高炉渣粒化及热量回收工艺
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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1 概述
高炉炼铁过程中产生大量的炉渣，这些炉渣在冶炼过程中带有大量显热，根据《炼铁学》炉渣焓热1797kJ/㎏，以焓热代显热，按渣比460kg/t，标准煤按29260 kJ/㎏计算，则每炼一吨生铁产生的炉渣带走的显热相当于28.26㎏标准煤。
目前我国渣处理的主要方法有：拉萨法（RASA)、因巴法（INBA）、轮法、明特法、沉淀池法。
上述渣处理方法存在的问题：一是耗水高，渣水比一般在1：8～10左右，吨渣新水消耗一般在0.8～1.2t左右；二是环境污染，炉渣在冲制过程中会产生H2S气体，污染环境，腐蚀基础设施和设备；三是能耗较高，冲制水渣一般需要水压达到0.3MPa，冲渣水量也很大，需要配备大功率的水泵和电机；四是热量回收利用困难。由于冲渣产生的热水和蒸汽中含有大量的腐蚀性物质和杂质，使热量回收付出代价过高，且效率低下。
针对目前渣处理方法存在的问题进行分析，高炉渣粒化及热量回收需要解决的问题可归纳为以下六点：（1）处理后获得的炉渣应具有良好的商品性。现在冲制的水渣大部分用于水泥生产，因此要求处理后获得的炉渣符合水泥生产的要求，即玻璃化率≥95%，水渣含水率≤15%，水渣细粒度率≥85%（水渣0～4mm颗粒占85%以上）；(2)热媒纯净，不用或少用净化设备；(3)设备简单，易于维护；(4)炉渣处理能耗小；(5)热能回收尽可能多；(6)减少或避免环境污染。
2 滚筒法渣处理工艺
开发的滚筒法炉渣处理工艺已获得国家实用新型发明专利。
2.1 滚筒法渣处理工艺简介
该工艺由炉渣粒化滚筒、反射屏、热管换热器、粒化渣排放控制装置、粒化渣输送皮带、供水系统（必要时应有粒化滚筒循环水冷却系统）、电控系统构成。方案要求渣处理系统布置在高炉附近。
系统工作过程如下：高炉渣处理系统先启动粒化滚筒，滚筒内通冷却水，换热器内水位达到要求，换热器处于工作状态，关闭粒化渣排放控制装置，启动粒化渣输送皮带。高炉熔渣经渣沟流下落到高速旋转的粒化滚筒上，高温炉渣被高速旋转的滚筒冷却，并且由于滚筒高速旋转，炉渣形成颗粒，加速炉渣的冷却，冷却的颗粒炉渣在离心力的作用下被甩向布置在换热器内的反射屏表面，落入换热器内，落入换热器内的粒化渣通过热管与水进行热量交换，控制换热时间和换热器内粒化渣存留量，使粒化渣温度降低到耐热皮带可以承受的程度，打开粒化渣排放口，粒化渣排放到输送皮带上，输送到粒化渣堆场由汽车运走。在高炉出渣阶段，粒化渣排放口处于打开状态，其开度通过换热器内粒化渣料位反馈的信息进行控制，保证换热器内粒化渣的存留量在一定的范围内波动，以确保换热效果。换热器内的水可根据需要被加热成热水或蒸汽，通过热水或蒸汽排放口外排，用于采暖或发电。
一次铁出完后滚筒冷却水逐渐关闭，换热器仍保持工作状态，换热器内料位处于下限时粒化渣排放口自动关闭，输送皮带无料时停输送皮带。再次出渣时，只要打开滚筒冷却水，启动输渣皮带即可进入工作状态。
2.2 采用滚筒法处理炉渣的优点
（1）采用该工艺处理炉渣，冷却过程中炉渣不与水直接接触，解决了炉渣遇水生成H2S气体，污染环境，腐蚀基础设施和设备的问题。
（2）换热介质不会受到污染，不需要增加设备进行净化即可进行热能回收能利用。
（3）炉渣粒化过程中由于不需要冷却水与炉渣直接接触，避免了水的无效蒸发损耗，有效降低了冷却水的消耗量，如果做的更好，可以将冷却滚筒的冷却水直接供给换热器，提高热能利用率。
（4）由于取消了高压水冲渣环节，因此不需要大功率的电机和水泵以及脱水设备，渣处理能耗可以大幅度降低。
（5）粒化渣中含水量几乎为零，在用于水泥制造时只需要将粒化渣磨成符合要求的细度即可，省略了烘干环节，降低了水泥生产的能耗。
（6）场地布置灵活，无需建设大的沉淀池或晾水池，因此占地面积小，粒化渣堆场根据场地情况可设置在高炉附近，采用天车装车外运，也可以用铲车运到离高炉较远的场地堆放。
（7）不需安装冲渣沟，节约设备投资和备件消耗。
（8）渣处理系统出现故障时，不会出现商品价值低的干渣，只需要在原有设备附近再安装一个粒化滚筒，炉渣从专用通道流到粒化滚筒直接粒化并自然冷却后运走即可，不必使用破碎设备破碎凝结成大块的干渣，降低了干渣处理难度。
3 可行性分析
滚筒法炉渣处理工艺能否成功的关键在于：在炉渣与滚筒接触和炉渣脱离滚筒飞出的短暂瞬间是否能够达到凝固状态，并且保证不再粘结，使粒化渣能够顺利通过热管与水进行热交换，解决了这一问题就能够保证滚筒法炉渣处理工艺的成功。炉渣的凝固速度决定于炉渣温度降低的速度，而炉渣降温的速度决定于单位质量炉渣的热交换面积和炉渣与换热介质的温差。只要单位质量炉渣的热交换面积和炉渣与换热介质的温差足够大，就能够使液态炉渣在短时间内凝固。在滚筒法渣处理工艺中，只要调整滚筒转速使形成的颗粒大小合适，那么单位质量炉渣的热交换面积就会变得非常大，同时对滚筒进行冷却，使滚筒表面的温度处于较低水平，那么液态炉渣就能够与滚筒进行充分的热交换而达到凝固状态。因此滚筒法炉渣处理工艺是可行的。目前已进行小型试验，滚筒直径210mm，转速2870r/min，线速度31.54m/min，滚筒表面较为粗糙。用铁勺盛液态炉渣浇到滚筒表面，液态炉渣被甩出10m开外，控制较小渣流时，可获得直径在2-4mm的固体渣粒（在地面看到）；渣粒在飞行过程中为红色，说明飞离滚筒时并没有凝固。由于使用铁勺盛渣，在浇渣前期渣温较足，获得的渣粒基本为圆形；浇渣后期，渣温下降，带出较多渣丝，且粒度不均，有的直径可达8mm左右。
4 结语
开发的滚筒法炉渣处理工艺是一种新的工艺尝试，在没有进行工业实际验证以前，只能是从理论和小型试验上进行推测和论证，在实际应用过程中还会有很多需要解决的现实问题，但是这一工艺方法的提出为渣处理工艺的进步又提供了一种思路。