高炉炉渣处理系统设计

第1页共6页高炉炉渣处理系统设计将高炉炉渣加工处理成有用物料的设施设计。高炉冶炼每吨生铁副产0.2～0.8t炉渣。炉渣呈熔融状态，经不同处理工艺可制成水渣、块渣、膨珠、渣棉等。炉渣应尽可能利用，对于尚不能利用的炉渣(如含有较高TiO2的炉渣等)，则用渣罐车运往弃渣场。炉渣处理系统设计内容主要包括水渣设施、块渣设施、膨珠设施和渣棉设施。水渣设施熔渣经水淬粒化、渣水分离制成呈无定形玻璃体的水渣。水渣玻璃化率大于95％、堆密度大于1t/m3、粒度约为1mm、含水率小于20％，主要用作水泥原料。水渣生产工艺可分为渣池泡渣法和炉前水力冲渣法两种。渣池泡渣法系用渣罐车将熔渣运到远离高炉的泡渣池，倒入池中，高温熔渣遇冷水急冷水淬粒化，然后用抓斗将水渣抓入渣场，自然脱水后外运。一般包括泡渣池、补充水、起重和运输等设施。该法工艺简单，不外排废水，水、电耗量低，但水渣质量差，产生水蒸气和渣棉污染环境，需渣罐车和铁路运输投资较高。除老厂外，新建高炉已不采用此法。炉前水力冲渣法系在出铁场边用压力水将熔渣水淬粒化，并设水渣沟用水力输送，渣水分离后水渣外运，冲渣水循环使用(也有直流外排的)。该法不用渣罐车和铁路运输，投资较省，炉前放渣作业灵活。从20世纪80年代开始，炉前水力冲渣方法成为水渣生产的主要方法。炉前水力冲渣设计参数主要有渣量、渣流速度、熔渣温度、渣水比、冲制水温、冲渣水压、水渣含水率和环保要求等。第2页共6页(1)渣量。水渣设施设计能力按高炉每次最大出渣量考虑。日本按下式计算高炉每次最大出渣量q(t)：q=KQ/M，式中K为不均匀系数，1.6；Q为目最大渣量，t/d；M为日出渣次数，次/d。(2)渣流速度。按正常操作条件下的最大瞬时渣流速度确定冲制水量。影响渣流速度的因素很多，如炉内冶炼条件、炉前操作水平、炉渣理化性能和渣沟结构等。各级高炉渣流速度的经验数据为：炉容级别/m3300750≥1000渣流速度/t•min-11.5～2.53～56～8(3)熔渣温度。出炉熔渣温度一般为1400～1550℃。熔渣温度愈高，制成水渣的玻璃化率愈高，活性亦愈大。熔渣温度低于1400℃时，水渣活性明显降低。(4)渣水比。应满足水渣质量和水力输送的要求，下限应满足安全规程的要求。在一定范围内，冲制水量愈大，水渣玻璃化率愈高，但投资和运行费用相应增加。一般取1：7～10。(5)冲制水温。水温愈低，急冷水淬效果愈好，水渣玻璃化率愈高，但水温过低时投资和运行费用高。一般以不大于60℃为宜。第3页共6页(6)冲制水压。水压愈高，水淬效果愈好，水渣粒度愈细，但水压太高易产生渣棉，环境污染严重。一般取0.2～0.3MPa。(7)水渣含水率。用作水泥原料要求含水率越低越好。水渣的脱水性与炉渣的性能和冲制装置等有关，高发泡性炉渣冲制的水渣脱水性能差，冲制装置中设水渣碰撞板时可改善水渣脱水性能。水渣含水率一般为15％～20％。(8)环保要求。水渣冲制过程中产生大量蒸汽，含有害气体的渣棉，污染环境。冲制区应设排汽筒，高度一般为40～60m。冲渣水应循环使用，已采用直流外排的应采取措施控制外排水pH值为6～9，悬浮物小于500mg/L，以减轻对江河湖海的污染。水渣冲制和输送各种炉前水力冲渣工艺的水渣冲制和输送方法大体相同。水渣冲制装置设在熔渣沟下面，主要有管状扁口喷嘴和板状孔口喷嘴两种形式。管状扁口喷嘴直接将供水管出口制成扁口，扁口宽度大于渣流宽度，扁口断面积按水流速度8～10m/s计算。板状孔口喷嘴为箱形结构，冲制水由喷嘴板喷出，喷嘴板上分布φ10～φ20的孔，开孔总面积通过计算确定。板状孔口喷嘴比管状扁口喷嘴冲制的水渣质量好。水渣用压力水经水渣沟输送，水渣沟应尽量直线布置，必须转弯时，曲率半径可取15～20m。水渣沟坡度不小于3.5％，地形条件许可时应取较大值。进入渣水分离装置前5～10m处，坡度应减小至1.0％～2.0％。水渣沟断面呈U形或梯形，一般为混凝土或钢结构，内衬耐磨材料。第4页共6页炉前水力冲渣方法选择水渣生产方法较多，中国主要有平流沉淀法、池滤法、拉萨法(R.ASA)和因巴法(INBA)几种。(1)平流沉淀法。工艺流程见图1，渣水混合物经水渣沟流入平流沉淀池，水渣靠自重沉积。沉淀池尺寸根据水渣沉降速度确定，当水渣粒度约为0.8mm时，沉降速度约为12cm/s。渣水混合物入口与外排水出口应有足够距离，确保冲渣水的沉淀时间大于2500s。一座高炉一般设两个沉淀池，轮流作业。水渣在堆渣场自然脱水后外运。(2)池滤法。始于欧洲，1972年荷兰霍戈文(Hoogovens)厂7号高炉首次采用。1979年中国涉县铁厂3、4号高炉和首都钢铁公司新2号高炉分别建成带平流沉淀池的冲制水底滤全密闭循环系统。工艺流程见图2。渣水混合物进入过滤池后，通过砾石滤层过滤。滤层的滤水速度一般取8～10m3/(h•m2)，一座高炉一般设4个以上的滤池，轮换进行过滤、抓渣、反冲洗和清池作业。水渣在堆渣场自然脱水后外运。池滤法也有采用侧滤的，但由于过滤效果和能力较差，未能推广。(3)拉萨法。日本钢管公司和英国拉萨(RASA)贸易公司共同研制。1967年日本福山钢铁厂1号高炉首次采用。1985年中国宝山钢铁总厂1号高炉采用。工艺流程图见图3。渣水混合物进入粗粒分离槽后，近一半的水(含悬浮物)溢流进中继槽再泵入沉淀池，沉入槽底的渣浆则由水渣泵送入脱水槽脱水，脱水后的水渣经排料阀卸入汽车外运，滤出的水经沉淀池处理后循环使用。脱水槽侧壁为不锈钢丝网，网外设集水沟和反冲洗装置，滤网面积应满足脱水时最大渣流速度的水量需要。脱水槽的个数根据工作周期第5页共6页(受渣、脱水、排渣和反冲洗)和每次出渣时间的比值确定。每个脱水槽应能容纳每次出渣的最大水渣量。(4)因巴法。1981年比利时希德马尔(SIDMAR)厂B高炉首次采用。1991年中国宝山钢铁总厂2号高炉和武汉钢铁公司新3号高炉也先后采用。工艺流程见图4。渣水混合物经水渣沟、水渣槽、分配器进入转鼓过滤器，转动过程中渣水分离，脱水后的水渣由胶带运输机运出，滤出的水进入集水槽，或直接循环使用(即热水法)，或冷却后再循环使用(即冷水法)。转鼓过滤器简体周边包以两层不锈钢丝网，内设滤网叶片，水渣靠叶片从简体底部带到简体顶部，并跌落在胶带运输机上。转鼓在转速为0.6～1.0r/min时，单位有效过滤面积能过滤的水量一般为35～40m3/(m2•h)。上述几种水渣生产方法的优缺点比较见上表。块渣设施熔渣在大气中自然冷凝制成块渣。块渣由密实体(占70％～80％)、多孔体(占15％～25％)和玻璃体(占3％～5％)组成，密度约为2t/m。，具有良好的抗冻性和耐蚀性，主要用作建筑材料骨料。中国的块渣设施一般作为水渣设施的备用设施。块渣可在弃渣场冷却或在炉前干渣坑喷水冷却。(1)弃渣场冷却。熔渣由渣罐车运到弃渣场倾倒，自然冷却。弃渣场一般设在山谷、河(海)边及低洼地，利用堆弃炉渣逐渐延伸扩大，设计考虑一定堆放能力。冷却后的炉渣经采掘、破碎和筛分后运往用户。(2)炉前干渣坑冷却。熔渣由熔渣沟直接流入炉前的干渣坑，一般放完渣后不马上喷水，适当冷却后喷水，以得到质量较好的干渣，有的还边放第6页共6页渣边喷水。干渣坑结构示意图见图5，注满后用挖掘机采掘，装车外运进行破碎筛分。未蒸发的水则经滤层排出并循环使用。膨珠设施熔渣经膨胀处理、自然冷凝制成表面釉化、内有微孔的膨珠，其形状与天然浮石相似，故又称矿渣浮石。膨珠粒径为1.2～10mm，堆密度为0.9～1.3t/m3，一小时吸水率不大于4％，自然级配膨珠筒压强度大于3.4MPa，主要用作隔热材料或轻质建筑材料骨料。膨珠生产工艺流程见图6。熔渣由熔渣沟(或渣罐经受渣槽)送入膨胀槽，与膨胀槽上喷出的高压水一起流到滚筒上，被高速旋转的滚筒叶片击碎抛出，在空气中冷凝成球状落地，由膨珠池收集外运。生产用水量较小，渣水比为：1：0.4～0.6，水压为0.5～0.8MPa。滚筒叶片顶端转速为15～22m/s。膨珠设施能力小，污染环境，一般适用于小型高炉。渣棉设施熔渣经压缩空气或蒸汽喷吹制成玻璃质纤维状渣棉。渣棉密度不大于0.2t/m3，纤维含量不小于50％，纤维平均直径不大于10μm，耐腐蚀，不燃烧，主要用作隔热、隔音和防火材料。渣棉生产有直接喷吹和化渣炉喷吹两种方法，喷吹介质压力约0.8MPa。(1)直接喷吹法，炉渣在渣沟端部分成多股细流，跌落过程经喷吹而快速冷凝，形成细长纤维进入沉降室。该法生产效率低，污染严重，已不常采用。(2)化渣炉喷吹法，将破碎后的块渣放在化渣炉内熔化后再吹制渣棉。该法质量较稳定，但熔化块渣需耗能，仅小规模生产。