工程:某高炉渣处理系统的工艺设计与改进
济钢1#1750m3高炉采用嘉恒法渣处理设备，生产中存在设备处理能力不足、水量不平衡及管道磨损等问题。济钢2#1750m3高炉的设计吸取了1#高炉的经验，增加了1台单体设备，形成两用一备的工作制度，增设1座大型平流沉淀池，并对管路系统进行了优化，解决了在1#高炉中存在的问题，运行良好。
1 前 言
济南钢铁集团总公司（简称济钢）2002～2004年，共建成并投产了两座1750m3高炉。两座高炉的渣处理系统皆采用了唐山嘉恒公司的渣处理设备（简称嘉恒法）。
嘉恒法渣粒化装置相对OCP法、INBA法等渣处理装置而言，具有结构紧凑、占地面积小、投资成本低、成品渣质量好等优点，但由于渣处理系统在整个高炉生产过程中处于被动地位，高炉炉料组成、冶炼工艺、利用系数等的变动都会引起瞬时渣量的变化，对整个系统造成严重影响。
通过济钢1#1750m3高炉近两年的生产实践来看，由于高炉生产过程中瞬时渣量的大范围波动，出现了设备处理能力不足、大量跑水跑渣及管道磨损较快等问题，并造成高炉经常放火渣，制约了高炉的稳产、高产，大大提高了生产成本，且对区域环境也造成了很大的影响。济钢2#1750m3高炉的渣处理系统设计时，为了统一备件，所选设备各参数同1#高炉，但同时接受了1#高炉的经验教训，对整个系统的工艺方案进行了全面更新。
2 1#高炉渣处理系统工艺简介及问题分析
2.1 工艺简介
高炉渣处理系统共设1台双体嘉恒法渣处理装置，两者一用一备。
高炉火渣从渣沟进入嘉恒法渣处理装置粒化器，被高速旋转的粒化轮机械破碎，并沿切线方向抛出，同时受粒化器内高压水射流冷却及水淬作用形成水渣产品，随后渣水混合物经过水渣沟落入脱水器筛斗中。
渣水混合物通过筛斗中1.2～4.0mm间隙的筛网实现渣水分离，成品粒化渣留在筛斗中，水则通过筛网流入回水槽。筛斗中的渣到达顶部时翻落进入受料斗，通过受料斗下部出口落在皮带机上，由皮带机运至贮渣场保存及外运。其间产生的高温蒸汽通过渣处理装置上部的烟囱集中排放。
通过脱水器筛网过滤的循环水，经水槽出水口和回水管道进入集水池及沉淀池，沉淀池内的细渣通过渣浆泵打入脱水系统进行二次回收脱水，沉淀后的水循环利用。工艺流程见图1。工艺布置见图2。
 图1 济钢1#高炉渣处理系统工艺流程 |
 图2 济钢1#高炉渣处理系统工艺布置 |
2.2 存在的问题
2.2.1 设备能力不能满足生产要求 济钢1#高炉设计炉容为1750m3，利用系数2.3t/m3.d（最大利用系数2.5t/m3.d），渣铁比300kg/t，最大渣量8t/min，每天渣量约1313t。设计选型时，渣处理设备最大处理量为8t/min，吨渣补充新水0.7m3，双体设备为一用一备，最大供水强度为1500m3/h。
在生产实践中，高炉各参数与设计参数相差较大，其中高炉利用系数已达2.8t/m3.d，且随着进一步的强化冶炼，利用系数还会提高，可达3.0t/m3.d 左右；渣铁比及最大瞬时渣量也会随物料的入炉品位及冶炼工艺的变化不断波动，最大瞬时渣量可达15t/min。渣量的增大直接导致了设备处理能力的不足，首先表现在粒化轮的寿命大大缩短，且由于渣量过大，特别是最大渣量瞬间，脱水器无法过滤掉细渣，使得污水外溢，蒸汽也由于无法从烟囱及时排放而由进渣口溢出，由此导致整个生产现场脏、乱、差。
由于最大渣量（15t/min）与正常渣量（3t/min）悬殊过大，如按最大渣量进行设备选型则造成设备能力的极大过剩，且设备供水、蒸汽排放及设备占地面积、工程造价等也相应增大。
2.2.2 水量不平衡，造成大量工业水外排 设备设计时按吨渣消耗新水0.7m3考虑，由于入炉炉料、冶炼工艺及最大渣量的变化，使得每炉炉渣的消耗水量成为不确定因素，且最大渣量时间的不确定性导致无法按需调节供水量。正常生产时供水强度全部为1500m3/h，同时沟头冷却、壳体冷却等处皆由工业新水补充（循环水含细渣过多且温度过高），出渣完毕后设备还要空转约20min以过滤出沉淀池中的细渣。以上原因造成了补充新水大于实际消耗水量，使得大量工业新水由循环池外溢，每日约外排400m3左右，造成资源的极大浪费。
2.2.3 管道系统磨损严重 由于循环水中含细渣较多，且水压较高，渣水混合物对管道的磨损较为严重，现场曾使用的稀土合金耐磨管及陶瓷内衬复合管仅使管路系统的寿命有所延长，但无法从根本上解决管路磨损问题，且整个系统中渣浆泵的事故率也非常高。
上述问题严重制约整个渣处理系统的正常运行，也大幅度增加了生产运行成本。
3 2#高炉渣处理系统工艺简介及改进措施
济钢2#高炉渣处理系统的设计吸取了1#高炉的经验，通过全新的工艺布置，彻底解决了1#高炉所存在的问题。
3.1 工艺简介
2#高炉设1台双体设备及1台单体设备，共有3台设备形成了两用一备的工作制度，其中双体设备共用一个烟囱，单体设备单独使用一个烟囱。
高炉火渣进入渣处理设备，经粒化轮、脱水器后，成品渣落入下方的渣运输皮带直接运至渣场，渣水混合物通过脱水器筛网后由渣水沟直接进入平流沉淀池，沉淀后的水循环利用。2#高炉渣处理系统的工艺布置见图3。
 图3 济钢2#高炉渣处理系统工艺布置 |
对照两座高炉渣处理系统工艺布置情况可以看出，除2#高炉增加了1台单体设备外，其它设备基本没有变动，变动最大处在冲渣水的处理及循环利用方面。2#高炉渣处理系统中平流沉淀池及渣水沟的应用使得1#高炉中存在的问题得到了较好的解决。
3.2 渣处理系统工艺问题解决方案
（1）两用一备的工作制度，解决了设备能力不足的问题。每台设备的处理能力仍为8t/min，即使在最大渣量时也可满足生产要求。3台设备可以任意开启其中两台，为设备的检修提供了充裕的时间。由于该设备与济钢1#高炉相同，也为生产备件的组织提供了有利条件。两用一备的工作制度不仅使设备能力满足了生产要求，也使设备使用寿命大大提高，节省了大量检修时间。
（2）整个系统的所有用水全部纳入循环系统，解决了水资源浪费问题。
为便于控制水量，2#高炉设计时将该系统全部用水皆纳入循环，大型平流沉淀池的使用使得细渣可及时沉淀，且循环水水温可有效降低。在沟头冷却及壳体冷却等对水温及水质要求较为严格的用水点，工艺上采用过滤及冷却设备，将沉淀池内的循环水经过处理后加以利用。该区域泵房内设有4台流量为800～1100m3/h 的水泵，最大用水强度时三用一备，用户也可以根据生产情况控制泵的开启数量，以满足系统供水要求。平流沉淀池内设有液位计，只有当循环系统内的水消耗到规定水位时，才对池内水量进行补充，补充水可以是其它区域的废水，这样就大大节约了工业新水的用量，也使得周围区域的废水再利用成为可能，使得生产成本大幅下降。
（3）取消返渣系统，以渣水沟代替管道，解决了管道磨损问题。经分析，经高速旋转的粒化轮机械破碎后产生的高炉细渣棱角分明，且硬度较高，对渣浆泵、输送管道及管道阀门等的磨损非常严重。2#高炉设计时，取消了渣处理系统的所有渣水混合物输送管道，从脱水器流出的渣水直接流入渣水沟，经渣水沟进入平流沉淀池。渣水沟底部为半圆形，内壁粘贴铸石砖以防磨损及积渣，沟盖采用活动盖板，便于定期清淤。盖板上部可通车。
济钢2#高炉于2005年4月正式投入生产，近1年的生产实践表明，2#高炉渣处理区域的设计完全解决了1#高炉所存在的问题，达到 了预期效果。
4 问题及建议
（1）济钢2#高炉平流沉淀池内每天约沉淀细渣200t，需约10辆汽车外运。在高炉区域紧张的场地条件下，造成交通的进一步拥挤，且运输过程中渣水洒落，对厂区环境造成一定影响。
考虑平流沉淀池的细渣脱水池距离渣运输皮带较近，建议采用带裙边皮带将脱水池内的细渣直接输至渣运输皮带上，运至渣场统一外运。也可考虑采用气力输送装置。
（2）平流沉淀池内循环水水温约80℃，特别是在冬季蒸汽较为严重，不仅影响了上部天车工的视线，也对该处环境造成一定污染。
可考虑将平流沉淀池上部进行密封，底部用链式刮板机将下部沉淀的细渣刮出，上部蒸汽可用烟囱收集进行统一处理或排放。
（3）可以借鉴环保INBA法的一些成功经验，对该区域所有蒸汽进行冷凝回收，以达到环境保护及水资源重复利用的效果。
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