鋼渣熱悶工藝循環水處理
摘 要:對鋼渣熱悶工藝產生的“高蒸發（70％）、高堿度污染（pH13）、高溫水（75℃～90℃）”為主要特點的生產廢水循環利用工程進行了總結分析。
關鍵詞:鋼渣熱悶;循環水;高蒸發;高堿度;高溫水
國內有關企業對鋼渣處理回用技術已經進行了數十年的研究，作為鋼渣熱悶法處理工藝配套的循環供水系統，自2003年開始在實際工程項目中應用。處理水量為800～1000m3/h，以“高蒸發（70％）、高堿度污染（pH13）、高溫水（75℃～90℃）”為主要特點的生產廢水得到循環利用，實現了零排放。目前已在本溪北營鋼鐵集團公司、太原鋼鐵集團有限公司、天鐵資源有限責任公司、廣東韶關鋼鐵有限公司、日照京華新型建材有限公司、首鋼京唐鋼鐵聯合公司、鞍山鋼鐵集團公司、唐山國豐有限公司等數十家鋼鐵企業應用，效果良好。根據特殊水質要求，通過工程實踐，發現了該工藝經常遇到的一些問題，現針對這些問題進行相應分析。
1 鋼渣熱悶處理工藝
1.1 鋼渣處理的必要性和鋼渣熱悶處理工藝
冶金工業在冶煉過程中會產生大量鋼鐵渣，過去一直被視為廢物而丟棄。經過多年的實踐，鋼渣現已成為建材工業質優價廉的寶貴原料。鋼渣資源化利用的一批科研成果已被列入了國家推廣項目。近幾年來，隨著鋼渣處理和資源化利用技術的不斷創新，一些鋼鐵企業為解除“渣滿為患”，從企業可持續發展角度考慮，堅持“利廢、節能、綜合治理”的方針，根據本企業實際情況，安排資金建設了鋼渣資源化利用工程，取得了良好的社會效益、經濟效益和環境效益。
近幾年，國內企業自行研發的“鋼渣余熱自解熱悶技術”已推廣應用，該技術在鋼渣經熱悶粉化后可使鋼渣中的廢鋼全部回收，并消除了鋼渣的不穩定性，可實現鋼渣的100%利用。
1.2 鋼渣熱悶工藝簡介
熱悶工藝是將熱熔鋼渣直接倒入熱悶裝置中，用水使鋼渣冷卻到1100℃以下，加蓋、噴水霧，鋼渣與水進行反應：
f-CaO + H2O → Ca(OH)2 體積膨脹97.8％
f-MgO + H2O → Mg(OH)2 體積膨脹148％
利用鋼渣余熱熱悶自解粉化，熱悶后鋼渣粉化，渣鐵分離。熱悶時消解了鋼渣中的f-CaO和f-MgO，解決了f-CaO和f-MgO遇水體積膨脹問題，避免造成鋼渣應用時穩定性不合格的現象。
2 鋼渣熱悶工藝中的用水情況
在整個鋼渣熱悶處理工藝中，水作為轉爐鋼渣熱悶的工作介質，熱悶需要通過加水完成，因此水的正常供應是關鍵。熱悶噴水過程分為兩步：第一步為倒入每罐熔融鋼渣后噴水冷卻，第二步為熱悶裝置裝滿鋼渣后噴水熱悶。對單個熱悶裝置而言，第一步和第二步分開噴水，但對多個熱悶裝置而言，第一步和第二步有可能重合。
（1）第一步噴水冷卻
每次將一組鋼渣倒入熱悶裝置后，排蒸汽罩車移動到熱悶裝置上，開始進行噴水冷卻，倒渣后噴水冷卻用水最大噴水量為100m3/h，每次噴水冷卻時間為10分鐘，間隔30分鐘，再噴10分鐘，最大噴水量為100m3/h，靜停，進行第二次倒渣。最多有2個熱悶裝置同時噴水冷卻，設計最大噴水量為200m3/h，水壓為0.35M～0.40MPa。每天2個熱悶裝置同時倒渣后同時噴水冷卻約18次，用水點標高1.0m，倒渣后噴水冷卻用水不考慮回水。
噴水制度：每倒入一罐熔融鋼渣后開始噴水冷卻，噴水時間為10分鐘，然后靜停30分鐘，再次噴水時間為10分鐘，靜停。等待第二次運渣車，至6小時最后一車渣倒完之后，進入第二步。
（2）第二步噴水熱悶
轉爐鋼渣處理一般需要8～12個熱悶裝置，一個熱悶裝置最大噴水量為100m3/h，最多有4～8個熱悶裝置同時噴水，設計最大噴水量為400～800m3/h，水壓為0.35M～0.40MPa。
噴水制度：當第一步噴水冷卻過程結束后，開始進入第二步噴水熱悶過程，熱悶過程分4次噴水，每次噴水時間為1小時，兩次噴水間隔時間也為1小時，第一次噴水量為100m3/h，第二次噴水量為77m3/h，第三次噴水量為77m3/h，第四次噴水量為71m3/h。其它時間為熱悶時間，不噴水，熱悶用水點標高0.7m，回水量按30％考慮，回水水溫90℃。
（3）最大用水量
第一步與第二步重疊時有4～8個熱悶噴水，兩個冷卻噴水，則此時用水量為二者之和，每天為兩次。從以上用水情況可以看出，熱悶用水情況復雜，且不連續穩定。而且經熱悶后水溫極高，蒸發量大，回水量小。
3 水處理工藝流程
鋼渣熱悶處理生產線用水采用全廠廢水處理系統處理后的回用水。本著節約用水、提高水資源重復利用率的原則，生產線采用循環系統。除停產檢修時，正常生產不向外排水。
生產用水系統主要是轉爐鋼渣熱悶用水、抑塵冷卻用水。生產系統用水采用循環給水系統。該系統由以下部分組成：
回水井→回水泵房→冷卻沉淀池→吸水井→供水泵房→各用水點鋼渣熱悶用水， 一部分水變成蒸汽與鋼渣中f-CaO、f-MgO發生水化反應使鋼渣自解粉化，鋼渣含有3％～5％的水分；另一部分水為使鋼渣降溫由熱悶裝置底部排水孔流入排水溝；厮浥潘疁鲜占髤R同進入回水井。進入回水井后，由耐熱潛污泵（90℃）提升后進入沉淀池。
在沉淀池的一端底部有污泥池，懸浮物聚集到污泥池便于清運。在沉淀池上方安裝有電動單軌抓斗起重機，可以定期將沉淀在污泥池中的污泥吊運至運輸車中，待脫水后將污泥送到鋼渣處理生產線的受料斗從而進入生產線。平流沉淀池出水進入吸水井和供水泵房，供水泵房出水供熱悶循環使用。
4 水處理設施
水處理設施包括管廊、排水溝、回水井、平流沉淀池、循環水泵房、加藥間，以及必要的設備設施。
4.1 管廊
熱悶裝置使用過的水經由熱悶裝置底部排水孔通過一道篦網進入排水溝（排水溝深度根據工藝要求確定），為了節省占地、減少投資和方便維護檢修，管廊在熱悶裝置邊與排水溝合并，污水由排水溝兩端向中間匯流，最后流入回水井。管廊出口端設置人行步道。為了防止蒸汽彌漫，影響人員操作，排水溝上部加罩，出口加風機抽蒸汽。排水溝設沖洗水點。
4.2 回水井
兩股污水經匯集后進入回水井，由耐磨雜質泵（90℃）提升后進入沉淀池。為防止顆粒物在回水井內沉積，設有壓縮空氣攪拌裝置。
4.3 平流沉淀池
選用平流沉淀池兩座，上設GYZ－6.3型刮渣機。污泥由刮渣機刮到泥斗，通過電動單軌抓斗被起重機抓走。
4.4 水泵房及吸水井
水泵為熱悶及噴霧沉降室噴水供水系統，一般選用臥式離心泵，用水壓力為0.35M~0.45MPa，懸浮物顆粒小于0.25mm，間斷使用并對水溫沒有要求，采用就地和在值班室兩處操作，采用變頻水泵組，定壓變量供水。
5 水處理工藝運行中出現的問題
鋼渣熱悶工藝產生的以高蒸發、高堿度污染、高溫水結垢為主要特征的污水處理尚未發現工程實例文獻。國內的鋼渣熱悶工程已有應用推廣，與之配套的用水系統在實踐中也總結出了若干問題。
通過天鐵、鞍鋼、本鋼等鋼渣處理項目的工程實踐，水處理工藝的主要難點主要是由鋼渣熱悶工藝的特點決定的。用于處理的鋼渣溫度高達1600℃，水作為轉爐鋼渣熱悶的工作介質，因工藝需要造成的“高蒸發（70％）、高堿度污染（pH13）、高溫水（75℃～90℃）”問題，帶來的工程實際問題有：
（1）蒸發嚴重，排水管廊、回水井等處高溫蒸汽彌漫，給檢修帶來極大困難和危險；
（2）回水溫度高，設備、儀表均需選用耐高溫的特殊型號，而且損壞頻繁，回水井中所用回水泵和液位計損壞情況尤其嚴重；
（3）由于“高蒸發、高堿度污染、高溫水”問題，致使循環系統水質極不穩定，系統結垢嚴重。
6 對策及解決辦法
針對排水管廊、回水井等處高溫蒸汽彌漫、排氣不暢的問題，由通風專業做出計算，對管道進行隔熱、管廊進行通風處理。
對回水溫度過高（90℃左右）以及回水泵、液位計等設備儀表極易損壞的問題，盡量不選與回水直接接觸的潛水泵，改用液下泵或增設干式泵房，減少設備與高溫水的接觸；選用耐高溫的儀表，如雷達液位計等，為保證安全，可設兩種液位計備用。系統結垢是一個棘手的問題，目前主要的應對方法有：（1）另設一套備用管道系統，方便定期對結垢嚴重的管道進行處理、更換，同時保證生產的正常運行。鞍鋼項目采用了這種備用管道系統。（2）與專業清洗公司結合，定期通過清洗劑對管道進行清洗，首鋼鋼渣熱悶項目采取了這種方式緩解管道結垢問題，目前效果良好。缺點是經常需要停產清洗。（3）在系統運行中減緩結垢的方法主要有物理法和化學法，如可采取在管道上安裝電磁除垢儀、在管道中投加緩蝕劑、噴入CO2等等方法。這些方法大部分還在探索之中，目前效果還不顯著。
通過工藝流程設置、構筑物的增建，盡量減少易出問題的部位。主要作法有以下幾種：（1）將管廊中的供回水管道架空敷設，不再設放在管廊中，方便檢修，減少工作人員下管廊的風險；（2）取消回水井及回水泵，熱悶回水自流入沉淀池處理，雖然增加了沉淀池埋深，增加了土建工程量，但避免了由于回水溫度高，造成回水泵及其配套儀表出故障等問題；（3）將沉淀池、吸水井、供水泵房采用一體化形式設計，結構更緊湊，減少連接管道。
7 總結
依據熱悶工藝配套的循環供水系統數年的工程實踐，并針對其高蒸發、高堿度污染、高溫水結垢的主要特點，總結出較完善的工藝流程和構筑物形式。對于管道結垢問題嚴重，在現有的一些緩解方法的基礎上，還將進行進一步的研究。
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