高建明

（陕钢集团龙钢公司炼钢厂）

摘  要：转炉炼钢使用辅料污泥球，有效地解决了废渣的回收利用和对环境的污染问题，是企业节能减排的有效措施，转炉炼钢前期使用烧制的污泥球，对除尘水质没有产生影响，而在使用生制污泥球后，导致除尘水质硬度升高，系统结垢严重，使生制污泥球在转炉炼钢中的应用受阻，为了解决生制污泥球在转炉炼钢中的使用问题，我们进行了相关的理论和实际应用研究，解决了其使用问题，取得了满意的成效。

关键词： 结垢；污泥球；纯碱

1  前言

转炉炼钢的辅料主要有石灰、矿石、白云石、污泥球等，在转炉炼钢过程中，由于炉内发生复杂的物理化学反应，以致产生大量的烟尘，通过余热锅炉各段烟道进入除尘喷淋系统，将煤气进行洗剂净化后经由风机送入煤气柜供给用户使用，煤气经过除尘系统洗剂后污水的悬浮物含量在几百mg/L到几万mg/L，污水经过高架槽流入粗颗粒分离器，再通过投加絮凝剂于斜板沉淀池内沉降，使其出水悬浮物达到100mg/L以下，并且硬度小于75mg/L，再经由冷却塔降温后进入系统循环利用，实现节水降耗的目的，重要的是在转炉冶炼过程中充分利用了工业废渣料（烧制）污泥球，消化了工业废渣对环境的污染，但是随着环保因素的约束，烧制污泥球因为工艺过程对环境的污染而被迫停止，转而使用免烧污泥球后，转炉除尘水质则发生了异常的变化，导致除尘斜板池出水硬度升高而出现结垢现象，严重影响转炉除尘效果和炼钢生产，致使免烧污泥球的使用出现了困难，通过我们采取相关措施后，有效的控制了除尘水质硬度并保持在规定的范围内，遏制了系统的结垢问题，取得了良好的效果，实现了免烧污泥球的有效使用，为钢铁企业的废渣利用寻找了可行的途径。

2  除尘水质结垢追索

2016年12月9日新区除尘水质硬度升高到675mg/L，紧接着12月17日老区除尘水质硬度升高到835mg/L，最高硬度达到1800mg/L，导致系统结垢严重，通过对新老区补水指标和补排水检查，没有发现异常情况，同时我们对11月份和12月10日以后转炉辅料矿石、白云石、石灰石、石灰、钢渣和污泥球用量进行比较，也没有发现较大的差异、现场了解发现12月8日新老区同时将烧制污泥球（红球）改用生制污泥球（黑球）投加转炉炼钢后，其新老区除尘水质相继出现硬度升高速度很快，由此基本确定为生制污泥球影响所致，尔后通过应急措施将硬度快速降下来，稳定系统正常运行，随后2017年1月1日5^#、6^#转炉停加生制污泥球，1月4日1^#、2^#、3^#转炉停加生制污泥球，其后续的生产过程中，除尘水质指标稳定运行；污泥球作为转炉炼钢辅料应用，不但解决了企业的废渣处理问题，同时也较好的有助于转炉化渣和热平衡问题，是一个很好的应用方法，针对烧制污泥球生产工艺的环保因素被迫淘汰停止，生制污泥球投加转炉炼钢后对除尘水质的影响，使生制污泥球的使用问题显露出来，给公司废渣回用处理带来负面影响，为了尽快解决转炉炼钢使用生制污泥球的问题，面对目前的困境，经过反复考虑，认为从水质处理方面着手，能够有效解决生制污泥球的使用问题，为此我们相继开展了理论依据分析和生产实际的试验应用。

3  转炉除尘水质平衡原理

转炉除尘水质是一个低硬度、高碱度的体系，PH为10—12的强碱性水质，维持这一体系平衡的主要是转炉炼钢辅料石灰起到关键的作用，在转炉吹炼过程中，烟尘中夹杂着石灰粉末进入除尘系统洗剂塔内，石灰粉沫溶于水后发生反应生成碱性水质，维持系统的碱性平衡，如下反应方程式：

CaO+H₂O=Ca(OH)₂

Ca(OH)₂=Ca²⁺+2OH^-

同时由于转炉吹炼过程的碳氧化反应，产生一定量的CO₂气体，在除尘系统洗剂塔内被碱液吸收，产生CO₃^2-离子，与此同时除尘水在冷却塔降温过程中与空气充分接触，也吸收了空气中的CO₂气体而产生CO₃^2-离子，如下反应方程式：

2OH^-+ CO₂= CO₃^2-+H₂O

而系统中的Ca²⁺/Mg²⁺离子主要来自转炉炼钢辅料石灰等粉尘和补充水中，其水系统中CO₃^2-离子和Ca²⁺/Mg²⁺离子反应生成沉淀，降低了水质中的Ca²⁺/Mg²⁺离子浓度，正常情况下，系统吸收CO₂气体产生CO₃^2-离子的浓度大于产生Ca²⁺/Mg²⁺离子的浓度，并使CO₃^2-离子的浓度过剩而形成高碱度水质，由于高碱度的存在，一旦水中有Ca²⁺/Mg²⁺离子就将其沉降下来，由此导致水中Ca²⁺/Mg²⁺离子浓度降低，再通过投加缓释阻垢剂的作用，阻止水系统的结垢，保持系统的正常运行，如下反应方程式：

Ca²⁺+ CO₃^2-= CaCO₃↓

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

4  免烧污泥球的影响原因

污泥球的原料主要是由炼钢除尘污泥、除尘灰、氧化铁皮和烧结除尘灰、以及粘结剂混合而成，其主要成分为：

从表中可以看出，烧制污泥球和生制污泥球化学成分基本一致，烧制污泥球是在炉内经过400℃左右烧制，其烧制过程发生了复杂的物理化学变化，在转炉炼钢中产生的粉尘量较少，其内外表观为氧化铁红色；免烧污泥球是在常温下通过机械压制而成，基本未发生物理化学变化，其在转炉炼钢中产生的粉尘量较大，其内外表观为黑色，烧制和免烧污泥球其硬度和化学成分相差无几，但是在作为转炉炼钢使用中对除尘水的影响截然不同，免烧污泥球使用后导致除尘水质硬度升高而结垢，严重影响炼钢系统的正常运行，免烧污泥球影响除尘水质的原因是使用后烟气中产生大量的含Ca²⁺/Mg²⁺离子粉尘，在除尘系统洗剂塔内溶于水成为Ca²⁺/Mg²⁺离子，而Ca²⁺/Mg²⁺离子与水中CO₃^2-离子生成沉淀，消耗了循环水中的CO₃^2-离子，由于生制污泥球的加入，Ca²⁺/Mg²⁺离子持续产生且量很大，而系统CO₃^2-离子的生成不足以满足大量的Ca²⁺/Mg²⁺离子的需要，导致CO₃^2-离子浓度逐步降低以至为零，再无法继续沉积水中产生的Ca²⁺/Mg²⁺离子，导致Ca²⁺/Mg²⁺离子浓度过量而逐步升高，在碱性水中产生结垢现象，虽然我们投加缓蚀阻垢剂，但是在强碱、高硬度条件下，缓蚀阻垢剂的能力是有限的，不足以达到理想的缓蚀阻垢效果，如下反应方程式：

Ca (HCO)₂= CaCO₃↓+H₂O

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

5  解决对策

5.1  理论依据分析

前面已经陈述过产生结垢的主要原因是循环水中Ca²⁺/Mg²⁺离子大量产生，沉积了循环水中CO₃^2-离子，使系统中CO₃^2-离子的浓度大幅度降低，不能满足大量的Ca²⁺/Mg²⁺离子的需要，导致CO₃^2-离子浓度严重不足，而Ca²⁺/Mg²⁺离子浓度过量升高而产生结垢；要消除循环水中Ca²⁺/Mg²⁺离子，并维持系统中很低的Ca²⁺/Mg²⁺离子的浓度，就必须提高水中CO₃^2-离子浓度，目前情况下，由于系统自身生成CO₃^2-离子的能力不足，不能维持系统自然的平衡，必须额外人为投加足够量的CO₃^2-离子来沉积水中Ca²⁺/Mg²⁺离子，才能降低Ca²⁺/Mg²⁺离子浓度达到规定的要求，消除系统结垢的影响，如下反应方程式：

Ca²⁺+ CO₃^2-= CaCO₃↓

2OH^—+ Mg²⁺= Mg(OH)₂↓

5.2  实际（试验）应用

2017年1月—3月份相继在新区转炉试验生制污泥球使用比例，并进行了相关的试验，取得了一定的试验数据；同年7月在新老区全面使用生制污泥球，经过我们对生制污泥球加入量和水质相关数据计算，决定对除尘水系统投加过量的纯碱（Na₂CO），以补充循环水中不足的CO₃^2-离子，实现除尘水系统低硬度、高碱度、高PH值体系运行，具体做法如下：

（1）每班按时按量投加固体纯碱，投加地点在除尘水池。

（2）每班按时化验水质指标（硬度、碱度、氯离子、总磷），同时班中增加一次化验频次；

（3）使用期间，禁止系统外排水，若要外排水，必须待技术人员通知，不得私自外排水；

（4）每天进行水质化验数据统计、污泥球用量统计分析对比，根据水质指标调整纯碱用量；

（5）不定期检查除尘水质加药（记录）情况和炉前污泥球加入量（记录），查看是否如实有误；

（6）不定期询问除尘操作人员（补排水）水质情况和炉前操作人员污泥球使用情况。

（7）对使用过程出现的水质异常情况,及时进行排查,尽快解决存在的问题。

（8）除尘板框压滤机出水必须全部回流入除尘水系统，不得外排。

（9）保持与生产技术科、动力作业区和污泥球供应方的联系，掌握污泥球用量、水质运行动态信息，及时做出相应的措施。

通过对除尘水质和炉前污泥球使用情况的跟踪、以及统计分析，确定生制污泥球和纯碱的用量比例为老区130：1，新区230：1，才能达到除尘水系统低硬度、高碱度、高PH的水质平衡要求，同时所投加纯碱的用量应能够满足水系统平衡，防止严重过量影响药剂成本和对水系统负面的影响，一般过量10~20%为宜，通过一段时间运行，除尘斜板池出水硬度稳定在50mg/L以下，达到了规定（75mg/L）的要求，收到了理想的处理效果，达到了预期的目的，有效地保证了生产的稳定运行。

6  目前存在问题及后期跟踪措施

⑴ 目前在除尘水池入口投加固体粉末纯碱，一次性投加量大，会造成部分固体纯碱沉积水池底部，影响药剂处理效果，后期将纯碱配制成一定浓度的水溶液，用（计量）泵送入高架槽，有助于纯碱和水质充分混合以提高反应效果。

⑵ 炉前污泥球投加量不稳定，开停炉时间信息传达不及时，影响加药调整及滞后性，后期将稳定炉前投加污泥球量基本稳定，以及开停炉时间通知准确，使用微信平台发布相关信息。

⑶ 目前的污泥球配方与投加纯碱量相匹配（污泥球：纯碱分别为老区130：1，新区230：1），若改变污泥球配方后是否与现投加纯碱量成比例，还有待继续跟踪观察。

7  结束语

生制污泥球在转炉炼钢投加纯碱应用，有效解决了除尘水质结垢的问题，最主要的问题是解决了炼钢、炼铁、烧结的工序渣料处理问题，钢铁工业的废渣处理是企业面临的棘手问题，它们的数量庞大，环境污染严重，而且另寻后续处理难度和成本也很高，同时也不现实，而且其中的有害重金属元素对环境的危害极大，就其本身而言污泥球含铁量也较高，作为转炉辅料也是情理之中，在转炉炼钢中使用污泥球能够解决转炉炼钢过程的渣料平衡，同时也起到了废物的回收利用，是钢铁企业废渣处理的有效措施，而且也实现了钢铁企业节能减排的目的。