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底水法钢渣热焖技术大有作为 --合壹北科公司总经理冯建华一席谈

本报记者夏杰生

据不完全统计,目前我国钢渣的生产量已经累计超过10亿吨,对于环境和社会生产产生的影响与日俱增。时至今日,我国钢企对钢渣的利用率不超过30%。大部分钢企在钢渣产生后,只将大块的钢渣进行简单磁选,剩余的向社会上出售,甚至是免费转让处理。钢渣处理企业将钢渣分选后,选出钢和磁选再卖给钢铁厂,剩余的尾除了少部分卖给水泥厂以外,大部分被无组织堆弃,造成环境污染、土地占用和资源浪费,这与工信部发布的《大宗工业固体废物综合利用“十二五”规划》要求达到的75%的指标仍有很大差距,与发达国家综合利用率接近100%的水平是相差甚远。因此,钢渣的处理与综合利用已经成为影响中国钢铁业发展的关键性因素。

成立于2018年的北京合壹北科环保科技有限公司(下文简称合壹北科),主要从事冶金专用设备、节能环保设备、自动控制系统的开发、研制、加工制造,以及高新技术产品的推广应用。

据该公司总经理冯建华介绍,随着国家环保要求的不断严格,合壹北科加大人力及资金投入力度,研发出使生产中的钢渣处理难题迎刃而解的底水法技术,且已在钢厂应用,很受青睐。

传统钢渣预处理工艺喜忧参半

科研和实践表明:热态钢渣(300℃~800℃)中的fCaO(游离氧化钙)、f-MgO(游离氧化镁)遇水和水蒸气会产生体积膨胀,巨大的膨胀力可以使钢渣开裂、破碎、粉化,达到粉化钢渣和渣铁分离的目的。

据冯建华介绍,现有传统的钢渣破碎常用方式有以下几种:

一是热泼工艺。该工艺的优点是投资小、效率高。其缺点是严重污染大气环境,尤其对地下水有污染,钢渣处理效果差,生产节奏慢。但目前仍有少量钢厂在使用这种属于应该淘汰的工艺。

二是上打水热焖池工艺。该工艺的优点是可使环保问题得到一定程度的缓解,渣水可闭路循环利用,不再有高碱度水外排污染环境,打水产生的蒸汽集中处理后排放。其缺点是钢渣处理效果较差,生产节奏慢,出渣时常出现红渣情况;池盖上盖子打水易造成可燃气体爆炸,存在安全隐患。

三是有热焖工艺。该工艺的优势是采用辊压破碎工艺将钢渣破碎,然后装罐热,加快了渣速度;压破碎和渣过程烟气排放污染问题可以得到很好的解决;渣铁分离较好,尾渣稳定性较好。其缺点是投资较大,高温下压破碎钢渣,铁氧化后流失,造成金属铁损失;设备维护保养费高,尤其是热破辊维修量大;仍然没有解决可燃气体爆炸问题。

底水法钢渣热焖工艺后来居上

生产中的难题便是合壹北科研发的课题,其研发的专利技术——底水法渣工艺,把钢渣预处理技术提高到一个崭新阶段,受到了用户的欢迎。

该工艺同样采用热焖池焖渣,渣时从池底部注水,前期采用高温蒸汽熏蒸破碎钢渣,后期渣水注满池,采用水煮工艺,渣水接触更充分,渣效率更高,fCaO、f-MgO消解更充分。

该工艺前期采用小水量注水,水遇热变成蒸汽,蒸汽从高钢渣中穿过继续升温,高温蒸汽对渣层进行熏蒸,起到钢渣快速破碎作用。

后期池内水位浸没渣层,水在热作用下呈沸腾状,对整钢渣进行水煮。水煮过程无死角,游离氧化钙、游离氧化镁与水的反应时间远远大于上打水热焖工艺,反应更充分,不会出现大块钢渣和渣不均匀情况。

另外,采用该工艺还具有以下技术优势:

一是渣时间比普通热焖渣池缩短1/2左右,完成同样产能钢渣热处理需要池数量比普通热焖少1/3~1/2,投资大幅度减小。

二是工艺科学合理,可彻底解决盖盖打水可燃气体爆炸问题。

三是可以实现转炉渣与精炼炉渣混合处理,可节约精炼渣热场地。

四是钢渣粉化效果好,优于其他热焖工艺。

五是生产效率高,在保证渣效果前提下每个池每天可以处理钢渣500t~600t。

六是节水节电,运行成本低。

面对两种泄爆合壹北科有妙招

冯建华总经理介绍,通常在钢渣热注水过程中,会产生两种泄爆,即物理泄爆和化学泄爆。所谓物理泄爆,就是在密闭空间内,大量的水遇到钢渣汽化,体积迅速膨胀,造成局部压力升高和爆炸;所谓化学泄爆,就是水遇热产生CO和H2等气体,CO和H2都是可燃气体,可能出现可燃气体爆炸风险。

面对上述两种泄爆,合壹北科人创新研发出下列预防措施:

第一,在底水法渣,整个渣过程渣池盖上顶盖,渣盖周边设计溢流水槽密封装置,盖板设计2快速泄爆阀,溢流水封可以起到快速泄压的作用。

第二,针对渣前期注水速度慢的特点,可采用底部注水,注水量闭环控制,使水位上升十分平缓稳定,蒸汽和可燃气体生成量稳定可控。

第三,在渣注水前期,因上部渣层温度较高,高于可燃气体着火点,产生的可燃气体在渣池上方稳定燃烧并被迅速消耗,破坏了爆炸条件。

第四,在渣后期,钢渣全部浸入水中,可燃气体产生量进一步降低,此时池内温度可降低至着火点以下。

第五,在除尘引风机的抽吸作用下,渣过程产生的蒸汽和可燃气体能够快速释放,进入渣处理除尘系统,渣处理除尘系统包含多个除尘点位(热焖池烟气收集、出渣烟气收集、装渣烟气收集、钢渣加工烟气收集等,总风量远远大于一个热焖池烟气量),各种气体混合后可燃气体浓度下降,不再具备燃烧和爆炸条件。

由于底水法渣过程最多满足以上可燃气体爆炸条件5条中的2条,因此不具备爆炸条件,不存在可燃气体爆炸风险。

钢渣打水热过程中,蒸汽生成速度快,不能及时排出,压力达到冲破束缚极限时瞬时释放,可能出现蒸汽冲击风险。

在底水渣操作工艺上和生产管理上,应该尽可能避免上述情况产生。合壹北科采取的主要措施如下:

一是固态钢渣本身透气性比较好,出现液态渣时要求钢渣倒入池内后静置降温,待钢渣基本凝固时用机翻倒,使上层高温与下层较低温度混合、破碎,增强渣层透气性和透水性。

二是底水法渣前期供水速度慢,给水量按照预先设定好的曲线,采用自动控制方式,避免人工控制误操作给水过快造成蒸汽产生过快及水包红渣情况出现。

三是渣池底部安装在线压力检测仪表,动态监测渣池底部压力,并根据渣池底部压力动态调节给水阀门,控制给水量。

四是在除尘引风机的抽吸作用下,渣池内可以形成局部微负压,渣过程中产生的蒸汽和可燃气体能够快速释放,进入渣处理除尘系统。

以上多种手段可使合壹北科创新研发的蒸汽缓慢产生,快速释放,整个渣过程中不具备蒸汽冲击条件。

底水法渣工艺投产数量比较多,仅在唐山地区就有投运设备十几套,投入使用时间2年以上,运行稳定、安全、可靠,没有泄爆情况发生。

2023年3月12日,合壹北科委托北京赛福德注册安全工程师事务所有限公司组织有关专家对“底水法钢渣热焖工艺”进行风险论证。专家们听取了合壹北科对于该工艺的介绍并对相关参数、操作过程进行了核实,通过讨论形成以下论证意见:

该工艺针对钢渣热过程中可能出现的风险设计了有关防火、防爆、防中毒等安全设施,可以有效控制和降低“底水法钢渣热焖工艺”,运行过程中可能出现的火灾爆炸、中毒等主要安全风险,采取的安全设施可行、有效。

专家们对该工艺还提出下列合理化建议:

一是底水法钢渣热焖工艺使用单位应确保设备设施的布置符合相关安全标准规范的要求。

二是底水法钢渣热焖工艺使用单位应按要求制订“安全操作规程”,并按照安全生产法要求进行相关的培训。

三是建议在尾气处理除尘设施后部管道合适位置设置可燃(有毒)气体监测设施并与渣进水系统联锁

四是合壹北科应对底水法钢渣热的工艺使用单位进行技术交底和培训,确保工艺过程正常运行。

图为合壹北科创新研发的底水法钢渣热焖技术中使用的渣池设备。

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