某鋼鐵廠高爐爐渣INBA排渣系統(tǒng)改造研究

鄭 俊

（瑞和安惠項(xiàng)目管理集團(tuán)有限公司，湖北武漢430000）

0 引言

鋼鐵綠色生產(chǎn)是目前世界鋼鐵工業(yè)追求的主要目標(biāo)和研究課題，主要是對(duì)廢渣、廢氣的處理和再利用。其中，高爐爐渣是高爐煉鐵產(chǎn)生的主要廢物，對(duì)它的處理和再利用是實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要途徑之一。高爐爐渣處理后主要用途是作為生產(chǎn)水泥的原料，處理后的粒化渣質(zhì)量越好，其被再利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值就越高。

20世紀(jì)50年代，我國(guó)大部分高爐爐渣處理方式是露天堆放任其自然冷卻。這種方法占用了大量的土地，浪費(fèi)了能源，污染了水源，同時(shí)造成了爐渣的巨大浪費(fèi)，因此早已被棄用。之后，我國(guó)鋼鐵廠先后從國(guó)外引進(jìn)了沉淀池法、底濾法（OCP法）、因巴法（INBA法）、拉薩法（RASA法）、圖拉法（TYNA法）等。它們各有優(yōu)勢(shì)，其中因巴法因其設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小、能耗較低、便于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。

因巴法的主要工藝流程是：高爐熔渣由熔渣溝流入?；?，由粒化塔內(nèi)噴出的高速水流將熔渣水淬、?；?、冷卻，形成玻璃體顆粒；之后將渣水混和物輸送進(jìn)脫水轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行渣水分離。隨著脫水轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)，固體被帶到轉(zhuǎn)鼓上部，脫水后的水渣落到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)皮帶機(jī)上，運(yùn)送到成品水渣倉(cāng)內(nèi)，在進(jìn)一步脫水后，固形物被運(yùn)到水泥廠生產(chǎn)水泥。濾出的流水經(jīng)可循環(huán)使用，該爐渣處理工藝基本能解決煙塵、蒸汽霧霾對(duì)環(huán)境的污染，理論上能達(dá)到系統(tǒng)零排放的目的。

1 問(wèn)題的提出

20世紀(jì)90年代，我國(guó)某大型鋼廠某3200m3高爐采用INBA爐渣處理方案，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。但是由于INBA法本身固有原因，在多年的使用當(dāng)中，水渣沖制率始終維持在70%～85%，每年均有若干次因爐渣處理設(shè)備故障而造成高爐減產(chǎn)，水渣設(shè)備檢修工作量巨大，備件更換費(fèi)用每年均在300萬(wàn)元以上，維護(hù)工人勞動(dòng)強(qiáng)度巨大。故障具體表現(xiàn)如下：

（1）原輸水管道由襯塑低碳鋼材料制造，由于爐渣沖蝕，塑料內(nèi)襯很快脫落，造成管道、閥門(mén)堵塞；

（2）廢水呈酸性，轉(zhuǎn)鼓及濾網(wǎng)在使用一定時(shí)間后需要更換（圖1），增加了維護(hù)成本；

（3）脫水轉(zhuǎn)鼓表面網(wǎng)格較小，而爐渣生成的玻璃體顆粒較大，因此濾網(wǎng)易堵塞，減弱了過(guò)濾效果；

（4）在輸送皮帶輸送爐渣過(guò)程中，爐渣易堆積（圖2）；

（5）爐渣容易外溢，堵塞廢水收集系統(tǒng)濾網(wǎng)，易造成廢水外溢至路面，影響了人員通行，同時(shí)嚴(yán)重污染了廠區(qū)環(huán)境，并且除渣成本高。

圖1 轉(zhuǎn)鼓維護(hù)作業(yè)

圖2 傳送帶爐渣外溢

2 問(wèn)題分析與改進(jìn)

針對(duì)以上問(wèn)題，我們進(jìn)行了分析和論證，發(fā)現(xiàn)爐渣顆粒的尺寸是轉(zhuǎn)鼓、排水系統(tǒng)堵塞的關(guān)鍵因素。顆粒過(guò)大，渣水混合物中含水量高，產(chǎn)生了超出實(shí)際的出渣量，皮帶無(wú)法及時(shí)運(yùn)走，導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓被埋；若顆粒過(guò)小，轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾出的水會(huì)變得渾濁，水中有大量細(xì)渣泡狀物，并在冷卻塔、集水槽、熱水池沉淀淤積，導(dǎo)致泵體和管道磨損加劇，負(fù)荷增大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)ㄗ∷萌~輪，損壞濾網(wǎng)。因此我們主要從改進(jìn)造渣工藝，適度減小爐渣顆粒尺寸以及更換管道材料等兩方面著手解決這一系列問(wèn)題。

我們進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)爐渣顆粒大小與造渣工藝之間有以下規(guī)律：

（1）爐渣化學(xué)成分對(duì)成渣顆粒大小無(wú)直接影響關(guān)系。

（2）成渣水溫有一定影響，水溫高則渣水比高，40℃以下為3～7，40 ℃以上為5～10。

（3）沖渣水壓對(duì)爐渣顆粒尺寸起決定性作用。

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，我們繪制出了圖3。

圖3 造渣水壓與顆粒直徑及渣泡產(chǎn)生率的關(guān)系

從圖中可以看出，當(dāng)沖渣水壓從0.05MPa升至0.20MPa時(shí)，水渣顆粒度下降較快，同時(shí)渣泡產(chǎn)生率上升也較快；當(dāng)沖渣水壓繼續(xù)增加至0.35MPa時(shí)，水渣二維顆粒度下降速度減緩，同時(shí)渣泡產(chǎn)生率上升幅度也逐漸減小。

3 優(yōu)化改造方案

基于以上分析，我們對(duì)造渣工藝及生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了以下優(yōu)化與改造：

（1）將沖渣水壓控制在0.24MPa左右，在此水壓下?tīng)t渣顆粒尺寸較小，基本穩(wěn)定在1.5～4mm左右，同時(shí)渣泡產(chǎn)生率也較低，兩者相對(duì)均衡；

（2）造渣水溫控制在60～90℃，減少爐渣的含水量；

（3）將原有沖渣小泵換為大泵，提升原有轉(zhuǎn)鼓沖渣水壓至0.3MPa，減少轉(zhuǎn)鼓濾網(wǎng)堵塞情況；

（4）輸水、送渣管道更換為耐酸、耐磨合金，并在關(guān)鍵部位采用噴涂耐磨陶瓷、鑲套等工藝進(jìn)一步提升耐磨性。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上各方面的優(yōu)化升級(jí)，INBA爐渣處理設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，水渣沖渣率穩(wěn)定在97%以上，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，較好地解決了原INBA系統(tǒng)的缺陷，最大程度上減少了渣泡的產(chǎn)生，進(jìn)而減少了轉(zhuǎn)鼓濾網(wǎng)的堵塞，單臺(tái)設(shè)備使用周期由原來(lái)的半個(gè)月延長(zhǎng)至近一個(gè)月，大大延長(zhǎng)了維護(hù)周期；同時(shí)在保證沖渣效率的基礎(chǔ)上，爐渣處理系統(tǒng)減少了1座冷卻塔、3臺(tái)冷卻泵、3臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)、2臺(tái)循環(huán)泵等裝備，相關(guān)管線(xiàn)減少了五成，最終設(shè)備硬件減少了近三成，這也大大降低了運(yùn)行成本。

優(yōu)化升級(jí)半年以來(lái)，廠區(qū)基本沒(méi)出現(xiàn)過(guò)明顯的路面積水情況，說(shuō)明改造的思路和措施是有明顯成效的，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

［參考文獻(xiàn)］

[1]孫華，熊光華，習(xí)明安，等.一種控制高爐INBA循環(huán)系統(tǒng)水體含砂量的方法及其限流裝置：201110156948.2[P].2011-06-13.

[2]申金濤.1260m3高爐轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾法渣處理工藝改進(jìn)措施[J].冶金動(dòng)力，2014（9）：53-55，58.

[3]劉森，趙忠東，陳健，等.高爐沖渣水及沖渣乏汽余熱回收系統(tǒng)的綜合研究應(yīng)用[C]//2015鋼鐵企業(yè)中低溫余熱回收與高效利用新設(shè)備、新技術(shù)交流會(huì)論文集，2015：23-30.

[4]顏斌.高爐沖渣水處理工藝技術(shù)的研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2013.