高爐渣粒化及熱量回收工藝
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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1 概述
高爐煉鐵過程中產生大量的爐渣，這些爐渣在冶煉過程中帶有大量顯熱，根據《煉鐵學》爐渣焓熱1797kJ/㎏，以焓熱代顯熱，按渣比460kg/t，標準煤按29260 kJ/㎏計算，則每煉一噸生鐵產生的爐渣帶走的顯熱相當于28.26㎏標準煤。
目前我國渣處理的主要方法有：拉薩法（RASA)、因巴法（INBA）、輪法、明特法、沉淀池法。
上述渣處理方法存在的問題：一是耗水高，渣水比一般在1：8～10左右，噸渣新水消耗一般在0.8～1.2t左右；二是環境污染，爐渣在沖制過程中會產生H2S氣體，污染環境，腐蝕基礎設施和設備；三是能耗較高，沖制水渣一般需要水壓達到0.3MPa，沖渣水量也很大，需要配備大功率的水泵和電機；四是熱量回收利用困難。由于沖渣產生的熱水和蒸汽中含有大量的腐蝕性物質和雜質，使熱量回收付出代價過高，且效率低下。
針對目前渣處理方法存在的問題進行分析，高爐渣粒化及熱量回收需要解決的問題可歸納為以下六點：（1）處理后獲得的爐渣應具有良好的商品性。現在沖制的水渣大部分用于水泥生產，因此要求處理后獲得的爐渣符合水泥生產的要求，即玻璃化率≥95%，水渣含水率≤15%，水渣細粒度率≥85%（水渣0～4mm顆粒占85%以上）；(2)熱媒純凈，不用或少用凈化設備；(3)設備簡單，易于維護；(4)爐渣處理能耗小；(5)熱能回收盡可能多；(6)減少或避免環境污染。
2 滾筒法渣處理工藝
開發的滾筒法爐渣處理工藝已獲得國家實用新型發明專利。
2.1 滾筒法渣處理工藝簡介
該工藝由爐渣粒化滾筒、反射屏、熱管換熱器、粒化渣排放控制裝置、粒化渣輸送皮帶、供水系統（必要時應有粒化滾筒循環水冷卻系統）、電控系統構成。方案要求渣處理系統布置在高爐附近。
系統工作過程如下：高爐渣處理系統先啟動粒化滾筒，滾筒內通冷卻水，換熱器內水位達到要求，換熱器處于工作狀態，關閉粒化渣排放控制裝置，啟動粒化渣輸送皮帶。高爐熔渣經渣溝流下落到高速旋轉的粒化滾筒上，高溫爐渣被高速旋轉的滾筒冷卻，并且由于滾筒高速旋轉，爐渣形成顆粒，加速爐渣的冷卻，冷卻的顆粒爐渣在離心力的作用下被甩向布置在換熱器內的反射屏表面，落入換熱器內，落入換熱器內的粒化渣通過熱管與水進行熱量交換，控制換熱時間和換熱器內粒化渣存留量，使粒化渣溫度降低到耐熱皮帶可以承受的程度，打開粒化渣排放口，粒化渣排放到輸送皮帶上，輸送到粒化渣堆場由汽車運走。在高爐出渣階段，粒化渣排放口處于打開狀態，其開度通過換熱器內粒化渣料位反饋的信息進行控制，保證換熱器內粒化渣的存留量在一定的范圍內波動，以確保換熱效果。換熱器內的水可根據需要被加熱成熱水或蒸汽，通過熱水或蒸汽排放口外排，用于采暖或發電。
一次鐵出完后滾筒冷卻水逐漸關閉，換熱器仍保持工作狀態，換熱器內料位處于下限時粒化渣排放口自動關閉，輸送皮帶無料時停輸送皮帶。再次出渣時，只要打開滾筒冷卻水，啟動輸渣皮帶即可進入工作狀態。
2.2 采用滾筒法處理爐渣的優點
（1）采用該工藝處理爐渣，冷卻過程中爐渣不與水直接接觸，解決了爐渣遇水生成H2S氣體，污染環境，腐蝕基礎設施和設備的問題。
（2）換熱介質不會受到污染，不需要增加設備進行凈化即可進行熱能回收能利用。
（3）爐渣粒化過程中由于不需要冷卻水與爐渣直接接觸，避免了水的無效蒸發損耗，有效降低了冷卻水的消耗量，如果做的更好，可以將冷卻滾筒的冷卻水直接供給換熱器，提高熱能利用率。
（4）由于取消了高壓水沖渣環節，因此不需要大功率的電機和水泵以及脫水設備，渣處理能耗可以大幅度降低。
（5）粒化渣中含水量幾乎為零，在用于水泥制造時只需要將粒化渣磨成符合要求的細度即可，省略了烘干環節，降低了水泥生產的能耗。
（6）場地布置靈活，無需建設大的沉淀池或晾水池，因此占地面積小，粒化渣堆場根據場地情況可設置在高爐附近，采用天車裝車外運，也可以用鏟車運到離高爐較遠的場地堆放。
（7）不需安裝沖渣溝，節約設備投資和備件消耗。
（8）渣處理系統出現故障時，不會出現商品價值低的干渣，只需要在原有設備附近再安裝一個粒化滾筒，爐渣從專用通道流到粒化滾筒直接粒化并自然冷卻后運走即可，不必使用破碎設備破碎凝結成大塊的干渣，降低了干渣處理難度。
3 可行性分析
滾筒法爐渣處理工藝能否成功的關鍵在于：在爐渣與滾筒接觸和爐渣脫離滾筒飛出的短暫瞬間是否能夠達到凝固狀態，并且保證不再粘結，使粒化渣能夠順利通過熱管與水進行熱交換，解決了這一問題就能夠保證滾筒法爐渣處理工藝的成功。爐渣的凝固速度決定于爐渣溫度降低的速度，而爐渣降溫的速度決定于單位質量爐渣的熱交換面積和爐渣與換熱介質的溫差。只要單位質量爐渣的熱交換面積和爐渣與換熱介質的溫差足夠大，就能夠使液態爐渣在短時間內凝固。在滾筒法渣處理工藝中，只要調整滾筒轉速使形成的顆粒大小合適，那么單位質量爐渣的熱交換面積就會變得非常大，同時對滾筒進行冷卻，使滾筒表面的溫度處于較低水平，那么液態爐渣就能夠與滾筒進行充分的熱交換而達到凝固狀態。因此滾筒法爐渣處理工藝是可行的。目前已進行小型試驗，滾筒直徑210mm，轉速2870r/min，線速度31.54m/min，滾筒表面較為粗糙。用鐵勺盛液態爐渣澆到滾筒表面，液態爐渣被甩出10m開外，控制較小渣流時，可獲得直徑在2-4mm的固體渣粒（在地面看到）；渣粒在飛行過程中為紅色，說明飛離滾筒時并沒有凝固。由于使用鐵勺盛渣，在澆渣前期渣溫較足，獲得的渣粒基本為圓形；澆渣后期，渣溫下降，帶出較多渣絲，且粒度不均，有的直徑可達8mm左右。
4 結語
開發的滾筒法爐渣處理工藝是一種新的工藝嘗試，在沒有進行工業實際驗證以前，只能是從理論和小型試驗上進行推測和論證，在實際應用過程中還會有很多需要解決的現實問題，但是這一工藝方法的提出為渣處理工藝的進步又提供了一種思路。