陳生利，萬 新

（1.廣東韶鋼松山股份有限公司，廣東 韶關(guān) 511100；2.重慶科技學(xué)院，重慶 401331）

廣東韶鋼松山股份有限公司（簡稱韶鋼）8 號高爐爐渣處理工藝采用的是嘉恒法，隨著系統(tǒng)設(shè)備服役期延長和產(chǎn)量提高，出渣量逐漸增加，爐渣處理形成的細(xì)渣和浮渣在水渣系統(tǒng)中沉積并結(jié)渣，嚴(yán)重時(shí)造成水渣系統(tǒng)工作不暢，導(dǎo)致每年需要花費(fèi)大量的人力物力進(jìn)行清理。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，8 號高爐水渣系統(tǒng)的結(jié)渣致使沖渣水泵的流動斷面不斷減小，最終使得流量減小，影響水渣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。沖渣水流量減小還會造成設(shè)備故障，這會進(jìn)一步制約8 號高爐產(chǎn)能的提升，同時(shí)放干渣頻率升高還會影響環(huán)境負(fù)荷。

本研究結(jié)合水渣系統(tǒng)運(yùn)行情況，開展試驗(yàn)分析結(jié)渣機(jī)理，根據(jù)研究成果制定降低結(jié)渣的技術(shù)措施。研究目的是降低人工清理結(jié)渣的勞動量，減少水渣系統(tǒng)結(jié)渣清理頻次，同時(shí)降低水渣系統(tǒng)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)定的考核目標(biāo)是水渣系統(tǒng)的結(jié)渣清理頻次（重點(diǎn)是清理冷卻塔和吸水井）由原來的三個(gè)月1 次減少到一年1 次。

1 基礎(chǔ)條件

8 號高爐爐渣成分相對穩(wěn)定，其中，CaO、SiO、MgO 和AlO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40%、35%、9.0%和14.8%。本研究主要依賴自動取樣分析系統(tǒng)，在正常熔渣溫度區(qū)間內(nèi)，沖渣水量以1 400 m/h 為基礎(chǔ)，按每級50 m/h 逐步提高，記錄每個(gè)級數(shù)對應(yīng)的熔渣溫度、成分、沖渣水量和水壓等數(shù)據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，8 號高爐爐渣流量基本穩(wěn)定在5～20 t/min，渣溫基本穩(wěn)定在1 550 ℃以上。8號高爐沖渣系統(tǒng)水渣比為2.0左右，在工藝設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

2 研究內(nèi)容

2.1 水渣系統(tǒng)結(jié)垢原因

由于水渣系統(tǒng)對水質(zhì)本身沒有要求，生產(chǎn)廢水都回流到系統(tǒng)內(nèi)重復(fù)利用，因此8 號高爐水渣系統(tǒng)管道沒有做任何防垢阻垢措施。正因?yàn)槿绱?，水渣系統(tǒng)管道結(jié)垢相當(dāng)嚴(yán)重，而且結(jié)垢速度很快。水渣系統(tǒng)結(jié)渣示意圖如圖1所示。

圖1 管道結(jié)渣原理示意圖

8 號高爐沖渣水濁度非常高，硬度也不低，其屬于典型的濁循環(huán)水，這對管道、水泵和冷卻塔都會造成嚴(yán)重的危害。8 號高爐沉積物采自沉淀池，呈結(jié)晶狀，其為顆粒物，并可見針狀結(jié)晶。酸性可溶物占比較大，溶解時(shí)產(chǎn)生大量熱量，并伴有較強(qiáng)烈的類似硫化氫的臭味，溶解后水樣澄清。沉積物是鈣鎂結(jié)晶垢及生物污垢。

2.2 沖渣水量、水壓與水渣流量、水渣粒度的關(guān)系

沖渣水量以1 400 m/h 為基礎(chǔ)，按50 m/h 的步長逐步提高，記錄每個(gè)級數(shù)對應(yīng)的水渣流量、水壓等數(shù)據(jù)，如圖2所示。結(jié)果表明，沖渣水量的提高導(dǎo)致水壓同步提高，同時(shí)處理的爐渣呈減小趨勢。沖渣過程中，水渣粒度變化趨勢如圖3所示，出渣后30 min、60 min 和100 min，分別取渣樣進(jìn)行粒度分析，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明，隨著沖渣水壓增高、水量增大，水粹后的爐渣粒度逐步變小。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，水渣粒度與沖渣水壓的相關(guān)性非常強(qiáng)。

圖2 沖渣水量和水壓對水渣流量的影響

圖3 沖渣水壓對水渣粒度的影響

2.3 爐渣水淬過程的物理化學(xué)變化

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，8 號高爐沖渣過程的水溫整體偏高，最高可達(dá)90 ℃，這是造成沖渣過程中產(chǎn)生渣棉的主要原因。針對沖渣水溫度偏高的問題，將冷卻塔風(fēng)扇頻率調(diào)高，同時(shí)增加一條回水管至冷水池底部，增強(qiáng)冷水池內(nèi)部回旋，減少渣在冷水池的停留時(shí)間，防止結(jié)渣。措施實(shí)施后，沖渣水溫度降低8 ℃左右，有效減少了渣棉的產(chǎn)生。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，爐渣成分中，CaO 平均值為37.68%，SiO平均值為32.98%，MgO 平均值為9.05%，AlO平均值為14.27%。整體來看，8 號高爐爐渣SiO含量偏高，這是沖渣過程中產(chǎn)生渣棉的重要因素。CaO 含量高，也是造成水渣系統(tǒng)設(shè)備結(jié)渣的主要原因之一。

2.4 水淬后爐渣性能檢驗(yàn)

本研究在冶金高溫實(shí)驗(yàn)室對爐渣的熔化特征進(jìn)行檢驗(yàn)，測定高溫下爐渣流動性指標(biāo)，該指標(biāo)對爐渣結(jié)晶過程的分析有益。檢測結(jié)果表明，8 號高爐爐渣在1 500 ℃左右的黏度為0.235～0.343 Pa·s，高溫下爐渣具有良好的流動性，造渣過程和中渣性能控制都較為理想。終渣性能的控制目標(biāo)是使?fàn)t渣具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，保證良好的爐缸熱狀態(tài)和合理的渣鐵溫度，控制好生鐵成分。下面從資源再利用角度對水渣活性進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果如表1所示，水渣活性系數(shù)保持穩(wěn)定。

表1 爐渣水淬后活性比較

3 水渣工藝參數(shù)優(yōu)化

3.1 應(yīng)用沖渣水壓調(diào)節(jié)技術(shù)

經(jīng)試驗(yàn)研究，將供水總管壓力從230～260 kPa調(diào)整至200～240 kPa，流量從2 400 m/h 調(diào)整至2 000 m/h，增大熱渣和冷卻水比例，削弱熱渣急劇冷卻效果，爐渣粒度較以前有所增加，水渣粒度基本穩(wěn)定在0.3 mm 左右，從而減少渣中帶水，有效降低水渣渣棉的產(chǎn)生量。

3.2 采用低液位冷水池循環(huán)法

降低冷水池液位，使其保持在1.2～1.8 m。調(diào)節(jié)供水泵和回水泵的頻率，讓冷水池保持低液位來沖洗底部結(jié)渣，每周低液位清洗一次。制定冷水池清洗的操作流程，減少冷水池的結(jié)渣。此工藝調(diào)整克服了爐頂皮帶清洗水回流到熱水池的缺陷，避免沖渣水含泥漿量大而造成冷卻塔下方的回水管道堵塞，保證冷卻塔正常運(yùn)行。

3.3 優(yōu)化沖渣系統(tǒng)設(shè)備

增加一條回水管至冷水池底部，促進(jìn)冷水池內(nèi)部水流回旋，并提高緩沖池水位，降低緩沖池水溫，減少渣在冷水池的停留時(shí)間，增加熱渣冷卻空間，促進(jìn)小粒級熱渣冷卻，防止紅渣粘在一起結(jié)渣，避免爐渣在緩沖池底部長期沉積并硬化。增加一座沉淀池，把清洗后的水直接引入沉淀區(qū)，在沉淀區(qū)進(jìn)行兩次沉淀。一次沉淀后，對絕大部分礦物進(jìn)行沉淀處理，二次沉淀后，礦物基本處理干凈，處理后的水再次流入熱水池循環(huán)使用，定期清理沉淀池的礦粉物質(zhì)，確保沉淀效果。改造后，隨著進(jìn)入熱水池的礦粉物質(zhì)大幅減少，熱水池表面的懸浮物大幅減少，熱水池沉淀物大幅減少，管道結(jié)垢現(xiàn)象基本消除。

3.4 優(yōu)化造渣制度

煉鐵即煉渣，因此關(guān)注和優(yōu)化爐渣流動性和穩(wěn)定性是高爐煉鐵的永恒課題。本研究進(jìn)一步優(yōu)化爐渣理化性能，通過提高爐渣的二元堿度（CaO/SiO），熔渣黏度進(jìn)一步下降，改善了其流動性。韶鋼高爐渣具有高AlO的特點(diǎn)，容易出現(xiàn)尖晶石（MgO·AlO，熔點(diǎn)2 135 ℃），其在爐渣降溫過程中結(jié)晶溫度高，會形成固體分布于爐渣熔體中，造成爐渣流動性差。研究發(fā)現(xiàn)，隨著渣中AlO含量的增加，應(yīng)適當(dāng)提高爐溫，保證高爐穩(wěn)定運(yùn)行。韶鋼利用該策略逐步優(yōu)化8 號高爐爐渣成分，進(jìn)一步改善爐渣的理化性能。

4 結(jié)論

改進(jìn)后，水渣系統(tǒng)運(yùn)行能力增強(qiáng)，高爐放干渣次數(shù)由原來的12 次減少至4 次；8 號高爐沖渣系統(tǒng)每月少補(bǔ)充6 000 t 新水；全年減少清渣5 次，節(jié)省了挖掘機(jī)挖渣、渣塊天車搬運(yùn)、干渣處理和沖制箱清理等費(fèi)用；冷水池清理頻率由全年24次減少為半年1次。技術(shù)改進(jìn)為企業(yè)帶來了實(shí)際效益，同時(shí)為高爐產(chǎn)能提升創(chuàng)造了有利條件。