福建三鋼6#高爐渣處理工藝改造

唐 宇，郭 帥，王 林

（1.中冶華天工程技術有限公司，江蘇210019；2.福建三鋼閩光股份有限公司，福建365000）

0 引言

福建三鋼6#高爐于2012 年3 月16 日點火投產，高爐設雙出鐵場、雙鐵口，不設渣口。該高爐原渣處理工藝采用平流沉淀法，雙鐵口共用一套平流沉淀池渣處理設施，不設置干渣坑。平流沉淀池法具有環境污染嚴重、脫水效果差、操作環境不佳等缺點，單純的平流沉淀池法渣處理工藝已經屬于落后技術。基于此，福建三鋼決定利用6#高爐大修改造機會，對該高爐渣處理工藝進行升級改造。經過各種渣處理工藝的比選，并兼顧該廠的實際情況和操作習慣，最終確定采用底濾法渣處理工藝。

1 爐渣處理工藝選擇

在選擇爐渣處理工藝時，以結構簡單、渣水分離效率高、操作及維護方便、環境污染小為原則，盡可能充分利用原有場地，并力求投資及維護費用低。

1.1 渣處理方法的比較

高爐熔渣的處理，取決于對爐渣利用途徑的選擇。目前，高爐熔渣處理方法主要分為水淬渣和干渣，亦可按照用途適當進行渣棉和膨珠處理，以使高爐渣得到最大化的合理利用。對于水淬渣工藝：按照粒化方法不同可分為傳統的沖渣溝粒化、粒化塔粒化、機械輪粒化；按照渣水分離方式的不同，水淬渣可分為由以底濾法、平流沉淀池法等為代表的過濾分離法和以轉鼓法、輪法、螺旋法、圓盤法等為代表的機械分離法[1]等。目前主流的粒化工藝是粒化塔法，本文不作為重點分析，下面就不同渣處理工藝渣水分離的方法進行分析。

1.1.1 過濾分離法

以底濾法為其代表的渣水分離法，渣水分離過程主要在過濾池內進行。在過濾池內從下到上依次鋪設粒徑不同的顆粒狀濾料，依靠顆粒狀濾料截留水中的渣，熱水則穿過濾料經過濾支管匯集至過濾總管，經上塔泵輸送至冷卻塔冷卻后的送至冷水池備用。底濾法的主要優點如下：

（1）過濾效果好、不需要二次沉淀、工藝簡單、工程投資低。

（2）過濾后水質潔凈，懸浮物含量 5～30 mg/l，而機械法過濾后水質懸浮物一般大于200 mg/l。因此水管及設備磨損小，不需要渣漿泵和耐磨管道。

（3）機械設備少、故障率低、運行與維護費用低。

（4）采用冷水沖渣，蒸汽排放低、渣含水率低，造成的二次污染小。

但該工藝亦具有機械化和自動化程度不如機械分離法、占地面積較大等缺點。

1.1.2 機械分離法

機械分離法工藝主要包括轉鼓法、輪法、螺旋法、圓盤法等，各工藝方法均在高爐有實際應用。但各方法在渣水分離的具體方式上也不盡相同：以INBA 法為代表的轉鼓法、以嘉恒法為代表的輪法和以俄羅斯等獨聯體國家為代表的圓盤法等，其渣水分離的本質為通過不同型式的機械裝置采用機械過濾的辦法實現渣水分離；以明特法為代表的螺旋法，其渣水分離的方法為通過機械螺旋提升輸送的辦法將渣水進行初步分離，粗渣通過膠帶機輸送，含細渣的濁水再通過機械過濾的辦法實現渣水分離。機械法水渣處理工藝的主要優點如下：

（1）機械化和自動化程度高；

（2）系統安全度高（即對熔渣含鐵的適應能力較強）；

（3）占地面積較過濾法小。

但也普遍存在設備投資及維護費用較大、脫水機械設備故障率較高、對渣量波動的適應能力不足等缺點。

1.1.3 各工藝方法比選

采用底濾法渣處理工藝可充分利用原平流沉淀法的場地，亦可利用原平流沉淀法渣處理工藝的部分池柱、基礎等，可以節省部分投資并縮短工期，并且底濾法與平流沉淀法均屬于過濾分離法工藝，兩者均采用水池進行渣水分離，不同之處僅為渣水的分離渠道不同，因此，相比機械分離法，底濾法更易被該廠所接受，亦可體現充分利用現有場地、投資及維護費用低、環境友好、結構簡單等原則，基于上述的原因，最終確定選用底濾法作為改造方案。

1.2 底濾法渣處理工藝

底濾法渣處理工藝的主要設備包括：粒化塔蒸汽煙囪、棧橋、過濾池、沖渣設備、沖渣水泵組、上塔水泵組、冷卻塔、冷水池等。圖1 為底濾法渣處理工藝布置示意圖。

圖1 底濾法渣處理工藝布置示意圖

底濾法渣處理工藝流程簡述如下：高爐熔渣由熔渣溝流入到粒化塔，經沖制箱噴出的高速水流快速淬冷、粒化成顆粒狀，在粒化塔深水區經過浸泡二次水淬，其渣水混合物經自重流入水渣溝，經轉換流槽進入多個過濾池中的任一池子進行過濾脫水；當一個過濾池內渣堆滿后，通過從過濾池底部抽干其積水來實現渣水的分離；然后用底濾池上方的橋式抓斗起重機將渣抓出外運；同時，通過轉換流槽的轉換，將渣水混合物轉換至另一個底濾池進行重復過濾、脫水及抓渣的操作；底濾池內經過過濾層的熱水通過熱水泵抽吸進入高架冷卻塔，冷卻后的水貯于下方的沖渣貯水池備用。底濾法渣處理工藝流程圖詳見圖2。

圖2 底濾法渣處理工藝流程圖

2 渣處理改造方案的確定、設計與實施

2.1 改造前平流沉淀法工藝簡述

福建三鋼6#高爐改造前，渣處理采用的是爐前粒化池水淬和平流沉淀法工藝，不設置干渣坑，沖制點設置集汽罩和排汽煙囪。高爐的每個出鐵場的鐵口下渣處分別設置1 個粒化器，沖渣水分別由沖渣泵組供水總管接入，每個粒化器供水管設置1 個手動漿液閥和1 個電動漿液閥，控制沖渣水的開和關。高爐設兩條水渣溝，兩個鐵口的水渣經各自的水渣溝，在平流沉淀池前匯總后，進入平流沉淀池進行處理。平流沉淀法工藝共設三個沉淀池，三個沉淀池呈“一”字式布置，沉淀池之間由高度為500 mm 的擋墻分隔，沉淀池南側為水渣臨時堆場，成品水渣由鐵路或者汽車外運，沉淀池及水渣堆場的西側為沖渣泵房及配水井，沉淀池中的凈水經沖渣泵組加壓后供各沖渣點循環沖渣使用，跨沉淀池及水渣臨時堆場處設置91.9 m×31.5 m 矩形露天棧橋，并安裝2 臺抓斗橋式起重機，用于抓渣。平流沉淀法渣處理系統的平面布置圖詳見圖3。

圖3 平流沉淀法渣處理系統平面布置圖

2.2 改造方案的確定

經生產實踐，平流沉淀法工藝存在渣水分離效率低、污染嚴重、操作環境不佳等缺點，經過渣處理工藝比選及可行性論證，該廠決定利用高爐大修的機會，將渣處理工藝由平流沉淀法改造為底濾法。

2.3 渣處理工藝改造的設計與實施

2.3.1 改造原則

以工期短、操作及檢修方便、環境友好等為改造原則，盡量利用原有設備和設施、建構筑物等。

2.3.2 渣處理系統的設計與實施

底濾法渣處理改造的工藝參數：出渣次數為12～15 次/天，出渣時間為45 min/次，每次二個鐵口不同時出渣；渣流量為3～8 t/min，沖渣水量為2 000 m3/h，沖渣水壓力≥200 kPa。改造后渣處理系統的平面布置圖見圖4。本次渣處理設施改造的具體內容如下：

（1）保留原有熔渣溝，兩條水渣溝的走向做局部調整，除保留部分水渣溝及煙囪基礎外，包括粒化器、水渣溝、煙囪等全部更換。

（2）將原有平流沉淀法最東側的沉淀池改造為3 個底濾池，每個水渣溝底濾池側的端部設置一個V 型分流箱，每個分流箱的2 個分流口分別插入到2 個底濾池內，每個分流口的端部設置一臺電液動推桿翻板閥，通過翻板閥的啟閉來調整水渣渣漿的流向，進而決定水渣進入哪個底濾池。

（3）保留原露天棧橋及鐵路，原西側的2 個沉淀池拆除，改做水渣臨時堆場，原沉淀池南側的水渣臨時堆場改做地下管廊，原西側的沖渣泵房改造為沖渣水冷水池，原配水井改造為沖渣泵房，沖渣泵房及沖渣水冷水池上方設置上塔泵及冷卻塔。

2.3.3 改造后渣處理系統的工藝特點

圖4 改造后渣處理系統平面布置圖

（1）平面布置緊湊，場地利用充分。渣處理工藝改造為底濾法后，水渣臨時堆場面積擴大10%，原平流沉淀池、配水井及泵房等場地全部用于底濾法工藝的設備設施及建構筑物。

（2）物流順暢。根據該廠的要求，水渣的運輸保留原鐵路和汽車運輸兩種方式。改造后，原鐵路線保留，鐵路運輸路線不變，汽車運輸通道由原沉渣池東側的汽車運輸線調整為現水渣臨時堆場西側的汽車通道，即運輸水渣的汽車離開水渣區域后直接進入廠區Ⅱ號路，與原來相比，汽車運輸更加便捷。

（3）有害蒸汽排放量顯著減少。由于原平流沉淀法工藝不設冷卻塔，采用熱水沖渣，水渣區域熱氣蒸騰，環境較差。采用底濾法工藝后，沖渣后的熱水經冷卻塔冷卻后用于沖渣，即采用循環冷水沖渣，水渣區域蒸汽量將大為減少，周圍環境將大為改善。

（4）設備檢修及維護費用降低，作業率提升。采用底濾法工藝進行渣水分離，過濾后的循環水中細渣含量遠比平流沉淀法的低，因此，循環水對系統管道、閥門和泵等的磨損均較小，設備維護和檢修的頻次減低，既減輕了工人維護和檢修的勞動強度，又降低設備維護和檢修成本，水渣作業率也得以提升。

3 結論

福建某鋼廠6#高爐原渣處理工藝存在環境污染大、水渣脫水效率差、操作環境不佳等不足，因此，該廠利用高爐大修改造的機會，將該高爐的渣處理系統進行了技術改造。經過目前主流的渣處理工藝的比選，并結合該廠自身的實際情況和操作習慣，最終選擇底濾法作為改造后的渣處理工藝。改造后，渣處理系統場地利用充分、物流順暢、有害蒸汽排放量顯著減少、設備檢修及維護費用降低、作業率提升。此次改造達到了預期目標，并為該高爐落后生產的穩定順行和強化冶煉奠定了基礎。