韶钢8号高炉降低水渣系统结渣的实践分析

陈生利,万 新

(1.广东韶钢松山股份有限公司,广东 韶关 511100;
2.重庆科技学院,重庆 401331)

广东韶钢松山股份有限公司(简称韶钢)8 号高炉炉渣处理工艺采用的是嘉恒法,随着系统设备服役期延长和产量提高,出渣量逐渐增加,炉渣处理形成的细渣和浮渣在水渣系统中沉积并结渣,严重时造成水渣系统工作不畅,导致每年需要花费大量的人力物力进行清理。调查发现,8 号高炉水渣系统的结渣致使冲渣水泵的流动断面不断减小,最终使得流量减小,影响水渣系统的正常运行。冲渣水流量减小还会造成设备故障,这会进一步制约8 号高炉产能的提升,同时放干渣频率升高还会影响环境负荷。

本研究结合水渣系统运行情况,开展试验分析结渣机理,根据研究成果制定降低结渣的技术措施。研究目的是降低人工清理结渣的劳动量,减少水渣系统结渣清理频次,同时降低水渣系统作业安全风险。设定的考核目标是水渣系统的结渣清理频次(重点是清理冷却塔和吸水井)由原来的三个月1 次减少到一年1 次。

8 号高炉炉渣成分相对稳定,其中,CaO、SiO、MgO 和AlO的质量分数分别为40%、35%、9.0%和14.8%。本研究主要依赖自动取样分析系统,在正常熔渣温度区间内,冲渣水量以1 400 m/h 为基础,按每级50 m/h 逐步提高,记录每个级数对应的熔渣温度、成分、冲渣水量和水压等数据。经统计分析,8 号高炉炉渣流量基本稳定在5~20 t/min,渣温基本稳定在1 550 ℃以上。8号高炉冲渣系统水渣比为2.0左右,在工艺设计要求范围内。

2.1 水渣系统结垢原因

由于水渣系统对水质本身没有要求,生产废水都回流到系统内重复利用,因此8 号高炉水渣系统管道没有做任何防垢阻垢措施。正因为如此,水渣系统管道结垢相当严重,而且结垢速度很快。水渣系统结渣示意图如图1所示。

图1 管道结渣原理示意图

8 号高炉冲渣水浊度非常高,硬度也不低,其属于典型的浊循环水,这对管道、水泵和冷却塔都会造成严重的危害。8 号高炉沉积物采自沉淀池,呈结晶状,其为颗粒物,并可见针状结晶。酸性可溶物占比较大,溶解时产生大量热量,并伴有较强烈的类似硫化氢的臭味,溶解后水样澄清。沉积物是钙镁结晶垢及生物污垢。

2.2 冲渣水量、水压与水渣流量、水渣粒度的关系

冲渣水量以1 400 m/h 为基础,按50 m/h 的步长逐步提高,记录每个级数对应的水渣流量、水压等数据,如图2所示。结果表明,冲渣水量的提高导致水压同步提高,同时处理的炉渣呈减小趋势。冲渣过程中,水渣粒度变化趋势如图3所示,出渣后30 min、60 min 和100 min,分别取渣样进行粒度分析,并记录相关数据。数据表明,随着冲渣水压增高、水量增大,水粹后的炉渣粒度逐步变小。试验数据表明,水渣粒度与冲渣水压的相关性非常强。

图2 冲渣水量和水压对水渣流量的影响

图3 冲渣水压对水渣粒度的影响

2.3 炉渣水淬过程的物理化学变化

试验发现,8 号高炉冲渣过程的水温整体偏高,最高可达90 ℃,这是造成冲渣过程中产生渣棉的主要原因。针对冲渣水温度偏高的问题,将冷却塔风扇频率调高,同时增加一条回水管至冷水池底部,增强冷水池内部回旋,减少渣在冷水池的停留时间,防止结渣。措施实施后,冲渣水温度降低8 ℃左右,有效减少了渣棉的产生。

统计数据表明,炉渣成分中,CaO 平均值为37.68%,SiO平均值为32.98%,MgO 平均值为9.05%,AlO平均值为14.27%。整体来看,8 号高炉炉渣SiO含量偏高,这是冲渣过程中产生渣棉的重要因素。CaO 含量高,也是造成水渣系统设备结渣的主要原因之一。

2.4 水淬后炉渣性能检验

本研究在冶金高温实验室对炉渣的熔化特征进行检验,测定高温下炉渣流动性指标,该指标对炉渣结晶过程的分析有益。检测结果表明,8 号高炉炉渣在1 500 ℃左右的黏度为0.235~0.343 Pa·s,高温下炉渣具有良好的流动性,造渣过程和中渣性能控制都较为理想。终渣性能的控制目标是使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性,保证良好的炉缸热状态和合理的渣铁温度,控制好生铁成分。下面从资源再利用角度对水渣活性进行试验研究,结果如表1所示,水渣活性系数保持稳定。

表1 炉渣水淬后活性比较

3.1 应用冲渣水压调节技术

经试验研究,将供水总管压力从230~260 kPa调整至200~240 kPa,流量从2 400 m/h 调整至2 000 m/h,增大热渣和冷却水比例,削弱热渣急剧冷却效果,炉渣粒度较以前有所增加,水渣粒度基本稳定在0.3 mm 左右,从而减少渣中带水,有效降低水渣渣棉的产生量。

3.2 采用低液位冷水池循环法

降低冷水池液位,使其保持在1.2~1.8 m。调节供水泵和回水泵的频率,让冷水池保持低液位来冲洗底部结渣,每周低液位清洗一次。制定冷水池清洗的操作流程,减少冷水池的结渣。此工艺调整克服了炉顶皮带清洗水回流到热水池的缺陷,避免冲渣水含泥浆量大而造成冷却塔下方的回水管道堵塞,保证冷却塔正常运行。

3.3 优化冲渣系统设备

增加一条回水管至冷水池底部,促进冷水池内部水流回旋,并提高缓冲池水位,降低缓冲池水温,减少渣在冷水池的停留时间,增加热渣冷却空间,促进小粒级热渣冷却,防止红渣粘在一起结渣,避免炉渣在缓冲池底部长期沉积并硬化。增加一座沉淀池,把清洗后的水直接引入沉淀区,在沉淀区进行两次沉淀。一次沉淀后,对绝大部分矿物进行沉淀处理,二次沉淀后,矿物基本处理干净,处理后的水再次流入热水池循环使用,定期清理沉淀池的矿粉物质,确保沉淀效果。改造后,随着进入热水池的矿粉物质大幅减少,热水池表面的悬浮物大幅减少,热水池沉淀物大幅减少,管道结垢现象基本消除。

3.4 优化造渣制度

炼铁即炼渣,因此关注和优化炉渣流动性和稳定性是高炉炼铁的永恒课题。本研究进一步优化炉渣理化性能,通过提高炉渣的二元碱度(CaO/SiO),熔渣黏度进一步下降,改善了其流动性。韶钢高炉渣具有高AlO的特点,容易出现尖晶石(MgO·AlO,熔点2 135 ℃),其在炉渣降温过程中结晶温度高,会形成固体分布于炉渣熔体中,造成炉渣流动性差。研究发现,随着渣中AlO含量的增加,应适当提高炉温,保证高炉稳定运行。韶钢利用该策略逐步优化8 号高炉炉渣成分,进一步改善炉渣的理化性能。

改进后,水渣系统运行能力增强,高炉放干渣次数由原来的12 次减少至4 次;
8 号高炉冲渣系统每月少补充6 000 t 新水;
全年减少清渣5 次,节省了挖掘机挖渣、渣块天车搬运、干渣处理和冲制箱清理等费用;
冷水池清理频率由全年24次减少为半年1次。技术改进为企业带来了实际效益,同时为高炉产能提升创造了有利条件。

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