高建明

（陜鋼集團龍鋼公司煉鋼廠）

摘  要：轉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環境的污染問題，是企業節能減排的有效措施，轉爐煉鋼前期使用燒制的污泥球，對除塵水質沒有產生影響，而在使用生制污泥球后，導致除塵水質硬度升高，系統結垢嚴重，使生制污泥球在轉爐煉鋼中的應用受阻，為了解決生制污泥球在轉爐煉鋼中的使用問題，我們進行了相關的理論和實際應用研究，解決了其使用問題，取得了滿意的成效。

關鍵詞： 結垢；污泥球；純堿

1  前言

轉爐煉鋼的輔料主要有石灰、礦石、白云石、污泥球等，在轉爐煉鋼過程中，由于爐內發生復雜的物理化學反應，以致產生大量的煙塵，通過余熱鍋爐各段煙道進入除塵噴淋系統，將煤氣進行洗劑凈化后經由風機送入煤氣柜供給用戶使用，煤氣經過除塵系統洗劑后污水的懸浮物含量在幾百mg/L到幾萬mg/L，污水經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沉降，使其出水懸浮物達到100mg/L以下，并且硬度小于75mg/L，再經由冷卻塔降溫后進入系統循環利用，實現節水降耗的目的，重要的是在轉爐冶煉過程中充分利用了工業廢渣料（燒制）污泥球，消化了工業廢渣對環境的污染，但是隨著環保因素的約束，燒制污泥球因為工藝過程對環境的污染而被迫停止，轉而使用免燒污泥球后，轉爐除塵水質則發生了異常的變化，導致除塵斜板池出水硬度升高而出現結垢現象，嚴重影響轉爐除塵效果和煉鋼生產，致使免燒污泥球的使用出現了困難，通過我們采取相關措施后，有效的控制了除塵水質硬度并保持在規定的范圍內，遏制了系統的結垢問題，取得了良好的效果，實現了免燒污泥球的有效使用，為鋼鐵企業的廢渣利用尋找了可行的途徑。

2  除塵水質結垢追索

2016年12月9日新區除塵水質硬度升高到675mg/L，緊接著12月17日老區除塵水質硬度升高到835mg/L，最高硬度達到1800mg/L，導致系統結垢嚴重，通過對新老區補水指標和補排水檢查，沒有發現異常情況，同時我們對11月份和12月10日以后轉爐輔料礦石、白云石、石灰石、石灰、鋼渣和污泥球用量進行比較，也沒有發現較大的差異、現場了解發現12月8日新老區同時將燒制污泥球（紅球）改用生制污泥球（黑球）投加轉爐煉鋼后，其新老區除塵水質相繼出現硬度升高速度很快，由此基本確定為生制污泥球影響所致，爾后通過應急措施將硬度快速降下來，穩定系統正常運行，隨后2017年1月1日5^#、6^#轉爐停加生制污泥球，1月4日1^#、2^#、3^#轉爐停加生制污泥球，其后續的生產過程中，除塵水質指標穩定運行；污泥球作為轉爐煉鋼輔料應用，不但解決了企業的廢渣處理問題，同時也較好的有助于轉爐化渣和熱平衡問題，是一個很好的應用方法，針對燒制污泥球生產工藝的環保因素被迫淘汰停止，生制污泥球投加轉爐煉鋼后對除塵水質的影響，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面影響，為了盡快解決轉爐煉鋼使用生制污泥球的問題，面對目前的困境，經過反復考慮，認為從水質處理方面著手，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分析和生產實際的試驗應用。

3  轉爐除塵水質平衡原理

轉爐除塵水質是一個低硬度、高堿度的體系，PH為10—12的強堿性水質，維持這一體系平衡的主要是轉爐煉鋼輔料石灰起到關鍵的作用，在轉爐吹煉過程中，煙塵中夾雜著石灰粉末進入除塵系統洗劑塔內，石灰粉沫溶于水后發生反應生成堿性水質，維持系統的堿性平衡，如下反應方程式：

CaO+H₂O=Ca(OH)₂

Ca(OH)₂=Ca²⁺+2OH^-

同時由于轉爐吹煉過程的碳氧化反應，產生一定量的CO₂氣體，在除塵系統洗劑塔內被堿液吸收，產生CO₃^2-離子，與此同時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氣體而產生CO₃^2-離子，如下反應方程式：

2OH^-+ CO₂= CO₃^2-+H₂O

而系統中的Ca²⁺/Mg²⁺離子主要來自轉爐煉鋼輔料石灰等粉塵和補充水中，其水系統中CO₃^2-離子和Ca²⁺/Mg²⁺離子反應生成沉淀，降低了水質中的Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度，正常情況下，系統吸收CO₂氣體產生CO₃^2-離子的濃度大于產生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，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，阻止水系統的結垢，保持系統的正常運行，如下反應方程式：

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、氧化鐵皮和燒結除塵灰、以及粘結劑混合而成，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成分基本一致，燒制污泥球是在爐內經過400℃左右燒制，其燒制過程發生了復雜的物理化學變化，在轉爐煉鋼中產生的粉塵量較少，其內外表觀為氧化鐵紅色；免燒污泥球是在常溫下通過機械壓制而成，基本未發生物理化學變化，其在轉爐煉鋼中產生的粉塵量較大，其內外表觀為黑色，燒制和免燒污泥球其硬度和化學成分相差無幾，但是在作為轉爐煉鋼使用中對除塵水的影響截然不同，免燒污泥球使用后導致除塵水質硬度升高而結垢，嚴重影響煉鋼系統的正常運行，免燒污泥球影響除塵水質的原因是使用后煙氣中產生大量的含Ca²⁺/Mg²⁺離子粉塵，在除塵系統洗劑塔內溶于水成為Ca²⁺/Mg²⁺離子，而Ca²⁺/Mg²⁺離子與水中CO₃^2-離子生成沉淀，消耗了循環水中的CO₃^2-離子，由于生制污泥球的加入，Ca²⁺/Mg²⁺離子持續產生且量很大，而系統CO₃^2-離子的生成不足以滿足大量的Ca²⁺/Mg²⁺離子的需要，導致CO₃^2-離子濃度逐步降低以至為零，再無法繼續沉積水中產生的Ca²⁺/Mg²⁺離子，導致Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度過量而逐步升高，在堿性水中產生結垢現象，雖然我們投加緩蝕阻垢劑，但是在強堿、高硬度條件下，緩蝕阻垢劑的能力是有限的，不足以達到理想的緩蝕阻垢效果，如下反應方程式：

Ca (HCO)₂= CaCO₃↓+H₂O

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

5  解決對策

5.1  理論依據分析

前面已經陳述過產生結垢的主要原因是循環水中Ca²⁺/Mg²⁺離子大量產生，沉積了循環水中CO₃^2-離子，使系統中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，導致CO₃^2-離子濃度嚴重不足，而Ca²⁺/Mg²⁺離子濃度過量升高而產生結垢；要消除循環水中Ca²⁺/Mg²⁺離子，并維持系統中很低的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，由于系統自身生成CO₃^2-離子的能力不足，不能維持系統自然的平衡，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⁺離子濃度達到規定的要求，消除系統結垢的影響，如下反應方程式：

Ca²⁺+ CO₃^2-= CaCO₃↓

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

5.2  實際（試驗）應用

2017年1月—3月份相繼在新區轉爐試驗生制污泥球使用比例，并進行了相關的試驗，取得了一定的試驗數據；同年7月在新老區全面使用生制污泥球，經過我們對生制污泥球加入量和水質相關數據計算，決定對除塵水系統投加過量的純堿（Na₂CO），以補充循環水中不足的CO₃^2-離子，實現除塵水系統低硬度、高堿度、高PH值體系運行，具體做法如下：

（1）每班按時按量投加固體純堿，投加地點在除塵水池。

（2）每班按時化驗水質指標（硬度、堿度、氯離子、總磷），同時班中增加一次化驗頻次；

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

（4）每天進行水質化驗數據統計、污泥球用量統計分析對比，根據水質指標調整純堿用量；

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

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

（7）對使用過程出現的水質異常情況,及時進行排查,盡快解決存在的問題。

（8）除塵板框壓濾機出水必須全部回流入除塵水系統，不得外排。

（9）保持與生產技術科、動力作業區和污泥球供應方的聯系，掌握污泥球用量、水質運行動態信息，及時做出相應的措施。

通過對除塵水質和爐前污泥球使用情況的跟蹤、以及統計分析，確定生制污泥球和純堿的用量比例為老區130：1，新區230：1，才能達到除塵水系統低硬度、高堿度、高PH的水質平衡要求，同時所投加純堿的用量應能夠滿足水系統平衡，防止嚴重過量影響藥劑成本和對水系統負面的影響，一般過量10~20%為宜，通過一段時間運行，除塵斜板池出水硬度穩定在50mg/L以下，達到了規定（75mg/L）的要求，收到了理想的處理效果，達到了預期的目的，有效地保證了生產的穩定運行。

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（計量）泵送入高架槽，有助于純堿和水質充分混合以提高反應效果。

⑵ 爐前污泥球投加量不穩定，開停爐時間信息傳達不及時，影響加藥調整及滯后性，后期將穩定爐前投加污泥球量基本穩定，以及開停爐時間通知準確，使用微信平臺發布相關信息。

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130：1，新區230：1），若改變污泥球配方后是否與現投加純堿量成比例，還有待繼續跟蹤觀察。

7  結束語

生制污泥球在轉爐煉鋼投加純堿應用，有效解決了除塵水質結垢的問題，最主要的問題是解決了煉鋼、煉鐵、燒結的工序渣料處理問題，鋼鐵工業的廢渣處理是企業面臨的棘手問題，它們的數量龐大，環境污染嚴重，而且另尋后續處理難度和成本也很高，同時也不現實，而且其中的有害重金屬元素對環境的危害極大，就其本身而言污泥球含鐵量也較高，作為轉爐輔料也是情理之中，在轉爐煉鋼中使用污泥球能夠解決轉爐煉鋼過程的渣料平衡，同時也起到了廢物的回收利用，是鋼鐵企業廢渣處理的有效措施，而且也實現了鋼鐵企業節能減排的目的。