高建明

（陜鋼集團(tuán)龍鋼公司煉鋼廠）

摘  要：轉(zhuǎn)爐煉鋼使用輔料污泥球，有效地解決了廢渣的回收利用和對(duì)環(huán)境的污染問題，是企業(yè)節(jié)能減排的有效措施，轉(zhuǎn)爐煉鋼前期使用燒制的污泥球，對(duì)除塵水質(zhì)沒有產(chǎn)生影響，而在使用生制污泥球后，導(dǎo)致除塵水質(zhì)硬度升高，系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，使生制污泥球在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用受阻，為了解決生制污泥球在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的使用問題，我們進(jìn)行了相關(guān)的理論和實(shí)際應(yīng)用研究，解決了其使用問題，取得了滿意的成效。

關(guān)鍵詞： 結(jié)垢；污泥球；純堿

1  前言

轉(zhuǎn)爐煉鋼的輔料主要有石灰、礦石、白云石、污泥球等，在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，由于爐內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，以致產(chǎn)生大量的煙塵，通過余熱鍋爐各段煙道進(jìn)入除塵噴淋系統(tǒng)，將煤氣進(jìn)行洗劑凈化后經(jīng)由風(fēng)機(jī)送入煤氣柜供給用戶使用，煤氣經(jīng)過除塵系統(tǒng)洗劑后污水的懸浮物含量在幾百mg/L到幾萬mg/L，污水經(jīng)過高架槽流入粗顆粒分離器，再通過投加絮凝劑于斜板沉淀池內(nèi)沉降，使其出水懸浮物達(dá)到100mg/L以下，并且硬度小于75mg/L，再經(jīng)由冷卻塔降溫后進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)水降耗的目的，重要的是在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中充分利用了工業(yè)廢渣料（燒制）污泥球，消化了工業(yè)廢渣對(duì)環(huán)境的污染，但是隨著環(huán)保因素的約束，燒制污泥球因?yàn)楣に囘^程對(duì)環(huán)境的污染而被迫停止，轉(zhuǎn)而使用免燒污泥球后，轉(zhuǎn)爐除塵水質(zhì)則發(fā)生了異常的變化，導(dǎo)致除塵斜板池出水硬度升高而出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)爐除塵效果和煉鋼生產(chǎn)，致使免燒污泥球的使用出現(xiàn)了困難，通過我們采取相關(guān)措施后，有效的控制了除塵水質(zhì)硬度并保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，遏制了系統(tǒng)的結(jié)垢問題，取得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了免燒污泥球的有效使用，為鋼鐵企業(yè)的廢渣利用尋找了可行的途徑。

2  除塵水質(zhì)結(jié)垢追索

2016年12月9日新區(qū)除塵水質(zhì)硬度升高到675mg/L，緊接著12月17日老區(qū)除塵水質(zhì)硬度升高到835mg/L，最高硬度達(dá)到1800mg/L，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，通過對(duì)新老區(qū)補(bǔ)水指標(biāo)和補(bǔ)排水檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，同時(shí)我們對(duì)11月份和12月10日以后轉(zhuǎn)爐輔料礦石、白云石、石灰石、石灰、鋼渣和污泥球用量進(jìn)行比較，也沒有發(fā)現(xiàn)較大的差異、現(xiàn)場(chǎng)了解發(fā)現(xiàn)12月8日新老區(qū)同時(shí)將燒制污泥球（紅球）改用生制污泥球（黑球）投加轉(zhuǎn)爐煉鋼后，其新老區(qū)除塵水質(zhì)相繼出現(xiàn)硬度升高速度很快，由此基本確定為生制污泥球影響所致，爾后通過應(yīng)急措施將硬度快速降下來，穩(wěn)定系統(tǒng)正常運(yùn)行，隨后2017年1月1日5^#、6^#轉(zhuǎn)爐停加生制污泥球，1月4日1^#、2^#、3^#轉(zhuǎn)爐停加生制污泥球，其后續(xù)的生產(chǎn)過程中，除塵水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定運(yùn)行；污泥球作為轉(zhuǎn)爐煉鋼輔料應(yīng)用，不但解決了企業(yè)的廢渣處理問題，同時(shí)也較好的有助于轉(zhuǎn)爐化渣和熱平衡問題，是一個(gè)很好的應(yīng)用方法，針對(duì)燒制污泥球生產(chǎn)工藝的環(huán)保因素被迫淘汰停止，生制污泥球投加轉(zhuǎn)爐煉鋼后對(duì)除塵水質(zhì)的影響，使生制污泥球的使用問題顯露出來，給公司廢渣回用處理帶來負(fù)面影響，為了盡快解決轉(zhuǎn)爐煉鋼使用生制污泥球的問題，面對(duì)目前的困境，經(jīng)過反復(fù)考慮，認(rèn)為從水質(zhì)處理方面著手，能夠有效解決生制污泥球的使用問題，為此我們相繼開展了理論依據(jù)分析和生產(chǎn)實(shí)際的試驗(yàn)應(yīng)用。

3  轉(zhuǎn)爐除塵水質(zhì)平衡原理

轉(zhuǎn)爐除塵水質(zhì)是一個(gè)低硬度、高堿度的體系，PH為10—12的強(qiáng)堿性水質(zhì)，維持這一體系平衡的主要是轉(zhuǎn)爐煉鋼輔料石灰起到關(guān)鍵的作用，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，煙塵中夾雜著石灰粉末進(jìn)入除塵系統(tǒng)洗劑塔內(nèi)，石灰粉沫溶于水后發(fā)生反應(yīng)生成堿性水質(zhì)，維持系統(tǒng)的堿性平衡，如下反應(yīng)方程式：

CaO+H₂O=Ca(OH)₂

Ca(OH)₂=Ca²⁺+2OH^-

同時(shí)由于轉(zhuǎn)爐吹煉過程的碳氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一定量的CO₂氣體，在除塵系統(tǒng)洗劑塔內(nèi)被堿液吸收，產(chǎn)生CO₃^2-離子，與此同時(shí)除塵水在冷卻塔降溫過程中與空氣充分接觸，也吸收了空氣中的CO₂氣體而產(chǎn)生CO₃^2-離子，如下反應(yīng)方程式：

2OH^-+ CO₂= CO₃^2-+H₂O

而系統(tǒng)中的Ca²⁺/Mg²⁺離子主要來自轉(zhuǎn)爐煉鋼輔料石灰等粉塵和補(bǔ)充水中，其水系統(tǒng)中CO₃^2-離子和Ca²⁺/Mg²⁺離子反應(yīng)生成沉淀，降低了水質(zhì)中的Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度，正常情況下，系統(tǒng)吸收CO₂氣體產(chǎn)生CO₃^2-離子的濃度大于產(chǎn)生Ca²⁺/Mg²⁺離子的濃度，并使CO₃^2-離子的濃度過剩而形成高堿度水質(zhì)，由于高堿度的存在，一旦水中有Ca²⁺/Mg²⁺離子就將其沉降下來，由此導(dǎo)致水中Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度降低，再通過投加緩釋阻垢劑的作用，阻止水系統(tǒng)的結(jié)垢，保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，如下反應(yīng)方程式：

Ca²⁺+ CO₃^2-= CaCO₃↓

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

4  免燒污泥球的影響原因

污泥球的原料主要是由煉鋼除塵污泥、除塵灰、氧化鐵皮和燒結(jié)除塵灰、以及粘結(jié)劑混合而成，其主要成分為：

從表中可以看出，燒制污泥球和生制污泥球化學(xué)成分基本一致，燒制污泥球是在爐內(nèi)經(jīng)過400℃左右燒制，其燒制過程發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)變化，在轉(zhuǎn)爐煉鋼中產(chǎn)生的粉塵量較少，其內(nèi)外表觀為氧化鐵紅色；免燒污泥球是在常溫下通過機(jī)械壓制而成，基本未發(fā)生物理化學(xué)變化，其在轉(zhuǎn)爐煉鋼中產(chǎn)生的粉塵量較大，其內(nèi)外表觀為黑色，燒制和免燒污泥球其硬度和化學(xué)成分相差無幾，但是在作為轉(zhuǎn)爐煉鋼使用中對(duì)除塵水的影響截然不同，免燒污泥球使用后導(dǎo)致除塵水質(zhì)硬度升高而結(jié)垢，嚴(yán)重影響煉鋼系統(tǒng)的正常運(yùn)行，免燒污泥球影響除塵水質(zhì)的原因是使用后煙氣中產(chǎn)生大量的含Ca²⁺/Mg²⁺離子粉塵，在除塵系統(tǒng)洗劑塔內(nèi)溶于水成為Ca²⁺/Mg²⁺離子，而Ca²⁺/Mg²⁺離子與水中CO₃^2-離子生成沉淀，消耗了循環(huán)水中的CO₃^2-離子，由于生制污泥球的加入，Ca²⁺/Mg²⁺離子持續(xù)產(chǎn)生且量很大，而系統(tǒng)CO₃^2-離子的生成不足以滿足大量的Ca²⁺/Mg²⁺離子的需要，導(dǎo)致CO₃^2-離子濃度逐步降低以至為零，再無法繼續(xù)沉積水中產(chǎn)生的Ca²⁺/Mg²⁺離子，導(dǎo)致Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度過量而逐步升高，在堿性水中產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，雖然我們投加緩蝕阻垢劑，但是在強(qiáng)堿、高硬度條件下，緩蝕阻垢劑的能力是有限的，不足以達(dá)到理想的緩蝕阻垢效果，如下反應(yīng)方程式：

Ca (HCO)₂= CaCO₃↓+H₂O

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

5  解決對(duì)策

5.1  理論依據(jù)分析

前面已經(jīng)陳述過產(chǎn)生結(jié)垢的主要原因是循環(huán)水中Ca²⁺/Mg²⁺離子大量產(chǎn)生，沉積了循環(huán)水中CO₃^2-離子，使系統(tǒng)中CO₃^2-離子的濃度大幅度降低，不能滿足大量的Ca²⁺/Mg²⁺離子的需要，導(dǎo)致CO₃^2-離子濃度嚴(yán)重不足，而Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度過量升高而產(chǎn)生結(jié)垢；要消除循環(huán)水中Ca²⁺/Mg²⁺離子，并維持系統(tǒng)中很低的Ca²⁺/Mg²⁺離子的濃度，就必須提高水中CO₃^2-離子濃度，目前情況下，由于系統(tǒng)自身生成CO₃^2-離子的能力不足，不能維持系統(tǒng)自然的平衡，必須額外人為投加足夠量的CO₃^2-離子來沉積水中Ca²⁺/Mg²⁺離子，才能降低Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度達(dá)到規(guī)定的要求，消除系統(tǒng)結(jié)垢的影響，如下反應(yīng)方程式：

Ca²⁺+ CO₃^2-= CaCO₃↓

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

5.2  實(shí)際（試驗(yàn)）應(yīng)用

2017年1月—3月份相繼在新區(qū)轉(zhuǎn)爐試驗(yàn)生制污泥球使用比例，并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，取得了一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；同年7月在新老區(qū)全面使用生制污泥球，經(jīng)過我們對(duì)生制污泥球加入量和水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，決定對(duì)除塵水系統(tǒng)投加過量的純堿（Na₂CO），以補(bǔ)充循環(huán)水中不足的CO₃^2-離子，實(shí)現(xiàn)除塵水系統(tǒng)低硬度、高堿度、高PH值體系運(yùn)行，具體做法如下：

（1）每班按時(shí)按量投加固體純堿，投加地點(diǎn)在除塵水池。

（2）每班按時(shí)化驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)（硬度、堿度、氯離子、總磷），同時(shí)班中增加一次化驗(yàn)頻次；

（3）使用期間，禁止系統(tǒng)外排水，若要外排水，必須待技術(shù)人員通知，不得私自外排水；

（4）每天進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、污泥球用量統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)調(diào)整純堿用量；

（5）不定期檢查除塵水質(zhì)加藥（記錄）情況和爐前污泥球加入量（記錄），查看是否如實(shí)有誤；

（6）不定期詢問除塵操作人員（補(bǔ)排水）水質(zhì)情況和爐前操作人員污泥球使用情況。

（7）對(duì)使用過程出現(xiàn)的水質(zhì)異常情況,及時(shí)進(jìn)行排查,盡快解決存在的問題。

（8）除塵板框壓濾機(jī)出水必須全部回流入除塵水系統(tǒng)，不得外排。

（9）保持與生產(chǎn)技術(shù)科、動(dòng)力作業(yè)區(qū)和污泥球供應(yīng)方的聯(lián)系，掌握污泥球用量、水質(zhì)運(yùn)行動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)做出相應(yīng)的措施。

通過對(duì)除塵水質(zhì)和爐前污泥球使用情況的跟蹤、以及統(tǒng)計(jì)分析，確定生制污泥球和純堿的用量比例為老區(qū)130：1，新區(qū)230：1，才能達(dá)到除塵水系統(tǒng)低硬度、高堿度、高PH的水質(zhì)平衡要求，同時(shí)所投加純堿的用量應(yīng)能夠滿足水系統(tǒng)平衡，防止嚴(yán)重過量影響藥劑成本和對(duì)水系統(tǒng)負(fù)面的影響，一般過量10~20%為宜，通過一段時(shí)間運(yùn)行，除塵斜板池出水硬度穩(wěn)定在50mg/L以下，達(dá)到了規(guī)定（75mg/L）的要求，收到了理想的處理效果，達(dá)到了預(yù)期的目的，有效地保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6  目前存在問題及后期跟蹤措施

⑴ 目前在除塵水池入口投加固體粉末純堿，一次性投加量大，會(huì)造成部分固體純堿沉積水池底部，影響藥劑處理效果，后期將純堿配制成一定濃度的水溶液，用（計(jì)量）泵送入高架槽，有助于純堿和水質(zhì)充分混合以提高反應(yīng)效果。

⑵ 爐前污泥球投加量不穩(wěn)定，開停爐時(shí)間信息傳達(dá)不及時(shí)，影響加藥調(diào)整及滯后性，后期將穩(wěn)定爐前投加污泥球量基本穩(wěn)定，以及開停爐時(shí)間通知準(zhǔn)確，使用微信平臺(tái)發(fā)布相關(guān)信息。

⑶ 目前的污泥球配方與投加純堿量相匹配（污泥球：純堿分別為老區(qū)130：1，新區(qū)230：1），若改變污泥球配方后是否與現(xiàn)投加純堿量成比例，還有待繼續(xù)跟蹤觀察。

7  結(jié)束語

生制污泥球在轉(zhuǎn)爐煉鋼投加純堿應(yīng)用，有效解決了除塵水質(zhì)結(jié)垢的問題，最主要的問題是解決了煉鋼、煉鐵、燒結(jié)的工序渣料處理問題，鋼鐵工業(yè)的廢渣處理是企業(yè)面臨的棘手問題，它們的數(shù)量龐大，環(huán)境污染嚴(yán)重，而且另尋后續(xù)處理難度和成本也很高，同時(shí)也不現(xiàn)實(shí)，而且其中的有害重金屬元素對(duì)環(huán)境的危害極大，就其本身而言污泥球含鐵量也較高，作為轉(zhuǎn)爐輔料也是情理之中，在轉(zhuǎn)爐煉鋼中使用污泥球能夠解決轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的渣料平衡，同時(shí)也起到了廢物的回收利用，是鋼鐵企業(yè)廢渣處理的有效措施，而且也實(shí)現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的目的。