李書磊 李雙鋒

(1:洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽471039；2:東風(fēng)(十堰)特種商用車有限公司 湖北十堰442012)

目前，在高爐煉鐵生產(chǎn)中，高爐渣的處理工藝主要是利用高壓水將高爐渣沖制成水渣，再經(jīng)過渣水分離，沖渣水循環(huán)使用，水渣可作為水泥原料、混凝土骨料等。主要方法包括因巴法(INBA)、底濾法(OCP)、圖拉法(TYNA)、拉薩法(RASA)、明特克法(MTC)等[1-3]。對于水沖渣處理工藝而言，不但浪費大量的水，以及熔渣中的熱量，而且會產(chǎn)生H2S 等有毒氣體。

近年來，國內(nèi)外許多科學(xué)工作者和鋼鐵企業(yè)逐漸認識到現(xiàn)有水沖渣處理工藝的不合理性，開始研究熔融態(tài)高爐渣進行干法處理的生產(chǎn)工藝研究[4-7]。干法處理熔融態(tài)高爐渣工藝不但可以節(jié)約大量水資源，而且可將熔渣高爐渣的顯熱進行部分回收，可以用于供暖、發(fā)電等。高爐渣干法處理工藝主要包括風(fēng)淬法、轉(zhuǎn)筒?；?、離心?；ǖ确绞?。

1 前言

高爐熔渣氣淬工藝主要依靠高壓高速氣流對高爐熔渣進行處理，達到冷卻的目的，通過傳送裝置被運至料場，用作水泥廠生產(chǎn)水泥的原料。其工藝路線如下圖1所示。

圖1 氣淬工藝路線

其工藝方法為：

(1)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，渣灌小車進入工作預(yù)備位，熔融高爐渣由渣溝通過溜槽流入渣灌小車；(2)熔融高爐渣進入渣灌小車后，控制系統(tǒng)實時發(fā)出指令，開啟噴射系統(tǒng)電源，噴射系統(tǒng)進入工作準備狀態(tài)；(3)控制系統(tǒng)檢查渣灌小車的位置無誤后，發(fā)出指令打開渣灌小車下方塞棒機構(gòu)，熔融高爐渣流出進入高爐渣冷卻器；(4)熔融態(tài)高爐渣在噴射系統(tǒng)高速氣流的沖擊下，在高爐渣冷卻器內(nèi)迅速被高速氣流破碎，高爐渣飛行過程中在空氣阻力和表面張力的作用下，逐漸收縮成橢球狀或球狀顆粒，從而被破碎成細小的高溫固態(tài)高爐渣顆粒，并在高爐渣冷卻器內(nèi)被冷卻；(5)高溫固態(tài)高爐渣顆粒在高爐渣冷卻器內(nèi)被完成收集，溫度約為900℃；(6)900℃高溫固態(tài)高爐渣顆粒進入余熱鍋爐，余熱鍋爐則將高溫固態(tài)高爐渣顆粒的余熱回收，并產(chǎn)生中溫中壓蒸汽(3.82MPa，450℃)，高溫固態(tài)高爐渣顆粒在余熱鍋爐里面被冷卻，控制系統(tǒng)檢測高溫固態(tài)高爐渣顆粒為180℃下時被排出，冷卻后的固態(tài)高爐渣顆粒被轉(zhuǎn)運收集運送至料場。

2 高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)

高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)如圖2所示，主要設(shè)備主要由渣灌小車(1)、噴射系統(tǒng)(2)、高爐渣冷卻器(3)、余熱鍋爐(4)、控制系統(tǒng)(5)、轉(zhuǎn)運系統(tǒng)(6)組成的高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)。

圖2 高爐熔渣氣淬處理系統(tǒng)1-渣灌小車;2-噴射系統(tǒng);3-高爐渣冷卻器;4-余熱鍋爐;5-控制系統(tǒng);6-轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

渣灌小車(1)布置于軌道之上；噴射系統(tǒng)(2)位于渣灌小車(1)的下方，熔融高爐渣被噴射系統(tǒng)(2)噴出的高壓氣流破碎成900℃左右的高溫固態(tài)高爐渣顆粒；高爐渣冷卻器(3)將其在飛行過程中冷卻；高爐渣冷卻器(3)設(shè)有水冷壁，用于高溫固態(tài)高爐渣的冷卻；控制系統(tǒng)(5)則用于渣灌小車(1)在軌道上的位置檢測、熔融高爐渣流動速度控制以及噴射系統(tǒng)(2)高壓氣體流量的調(diào)節(jié)、高爐渣冷卻器(3)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和固態(tài)高爐粒溫度的測量；轉(zhuǎn)運系統(tǒng)(6)用于冷態(tài)固態(tài)高爐渣顆粒的轉(zhuǎn)運收集。

2.1渣灌小車

渣灌小車的功能主要是將熔融的高爐渣從渣溝導(dǎo)入噴射系統(tǒng)上方，將熔融高爐渣從渣溝轉(zhuǎn)運至噴射系統(tǒng)，并控制熔融高爐渣的流速。渣灌小車安裝在高爐渣冷卻器上部，采用自帶動力的輪式結(jié)構(gòu)。

主要包括：車體、主動輪、從動輪、軌道、導(dǎo)向溜槽、塞棒機構(gòu)、拖鏈等。車體主要用于承接一定量的熔融高爐渣，將其通過導(dǎo)向溜槽進入高爐渣冷卻器。車體載著熔融高爐渣可在軌道上實現(xiàn)一定距離的運動。車體和導(dǎo)向溜槽內(nèi)設(shè)耐材，以提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。

圖3 渣灌小車

2.2噴射系統(tǒng)

噴射系統(tǒng)安裝于高爐渣冷卻器端面，采用雙U型噴嘴結(jié)構(gòu)，所用的氣體為空氣或氮氣，通過法蘭與高壓氣體管路連接。

2.3高爐渣冷卻器

離開渣灌小車的高爐渣在噴射系統(tǒng)高壓氣體的作用下被細碎成為細小的高溫高爐渣顆粒，高溫高爐渣顆粒在飛行過程中冷卻、凝固，最終高溫高爐渣顆?；渲粮郀t渣冷卻器旋轉(zhuǎn)筒體內(nèi)部，并從高爐渣冷卻器的另一端排出。

高爐渣冷卻器傾斜安裝于基礎(chǔ)之上，主傳動系統(tǒng)采用“電機—聯(lián)軸器—硬齒面減速器”的結(jié)構(gòu)形式。采用硬齒面減速器，具有體積小，大速比、大扭矩、高壽命，耐沖擊等特點。另一端設(shè)有慢速驅(qū)動裝置，微動時通過爪型離合器使筒體正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以便于高爐渣冷卻器的安裝、調(diào)試和維修；當高爐渣冷卻器正常工作時，爪型離合器使微動電機與減速機脫離。

高爐渣冷卻器筒體采用合金鋼板卷制成圓筒后自動焊接而成，滾圈采用鍛件與各段筒體焊接為一體；焊接后的筒體采用整體退火、整體加工工藝；保證了筒體、滾圈、大齒圈中心線的一致性，使設(shè)備運行平穩(wěn)，震動與噪音大大減小，提高整機使用壽命。高爐渣冷卻器共設(shè)有四個托輥用于支撐筒體和物料的重量，筒體的轉(zhuǎn)動是靠開式齒輪傳動實現(xiàn)的，轉(zhuǎn)動筒體的滾圈與托輥作相對滾動。

由于筒體傾斜安裝，因此設(shè)置了擋輥以限制筒體沿軸向移動，并且承受部分軸向力，擋輥具有可調(diào)性，當筒體偏離正常工作位置過大時，要及時調(diào)整擋輥使筒體處于正常位置而安全工作。

圖4 高爐渣冷卻器1-入口閥門;2-筒體;3-傳動系統(tǒng);4-進出水口;5-噴射系統(tǒng);6-底座

在各部件相對運動部分全部采用迷宮型密封防護罩，以防止粉塵及物料泄漏；并采用大排氣孔的給礦口罩、排料溜槽與排氣罩結(jié)構(gòu)，更有利于粉塵和廢氣的排出，大大改善了工作環(huán)境。

高爐渣冷卻器為高溫高爐渣顆粒提供了較長的飛行時間，使其得到充分冷卻；為防止高溫高爐渣顆粒與高爐渣冷卻器內(nèi)壁粘接，在高爐渣冷卻器的側(cè)壁設(shè)置水冷壁。水冷壁為全膜式水冷壁管，管內(nèi)通入冷卻水，進一步對高爐渣顆粒進行冷卻。循環(huán)水泵將與空氣換熱后的低溫冷卻水打入高爐渣冷卻器入水口。低溫冷卻水在高爐渣冷卻器膜式管內(nèi)流動，水被加熱到150℃左右。一部分熱水引出本系統(tǒng)作為其他系統(tǒng)供熱之用，另一部分熱水被引入到空氣加熱器管組。150℃左右的熱水在管內(nèi)流動，與管外的冷空氣充分換熱后溫度降至40℃左右，經(jīng)循環(huán)泵增壓后重新進入高爐渣冷卻器?？紤]到本系統(tǒng)的水平衡，必須設(shè)置補給水泵，以補充等量的冷水(與供熱用水水量相等)。經(jīng)高爐渣冷卻器進一步冷卻后，高溫高爐渣顆粒溫度控制在900-1000℃。

圖5 余熱鍋爐

2.4余熱鍋爐

900-1000℃的高溫高爐渣顆粒需進入余熱鍋爐內(nèi)再次被冷卻，高溫高爐渣顆粒與鍋爐管壁直接接觸進行換熱，余熱鍋爐將產(chǎn)生中溫中壓蒸汽(3.82MPa，450℃)，產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽可并入蒸汽管網(wǎng)，也可用于余熱發(fā)電系統(tǒng)推進汽輪機發(fā)電。

余熱鍋爐為單壓、立式、自然循環(huán)高溫固體顆粒余熱鍋爐，主要由進料口、高溫過熱器、低溫過熱器、上級蒸發(fā)器、下級蒸發(fā)器、高溫省煤器、低溫省煤器、出口排料裝置、鍋筒、管道、平臺扶梯、護板及保溫等部件組成。余熱鍋爐本體采用碳鋼管箱結(jié)構(gòu)，管箱內(nèi)外壁之間用H型鋼連接，保證剛性，從而充分保證鍋爐能夠承受一定的內(nèi)壓。

此外，在余熱鍋爐的物料進口處設(shè)有料位和溫度監(jiān)測點，用來監(jiān)測物料高度和進出口物料溫度；在鍋爐進口處設(shè)有膨脹節(jié)，可以保證鍋爐自由向上膨脹；高溫過熱器管束采用順列布置，做成膜式結(jié)構(gòu)，大大提高受熱面積。

高溫高爐渣顆粒通過進料口呈自然角度堆積在整個爐膛截面之內(nèi)，通過控制、調(diào)節(jié)爐膛下設(shè)電動卸料閥實現(xiàn)進料與出料的動態(tài)平衡，在保證爐膛內(nèi)部受熱面完全被物料覆蓋的前提下，物料以大約2mm/s的速度緩慢向下移動，依次通過高溫過熱器、低溫過熱器、高溫蒸發(fā)器、低溫蒸發(fā)器、高溫省煤器、低溫省煤器完成換熱后經(jīng)若干個電動卸料閥排出。

此外，余熱鍋爐還配有安全閥、壓力表、水位計、排污裝置、測溫儀表、保護裝置等。

2.5轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

高溫高爐渣顆粒在余熱鍋爐內(nèi)被冷卻，顯熱被回收，當溫度達到180℃以下時，高爐渣顆粒被排放進入轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。轉(zhuǎn)運系統(tǒng)采用帶式輸送機，將180℃以下的冷態(tài)高爐渣顆粒輸送至料場。皮帶機上設(shè)有電子皮帶秤、高溫輻射計及超溫灑水裝置。電子皮帶秤對冷態(tài)高爐爐渣進行連續(xù)稱量，稱量值與設(shè)定值的偏差值饋給控制系統(tǒng)，將排渣量控制在穩(wěn)定的設(shè)定值范圍內(nèi)，當高溫輻射計檢測到高爐渣顆粒溫度超過設(shè)定值上限時，啟動噴水裝置降溫，保護皮帶機。

3 總結(jié)

與傳統(tǒng)的水沖渣工藝方式相比，該高爐渣氣淬余熱回收工藝生產(chǎn)的高爐渣形貌可控、具有降低新冷卻水耗、提高余熱品質(zhì)和發(fā)電能力、提高余熱發(fā)電系統(tǒng)運行安全性和減少污染物排放等諸多優(yōu)勢。