高炉炉渣处理系统设计.docx

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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。～ 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、渣水分别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。该法工艺简洁，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，建高炉已不承受此法。
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，渣水分别后水渣外运，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，炉前放渣作业敏捷。从20 世纪 80 年月开头，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。

渣量。水渣设施设计力量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，；Q 为目最大渣量，t/d；M 为日出渣次数，次/d。
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构造等。各级高炉渣流速度的阅历数据为：
炉容级别
/m3 300 750
≥1000
渣流速度/t•min-1 ～
3～
5 6～8
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。
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。在肯定范围内，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。
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。
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，环境污染严峻。一般取 ～。
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％。
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，已承受直流外排的应实行措施掌握外排水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一样。
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构造，冲制水由喷嘴板喷出，喷嘴板上分布φ 10～φ 20 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，必需转弯时，曲率半径可取 15～20m。％，地形条件许可时应取较大值。进入渣水分别装置前5～10m 处，坡度应减小至 ％～％。水渣沟断面呈U 形或梯形，一般为混凝土或钢构造，内衬耐磨材料。

炉前水力冲渣方法选择 水渣生产方法较多，中流沉淀法、池滤法、拉萨法()和因巴法(INBA)几种。
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。沉淀池尺寸依据水渣沉降速度确定，当水渣粒度约为 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， 轮番作业。水渣在堆渣场自然脱水后外运。
池滤法。始于欧洲，1972 年荷兰霍戈文(Hoogovens)厂 7 号高炉首次承受。1979 年中国涉县铁厂 3、4 号高炉和首都钢铁公司 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，轮换进展过滤、抓渣、反冲洗和清池作业。水渣在堆渣场自然脱水后外运。池滤法也有承受侧滤的，但由于过滤效果和力量较差，未能推广。
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 号高炉首次承受。1985 年中国宝山钢铁总厂 1 号高炉承受。工艺流程图见图 3。渣水混合物进入粗粒分别槽后，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。脱水槽的个数依据工作周期

(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。
因巴法。1981 年比利时希德马尔(SIDMAR)厂B 高炉首次承受。1991 年中国宝山钢铁总厂 2 号高炉和武汉钢铁公司 3 号高炉也先后承受。工艺流程见图 4。渣水混合物经水渣沟、水渣槽、安排器进入转鼓过滤器，转动过程中渣水分别，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 ～ 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。
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)边及低凹地，利用堆弃炉渣渐渐延长扩大，设计考虑肯定堆放力量。冷却后的炉渣经采掘、裂开和筛分后运往用户。
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

渣边喷水。干渣坑构造示意图见图 5，注满后用挖掘机采掘，装车外运进展裂开筛分。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、自然冷凝制成外表釉化、内有微孔的膨珠，其外形与自然浮石相像，故又称矿渣浮石。～10mm，堆密度为 ～，一小时吸水率不大于 4％，自然级配膨珠筒压强度大于 ，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：～，水压为 ～。
滚筒叶片顶端转速为 15～22m/s。膨珠设施力量小，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 ，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，。(1)直接喷吹法，炉渣在渣沟端局部成多股细流，跌落过程经喷吹而快速冷凝，形成瘦长纤维进入沉降室。该法生产效率低，污染严峻，已不常承受。(2)化渣炉喷吹法，将裂开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。