趙偉潔 張 磊 林 楊 任江濤

（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京 100029）

1 概述

鋼鐵工業(yè)是中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。中國(guó)鋼鐵工業(yè)自20世紀(jì)90年代以來(lái)快速發(fā)展，隨著鋼鐵產(chǎn)量的增加，鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物總量越來(lái)越多。在固體廢棄物中，高爐渣占了很大比例。因此，對(duì)高爐渣處理工藝技術(shù)和綜合回收利用技術(shù)方面的研究十分重要［1］。

高爐渣的主要成分是CaO、MgO、Al2O3、SiO2，屬于硅酸鹽質(zhì)材料，其化學(xué)成分與天然礦石、硅酸鹽水泥相似。在急冷處理的過(guò)程中，熔態(tài)爐渣中的絕大部分物質(zhì)沒(méi)能形成穩(wěn)定的化合物晶體，以無(wú)定形體或玻璃體的狀態(tài)存在，在水泥和混凝土等建筑材料、在玻璃制品等方面應(yīng)用廣泛。本文闡述了環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝，并通過(guò)案例詳細(xì)介紹了該工藝和工藝操作過(guò)程。

2 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝介紹

環(huán)冷水底濾法渣處理系統(tǒng)由粒化器、沖渣溝、煙囪、沖渣溝閥門(mén)、過(guò)濾池、抓渣天車(chē)、熱水泵房、冷卻塔、儲(chǔ)水池、沖渣泵房、電氣室、操作室等組成。環(huán)冷水底濾法渣處理工藝見(jiàn)圖1。

圖1 環(huán)冷水底濾法渣處理工藝圖

熔渣經(jīng)熔渣溝流出熔渣溝后，由經(jīng)?；鲊姵龅母咚偎鲹羲椤⒋憷浜土；愫蟮脑旌衔锝?jīng)沖渣溝流入過(guò)濾池，過(guò)濾池中的過(guò)濾層使得渣水分離，過(guò)濾后的沖渣水打至冷卻塔進(jìn)行冷卻，（如冬季需要采暖時(shí)，可將沖渣水打至采暖系統(tǒng)，采暖回水通過(guò)水泵打至冷卻塔進(jìn)行冷卻），冷卻至水溫低于50℃后進(jìn)入儲(chǔ)水池，然后再通過(guò)沖渣泵打至爐前繼續(xù)沖渣循環(huán)利用。過(guò)濾池每次過(guò)濾抓渣完畢后沖渣泵將沖渣水打至過(guò)濾池對(duì)過(guò)濾層進(jìn)行反沖洗，以保證過(guò)濾層的過(guò)濾能力，延長(zhǎng)其使用壽命。過(guò)濾后的水渣通過(guò)抓渣天車(chē)裝汽車(chē)外運(yùn)，過(guò)濾池內(nèi)由于取消保護(hù)水位，池內(nèi)沒(méi)有存水，不會(huì)產(chǎn)生蒸汽，從而煉鐵區(qū)域的渣處理系統(tǒng)不會(huì)有大量蒸汽產(chǎn)生，煉鐵區(qū)域的環(huán)境得到極大改善。

3 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

3.1 沖渣溝

沖渣溝的設(shè)計(jì)要依據(jù)高爐容積、每次出渣量、出渣時(shí)間等來(lái)確定。熔渣溝后10m沖渣溝的坡度要求≥5%。

3.2 過(guò)濾池

過(guò)濾池的設(shè)計(jì)要依據(jù)高爐容積、每次出渣量、出渣時(shí)間、過(guò)濾速度、過(guò)濾面積等來(lái)確定。過(guò)濾池過(guò)濾速度的經(jīng)驗(yàn)值為5～15t／m2·h。

過(guò)濾面積＝最大沖渣水量／過(guò)濾池過(guò)濾速度

4 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝實(shí)例

現(xiàn)以1080m3高爐為例，詳細(xì)介紹環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝。

4.1 初始條件

1080m3高爐利用系數(shù)3.11t／（m3·d），渣鐵比0.33t／t·HM，日出鐵次數(shù)14次，每次出渣時(shí)間50min，鐵口2個(gè)。

4.2 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝

依據(jù)初始條件，設(shè)計(jì)沖渣點(diǎn)個(gè)數(shù)2個(gè)，過(guò)濾池個(gè)數(shù)2個(gè)。環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝流程見(jiàn)圖2，圖2中圖例說(shuō)明見(jiàn)圖3。

圖2 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝流程圖

4.3 沖渣溝設(shè)計(jì)

熔渣溝后10m沖渣溝的坡度要求≥5%。沖渣溝與過(guò)濾池連接處垂直方向設(shè)計(jì)60°夾角，減少?zèng)_渣過(guò)程中渣水混合物對(duì)過(guò)濾池的沖擊作用。為了保證沖渣過(guò)程中不產(chǎn)生蒸汽，在沖渣溝上方設(shè)計(jì)蓋板。

4.4 過(guò)濾池設(shè)計(jì)

依據(jù)初始條件設(shè)計(jì)過(guò)濾池的大小為19×10.5 m。過(guò)濾池鉻濾層濾料的尺寸及鋪放高度見(jiàn)圖4。

圖3 圖例說(shuō)明圖

圖4 過(guò)濾池濾層鋪放示意圖

4.5 環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝操作過(guò)程

環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝操作過(guò)程由沖渣、抓渣、反沖洗三部分組成。

沖渣過(guò)程：高爐爐前工通過(guò)出鐵場(chǎng)沖渣點(diǎn)信號(hào)箱向沖渣泵房操作室操作工發(fā)出操作信號(hào)。沖渣泵房操作室操作工根據(jù)信號(hào)進(jìn)行：開(kāi)沖渣閥門(mén)（每次1個(gè)過(guò)濾池工作），開(kāi)沖渣溝閥門(mén)，開(kāi)熱水閥，開(kāi)熱水泵組（1用1備，將過(guò)濾池水打到冷卻塔中），開(kāi)沖渣泵組（建議1用1備）。沖渣結(jié)束信號(hào)來(lái)到后，關(guān)沖渣泵，關(guān)沖渣閥門(mén)，關(guān)沖渣溝閥門(mén)，關(guān)熱水泵、熱水閥，沖渣結(jié)束。

抓渣過(guò)程：每個(gè)過(guò)濾池工作2小時(shí)后（1次出鐵），轉(zhuǎn)入2小時(shí)抓渣。關(guān)沖渣溝閥門(mén)，過(guò)濾池過(guò)濾管測(cè)壓，并在沖渣泵房操作室進(jìn)行儀表顯示。當(dāng)壓力降至0.015MPa時(shí)，停熱水泵組，關(guān)熱水閥門(mén)，并通知天車(chē)工抓渣。

反沖洗過(guò)程：抓渣完畢后，開(kāi)反沖洗閘門(mén)，開(kāi)沖渣泵組，進(jìn)行反沖洗，沖洗時(shí)間為5分鐘，沖洗完畢后，關(guān)沖渣泵組，關(guān)反沖洗閘門(mén)。

過(guò)濾池工作一段時(shí)間應(yīng)進(jìn)行檢修。采取工作步驟與抓渣相同，只是壓力儀表顯示壓力降至最低并不再下降后，停熱水泵組。

由于沖渣產(chǎn)生蒸汽以及水渣含水，造成沖渣水損失，應(yīng)對(duì)沖渣水進(jìn)行補(bǔ)充，補(bǔ)充水量：1108t／天。

水沖渣生產(chǎn)聯(lián)系信號(hào)見(jiàn)圖5。水沖渣生產(chǎn)控制集中在沖渣泵房操作室內(nèi)完成。采用PLC操作。在高爐出鐵場(chǎng)沖渣點(diǎn)附近各設(shè)置1個(gè)信號(hào)箱，向沖渣泵房操作室發(fā)出如下信號(hào)：

沖渣點(diǎn)（2個(gè)）；

開(kāi)沖渣泵；

停沖渣泵；

沖渣泵房操作室操作工根據(jù)上述從高爐發(fā)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行操作臺(tái)按鈕操作。

圖5 水沖渣生產(chǎn)聯(lián)系信號(hào)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

介紹了環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝沖渣溝和過(guò)濾池的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。以1080m3高爐為例說(shuō)明了環(huán)冷水底濾法高爐渣處理工藝操作過(guò)程，為同類(lèi)設(shè)計(jì)提供參考。

［1］牟勇，周龍義，湯志強(qiáng)等.高爐爐渣處理的環(huán)保、節(jié)能與增效.2003中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集［C］.北京：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，2003：594-597.