環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝設計

趙偉潔 張 磊 林 楊 任江濤

（北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京 100029）

1 概述

鋼鐵工業(yè)是中國國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)。中國鋼鐵工業(yè)自20世紀90年代以來快速發(fā)展，隨著鋼鐵產(chǎn)量的增加，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物總量越來越多。在固體廢棄物中，高爐渣占了很大比例。因此，對高爐渣處理工藝技術(shù)和綜合回收利用技術(shù)方面的研究十分重要［1］。

高爐渣的主要成分是CaO、MgO、Al2O3、SiO2，屬于硅酸鹽質(zhì)材料，其化學成分與天然礦石、硅酸鹽水泥相似。在急冷處理的過程中，熔態(tài)爐渣中的絕大部分物質(zhì)沒能形成穩(wěn)定的化合物晶體，以無定形體或玻璃體的狀態(tài)存在，在水泥和混凝土等建筑材料、在玻璃制品等方面應用廣泛。本文闡述了環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝，并通過案例詳細介紹了該工藝和工藝操作過程。

2 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝介紹

環(huán)冷水底濾法渣處理系統(tǒng)由?；?、沖渣溝、煙囪、沖渣溝閥門、過濾池、抓渣天車、熱水泵房、冷卻塔、儲水池、沖渣泵房、電氣室、操作室等組成。環(huán)冷水底濾法渣處理工藝見圖1。

圖1 環(huán)冷水底濾法渣處理工藝圖

熔渣經(jīng)熔渣溝流出熔渣溝后，由經(jīng)?；鲊姵龅母咚偎鲹羲?、淬冷和?；愫蟮脑旌衔锝?jīng)沖渣溝流入過濾池，過濾池中的過濾層使得渣水分離，過濾后的沖渣水打至冷卻塔進行冷卻，（如冬季需要采暖時，可將沖渣水打至采暖系統(tǒng)，采暖回水通過水泵打至冷卻塔進行冷卻），冷卻至水溫低于50℃后進入儲水池，然后再通過沖渣泵打至爐前繼續(xù)沖渣循環(huán)利用。過濾池每次過濾抓渣完畢后沖渣泵將沖渣水打至過濾池對過濾層進行反沖洗，以保證過濾層的過濾能力，延長其使用壽命。過濾后的水渣通過抓渣天車裝汽車外運，過濾池內(nèi)由于取消保護水位，池內(nèi)沒有存水，不會產(chǎn)生蒸汽，從而煉鐵區(qū)域的渣處理系統(tǒng)不會有大量蒸汽產(chǎn)生，煉鐵區(qū)域的環(huán)境得到極大改善。

3 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝設計主要內(nèi)容

3.1 沖渣溝

沖渣溝的設計要依據(jù)高爐容積、每次出渣量、出渣時間等來確定。熔渣溝后10m沖渣溝的坡度要求≥5%。

3.2 過濾池

過濾池的設計要依據(jù)高爐容積、每次出渣量、出渣時間、過濾速度、過濾面積等來確定。過濾池過濾速度的經(jīng)驗值為5～15t／m2·h。

過濾面積＝最大沖渣水量／過濾池過濾速度

4 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝實例

現(xiàn)以1080m3高爐為例，詳細介紹環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝。

4.1 初始條件

1080m3高爐利用系數(shù)3.11t／（m3·d），渣鐵比0.33t／t·HM，日出鐵次數(shù)14次，每次出渣時間50min，鐵口2個。

4.2 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝

依據(jù)初始條件，設計沖渣點個數(shù)2個，過濾池個數(shù)2個。環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝流程見圖2，圖2中圖例說明見圖3。

圖2 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝流程圖

4.3 沖渣溝設計

熔渣溝后10m沖渣溝的坡度要求≥5%。沖渣溝與過濾池連接處垂直方向設計60°夾角，減少沖渣過程中渣水混合物對過濾池的沖擊作用。為了保證沖渣過程中不產(chǎn)生蒸汽，在沖渣溝上方設計蓋板。

4.4 過濾池設計

依據(jù)初始條件設計過濾池的大小為19×10.5 m。過濾池鉻濾層濾料的尺寸及鋪放高度見圖4。

圖3 圖例說明圖

圖4 過濾池濾層鋪放示意圖

4.5 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝操作過程

環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝操作過程由沖渣、抓渣、反沖洗三部分組成。

沖渣過程：高爐爐前工通過出鐵場沖渣點信號箱向沖渣泵房操作室操作工發(fā)出操作信號。沖渣泵房操作室操作工根據(jù)信號進行：開沖渣閥門（每次1個過濾池工作），開沖渣溝閥門，開熱水閥，開熱水泵組（1用1備，將過濾池水打到冷卻塔中），開沖渣泵組（建議1用1備）。沖渣結(jié)束信號來到后，關(guān)沖渣泵，關(guān)沖渣閥門，關(guān)沖渣溝閥門，關(guān)熱水泵、熱水閥，沖渣結(jié)束。

抓渣過程：每個過濾池工作2小時后（1次出鐵），轉(zhuǎn)入2小時抓渣。關(guān)沖渣溝閥門，過濾池過濾管測壓，并在沖渣泵房操作室進行儀表顯示。當壓力降至0.015MPa時，停熱水泵組，關(guān)熱水閥門，并通知天車工抓渣。

反沖洗過程：抓渣完畢后，開反沖洗閘門，開沖渣泵組，進行反沖洗，沖洗時間為5分鐘，沖洗完畢后，關(guān)沖渣泵組，關(guān)反沖洗閘門。

過濾池工作一段時間應進行檢修。采取工作步驟與抓渣相同，只是壓力儀表顯示壓力降至最低并不再下降后，停熱水泵組。

由于沖渣產(chǎn)生蒸汽以及水渣含水，造成沖渣水損失，應對沖渣水進行補充，補充水量：1108t／天。

水沖渣生產(chǎn)聯(lián)系信號見圖5。水沖渣生產(chǎn)控制集中在沖渣泵房操作室內(nèi)完成。采用PLC操作。在高爐出鐵場沖渣點附近各設置1個信號箱，向沖渣泵房操作室發(fā)出如下信號：

沖渣點（2個）；

開沖渣泵；

停沖渣泵；

沖渣泵房操作室操作工根據(jù)上述從高爐發(fā)來的信號進行操作臺按鈕操作。

圖5 水沖渣生產(chǎn)聯(lián)系信號圖

5 結(jié)束語

介紹了環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝沖渣溝和過濾池的設計要點。以1080m3高爐為例說明了環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝操作過程，為同類設計提供參考。

［1］牟勇，周龍義，湯志強等.高爐爐渣處理的環(huán)保、節(jié)能與增效.2003中國鋼鐵年會論文集［C］.北京：中國金屬學會，2003：594-597.