1、 高炉渣处理工艺技术高炉渣是冶炼生铁时从高炉排出的废渣。现代高炉炼铁生产中应用的高炉渣处理方法基本上是水淬法和干渣法。由于干渣处理环境污染较为严重,且资源利用率低,现在已很少使用,一般只在事故处理时,设置干渣坑或渣罐出渣。目前高炉渣处理主要采用水淬法。随着科学的发展和技术的进步，近年来，高炉水渣处理技术有了较大的发展和长足的技术进步，不少新技术的应用，使得高炉渣的利用进一步扩大。1、高炉水渣处理工艺分类1.1 按水淬渣的形成过程炉渣处理工艺有如下两大类1）高炉熔渣直接水淬工艺。脱水方法主要有渣池法或底滤法、因巴法、拉萨法及搅笼法等。其主要工艺过程是高炉熔渣渣流被高压水水淬，然后进行渣水输送和渣
2、水分离。2） 高炉熔渣先机械破碎后水淬工艺。主要代表为图拉法和“HK”法等。其主要工艺过程是高炉熔渣流首先被机械破碎，在抛射到空中时进行水淬粒化，然后进行渣水分离和输送。1.2 按水渣的脱水方式有如下方式1） 转鼓脱水法。经水淬或机械粒化后的水渣流到转鼓脱水器进行脱水，前者为“INBA”法(因巴法)，后者为“TYNA”法(图拉法)；2） 渣池过滤法。渣水混合物流人沉渣池，采用抓斗吊车抓渣，渣池内的水则通过渣池底部或侧部的过滤层进行排水。底滤式加反冲洗装置，一般称为“OCP法，即“底滤法”；3）脱水槽式。水淬后的渣浆经渣浆泵输送到脱水槽内进行脱水。这种方法就是通常所说的“RASA法”，即“拉萨法
3、”；4）提升脱水式。高炉熔渣渣流首先被机械破碎，进行水淬后，在池内用提升脱水实现渣水分离，提升脱水器可采用螺旋输送机和斗式提升机。前者即通常所说的“搅笼法”即明特法，后者称为“HK”法。2、各种渣处理工艺流程2.1 泡渣法泡渣法高炉渣的生产工艺流程如下:从渣口流出的热熔渣经渣沟流入渣罐，然后由机动车把盛满渣的渣罐拉到水池旁，经砸渣机把渣罐上的渣皮砸碎，倾倒渣罐，熔渣遇水急剧冷却，淬成水渣，水池内水渣可用吊车抓出，放置于堆场上，脱去部分水分，然后直接装车外运。此法最大优点是:设备简单可靠，设备损耗少和节约用水。主要缺点：易产生大量渣棉和硫化氢气体污染环境，干渣量多，需要一套运渣罐设施，倒渣中有放
4、炮现象，对人身及设备安全造成威胁。该工艺目前已很少使用。2.2 “OCP”法 (“底滤法”)底滤法OCP是目前国内采用最多的高炉渣处理方法。其工艺流程程是：高炉熔渣在冲制箱内由多孔喷头喷出的高压水进行水淬,水淬渣流经粒化槽,然后进入沉渣池,沉渣池中的水渣由抓斗吊抓出堆放于渣场继续脱水(图1)。沉渣池内的水及悬浮物通过分配渠流入过滤池,过滤池内设有砾石过滤层,过滤后的水经集水管由泵加压后送入冷却塔冷却,循环使用,水量损失由新水补充。底滤法冲渣水的压力一般为0.30.4 MPa,渣水比为110115,水渣含水率为10%15%,作业率100%,出铁场附近可不设干渣坑。图1 底虑法水渣处理工艺示意图2
5、.3 拉萨法 拉萨法RASA水冲渣系统是由日本钢管公司与英国RASA贸易公司共同研制成功的(图2)。1967年在日本福山1号高炉(2004 m3)上首次使用。我国宝钢1号高炉(4063m 3)首次从日本拉萨商社引进了这套工艺设备(包括专利技术)。其的工艺流程为:熔渣由渣沟流入冲制箱,与压力水相遇进行水淬。水淬后的渣浆在粗粒分离槽内浓缩,浓缩后的渣浆由渣浆泵送至脱水槽脱水, 浮在分离槽水面的微粒渣由溢流口流入中间槽，由中间槽泵送到沉淀池，经沉淀后，用排泥泵送回脱水槽，同粗粒分离器送去的渣水混合物一起进行脱水，脱水后水渣由卡车外运。沉淀池 排出水循环使用，水处理系统设有冷却塔，设置液面调整泵用以控
6、制粗粒分离槽水位。底部由排泥泵将渣送到脱水槽脱水。沉降槽的水溢流到温水槽，经冷却泵送到冷却塔冷却，水由给水泵送回冲制箱。图2 拉萨法水渣处理工艺示意图2.4 “INBA” 法(“因巴法”)因巴法水渣处理系统是二十世纪八十年代初由比利时西德玛(ISDMAR)公司与卢森堡保尔乌斯(PAUL一WURTH)公司共同开发的一项渣处理技术。我国首次引进用于上海宝钢2#高炉(4063m 3，)，于1991年6月29日投产。因巴法的工艺过程为(见图3):高炉熔渣由熔渣沟流入冲制箱粒化器，由粒化器喷吹的高压水图3 因巴法水渣处理工艺示意图流将熔渣水淬成水渣，经水渣沟送入水渣池再进一步细化。在这里大量蒸汽从烟囱排
7、入大气，水渣则经水渣分配器均匀地流入转鼓过滤器。渣水混合物在转鼓过滤器中进行渣水分离，随着滚筒过滤器的旋转，水渣被带到滚筒过滤器的上部，脱水后的水渣落到筒内皮带机上运出，然后由外部皮带机运至水渣成品槽贮存，在此进一步脱水后，用汽车运往水渣堆场，滤出的水经处理后循环使用。因巴法有热INBA、冷INBA和环保型INBA之分。3种因巴法的炉渣粒化、脱水 的方法均相同,都是使用水淬粒化,采用转鼓脱水器脱水,不同之处主要在水系统（见表1）。热INBA只有粒化水系统,粒化水直接循环;冷INBA粒化水系统设有冷表1 因巴法高炉渣处理工艺类型对比却塔,粒化水冷却后再循环;环保型INBA水系统分粒化水和冷凝水两
8、个系统,冷凝水系统主要用来吸收蒸汽、二氧化硫、硫化氢。与冷、热INBA比较,环保型INBA最大的优点是硫的排放量很低,它把硫大部分转移到循环水系统中。2.5 图拉法图拉法是高炉熔渣先被机械破碎,然后进行水淬的工艺过程的典型代表(图4)。俄罗斯图拉法水渣处理技术是由俄罗斯国立冶金工厂设计院研制,在俄罗斯图拉厂2000m 3级高炉上首次使用。图拉法炉渣处理工艺主要过程包括炉渣粒化和冷却、水渣脱水、水渣输送与外运以及冲渣水循环等。炉渣经渣沟流嘴落至高速旋转的粒化轮上,被机械破碎、粒化,粒化后的炉渣颗粒在空中被水冷却、水淬;渣粒在呈抛物线运动中,撞击挡渣板被二次破碎;渣水混合物落入脱水转鼓的下部,继续
9、进行水淬冷却。采用圆筒形转鼓脱水器对水渣进行脱水。转鼓外壁为不锈钢材料制成的滤网,下部始终浸在热水槽内。转鼓内沿圆周方向均匀设置叶片式筛板,筛板随转鼓旋转将渣带上来,进行脱水。安装在转鼓内镶有特殊耐磨材料的受料斗自动完成脱水器内成品渣的收集,成品渣经受料斗卸料口下方的胶带运输机运出。图4 图拉法水渣处理工艺示意图脱水器下方的热水槽需保持一定水位,以确保炉渣的冷却效果。水经溢流装置进入分为两格(一格为沉渣池,一格为清水池)的循环水池。循环水池底部沉渣,由提升装置或渣浆泵打到转鼓脱水器内进行脱水。熔渣粒化、冷却过程中产生的蒸汽和有害气体混合物由集气装置收集通过烟囱向高空排放。2.6 明特法明特克法
10、炉渣处理工艺是由首钢与北京明特克冶金炉技术有限公司联合研制、开发的,整套系统于2002年7月在首钢3号高炉(2536m 3)上投入运行。其工艺流程如图7所示：高炉熔渣从渣沟沟头进入冲渣沟，熔融炉渣被粒化箱喷射的高速水流击碎、急速冷却而成水渣，从粒化池下来的渣水混合物落入明特法水渣池中，通过倾斜安装的搅笼机，随搅笼机的转动，将渣从水渣池中徐徐提升上去，达到顶部时翻落下来进入头部漏斗中，在提升的过程中实现渣水分离，成品渣经头部漏斗落入下方的皮带上，水由重力作用回流入渣池中，渣池中有一部分浮渣，经溢流槽流入过滤器中筛斗，通过筛斗中的筛网实现渣水分离，成品渣则留在筛斗中，水则透过筛网流入回水槽中。随着
11、脱水器的旋转，筛斗中的渣徐徐上升，达到顶部时翻落下来进入受料斗，通过受料斗下方的管道，用高压水将渣冲入渣池中，再经搅笼机进行脱水。经过滤器过滤后的水，流入渣池进行进一步的过滤的，然后进入吸水井经泵打入冲制箱。图5 图拉法水渣处理工艺示意图2.7 “HK”法“HK” 法与图拉法都是采用粒化轮机械破碎熔渣，只是脱水方式不同，“HK”法采用斗式提升机脱水。其工艺流程为:高炉熔渣粒化后，渣水同时落入粒化器下部保持一定水位的锥到水淬池，实现二次水淬、降温的目的。锥型水淬池底部侧面的出料口与斗式提升机密封连通，用斗式提升机实现渣水分离。3 几种常用渣处理工艺的特点及对比3.1 底虑法该法取消了过滤池下设置
12、较深的热水池和阀门室,使滤池的总深度降低;机械设备少,施工、操作、维修都较方便,系统故障率低,维修和运行费用低;循环水质好,水渣含水率低,质量好;冲渣系统用水可实现100%循环使用,没有外排污水,有利于环保。其最大缺点是占地面积大,系统投资大。3.2 拉萨法拉萨法具有使用闭路循环水、占地面积小、处理渣量大、水渣运出方便、自动化程度高、管理方便等优点，采用硬质合金或橡胶衬里的耐磨泵，使用寿命较长(约1.53年)。但该法因工艺复杂、设备较多、渣泵、输送渣浆管道磨损严重、电耗高及维修费用大等缺点,故在新建大型高炉上已不再采用。3.3 因巴法该法布置紧凑,占地面积小,可实现整个流程机械化、自动化,水渣
13、质量好;冲渣水闭路循环,水悬浮物少,泵和管路的磨损小;无爆炸危险,安全度高,渣中含铁量高达20%时,该系统也能安全地进行炉渣的粒化;能彻底解决烟尘、蒸汽对环境的污染,达到零排放的目标。该法因其为引进技术,故投资费用大。3.4 图拉法该法最显著的特点是彻底解决了传统水淬渣易爆炸的安全问题,安全性高。生产实践表明,在高炉渣中带铁高达40%时,仍能安全生产;熔渣处理过程在封闭的状态下进行,环境保护好;循环水量少,动力能耗低;成品渣含水率低、质量好。从国内相继投产的几套图拉法装置看,因系统配套不完整,且循环水量有逐步增加的趋势,导致脱水器设备尺寸加大,使其设备重量轻的优势丧失,故需对其进行改进和完善。
14、3.5 明特法该法为国内拥有自主知识产权的工艺方法, 使高炉水渣处理实现了真正的全自动化,工艺先进实用,离开主体设备渣为优质干渣,水为干净水,无须沉淀就可以直接循环使用；设备占地面积小，投资小，现场布置灵活，既可以在炉台边布置，也可以远离炉台布置；设备结构简单实用,部件牢固耐用,装机容量小,节能,维护和备件费低,水渣生产成本低；脱水率高,水渣含水率不大于15%;。上述几种炉渣处理工艺的基本对比情况见表2表2 几种常用渣处理工艺对比名称 工艺工程 渣含水率 （%） 占地 投资底虑法 熔渣沟+冲制箱，水池+天车抓斗，净 水池+泵 1015 最大 较大拉萨法 熔渣沟+冲制箱，渣泵+中继泵+脱水槽，温
15、水槽+泵+冷却塔+给水槽 1520 较大 较大因巴法 熔渣沟+冲制箱，转鼓+皮带机+水池， 热水池+泵+冷水池+泵 15 中 最大图拉法 熔渣沟+冲制箱+粒化轮，转鼓+卸料槽+水池，热水池+冷水池+泵 810 中 中明特法 熔渣沟+冲制箱，水池+螺旋机+滤渣 器，净化水池+泵 15 小 小就目前来看,以上几种高炉渣处理工艺中图拉法安全性能最高(渣中带铁达40%时,仍能正常工作);具有国内自主知识产权的明特克法投资与占地面积相对较小;而投资费用最大的环保型因巴法在技术上最为成熟,实际应用的高炉亦较多。4 高炉水渣处理技术的存在的问题随着我国钢铁工业的高速发展,水资源的短缺成为除了铁矿资源短缺外的
16、另一个制约我国钢铁工业发展的因素。目前的高炉渣处理的几种方法并没有从根本上改变粒化渣耗水的工艺特点,其区别仅在于冲渣使用的循环水量有所不同,新水消耗量差别不大,炉渣物理热基本全部散失,SO2、H2S等污染物的排放并没有减少。在钢铁生产流程中,炼铁工序消耗新水占新水总耗量的1/3左右,是消耗新水最多的工序。在炼铁工序中,冲渣消耗的新水又占到本工序新水消耗总量的50%以上。冲制1t水渣消耗新水0.81.2 t,循环用水量约为10t左右。这对于水资源严重短缺的国家来说,问题尤为严重。另外,水冲渣的过程会产生热量损失。1400左右的高炉渣带走的物理热占炼铁能耗的8%左右,大约相当于21 kg标煤(按3
17、50 kg/t(铁)计算)。循环水池中的水温约为80,除了有限的利用(北方部分钢厂在冬季作为取暖用水使用),热量都白白损失了。总之,目前水冲渣系统的主要问题可归纳如下:（1）水耗高。（2）在水淬渣过程中产生的大量H 2S和SOx随蒸汽排入大气,促进酸雨形成,环境污染。（3）未回收显热。1t液态渣水淬时散失热量约16001800 MJ,由于其得不到有效回收,则相当于全国每年损失标准煤400万t(回收率按60%计)；而且液态高炉渣温度高达14501500,余热品质非常高,极具利用价值。(4) 需干燥处理。高炉水渣含水率高达10%以上,作为水泥原料生产时须干燥处理,仍要消耗一定的能源。(5) 对于水
18、渣系统而言,电耗和系统维护的工作量非常大。水冲渣系统循环水中所含大量微细颗粒对水泵和阀门等部件的磨损和堵塞非常严重,故使用一段时间后会导致系统的水压下降、电耗增加、冲渣效果变差,清除水中的微粒还需大量资金。 鉴于高炉渣水法处理系统存在以上不足，研究如何处理高炉渣对于钢铁企业节能降耗,实现循环经济具有重要意义。国外文献上介绍的研究情况, 改变目前高炉渣水淬的粒化方式, 需要开发一种新的高炉渣干法粒化及其热能回收技术。5 高炉渣干法粒化处理技术从20世纪80年代开始,日本、英国和澳大利亚等国在冶金渣干法处理的基础理论和实验室设备方面开始探索。采用的方案主要有两种,一种是风洞风淬法3,一种是转杯雾化
19、器4。风洞风淬法主要通过高压空气在风洞中将液态渣吹散、粒化并冷却。但是,此法仅见于零星的报道。转杯转碟法则主要是借助机械力将液态渣破碎,再用压缩空气或其它冷却介质使其固化。根据报道,大多数的研究都是基于这种装置。这些研究目前都处于实验室研究阶段,着重于研究干法粒化装置的可行性和摸索一些设计、运转的参数。高炉渣干法粒化及其热能回收技术（有物理和化学两种方法）工艺(图6):液态高炉渣下落至高速旋转的转盘,通过转盘的机械力将高炉渣击碎。在炉渣下图 高炉渣干法粒化处理工艺示意图落过程、离开转盘直至最终落下的某一过程或者多处,需要利用空气进行加速冷却。高炉渣在下落过程中逐渐被冷却,而空气则被逐渐加热。冷却到一定温度的粒化渣作为水泥原料出售,而被加热的热空气的热量则可以回收利用。高炉渣干法粒化及其热能回收技术所要研究的关键技术为: (1)控制高炉渣的冷却条件,以产生足够数量的玻璃体,满足后续水泥生产的需求;(2)确定机械装置的结构形式、尺寸。高炉渣干法粒化及其热能回收技术可以从根本上改变了高炉渣的传统处理方法,也是对炼铁生产技术的一项重点革新,可产生巨大的社会、经济和环境效益,而且具有极为广阔的市场前景。所产生的直接优点为:不消耗新水、无H 2S和SOx排放、回收炉渣显热、节省生产水泥时干燥湿渣的能耗。
