本報記者 夏杰生
據不完全統計，目前我國鋼渣的生產量已經累計 超過10億噸，對于環境和社會生產產生的影響與日俱 增。時至今日，我國鋼企對鋼渣的利用率不超過 30%。大部分鋼企在鋼渣產生后，只將大塊的鋼渣進行簡單磁選，剩余的向社會上出售，甚至是免費轉讓 處理。鋼渣處理企業將鋼渣分選后，選出渣鋼和磁選粉再賣給鋼鐵廠，剩余的尾渣除了少部分賣給水泥廠以外，大部分被無組織堆棄，造成環境污染、土地占用和資源浪費，這與工信部發布的《大宗工業固體廢物 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成為 影響中國鋼鐵業發展的關鍵性因素。
成立于 2018 年的北京合壹北科環保科技有限公司（下文簡稱合壹北科），主要從事冶金專用設備、節能環保設備、自動控制系統的開發、研制、加工制造，以及高新技術產品的推廣應用。
據該公司總經理馮建華介紹，隨著國家環保要求的不斷嚴格，合壹北科加大人力及資金投入力度，研發出使生產中的鋼渣處理難題迎刃而解的底水法鋼 渣熱燜技術，且已在鋼廠應用，很受青睞。
傳統鋼渣預處理工藝喜憂參半
科研和實踐表明：熱態鋼渣（300℃~800℃）中的fCaO（游離氧化鈣）、f-MgO（游離氧化鎂）遇水和水蒸氣會產生體積膨脹，巨大的膨脹力可以使鋼渣開裂、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。該工藝的優點是投資小、效率高。其缺點是嚴重污染大氣環境，尤其對地下水有污染，鋼渣處理效果差，生產節奏慢。但目前仍有少量鋼廠在使用這種屬于應該淘汰的工藝。
二是上打水熱燜池工藝。該工藝的優點是可使環保問題得到一定程度的緩解，燜渣水可閉路循環利用，不再有高堿度水外排污染環境，打水產生的蒸汽可集中處理后排放。其缺點是鋼渣處理效果較差，生產節奏慢，出渣時常出現紅渣情況；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；輥壓破碎和燜渣過程煙氣排放污染問題可以得到 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；仍然沒有解決可燃氣體爆炸問題。
底水法鋼渣熱燜工藝后來居上
生產中的難題便是合壹北科研發的課題，其研發的專利技術——底水法燜渣工藝，把鋼渣預處理技術提高到一個嶄新階段，受到了用戶的歡迎。
該工藝同樣采用熱燜池燜渣，燜渣時從渣池底部注水，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 溫鋼渣中穿過繼續升溫，高溫蒸汽對渣層進行熏蒸，起到鋼渣快速破碎作用。
后期池內水位浸沒渣層，水在熱渣作用下呈沸騰狀，對整池鋼渣進行水煮。水煮過程無死角，游離氧化鈣、游離氧化鎂與水的反應時間遠遠大于上打水熱燜工藝，反應更充分，不會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優勢：
一是燜渣時間比普通熱燜渣池縮短 1/2 左右，完成同樣產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。
二是工藝科學合理，可徹底解決蓋蓋打水可燃氣體爆炸問題。
三是可以實現轉爐渣與精煉爐渣混合處理，可節約精煉渣熱潑場地。
四是鋼渣粉化效果好，優于其他熱燜工藝。
五是生產效率高，在保證燜渣效果前提下每個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
馮建華總經理介紹，通常在鋼渣熱燜注水過程中，會產生兩種泄爆，即物理泄爆和化學泄爆。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；所謂化學泄爆，就是水遇熱渣產生 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險。
面對上述兩種泄爆，合壹北科人創新研發出下列預防措施：
第一，在底水法燜渣，整個燜渣過程渣池蓋上頂蓋，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，可采用底部注水，注水量閉環控制，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，高于可燃氣體著火點，產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，可燃氣體產生量進一步降低，此時池內溫度可降低至著火點以下。
第五，在除塵引風機的抽吸作用下，燜渣過程產生的蒸汽和可燃氣體能夠快速釋放，進入渣處理除塵系統，渣處理除塵系統包含多個除塵點位（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，總風量遠遠大于一個熱燜池煙氣 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。
由于底水法燜渣過程最多滿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險。
鋼渣打水熱燜過程中，蒸汽生成速度快，不能及時排出，壓力達到沖破束縛極限時瞬時釋放，可能出現蒸汽沖擊風險。
在底水燜渣操作工藝上和生產管理上，應該盡可能避免上述情況產生。合壹北科采取的主要措施如下：
一是固態鋼渣本身透氣性比較好，出現液態渣時要求鋼渣倒入渣池內后靜置降溫，待鋼渣基本凝固時用鉤機翻倒，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，采用自動控制方式，避免人工控制誤操作給水過快造成蒸汽產生過快及水包紅渣情況出現。
三是燜渣池底部安裝在線壓力檢測儀表，動態監測燜渣池底部壓力，并根據燜渣池底部壓力動態調節給水閥門，控制給水量。
四是在除塵引風機的抽吸作用下，燜渣池內可以形成局部微負壓，燜渣過程中產生的蒸汽和可燃氣體能夠快速釋放，進入渣處理除塵系統。
以上多種手段可使合壹北科創新研發的蒸汽緩慢產生，快速釋放，整個燜渣過程中不具備蒸汽沖擊條件。
底水法燜渣工藝投產數量比較多，僅在唐山地區就有投運設備十幾套，投入使用時間2 年以上，運行穩定、安全、可靠，沒有泄爆情況發生。
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所有限公司組織有關專家對“底水法鋼渣熱燜工藝”進行風險論證。專家們聽取了合壹北科對于該工藝的介紹并對相關參數、操作過程進行了核實，通過討論形成以下論證意見：
該工藝針對鋼渣熱燜過程中可能出現的風險設計了有關防火、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”，運行過程中可能出現的火災爆炸、中毒等主要安全風險，采取的安全設施可行、有效。
專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”，并按照安全生產法要求進行相關的培訓。
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水系統聯鎖。
四是合壹北科應對底水法鋼渣熱燜的工藝使用單位進行技術交底和培訓，確保工藝過程正常運行。
圖為合壹北科創新研發的底水法鋼渣 熱燜技術中使用的燜渣池設備。
圖為底水法鋼渣熱燜技術中的燜渣過程。
圖為鋼渣正在倒入燜渣池。
