供稿|申世武 / SHEN Shi-wu

轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜渣自動控制及熱燜作業(yè)介紹

The Description of the Automatic Control of Converter Steel Slag and Stew Hot Slag Operation

供稿|申世武 / SHEN Shi-wu

內(nèi)容導讀

轉(zhuǎn)爐鋼渣是轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的產(chǎn)物，是一種固體廢棄物，占鋼產(chǎn)量的10%左右。我國鋼渣的綜合利用率僅在10%左右。目前轉(zhuǎn)爐鋼渣的初步處理方法較多，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，因造渣形成的液態(tài)轉(zhuǎn)爐渣具有一定的黏性而夾裹部分金屬鐵，長期堆存渣場會占用場地，不能有效回收金屬鐵又會造成資源的浪費。燜渣法就是利用鋼渣余熱，在有蓋容器內(nèi)加入冷水后使其成為蒸汽，使鋼渣得到消解，通過膨脹冷縮達到渣鐵分離。處理后的鋼渣，性能穩(wěn)定，消除游離態(tài)CaO對鋼渣性能的影響，可作為鋼渣微粉、鋼渣磚等的原料。

柳鋼轉(zhuǎn)爐廠現(xiàn)有3座120 t轉(zhuǎn)爐及3座150 t轉(zhuǎn)爐，配有相應的熱潑渣和鋼渣?；幚硌b置，以熱潑鋼渣為主，?；撛鼮檩o。鋼年產(chǎn)量達1000萬t，按鋼產(chǎn)量1.20%鋼渣量計算，每年將產(chǎn)生120萬t的轉(zhuǎn)爐鋼渣。由于濺渣護爐技術的運用，出來的鋼渣。過于黏稠，無法?；?，對于無法?；匿撛荒苓M行熱潑處理，否則容易產(chǎn)生爆炸，因此粒化鋼渣量也就在30%左右；且粒化渣還存在易爆炸安全性差、設備磨損嚴重、膠凝性差難以在建材行業(yè)使用的缺點。

為了實現(xiàn)鋼渣“零”排放，對于不能進行渣粒化的70%左右的轉(zhuǎn)爐鋼渣，采用目前最先進、渣利用率最高的鋼渣熱燜工藝，可以有效減少煉鋼廠現(xiàn)場污染，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐渣處理跨的干凈整潔，實現(xiàn)國家節(jié)能減排目標及可持續(xù)發(fā)展，也符合企業(yè)的當前實際情況，還可以充分回收鋼渣中的含鐵物料，降低煉鋼成本，后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)及綜合利用價值較高，在回收鐵鋼的同時，更重要是尾渣的綜合利用，尾渣粉可用來生產(chǎn)鋼渣超細粉、鋼渣磚，也可用于水泥廠配料，不存在鋼渣膨脹開裂及穩(wěn)定性的問題，不僅提高了企業(yè)的效益，更重要的是保護了環(huán)境和生態(tài)。

工藝概述[1]

渣熱燜是近年發(fā)展起來的一種新型的鋼渣處理技術。熱燜鋼渣處理基本工藝：將煉鋼爐前送出的紅渣直接倒入渣罐，降溫后(鋼渣內(nèi)部不夾液態(tài)渣)后傾入燜渣罐，蓋上罐蓋并配以用適當?shù)膰娝に嚒Ｓ捎阡撛幸欢ǖ挠酂?，大塊鋼渣在熱燜罐內(nèi)就會龜裂粉化自解，鋼和渣自動分離。采用該技術，鋼渣?；Ч色@得60%～80%的小于20 mm粒狀鋼渣。由于采用循環(huán)水(配有冷卻及沉降池)基本解決了鋼渣廠污水外排的難題。熱燜后的鋼渣含有8%～11%的水份，這根本解決了鋼渣在磁選和篩分流水線粉塵污染問題。熱燜后鋼渣中的CaO(游離氧化鈣)不超過1%，具有較好的易磨性和穩(wěn)定性，為鋼渣后期綜合利用打下基礎。

鋼渣渣罐從轉(zhuǎn)爐爐底通過軌道車拉出外部爐渣處理跨，用行車吊起渣罐，放置在渣罐運輸車上，從轉(zhuǎn)爐將1500～1600℃的鋼渣運到鋼渣熱燜處理車間，用行車從罐車上吊起渣罐，將熔渣倒入渣坑，倒一層打一次水，待渣池滿后，罩上燜渣蓋，再通過蓋上的水管先后噴6～8次水，每次噴水時間為6～8 min，燜渣8～12 h，鋼渣溫度降至50～70℃，充分?；蟮匿撛猛诰驒C或抓斗抓入就近的格篩料斗上，受料斗上裝有200 mm的方格格篩，部分格篩上或燜渣池內(nèi)的渣鋼用吸盤吸到渣鋼堆放場地，渣罐內(nèi)積留的鋼渣鋼通過撞擊或勾機炮錘清理出，部分大塊渣鋼轉(zhuǎn)堆至落錘區(qū)處理；小于200 mm的鋼渣通過皮帶送往鋼、渣分離及粒度分級車間處理。熱燜渣設施主要是熱燜渣坑、渣罐吊裝設備和水處理裝置。熱燜渣工藝流程見圖1。

渣直接用渣罐車運至鋼渣熱燜處理車間后倒入燜渣坑，進行熱燜處理，無廢水排放，無噪聲，無粉塵污染，可實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。對鋼渣的流動度無要求，即使是渣殼仍可進行熱燜，鋼渣處理率達100%。工藝采用鋼渣余熱自解熱燜處理，可以充分消解鋼渣中的游離氧化鈣和游離氧化鎂，消除鋼渣的不穩(wěn)定因素，使鋼渣用于建材和道路工程安全可靠，尾渣的利用率達到100%。鋼渣熱燜后粒度小于20 mm的占50%以上，省去了鋼渣熱潑時的粗破設備，提高粉磨效率，節(jié)省電耗。鋼渣余熱大部分被利用，鋼渣噴水利用其本身熱能產(chǎn)生蒸汽熱燜鋼渣，節(jié)省能源。鋼渣分離及粒度分級系統(tǒng)工藝，結合實際生產(chǎn)經(jīng)營情況，工藝先進，回收率高，充分利用現(xiàn)有設備，節(jié)省投資，效益高，環(huán)境污染小。

圖1 熱燜渣工藝流程

鋼渣熱燜自動控制[2-3]

為滿足生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的可靠性、開放性、操作及監(jiān)控水平等方面的要求，本設計采用可編程控制器對鋼渣處理生產(chǎn)線的低壓電機生產(chǎn)過程采用PLC自動控制及單機機旁手動控制兩種方式，每臺電機旁設機旁箱，通過機旁箱上的轉(zhuǎn)換開關實現(xiàn)PLC控制和機旁手動兩種方式的轉(zhuǎn)換，且按正常停機和啟動順序作業(yè)。整套系統(tǒng)無論是PLC控制或機旁箱操作的設備運行狀態(tài)計算機皆能顯示。

燜渣工藝流程為：轉(zhuǎn)爐倒渣/鋼包渣→渣盆(開噴霧抑塵裝置)→緩冷→裝坑→噴水→蓋蓋→噴水→揭蓋→出渣。轉(zhuǎn)爐出渣后，用吊車吊至燜渣坑傾翻倒渣，當燜渣坑內(nèi)渣滿足要求時(上部自由空間500 mm以上)，蓋上燜渣坑蓋，噴水燜渣處理。燜渣處理后，鋼渣冷卻到50℃，吊起燜渣坑蓋，用挖掘機將渣抓至汽車運走。為減少倒渣時燜渣坑內(nèi)粉狀煙塵從坑中飄出，造成環(huán)境的污染，在燜渣坑側面設噴霧降塵裝置。

為安全運行，要求入坑渣不能帶液態(tài)渣，溫度在600～700℃之間，因此要求一定緩冷時間使渣盆中液體渣凝固。為此，通過跟蹤23個無液體渣的渣盆的緩冷時間，渣盆的最長、最短緩冷時間分別為177和150 min，平均緩冷162 min，為保證安全和入坑渣溫度要求，確定鋼渣緩冷時間在3～3.5 h。為了改進燜渣效果，采取了措施，對裝在蓋上的水管加噴頭，調(diào)整噴水點的分布。這樣，一方面提高了水的分布均勻性，另一方面增大了燜渣水流量，最大可以到70 m3/h。調(diào)整燜渣噴水制度，具體包括：燜渣過程供水總管壓力保證在0.3～0.4 MPa之間;燜渣加蓋前噴水時間不大于30 min，水流量50～80 m3/h;加蓋燜渣前期1～2 h把蒸汽放散，閥開至最大，在蒸汽壓力不超過1.8 kPa的情況下，把水流量盡量開大，以使渣快速急冷濕透;加蓋燜渣2 h后將進水流量提高至50～70 m3/h之間，并通過調(diào)節(jié)蒸汽放散閥使蒸汽壓力保持在1.0 kPa左右;燜渣揭蓋前30 min左右時將蒸汽放散閥開至最大，并將進水流量開至最大，以沖刷進水管路和噴頭，并使坑內(nèi)壓力、溫度快速降低;當壓力小于0.2 kPa、溫度降至50℃以下時停止噴水，等待開蓋裝車。改造優(yōu)化后，除了有大的渣鋼不能粉化外，鋼渣完全粉碎，粒度在20 mm以下，不再有冷卻不均勻、夾紅渣現(xiàn)象。熱燜渣過程檢測及控制流程圖見圖2。

圖2 熱燜渣過程檢測及控制流程圖

自動噴水流量控制[3]

鋼渣處理線設由一套“儀電”合一的PLC控制系統(tǒng)組成，實現(xiàn)對鋼渣傾倒、冷卻、運轉(zhuǎn)、破碎、篩分磁選及配套的除塵的過程檢測及控制。設備可實現(xiàn)就地、遠程、自動三種控制方式。

就地控制箱上設有選擇開關、起停按鈕、指示燈，供現(xiàn)場人員在設備安裝調(diào)試和維護時進行手動控制，在低壓開關柜上設有起停按鈕、運行指示燈供現(xiàn)場操作人員遠程進行手動控制。正在情況下，操作人員通過PLC可實現(xiàn)對設備進行手動起停、聯(lián)鎖保護，并可返回信號實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)監(jiān)視。

整個控制系統(tǒng)可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示、重要參數(shù)的超越報警、聯(lián)鎖報警、自動調(diào)節(jié)及所有檢測參數(shù)監(jiān)測等功能，同時也能實現(xiàn)對泵和電機的手動起?？刂?、順序控制。

熱燜渣自動噴水控制，首先根據(jù)生產(chǎn)要求啟動熱燜渣變頻2臺供水泵組，通過實時檢測供水總管流量作為參數(shù)，調(diào)節(jié)熱燜渣變頻2臺供水泵組的轉(zhuǎn)速，以確保熱燜渣冷卻用水總量。通過電磁、抓斗、吊鉤橋式起重機將渣罐中的轉(zhuǎn)爐鋼渣倒入熱燜池中，然后打開冷卻水用閥門，要求冷卻水使鋼渣直到表面凝固為止。當熱燜渣池中鋼渣重量達到工藝的設定值時，蓋上熱燜渣池蓋。噴水流量控制通過檢測熱燜渣池噴水流量作為參數(shù)，實時調(diào)節(jié)熱燜渣池冷卻水管道上的電動調(diào)節(jié)閥開度，實現(xiàn)熱燜渣池熱燜過程的自動噴水控制。自動噴水采用定時加定量熱燜分別進行，如此反復3～6個周期后(周期數(shù)可根據(jù)需要增減)，熱燜渣裝置開始出渣，整個鋼渣熱燜過程結束。熱燜渣池定量噴水控制原理圖見圖3。

鋼渣熱悶作業(yè)

清理熱悶池底部，保證池底干燥無明水。用大于300 mm的渣塊將排水口堵住，目的是防止液態(tài)渣入池后流入回水通廊造成爆炸。在池底用干渣鋪墊300～400 mm，防止液態(tài)渣入池后與底部板坯黏連相連。用蓋板將水封槽封蓋，防止渣罐倒渣過程中有液態(tài)渣進入水封槽。

圖3 熱燜渣池定量噴水控制原理圖

渣罐由煉鋼車間經(jīng)過跨平車運至爐渣跨，經(jīng)雙方確認后由天車指揮作業(yè)人員指揮鑄造行車將渣罐吊運至指定熱悶池上方。指揮作業(yè)人員指揮天車將液態(tài)渣倒入熱悶池，倒渣作業(yè)期間嚴禁用渣罐磕碰池壁使液態(tài)渣流出。

渣罐中液態(tài)渣全部入池后，由熱悶工持打水管向池內(nèi)液態(tài)渣打水，激冷至液態(tài)渣表面變黑后，由挖掘機將池內(nèi)鋼渣翻轉(zhuǎn)攪拌，繼續(xù)由熱悶工打水，直至池內(nèi)鋼渣再次變黑后，再用挖掘機翻轉(zhuǎn)攪拌。如此反復3～4次后，直至無可視液態(tài)紅渣。

上述過程連續(xù)作業(yè)4～5次，至鋼渣到達熱悶池容量的80%，可將熱悶蓋蓋上進行熱悶作業(yè)生產(chǎn)。

將水封槽上蓋板移至下座準備生產(chǎn)用熱悶池并蓋在水封槽上。由指揮作業(yè)人員指揮天車將熱悶蓋吊運并蓋在熱悶池上，并摘鉤。熱悶工向水封槽內(nèi)注水，水深保證300 mm左右。熱悶工將打水管路接到熱悶渣蓋上，將打水本地控制切換至遠程控制，此后由中控室人員完成后期熱悶工作中打水控制。中控室人員在接到現(xiàn)場人員報告后，將程序中打水參數(shù)調(diào)整至熱悶所需參數(shù)后，時刻通過監(jiān)控關注現(xiàn)場情況及熱悶池相關設備反饋的現(xiàn)場實際參數(shù)，做出相應的工藝調(diào)整。熱悶過程持續(xù)8～12 h左右，熱悶池溫度到達70%左右時，中控室通告現(xiàn)場熱悶工開蓋出渣。

熱悶工將打水遠程控制切換至本地控制，并將打水管路從熱悶蓋上分離。指揮作業(yè)人員指揮行車將渣蓋吊起，放到熱悶蓋存放指定區(qū)域。挖掘機在熱悶工指揮下將熱悶好的鋼渣挖出并裝入自卸車。鋼渣全部挖出后，在環(huán)境溫度允許的情況下，熱悶工進入熱悶池清理排水口處的鋼渣保證排水口暢通無阻。將池底淤積的水清理干凈，并用≥300 mm的干渣將排水口堵住為下次熱悶做準備。檢查各板坯固定件是否異常。

結束語

總之，柳鋼冶煉廢煉渣綜合利用生產(chǎn)線的設計采用的優(yōu)化的工藝流程、完備的工藝設施、工藝簡捷流暢，布置合理緊湊。設備性能先進，使用安全可靠，控制系統(tǒng)靈活，操作系統(tǒng)自動化程度高，為生產(chǎn)人員創(chuàng)造了良好舒適的操作條件和環(huán)境，實現(xiàn)鋼渣“零”排放，實現(xiàn)國家節(jié)能減排目標及可持續(xù)發(fā)展，也符合企業(yè)的當前實際情況，還可以充分回收鋼渣中的含鐵物料，降低煉鋼成本，后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)及綜合利用價值較高，在回收鐵鋼的同時，實現(xiàn)鋼渣環(huán)保零排放及廢渣綜合利用，將取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1] 周玉, 楊波 , 李培森, 等. 轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜粉化工藝的優(yōu)化改進. 萊鋼科技, 2009, 6(3):14-15.

[2] 尹衛(wèi)平. 轉(zhuǎn)爐鋼渣熱燜技術的開發(fā)應用. 鋼鐵研究, 2010, 4(2): 24-25.

[3] 王雨清, 申麗. PLC控制系統(tǒng)在鋼渣熱燜工藝中的應用. 環(huán)境工程, 2011, 4(2): 104-106.

申世武，(1978—),男,貴州金沙縣人，高級工程師，學士學位，主要從事自動化儀表應用等。通信地址：廣西柳州北雀路117號廣西華銳鋼鐵工程設計咨詢有限公司電氣室(郵編：545002)；E-mail： shenshiwu1978@ tom.com。

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10.3969/j.issn.1000-6826.2014.01.09