高爐水渣堆場工藝研究與實踐

張 良，韓榮輝

(1.江漢大學(xué) 智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056；2.陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司煉鐵廠，陜西 韓城 715405)

為了充分利用高爐爐渣，許多學(xué)者對多種處理工藝進(jìn)行了應(yīng)用和研究，有的將爐渣風(fēng)冷后粒化研磨成粉粒使用[1]，有的將高爐爐渣迅速水淬?；伤旌衔?，然后過濾，將水渣作為水泥原材料[2]，還有的對干法?；郀t渣進(jìn)行了研究[3]。而將高爐爐渣水淬后再利用的工藝應(yīng)用比較廣泛[4-10]，水淬后的高爐爐渣，經(jīng)過物理過濾后含水量仍偏高，立即使用工程車轉(zhuǎn)運(yùn)，在運(yùn)輸過程中會使渣水污染環(huán)境。一般高爐水渣還需存儲進(jìn)一步脫水，含水率達(dá)標(biāo)后才可進(jìn)入運(yùn)輸環(huán)節(jié)。水渣存儲脫水工藝除了采用負(fù)壓脫水工藝外[11]，常見的采用水渣堆場方式，即讓水渣在堆場上堆放一段時間，讓其自然脫水，然后再用鏟車將水渣放置在工程車上進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

隨著社會對環(huán)保的重視，以及企業(yè)對降低生產(chǎn)成本的需求，水渣堆場工藝難以適應(yīng)社會發(fā)展，亟需對現(xiàn)有的水渣堆場工藝進(jìn)行改造。本文以龍鋼2號、3號、4號三座高爐共用的水渣堆場為研究對象，針對現(xiàn)場空間狹小、改造難度大等特點(diǎn)，提出采用集中水渣倉脫水的工藝方式進(jìn)行改造，詳細(xì)介紹了改造后的工藝流程和重要設(shè)備，經(jīng)過改造后，集中水渣倉脫水的工藝方式取得了很好的環(huán)保效果和可觀的經(jīng)濟(jì)效益，驗證了工藝改造是正確的，對水渣堆場工藝改造具有借鑒意義。

1 現(xiàn)狀概述

龍鋼3號、4號高爐容積為1800 m3。水渣處理采用IDE工藝，水渣經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓過濾后，由皮帶機(jī)將水渣輸送到水渣堆場。2號高爐容積為1280 m3，采用嘉恒法工藝進(jìn)行水渣處理，水渣經(jīng)過嘉恒輪鼓過濾后，經(jīng)過皮帶機(jī)將水渣輸送到水渣堆場。三座高爐的水渣共用一個水渣堆場，工藝布置圖見圖1。

圖1 水渣堆場工藝布置圖

3號高爐水渣皮帶Z301BC與4號高爐水渣皮帶Z401BC共同擁有一個皮帶通廊，兩條皮帶都向通廊中間輸送水渣，在通廊中間分別設(shè)置兩個落渣孔，將水渣落入水渣堆場后自然脫水。如果渣量偏大，則由鏟車將水渣從通廊下面轉(zhuǎn)移到水渣堆場寬闊的場地進(jìn)行自然脫水，等待工程車轉(zhuǎn)運(yùn)。2號高爐則是獨(dú)立的皮帶通廊，安裝皮帶機(jī)Z201BC，在通廊端部設(shè)置落渣點(diǎn)，水渣直接落入水渣堆場。

由于空間狹小，且長時間使用，整個水渣堆場出現(xiàn)了一些缺陷：

(1)水渣自然脫水后含水量仍然偏高，容易造成渣水在堆放和運(yùn)輸過程中污染環(huán)境；

(2)自然脫水分離出來的水無法進(jìn)行回收充分利用，對水資源造成極大的浪費(fèi)；

(3)水渣在堆場經(jīng)過自然脫水后，需要鏟車將水渣放入工程車中，增加了生產(chǎn)成本，并且加大了生產(chǎn)調(diào)度組織的難度。

隨著社會對鋼鐵企業(yè)環(huán)保要求越來越高，企業(yè)生產(chǎn)成本壓力的增加，需要對該水渣堆場進(jìn)行工藝改造。

2 工藝改造流程

針對現(xiàn)有空間位置，將水渣堆場自然脫水改造為集中水渣倉脫水工藝，由鏟車將水渣放入工程車改造為水渣倉自動化卸渣，將水渣放入工程車內(nèi)，無須鏟車工序。工藝布置圖見圖2。

(a)平面圖

在水渣堆場設(shè)置2套水渣倉，即1#水渣倉和2#水渣倉，分別接受4號、3號高爐上倉皮帶機(jī)Z302BC、Z402BC輸送來的水渣。在3號、4號高爐共用的水渣通廊中部落渣位置，設(shè)置轉(zhuǎn)運(yùn)站。轉(zhuǎn)運(yùn)站的底層安裝皮帶機(jī)Z302BC和Z402BC的尾輪，并為其提供檢修空間。轉(zhuǎn)運(yùn)站的第二層安裝一條短皮帶，即2號高爐皮帶機(jī)Z203BC，該皮帶機(jī)的作用是將皮帶機(jī)Z202BC輸送過來的水渣，通過翻板均勻分流到皮帶機(jī)Z302BC或者Z402BC上，最后輸送到水渣倉。如果兩條上倉皮帶機(jī)中的某一條或者兩套水渣倉中的某一套出現(xiàn)故障，則通過翻板，直接將2號高爐水渣導(dǎo)向另一條正常運(yùn)行的上倉皮帶機(jī)，保證2號高爐的水渣能順利進(jìn)入水渣倉。轉(zhuǎn)運(yùn)站第三層安裝2號高爐皮帶機(jī)Z202BC的驅(qū)動裝置，其作用是將2號高爐以前直接落地的水渣輸送到轉(zhuǎn)運(yùn)站的皮帶機(jī)Z203BC上。皮帶機(jī)Z302BC和Z402BC驅(qū)動裝置安裝在水渣倉頂部，尾輪放置在轉(zhuǎn)運(yùn)站底層，并分別抬高皮帶機(jī)Z301BC和Z401BC的驅(qū)動裝置，使皮帶機(jī)Z302BC和Z402BC尾輪有安裝空間，保證3號、4號高爐的水渣分別通過皮帶機(jī)Z301BC和Z401BC輸送到上倉皮帶機(jī)Z302BC或者Z402BC上，實現(xiàn)水渣順利進(jìn)入水渣倉存儲脫水。

水渣輸送路徑：3號高爐水渣經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓過濾后，進(jìn)入皮帶機(jī)Z301BC，經(jīng)過上倉皮帶機(jī)Z302BC輸送到2#水渣倉存儲和進(jìn)一步脫水。4號高爐水渣經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓過濾后，進(jìn)入皮帶機(jī)Z401BC，經(jīng)過上倉皮帶機(jī)Z402BC輸送到1#水渣倉存儲和進(jìn)一步脫水。2號高爐水渣經(jīng)過嘉恒輪鼓過濾后，進(jìn)入皮帶機(jī)Z201BC，經(jīng)過皮帶機(jī)Z202BC輸送到轉(zhuǎn)運(yùn)站，進(jìn)入皮帶機(jī)Z203BC上，皮帶機(jī)Z203BC頭輪處設(shè)置一個翻板，該翻板可以將2號高爐的水渣導(dǎo)入皮帶機(jī)Z302BC或Z402BC，或者均勻分別布置在兩條皮帶上，最終進(jìn)入水渣倉。水渣輸送路徑見圖3。

圖3 水渣輸送路徑圖

3 主要設(shè)備

3.1 水渣倉

2號、3號、4號高爐生產(chǎn)參數(shù)，如表1所示。

表1 高爐生產(chǎn)參數(shù)

整個水渣倉倉體為鋼結(jié)構(gòu)，頂部安裝電液推板，可以實現(xiàn)水渣交替進(jìn)入2套存儲倉內(nèi)。水渣倉頂部平臺為開放式，方便檢修時汽車吊車進(jìn)行檢修維護(hù)。在水渣倉直段內(nèi)部，焊接型鋼形成“料打料”的形式，防止直段磨損。水渣倉底部為倒錐形結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)部貼陶瓷襯板，延長使用壽命。在倒錐段下端，與過濾器對焊連接，過濾器可以將水渣倉內(nèi)自然脫水后的水經(jīng)過排水管有序排出，進(jìn)入廠區(qū)水系統(tǒng)再次利用。在倒錐段外表面設(shè)置8臺激振器，當(dāng)下料不順時，可以使用激振器讓下料變得更順暢。在水渣倉的底部設(shè)置管夾閥和托盤。托盤放置在管夾閥正下方，當(dāng)需要放料時，托盤移開，管夾閥打開，脫水后的水渣通過管夾閥落入到工程車內(nèi)。當(dāng)不需要放料時，管夾閥關(guān)閉，托盤移至管夾閥正下方，將管夾閥排除的渣水有序排到指定位置后，進(jìn)行再利用。水渣倉結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 水渣倉

3.2 過濾器

過濾器上部與水渣倉底部錐形部分對焊連接，下端采用法蘭形式與管夾閥連接，整體鋼結(jié)構(gòu)形式。在過濾器內(nèi)部貼陶瓷[13]，提高過濾器的耐磨性。過濾器四周設(shè)置尺寸為800 mm×600 mm的過濾口，過濾口安裝新型鋼板過濾網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為1 mm×50 mm。鋼板過濾網(wǎng)既可過濾水，又可保證剛度，防止濾網(wǎng)反復(fù)變形而失效。實際生產(chǎn)中，一旦濾網(wǎng)損壞，可以更換濾網(wǎng)。過濾器側(cè)面底部設(shè)置直徑為100 mm的排水管，及時排出過濾后的水。過濾器結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖5 過濾器

3.3 管夾閥

管夾閥氣壓驅(qū)動，兩個氣缸安裝在固定支撐上，同時向中間運(yùn)動，共同鎖緊橡膠管，使橡膠管封閉嚴(yán)實。經(jīng)過生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，采用普通橡膠制造而成橡膠管使用壽命不長，易被磨損，一般采用鋼絲帶非標(biāo)定制而成，可以大大提高使用壽命。根據(jù)水渣倉容積，以及下料時間，確定橡膠管直徑為600 mm，氣缸工作壓力0.8～1.0 MPa。管夾閥結(jié)構(gòu)示意圖見圖6。

圖6 管夾閥

4 運(yùn)行效果

水渣堆場改造運(yùn)行1年后，各項指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)效益得到提升。水渣含水量由約20%降低到5%左右，每天可回收利用約840 t水。工程車裝滿水渣時間由15分鐘降低到5～8分鐘，效率得到提高。同時，由于不再使用鏟車裝載水渣工序，可以節(jié)約使用費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

投產(chǎn)后，水渣堆場環(huán)境得到改善，不再出現(xiàn)地面水漫流的情況，工人勞動強(qiáng)度也得到降低。改造后實際環(huán)境，如圖7所示。

圖7 改造后現(xiàn)場環(huán)境

5 結(jié)論

通過對高爐水渣堆場進(jìn)行改造，將水渣在地面自然脫水，改為通過皮帶機(jī)將水渣輸送到水渣倉進(jìn)行脫水，得出以下結(jié)論：

(1)2號高爐的水渣，通過自動控制翻板，可以實現(xiàn)均勻分布到兩條皮帶機(jī)上，或者只分布在某一條皮帶機(jī)上，保證2號高爐水渣能順利進(jìn)入水渣倉，實現(xiàn)水渣倉脫水和自動化卸渣。

(2)水渣在水渣倉存儲脫水一段時間后，可以將水渣含水量降低到5%左右，避免出現(xiàn)污染環(huán)境的情況。

(3)面對空間狹小，周圍環(huán)境復(fù)雜，施工難度大等問題，本工藝改造優(yōu)化設(shè)計方案，采用三座高爐共同使用2套水渣倉的方式，實現(xiàn)了投資小，經(jīng)濟(jì)和社會效益好的目標(biāo)，為同類水渣堆場改造提供借鑒。