处理是高炉生产的一个重要环节,高温液态炉渣用水急速冷却制成水渣,是制砖和制造水泥的上等原料,水淬工艺是目前我国处理高炉渣的主要方法,一般称为水力冲渣生产。高炉渣水淬工艺分粒化、脱水、储运三个过程,水是水力冲渣生产的主要介质,粒化后水蒸汽蒸发排放是冲渣水降温的主要措施,冷却降温后的冲渣水循环使用。
实际生产过程中,由于受环境温度、渣温和补新水温度及量等情况影响,冲渣循环水的温度在一定范围内,存在不确定性。为了便于理论计算,我们按生产实际情况建立一个研究模型:高炉熔渣温度1475℃,水淬后渣水混合温度为70℃,进入下一轮粒化过程水温降至65℃;炉渣的比热容为0.22kcal/(kg ℃),水的比热容为1kcal/(kg ℃),65℃水的汽化热为560.2kcal/kg,70℃水的汽化热为557.3kcal/kg。
则:高炉熔渣由1500℃降至70℃放出的热量为:
(1475-70) 0.22=309.1(kcal/kg)
计算粒化1t高炉熔渣导致水的蒸发量(高温渣由1475℃降至70℃放出的热量除以70℃水的汽化热):
309.1 1 557.3 0.555(t)
循环水由70℃降至65℃放出的热量(也等于由65℃升至70℃吸收的热量)为:
(70-65) 1=5(kcal/kg)
计算1t水由70℃降至65℃的蒸发量(水由70℃降至65℃放出的热量除以65℃、70℃水的平均汽化热):
(5 1) [(560.2+557.3) 2] 0.009(t)
生产1t粒化渣,粒化与冷却水的总蒸发量为:
0.555+0.009=0.564(t)
这一计算结果与实际补水情况非常接近,说明在冲渣生产过程中,大约有渣产量56.4%的水转化为水蒸汽排放到系统外部;另外渣水混合物经脱水后,成品渣不可避免地要带走自身重量约20~35%的水量。为了保证系统的正常运行,每生产1t粒化渣,大约需要补充0.76~0.91t新水。高炉每生产1t生铁,大约需要消耗冲渣用水0.27~0.36t。
转运至水渣堆场的成品渣进行二次脱水,并对大约有渣产量10~15%的废水可全部回收利用。回收渣场的水需要在渣场附近建回水沟、沉淀池和泵站。回水沟的作用是将渣场排出的废水集中输送到沉淀池,沉淀池的作用是将回水中的颗粒杂质沉淀以利于水泵输送,通过泵站将沉淀净化后的废水输送回系统。渣场的回水通道、回水沟和沉淀池均须定期清理沉淀物,以保证回水顺畅。渣场地面对回水沟形成一定坡度以利用回水。
高炉生产过程中,由于煤气清洗、设备冷却排污产生大量废水,高炉产生的废水属浊废水,成分因原、燃料成分、冶炼操作条件而异。这种废水水量大,温度高,含悬浮物质多,并含有各种溶解物质和酸、氰等有害成分。在沉淀冷却过程中有大量二氧化碳逸出,重碳酸盐分解,生成难溶于水的碳酸钙沉淀,使水的硬度升高,导致水循环中管道和设备结垢。由于宣钢3#高炉采用底滤法(OCP法),所以悬浮物可以在经过过滤池时,被水水渣层过滤出去,过滤后的水含悬浮物小于10mg/L,不会影响到正常冲渣生产。宣钢1#、4#、5#高炉均采用筛网过滤方式的机械脱水设备,脱水过程中,水渣作为过滤介质,对回收废水中的悬浮物杂质有过滤的功能,不会因使用工业废水引起系统设备和管道的淤堵。而且脱水后循环水中仍然带有部分粒径小于0.5mm的细渣粒,对水泵及管道系统有一定的磨损,不易引起管道结垢,对硬水的适应性强。图-2是宣钢5座高炉废水回收网络示意图,宣钢各高炉冲渣系统充分回收废水循环用于生产。2007~2010年,宣钢5座高炉年平均用于冲渣生产的工业废水量超过60万吨。通过实践应用我们可以得出结论,高炉冲渣生产对工业废水的适应性较强,充分回收高炉区域废水用于冲渣生产,在节约大量新水的基础上,减少了大量工业废水的排放,能够实现节能减排、废弃资源循环利用的双重效果。
冲渣系统粒化、脱水、储运三个工艺过程的动力来源分别是水泵、脱水器和带式输送机,所以冲渣生产不但是耗水大户,同时是电耗大户。以具有典型代表意义的宣钢1#高炉为例,不包括检修用吊装设备和其它辅助设备,仅用于直接冲渣生产的水泵、脱水器、带式输送机等设备装机容量3452kWh,冲渣系统每生产1t生铁需要电耗约2.4~4.1kWh,年耗电量达到406~650万千瓦时。宣钢1#高炉冲渣系统2008年3月15日随炉投产,当年累计耗电量650.4万千瓦时,冲渣系统吨铁耗电量4.09kWh。
针对1#高炉冲渣系统能耗高的现状,经对技术工艺和生产管理进行分析,认为有很大节能潜力可以挖掘。进入2009年,炼铁厂组织冲渣系统能耗攻关,主要措施是减少设备空运行时间。原生产工艺是高炉在开铁口前,通知冲渣系统开启所有设备运行,作好冲渣准备工作。通过生产统计,高炉下渣与冲渣系统开启设备有较大时间差,有时设备空运行40分钟后才进入冲渣生产状态。经过现场商讨,重新制定了生产组织程序,将冲渣设备启动时间由打铁口同时改为渣沟见渣前10分钟,日可以减少设备空运行时间2小时,不但节约了因设备空运行造成的电耗,而且降低了空运行对设备的磨损。通过一年运行,2009年系统耗电降至566.9万千瓦时,吨铁耗电量降至2.95kWh,电量单耗比2008年降低了28%,攻关工作取得显著效果。
2010年,进一步组织攻关,在降低无功运行的基础上,实现了冲渣低用水量和脱水器低转速"两低操作"。水泵消耗功率与泵的出水量成正相关关系,通过降低冲渣用水量、提高出水压力,可以实现同样的冲渣效果,同时水泵的电耗得到降低,低水量冲渣还可以降低脱水器的载荷,减少脱水器的用电量。为了降低成品渣含水量,将设备厂家提供的脱水器通过变频电机转速1.0~1.5rmp通过可行性研究攻关逐步调整至0.40~0.65rmp,将成品渣的含水量降低约10%,从而大大减少了成品渣在转运过程中的耗电量。通过攻关,实现了冲渣系统生产吨铁2.36kWh的电量单耗,年耗电量406.4万千瓦时,在生铁产量与2009持平的基础上,耗电量减少160.5万千瓦时。通过减少设备空运行时间、降低冲渣水用量和降低脱水器转速三项攻关活动开展,不但实现了电耗减少,而且减少了设备空运行磨损和成品渣含水量,促进了冲渣系统节水工作和设备管理工作。
、循环经济是钢铁企业面临的一个新课题,回收工业废水用于冲渣生产必将是高炉渣处理的一个大趋势。通过理顺工艺、合理设备操作,实现渣处理系统的低成本运行,对降低炼铁生产成本有着非常重要的意义。