某鋼鐵公司高爐水渣超細粉工藝設計特點

劉建朋

唐鋼國際工程技術股份有限公司 河北 唐山 063000

引言

高爐爐渣是從高爐生鐵冶煉過程中排出的熔融硅酸鹽類物質[1]，由脈石、灰分、熔劑和其他雜質組成，主要成分為CaO和SiO2，約占其總量的70%～80%[2]。關于高爐爐渣的處理，部分鋼廠用蒸汽或壓縮空氣將高爐液態渣擊散，形成渣棉，但目前應用較少。采用水淬工藝（多采用底濾、印巴等工藝處理流程）將液態渣擊碎形成水渣，為目前主要生產工藝流程。水渣硬度高，且具有良好的水硬膠凝性能，經磨機研磨后可作為水泥填料生產水泥或混凝土摻料來代替水泥，是高爐水渣的有效利用途徑，經濟效益和環境效益顯著。

經研究發現，水渣采用獨立研磨，比表面積可達410m2/kg以上，活性得到充分發揮，大大提高水硬膠凝性能[3]。在鋼廠內對水渣進行獨立研磨，比通常在水泥廠將水渣和水泥熟料等一起進行粉磨的能耗低，且對水泥后期強度更有所保障。同時，水渣原料就地利用，節省運輸成本、能源介質充足，因此在鋼鐵企業廠內加工外售超細粉具有獨特優勢。本文著重介紹某鋼鐵企業生產水渣超細粉的工藝技術特點，為冶金同行提供借鑒。

1 水渣超細粉處理工藝流程簡述

某鋼鐵公司擬建設一條150萬噸/年水渣超細粉生產線，連續工作制，作業率為74.52%。廠內高爐產生的水渣采用皮帶機輸送至儲存料棚，料棚內的水渣采用裝載機送至上料地倉，經倉下皮帶計量給料機后進入磨機。水渣在磨機內進行烘干、粉磨、分選，成品由氣流攜帶進入氣箱脈沖袋式收塵器進行氣固分離收集，經收塵器的凈后達標排放，排放濃度可以達到10mg/m3以下。收塵器收集的礦渣超細粉經空氣輸送斜槽、斗式提升機輸送入成品庫儲存。成品庫內設有開式充氣斜槽，保證微粉流動性，礦渣超細粉可以通過庫底卸料設備、通過汽車散裝機送入散裝罐車運輸出廠。該生產線超細粉產品比表面積≥430m2/kg，符合《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T18046-2008）中S95級要求，產品技術指標如下表1所示。

2 主要工序設計說明

2.1 原料存儲

水渣由廠區內皮帶機運輸（帶卸礦車可雙側卸料）卸至料棚內落地儲存，料棚大小為184×65m，高度約16m，料高約6m，儲量約3.5萬噸，如圖1所示。料棚內的儲存水渣采用裝載機倒運和上料至上料地倉。主要設備包括帶卸礦車的皮帶機、皮帶稱重給料機、除鐵器。

圖1 原料庫斷面圖

2.2 立磨系統

立磨系統是超細粉工藝流程中的核心環節，水渣在粉磨過程中，比表面積不斷增大，在表面逐漸形成易溶于水的非晶態結構[3]，促進其與水反應的程度大大加強，有利于水泥制品的理化指標。主要生產設備包括：進料鎖風閥、立磨、選粉機、出料鎖風閥、外循環斗提機、外循環膠帶機和環境除塵器、燃燒爐等。

選用立式礦渣磨機，該磨機集研磨、干燥、分級、輸送為一體，具有節能、高效、環保等的優點，在礦渣研磨上有著廣泛的應用。磨機的結構見下圖2，性能參數見表2。

圖2 立磨結構圖

表2 立磨性能參數表

為保證產品質量，磨機所需熱風量120000Nm3/h，溫度600℃，需設置燃燒爐系統提供熱風。燃燒爐采用臥式圓筒型，外殼由鋼板焊接，內襯耐火材料。引風機抽引空氣送入燃燒爐，與高爐煤氣燃燒后產生的高溫煙氣混合后進入磨機，滿足磨機入口煙氣量和煙氣溫度的要求，燃高爐煤氣量35000Nm3/h，P=8kPa，燃燒爐產煙氣量120000Nm3/h。

2.3 成品系統

成品系統主要設施包括氣箱脈沖袋式收塵器、成品斗提機、開式充氣斜槽、礦渣微粉庫、庫底卸料設備和環境除塵器等。

2.3.1 氣箱脈沖袋收塵器，見圖3，適合于大濃度粉塵收集、抗結露、抗靜電、長期安全運轉，濾袋的使用壽命可達3~5年。設計進口濃度50~1200g/m3，出口濃度10mg/m3，符合目前國際國內消煙除塵的標準。收塵器處理風量為780000m3/h，過濾面積為17360m2，風速為0.79m/min，濾袋材質為亞克力氈，阻力小于1200Pa。

圖3 氣箱脈沖袋收塵器

2.3.2 成品庫采用新型均化庫，庫底設充氣箱和減壓錐。采用螺旋咬口式鋼板倉結構，庫的規格為φ18.0×25m，最大庫容為8000t。單座庫底部設有2條罐車通道和2臺汽車散裝裝置。

3 工藝設計特點

本工藝根據現有廠內設施，充分利舊廠區環境和設施，合理布局，物流順暢，基建投資少。主要技術特點如下：

原料存儲采用C型料庫，頂部設雙側卸礦車卸料，作業效率高，節省占地面積，封閉料庫能有效降低風損，節能環保。封閉料庫出庫門口設洗車平臺用于沖洗運輸車輛，避免揚塵。

立式礦渣磨機為國外進口設備，與普通磨粉機相比，該立磨具有更高的研磨效率，工藝流程大大縮短，電耗降低，物料的研磨在限定壓力下進行。磨機設有保護裝置，當輥壓超過或低于調定范圍極限值時，自動報警并自行停磨，確保磨機安全運行。

氣箱脈沖袋收塵器，技術成熟穩定，廣泛運用于水泥廠的破碎、包裝、庫頂、熟料冷卻機和各種磨機等收塵系統。該設備選型產品結構緊湊合理，占地面積小，適用于高濃度粉塵治理收集，具有顯著的環境效益、社會效益和經濟效益。

新型均化庫維修簡單、均化效果好、邊壁效應小、電耗低，能保持長期穩定運行和較好的均化效果。

建筑設施按照安全適用，經濟合理，注重環保與環境協調、美觀的原則綜合考慮，建筑平面、剖面在滿足工藝生產、操作和檢修的同時，滿足防火、防爆、防腐等要求。

4 結束語

水渣綜合利用符合國家節能減排、環保政策要求，將鋼廠內水渣經立磨成超細粉后添加到水泥中或作為混凝土摻料等用途，使固體廢棄物得到循環利用，真正做到變廢為寶。本工藝設計中的原料儲存、立磨加工、布袋收塵、新型均化庫核心技術與裝備的應用，保證了水渣超細粉產品的粒級穩定，粉塵收集率高、成品無外泄，技術水平先進合理。