嘉恒法渣處理工藝的實(shí)踐與改進(jìn)

陳清華，劉永剛

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司煉鐵部，河北 邯鄲 056003）

高爐爐渣是高爐煉鐵的主要副產(chǎn)品之一，高爐爐渣處理方法主要分為干渣和水渣兩種。水渣處理法被廣泛應(yīng)用于礦渣水泥、礦渣磚和混凝土制品、隔熱填料以及礦渣微粉等的生產(chǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了資源的合理利用，因此水渣生產(chǎn)已經(jīng)成為高爐爐渣處理的主要方式。目前，國內(nèi)大型高爐爐渣處理多采用INBA 法、嘉恒法、底濾法、明特法等。河鋼集團(tuán)邯鋼公司（全文簡稱“邯鋼”）東區(qū)煉鐵部現(xiàn)有3 200 m3高爐（8 號(hào)）1 座，采用的是嘉恒法；2 000 m3高爐（5號(hào)、7 號(hào)）2 座，采用的是底濾法[1]。西區(qū)煉鐵廠有3 200 m3高爐2 座，采用的是INBA 法。嘉恒法爐渣粒化裝置由唐山市嘉恒實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)設(shè)計(jì)制造，于2009年7 月隨高爐投產(chǎn)使用。由于8 號(hào)高爐渣溝較短，無?；彌_塔，導(dǎo)致設(shè)備磨損腐蝕嚴(yán)重、維護(hù)工作量大、管道積渣、沖渣水量小、事故頻發(fā)等問題，通過生產(chǎn)實(shí)踐，對沖制箱、脫水器、上塔管道等設(shè)備及操作工藝進(jìn)行一系列優(yōu)化改進(jìn)，提高了設(shè)備使用壽命，降低了生產(chǎn)事故率，大幅減少維護(hù)工作量，保障了高爐的正常生產(chǎn)。

1 嘉恒法渣處理工藝簡介

嘉恒法渣處理工藝流程示意圖如圖1 所示。

圖1 嘉恒法渣處理工藝流程

8 號(hào)高爐設(shè)4 個(gè)鐵口，2 個(gè)鐵口合用一套渣處理系統(tǒng)，本座高爐設(shè)南場、北場兩套渣處理系統(tǒng)。高爐出鐵時(shí)的熔渣經(jīng)熔渣溝被沖制箱內(nèi)?；^面板噴出的高壓水快速擊碎、冷卻和粒化，形成顆粒狀水渣。隨后，渣水混合物通過水渣溝流入脫水器的分配器；再經(jīng)緩沖槽流入脫水器轉(zhuǎn)鼓篩斗實(shí)現(xiàn)渣水分離，成品?；粼诤Y斗中，水則透過篩網(wǎng)流入回水槽進(jìn)入循環(huán)池。隨著脫水器的旋轉(zhuǎn)，篩斗中的爐渣慢慢上升，達(dá)到頂部時(shí)翻落下來進(jìn)入受料斗，而后通過受料斗溜槽落到膠帶輸送機(jī)上運(yùn)往渣場。在脫水過程中產(chǎn)生的高溫蒸汽通過集汽裝置引入煙囪，進(jìn)行高溫排放。脫水器濾出的水流至沉淀池沉淀余渣，余渣通過天車抓斗抓到渣斗后落入膠帶機(jī)輸送到渣場；沉淀池上部的清水溢流入熱水池，由渣漿泵抽至沖制箱，可重新作為沖渣水循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)了大高爐的降耗、環(huán)保。

2 在生產(chǎn)實(shí)踐中存在的問題

由于8 號(hào)高爐渣溝較短，北場渣溝長度為13 m，南場渣溝長度為39 m，均無?；彌_塔，高壓水渣經(jīng)渣溝直接流入脫水器，造成設(shè)備磨損嚴(yán)重，北場沖渣設(shè)備沖刷磨損尤為嚴(yán)重。生產(chǎn)中存在的問題導(dǎo)致渣處理設(shè)備使用壽命短、維護(hù)工作量大、檢修周期短、備輔料及施工費(fèi)用高、環(huán)境污染等，嚴(yán)重制約高爐正常生產(chǎn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）由于沉淀池較小，沉淀池中部分含渣的水溢流到熱水池中，部分水渣在熱水池中沉淀；由于抓斗無法抓取，水渣板結(jié)，造成上塔管道入口局部堵塞，影響上塔進(jìn)水流量；含渣的水再由上塔泵抽到?jīng)_渣泵房上部的冷水井中，上塔管道出口彎頭和冷卻噴淋管道會(huì)局部堵塞，到后期基本無法噴淋，這樣進(jìn)入冷水井中的水較少，沖渣流量小，熔渣無法充分水淬，渣中含有大渣塊、紅渣；在出鐵后期渣量較大時(shí)，部分水渣在渣溝襯板底部沉積，沖渣效果差，易引發(fā)放炮事故，嚴(yán)重影響高爐的正常生產(chǎn)。

2）沖渣水中含渣量大，沖制箱及?；装迥p嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)箱體漏水現(xiàn)象，粒化板孔道磨大，造成沖渣水壓力低，出鐵后期沖渣噴濺厲害，影響環(huán)保運(yùn)行。

3）渣溝末端的脫水器、分配器易沖刷磨漏，水渣順著脫水器托圈流到托輪上，易損壞軸承，造成托輪停轉(zhuǎn)，電機(jī)電流大幅升高，影響電機(jī)正常運(yùn)行，甚至造成脫水器停機(jī)的生產(chǎn)事故；更換托輪操作一般是在出鐵倒場工藝間歇時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，檢修時(shí)間短，一旦檢修不順利，則會(huì)造成出鐵延時(shí)或鐵口連出，影響爐況順行。

4）脫水器主要存在的問題是篩網(wǎng)易堵塞、濾水效果差、皮帶帶水量大、皮帶跑偏，威脅著皮帶機(jī)的安全運(yùn)行。水渣外溢到地面，增加了工人清理工作量，也不利于環(huán)境保護(hù)；脫水器內(nèi)篩板框架和支撐梁沖刷磨損嚴(yán)重，篩板固定螺栓易松弛，運(yùn)行雜音大，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)篩板脫落事故；脫水器銷軸及齒輪磨損嚴(yán)重；轉(zhuǎn)鼓跑偏、減速機(jī)振動(dòng)大、電流波動(dòng)大；齒式聯(lián)軸器易損壞，使用壽命短，生產(chǎn)維護(hù)工作量巨大，影響生產(chǎn)順行。

3 嘉恒法渣處理的改進(jìn)措施

針對生產(chǎn)實(shí)踐中存在的問題，于2017 年3 月進(jìn)行高爐中修，對脫水器進(jìn)行整體更換，對渣溝、沖渣泵房等渣處理設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)[2]。此外，近幾年邯鋼一直對制約生產(chǎn)的環(huán)節(jié)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，重點(diǎn)從設(shè)備耐磨性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工藝操作以及檢修組織方面進(jìn)行攻關(guān)，具體改進(jìn)措施如下：

1）每次利用高爐休風(fēng)機(jī)會(huì)，清理熱水池及上塔管道入口處板結(jié)物。先把熱水池的水抽干，再利用吊車把鉤機(jī)吊到熱水池內(nèi)作業(yè)，鉤機(jī)摳下來的板結(jié)物用簸箕吊到地面，南北場每次清理板結(jié)物約600 t，工作量大，成本高。而且上塔入口處屬于受限空間，大型機(jī)械無法作業(yè)，只能通過人工用風(fēng)鎬清理。由于受檢修時(shí)間限制，無法徹底清理干凈，造成上塔能力不足，嚴(yán)重制約高爐強(qiáng)化生產(chǎn)，并不能從根本上解決問題。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷嘗試，將氧氣管插到熱水池上塔管道入口處，連接壓縮空氣反吹進(jìn)行試驗(yàn)，效果較好，沖渣水量由2 450 m3/h 提高到2 700 m3/h，熱水池檢修周期由原來的不到3 個(gè)月延長到1 年以上，大大減少了檢修費(fèi)用，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了高爐沖渣生產(chǎn)順行。

2）改進(jìn)沖制箱及?；装濉_制箱原設(shè)計(jì)厚度為10 mm，材質(zhì)為Q355B，由于沖渣水中含渣量較多，沖制箱使用時(shí)間短，本體磨損嚴(yán)重?，F(xiàn)結(jié)合實(shí)際，在沖制箱內(nèi)壁四周鑲嵌8 mm 厚的耐磨堆焊襯板，并與本體滿焊，這樣既延長了使用壽命，又解決了空間狹小、檢修困難的問題。原粒化孔板是固定大小形狀的均勻分布的孔，孔道在鋼板上直接開孔，孔道容易磨大，造成水壓降低。改進(jìn)?；装迳祥_孔的范圍、孔眼大小、角度及孔的分布，依渣流軌跡和渣流截面積的不同而呈現(xiàn)非均勻分布狀態(tài)，孔道鑲嵌陶瓷環(huán)，結(jié)構(gòu)為喇叭口形狀，即里側(cè)孔小、外側(cè)孔大，這樣熔渣被?；装鍥_出與渣流軌跡和渣流流截面相適應(yīng)的水流充分切割并擊碎，后得以水淬、?；筮M(jìn)入沖渣溝。沖渣壓力、流量可以通過孔道數(shù)量來實(shí)際調(diào)整，調(diào)整方式為通過堵孔調(diào)高壓力，通過開孔調(diào)大流量。水壓約0.20～0.23 MPa，流量為2 700～2 750 m3/h，實(shí)現(xiàn)了正常沖渣生產(chǎn)。

3）8 號(hào)高爐南、北場脫水器脫水效果差，特別是爐溫高時(shí)出現(xiàn)泡沫渣，水和渣不能及時(shí)分離，大量水渣經(jīng)下渣溜嘴到皮帶流到地上，造成環(huán)境污染，同時(shí)皮帶上帶水運(yùn)行，皮帶易跑偏，極易發(fā)生皮帶劃傷事故。具體改進(jìn)措施是：基建投產(chǎn)時(shí)外篩板間距為0.8 mm，后逐步調(diào)整到1.2 mm，且因其長期使用多年，隨著爐渣的變化，近幾年又將間距調(diào)整到1.5 mm，回水道殘?jiān)m中，脫水效果較好；將脫水器運(yùn)行頻率由28 Hz 調(diào)整為25 Hz，減少水進(jìn)入溜槽；采用高壓水槍對外篩板進(jìn)行沖洗，清除外篩板上積渣。完善脫水器清掃制度，在脫水器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，每天不間斷沖洗，此法在一定程度上緩解了外篩板堵塞情況，改善了脫水效果；定期清理脫水器下渣溜槽上兩塊過水篩板的內(nèi)部積渣，這樣利于水渣中的水透過篩板流入脫水器內(nèi)部，減少往皮帶上帶水。通過上述改進(jìn)后，脫水器脫水效果明顯改善，基本可保證爐渣為干渣狀態(tài)輸送到渣場，避免了廢水的無組織排放，保證環(huán)保達(dá)標(biāo)，消除了皮帶機(jī)隱患。

4）積極選用耐磨材料，將其應(yīng)用在脫水器內(nèi)篩板框架、支撐梁、分水器、緩沖槽以及下料流槽等設(shè)備上，以提高設(shè)備使用壽命。脫水器內(nèi)部的支撐梁局部易磨損，將一根焊管剖開，在管壁外部堆焊耐磨焊絲，然后直接將支撐梁包住，保護(hù)其免受沖刷。在內(nèi)篩板沖刷最嚴(yán)重的外側(cè)面上鑲嵌耐磨陶瓷磚，增加抗磨性，避免框架磨薄后螺栓松弛、篩板脫落事故發(fā)生。渣溝末端與脫水器入口連接的分水器和緩沖槽受水渣沖刷最為嚴(yán)重，采用一種獨(dú)特的耐磨陶瓷磚固定結(jié)構(gòu)形式，即在襯板上打孔，將25 mm 厚的耐磨陶瓷磚粘貼在襯板上，在里側(cè)穿入平頭螺栓將其滿焊，切掉螺栓多余的長度，然后將襯板焊接在殼體上，這樣既保證了襯板耐磨性，又可以防止陶瓷磚脫落，延長使用壽命。在下料流槽上直接粘貼耐磨陶瓷磚，使用效果較好。這樣，分水器耐磨性顯著提高，減少了沖渣水直接漏到脫水器外面、損壞托輪軸承的情況，避免了生產(chǎn)事故的發(fā)生。

5）8 號(hào)高爐南場脫水器新更換兩年后，就出現(xiàn)了傳動(dòng)齒輪與大齒圈銷軸卡澀、電流波動(dòng)大、銷軸磨損嚴(yán)重、大齒圈銷軸孔磨大等問題，造成新?lián)Q銷軸安裝后仍然曠動(dòng)，加劇了大齒圈的磨損。由于大齒圈費(fèi)用昂貴且維修更換困難、檢修時(shí)間長，需要高爐長時(shí)間休風(fēng)，因此考慮對銷軸進(jìn)行改進(jìn)。2021 年通過反復(fù)地研究、試驗(yàn)，從改進(jìn)銷軸材質(zhì)、結(jié)構(gòu)入手，以保護(hù)昂貴的大齒圈。具體方案：將銷軸材質(zhì)由40Cr 鍛造改為42CrMo 鍛造、調(diào)質(zhì)處理，在與大齒圈接觸的銷軸兩端增加錫青銅套，其長度為與大齒圈接觸長度為25 mm，銅套與銷軸為過盈配合，一端使用擋圈與螺栓軸向固定，另一端將銅套裝好后，焊接半圓擋圈，最后加工掉凸臺(tái)，保證壓板緊密壓住銷軸。改進(jìn)的銷軸外側(cè)軸心有螺紋孔，方便拆卸。改進(jìn)前后傳動(dòng)銷軸結(jié)構(gòu)圖如圖2、圖3 所示。改進(jìn)后，很好地遏制了大齒圈劣化的趨勢，延長了設(shè)備使用壽命。

圖2 改進(jìn)前的傳動(dòng)銷軸（mm）

圖3 改進(jìn)后的傳動(dòng)銷軸（mm）

6）改造脫水器減速機(jī)與傳動(dòng)齒輪連接軸。原來脫水器采用的是內(nèi)外齒中間軸，對中精度要求較高，脫水器運(yùn)行后期振動(dòng)大，內(nèi)外齒易打齒，且易造成沖渣生產(chǎn)中斷事故。利用高爐中修機(jī)會(huì)，將其改為萬向軸，降低了安裝精度，避免了生產(chǎn)事故。此外，將萬向軸套連接螺栓設(shè)計(jì)為防剪鉸制孔螺栓，即在連接軸套與萬向軸法蘭中間部位銑出一個(gè)寬2 mm、深2 mm 的槽，螺栓數(shù)量與剪斷扭矩匹配，一旦出現(xiàn)脫水器卡襯板或大型鐵器等不能運(yùn)轉(zhuǎn)的嚴(yán)重事故時(shí)，可以保護(hù)脫水器傳動(dòng)裝置免受損壞。

7）由于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)篩框架磨損薄如紙片、內(nèi)篩板（含篩網(wǎng)及邊框）破損嚴(yán)重，易造成脫水器落料不均勻，運(yùn)行振動(dòng)大、電機(jī)電流波動(dòng)大，如圖4 所示。首先考慮更換整體轉(zhuǎn)鼓，但是備件費(fèi)用高達(dá)百萬，單套檢修時(shí)間至少6 d 以上，需要高爐休風(fēng)，施工難度大，影響高爐鐵產(chǎn)量。以前都是通過局部修補(bǔ)或制作耐磨板條來保護(hù)內(nèi)篩框架，整體強(qiáng)度較差，轉(zhuǎn)鼓重心改變對托輪運(yùn)行造成沖擊，托輪軸承壽命短。經(jīng)過反復(fù)研究，考慮到內(nèi)篩框架是被整體磨薄，因此確定的方案是對內(nèi)篩板框架進(jìn)行加工制作，將其材質(zhì)由Q235B 改為Q355B，化整為零地施工，即不整體更換轉(zhuǎn)鼓，而是逐步更換所有的內(nèi)篩框架及內(nèi)篩板。利用南北場工藝倒場停歇時(shí)間，化整為零，逐一更換內(nèi)篩框架（單套28 塊）及內(nèi)篩板（單套56 塊）。

圖4 內(nèi)篩框架及內(nèi)篩板破損圖

由于工藝時(shí)間的不確定性，為了最大限度地縮短脫水器檢修時(shí)間，摸索制定了以下施工步驟：拆除兩塊內(nèi)篩板；割除內(nèi)篩框架，保留內(nèi)篩框架不磨損部位（內(nèi)側(cè)板條、中間三角筋板）；將新內(nèi)篩框架寬度方向的兩個(gè)側(cè)板與轉(zhuǎn)鼓本體焊接，同時(shí)焊接兩側(cè)小筋板，再焊接中間三角筋板；安裝內(nèi)篩板，用螺栓固定牢固即可，如圖5 所示。為了保證高爐正常沖渣，停一場鐵的時(shí)間往往只能操作兩個(gè)步驟，停兩場鐵的時(shí)間最多操作四個(gè)步驟，甚至三個(gè)步驟，每天就這樣重復(fù)著拆除、焊接、安裝，完成既定的任務(wù)，歷時(shí)3 個(gè)月時(shí)間完成了南北場兩套脫水器的檢修工作。經(jīng)檢修后，脫水器使用效果非常好，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，消除了設(shè)備隱患，節(jié)約了大量費(fèi)用。

圖5 內(nèi)篩框架及內(nèi)篩板改進(jìn)效果圖

4 結(jié)語

在近幾年的設(shè)備點(diǎn)檢維護(hù)及大修實(shí)踐過程中，對邯鋼嘉恒法渣處理生產(chǎn)中的諸多典型故障進(jìn)行了詳細(xì)分析，制定了一系列改進(jìn)措施，經(jīng)實(shí)施后，大幅延長了設(shè)備使用壽命，減輕了維護(hù)工作量，減少了備件和施工費(fèi)用，降低了設(shè)備事故率，為高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)保障，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。