钢渣制备铸余渣处理用格栅试验研究及应用

文_邱凯 马鞍山钢铁股份有限公司

铸余渣是钢包内的钢水经连铸或模铸后剩余的钢水和渣的混合物，又称钢包渣。据统计，钢铁企业铸余渣总量约占钢产量的3%。钢包浇钢完毕包内铸余渣的温度仍高达1400～1600℃，渣与钢水尚处于相对分层状态，残钢沉于包底。目前，绝大多数的钢铁企业都用渣罐来收集铸余渣。当铸余渣从钢包倒出时钢水和渣易混合，在冷态渣包内快速冷却形成渣包形状的大渣砣，后期需采用氧气切割或者落锤破碎处理。为了避免大渣坨的产生及降低后期处理强度和污染，钢铁企业普遍采用渣罐预置格栅工艺实现热态铸余渣的分隔。如首钢、宝钢、马钢等均采用了该工艺。有效减少了大坨渣的产生比例，减轻了环境污染。

渣罐预置格栅通常采用非金属材料制作而成，一套格栅通常由若干块预制板拼装而成，置于渣罐内将渣罐分隔成若干个小腔体，一套格栅处理一罐渣，随着渣罐翻渣后格栅板作为铸余尾渣一并处理。为了提高资源利用效率，降低铸余渣处理成本，本文研究采用钢渣等固废作为原料，制备铸余渣处理用格栅板并进行了应用。

1 试验内容

1.1 试验原料

试验用热闷钢渣、风碎钢渣均来自某钢厂钢渣生产线，水泥采用P·S325矿渣硅酸盐水泥。试验用原料的主要化学成分见表1，原料的粒度组成见表2。

表1 原料的主要化学成分（%）

表2 原料的粒度组成

1.2 试验方法

根据铸余渣处理用格栅板的使用要求，按照抗压强度≥10MPa，耐火度≥1300℃标准设计。按照混凝土的设计标准GB/T50010-2010《混凝土结构设计规范》选取等级较低的C15，材料的制作和检测过程参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，耐火度按照GB/T7322-2007《耐火材料耐火度试验方法》检测。

1.3 现场应用

根据试验结果，选取最优配合比制作用于现场应用的格栅板，经检测合格后进行安装，并吊装进渣罐，接渣后静置一段时间翻渣，统计热态铸余渣破碎情况，并将破碎的渣钢返回转炉循环利用。

2 试验结果及分析

2.1 钢渣制备格栅板配合比设计

参考C15强度等级混凝土配合比设计，结合风碎钢渣和热闷钢渣的粒度组成及性能特点，设计不同原料配合比方案如下表3。对不同配合比试验样品进行强度及耐火度的性能分析，选取综合性能最优的一组配比进行工业应用试验。

表3 钢渣制备格栅板配合比设计方案

2.2 钢渣格栅板强度分析

钢渣格栅板的强度性能见表4。

表4 钢渣格栅板的强度分析结果

由图1可知，水泥掺量为12%的1#～4#试样及水泥掺量为15%的5#～8#试样，随着热闷渣添加比例的逐渐提高，材料的7d和28d抗压强度逐渐增大，一方面这与热闷渣和风碎渣的粒度及压碎值差异有关，热闷渣平均粒径约5mm，而风碎渣平均粒径约2mm，热闷渣使用比例越高，材料中的骨料占比越高，有利于强度行程；另一方面，热闷渣的压碎值为19%，而风碎渣的压碎值为25%，热闷渣抗压碎性更好。

图1 钢渣格栅板强度对比

2.3 钢渣格栅板耐火度分析

钢渣格栅板的耐火度检测结果见表5。

表5 钢渣格栅板的耐火度检测结果

从图2对钢渣格栅板的耐火度结果进行分析，水泥掺入量为15%的5#～8#样品整体低于水泥掺量12%的1#～4#样品，提高钢渣掺量可以提高材料耐火度，整体上，试样的耐火度大于1300℃能够满足现场使用要求。

图2 试样的耐火度对比图

2.4 结语

研究了不同水泥、钢渣加量对钢渣格栅板力学性能和耐火度的影响，发现风碎渣和热闷渣作为渣罐隔板材料骨料，热闷渣含量越大，7d和28d抗压强度越高，4#配合比即水泥12%，热闷渣88%时，隔板材料7d和28d抗压强度分别达到15.77MPa、23.78MPa，耐火度为1370℃，综合性能最优，成本较低。以4#配合比作为配料方案开展工业应用试验。

3 工业应用试验效果

按照4#配合比进行配料，经过搅拌均匀，浇筑，脱模，养护后得到钢渣格栅板成品，按照预先设计的尺寸进行拼装，拼装完成后整体吊装到渣罐中，接渣完成后，经静置一定时候后转运到指定地点倾翻，控制翻渣温度不低于800℃，格栅随渣罐中热态铸余渣一起翻出，由于高温下材料强度及相互间作用力较小，在自身重力作用下，热态铸余渣基本按照格栅板分割形状解体。

经过实际运行统计结果来看，铸余渣热态解体率达到50%，使人工切割量减少一半，不仅降低了切割过程金属损失，也大幅减少了氧切过程的粉尘排放和劳动强度。

渣罐在循环使用过程中因热胀冷缩而发生变形，导致拼装格栅板与渣罐内壁存在缝隙，钢包倒渣过程冲击导致格栅板破损等因素导致热态解体率不高，尚有一半铸余渣需要进行人工切割破碎，后续需进一步改进提升。