作用使其破碎。其主要优点在于工艺比较简单，对高碱度钢渣有更好的处理效果，处理后的钢渣活性较高、稳定性较好；缺点是处理后钢渣粒度均匀性差、破碎加工量大、较长处理周期。
3.渣厢结构优化措施
结合工程实践经验，综合考虑渣厢冷却环境特点，采取了两方面的优化措施：一是改良隔热、散热构造措施；二是改良废水排放构造措施。优化后的隔热结构设施如图1所示。（1）隔热散热构造措施。首先，在内壁设置约200mm厚的耐火砖基座，支撑梁采用镀锌螺栓固定于基座上，阻隔热源传导路径，避免混凝土局部高温导致开裂。在支撑梁上翼缘两侧设置限位卡槽连接隔热板，梁板在高温变形时，由于变形不协调，使之既能相互自由伸缩，又可保证隔热板不致脱落。隔热板与挡墙之间的空隙内不再填充耐材，在隔热板背面设置散热板，可促进空隙内饱和蒸汽对流散热，保证散热通畅，散热板亦可限制隔热板面外翘曲变形。支撑梁采用废钢轨，因钢轨具有良好的耐热变形特性，且经济环保。此外，锚栓连接便于后期维护，且导热面积很小，可忽略不计。优化后的渣厢设施剖面图如图2所示。优化后热泼渣厢设施为架空式，材料均为常规材质，主要材质和规格为：普通矿渣硅酸盐钢筋混凝土，强度等级为C30～C35；粘土质隔热耐火砖，性能指标为NG135-1.3，耐火度不低于1690℃；QU50废钢轨；25mm～35mm厚隔热板，材质为Q235-B碳钢或铸钢板；M20～M24镀锌锚栓，材质为Q235-B或不锈钢。（2）排水构造措施。对于喷淋冷却废水的排放污染，采取两方面措施来解决：一是优化排水路径，二是优化渣沟构造。首先，渣厢底板顶面设置5%～10%的坡度，在底板上均匀铺设500mm厚黏性土层，并分层夯实，夯实系数不小于0.94，在夯实后的土层上铺设300mm～500mm高炉矿渣，粒径为50mm～150mm。其二，渣沟盖板中间设置60mm×500mm的长圆孔，并在盖板两边侧各增设一个30mm×500mm凹槽，当盖板铺装后，相邻盖板之间自然形成了一个60mm×500mm的落水孔，则落水孔的面积增大1.5倍。其三，在来水方向的渣沟侧壁顶部，水平增设一排约100mm×300mm的矩形泄水孔，孔间净距约400mm，并在泄水孔外侧增设活动式格栅滤网，格栅滤网可采用镀锌碳钢或不锈钢，网孔宜为25mm×25mm左右，滤网可防止大颗粒矿渣进入渣沟。经优化后，冷却废水可初步过滤，大大减少废水中的渣粉含量，减缓流速；大部分废水首先通过渣沟侧壁的泄水孔流入沟内，若仍有部分溢出，可通过顶部盖板的落水孔流入渣沟，多道泄水路径，明显提升了排水效率，基本解决了场地污染。
4.结语
我国工业经济发展迅速，带来了日益严重的环境问题，迫切需要钢渣处理利用生产的规范化。随着技术的不断发展和进步，钢渣处理工艺会有着更快的发展，钢渣也将有着更广阔的应用前景。
参考文献：
[1]韦传稳，孙小建，程强，等.钢渣处理工艺分析[J].现代冶金，2015，41（5）：39.
[2]旷渝训.钢渣的加工处理及综合利用[J].科学咨询，2015，36（1）：48.
[3]高本恒，郝以党，张淑苓等.转炉钢渣资源化处理及热闷生产工艺应用实例研究[J].环境工程，2016.