張志江  劉利芳^²

（1.河鋼集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠；2.河鋼集團(tuán)宣鋼公司設(shè)備能源部）

摘要：宣鋼3#高爐由1260m³先擴(kuò)容為1350 m³，然后又?jǐn)U容為2000 m³。原配套的渣處理系統(tǒng)為水力沖渣、底濾法（OCP）脫水，在兩次擴(kuò)容未作任何改造，仍為原1260m³配套的系統(tǒng)。隨著高爐擴(kuò)容產(chǎn)量的提高，渣處理能夠顯現(xiàn)出不足，主要體現(xiàn)為粒化成品渣淬透性變差，活性降低，為后續(xù)深加工利用帶來非常不利的影響。為了提高粒化渣質(zhì)量，經(jīng)過一系列局部優(yōu)化，取得了非常理想的效果，不但制備了優(yōu)質(zhì)粒化水渣，而且整個水力沖渣系統(tǒng)的整體運行率顯著提升。生產(chǎn)運行率由88.21%提高至97.72%。在生產(chǎn)能力提升的同時，設(shè)備運行率、節(jié)能降耗、維護(hù)檢修、輔助機(jī)具人費用等方面，均有了非常明顯的改善，實現(xiàn)了高效、低耗的經(jīng)濟(jì)運行模式。

關(guān)鍵詞：宣鋼；3#高爐；沖渣；提高；水渣活性

0  前言

宣鋼3#高爐由1260m³經(jīng)兩次擴(kuò)容為2000 m³，但沖渣系統(tǒng)未作相應(yīng)配套改造及大修。2016年3月份高爐中修開爐后，由于擴(kuò)容和爐容利用系數(shù)逐步提高，低品位入爐原料等原因，高爐渣產(chǎn)量大幅度增加。因生產(chǎn)需求，高爐下渣相對集中，渣流量較大，對沖渣系統(tǒng)提出較高的生產(chǎn)要求。為了能夠適應(yīng)擴(kuò)容后新生產(chǎn)模式需要，以原設(shè)計生產(chǎn)配套設(shè)備、設(shè)施為基礎(chǔ)，通過改造性功能恢復(fù)優(yōu)化，以極低的投入，解決了各種生產(chǎn)瓶頸問題，實現(xiàn)了沖渣系統(tǒng)整體配套功能升級，能夠完全滿足高爐生產(chǎn)需要，為高爐穩(wěn)定順行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1  宣鋼3#高爐沖渣生產(chǎn)概述

1.1 宣鋼3#高爐沖渣生產(chǎn)工藝特點

圖1  宣鋼3#高爐水力沖渣生產(chǎn)工藝圖

宣鋼3#高爐1989年年底建成投產(chǎn)，初建爐容1260m³，渣處理采用水力沖渣底濾法（OCP）（見圖1  宣鋼3#高爐水力沖渣生產(chǎn)工藝圖）。沖渣生產(chǎn)共有粒化脫水水儲運三個工序過程。高爐渣經(jīng)撇渣器與鐵水分離后，經(jīng)熔渣溝及渣溝溜嘴落入水力沖渣系統(tǒng)。水力沖渣高壓噴水箱體噴射出的高壓水將高爐熔渣水渣粒化后得到渣水混合物（渣漿），這個工序稱為粒化。渣水混合物具有較好的流動性，經(jīng)水渣輸送槽導(dǎo)入底濾池。底濾池共有三部分組成，上部成品渣，是渣水混合物經(jīng)底濾池過濾后，渣水分離，水經(jīng)卵石過濾層滲入最下部的循環(huán)水池內(nèi)，成品渣滯留在卵石過濾層以上。中間部分卵石過濾層由粒徑2~4mm、4~8mm、8~16mm、16~25mm共四種卵石組成，粒徑大的卵石在底層，依次向上粒徑逐步變小，粒徑最小的卵石在最上層。當(dāng)渣水混合物進(jìn)入底濾池后，水透過卵石的縫隙滲漏到底部的循環(huán)水回水井內(nèi)。下部是循環(huán)水回水井，將渣水混合物通過卵石滲漏分離出的水回收儲存，備沖渣生產(chǎn)循環(huán)使用，這個工序稱為脫水。循環(huán)水回水井內(nèi)的循環(huán)水由回水供水泵輸送到粒化水池內(nèi)，供粒化供水泵輸送到高壓噴水箱體進(jìn)行沖渣生產(chǎn)。沖渣系統(tǒng)共設(shè)有4個底濾池，分別編號為1#、2#、3#和4#，1#、2#為一組對應(yīng)一條支渣溝，一個生產(chǎn)使用，另一個脫水、打撈空后作生產(chǎn)備用。3#、4#過濾池對應(yīng)另一條支渣溝，同樣一用一備。兩條支渣溝同時進(jìn)行生產(chǎn)使用。底濾池內(nèi)的渣水分離，粒化渣存儲到一定程度，倒用備用底濾池，存儲渣的底濾池靜置2小時后，用抓斗吊將粒化渣抓運至堆渣場控水后，裝汽車或者火車車皮外運，稱為儲運。

1.2 宣鋼3#高爐擴(kuò)容后沖渣生產(chǎn)需要改進(jìn)的工藝

經(jīng)過兩次改造性大修，爐容先后擴(kuò)大到1350 m³和2000 m³，渣處理系統(tǒng)并未作相應(yīng)大修及改造。擴(kuò)容至1350 m³后，沖渣生產(chǎn)未發(fā)生明顯變化。擴(kuò)容至2000 m³初期，通過增開沖渣泵的方式，沖渣勉強(qiáng)能夠維持生產(chǎn)。2016年3月份3#高爐中修復(fù)產(chǎn)后，由于擴(kuò)容和爐容利用系數(shù)逐步提高，低品位入爐原料等原因，高爐渣產(chǎn)量大幅度增加，高爐下渣相對集中，渣流量較大，水力沖渣系統(tǒng)逐步暴露出諸多問題。

粒化效果變差，水渣中伴有黑塊渣，粒化渣的活性變差，給深加工綜合利用造成非常被動的局面。高壓噴水箱體周圍經(jīng)常被過于集中的渣溜堵塞。水渣輸送槽頻繁性翻渣翻水，渣水大量溢出渣溝落入廠區(qū)院內(nèi)，造成現(xiàn)場廢水橫流、堆渣嚴(yán)重，現(xiàn)場管理造成很大困難。過濾池過濾效果顯著變差，渣水分離差，循環(huán)水回水井經(jīng)常性回水困難，需要在粒化水池補(bǔ)充大量工業(yè)水，造成循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)水量富余，生產(chǎn)非常被動。沖渣泵電機(jī)經(jīng)常性因過載過電流造成電氣設(shè)備故障甚至是事故。過濾池內(nèi)經(jīng)常性積水無法及時滲漏，抓斗吊被迫從水中打撈水渣，作業(yè)效率極低，成品渣含水量增加，抓斗繩輪及鋼絲繩等腐蝕、磨損加劇，設(shè)備故障率偏高。橋式抓斗吊的軌道梁砼體結(jié)構(gòu)剝蝕嚴(yán)重，表面水泥整體碎化脫落嚴(yán)重，有不同程度的下沉，軌道變形嚴(yán)重，存在嚴(yán)重的啃軌現(xiàn)象。所有這些問題的存在，嚴(yán)重制約著高爐的正常生產(chǎn)，說明目前水力沖渣系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了高爐生產(chǎn)的需要，必須加以優(yōu)化和改進(jìn)。

2  宣鋼3#高爐沖渣生產(chǎn)優(yōu)化提升措施

2.1  優(yōu)化沖渣泵的總出水壓力和總出水流量

宣鋼3#高爐沖渣共有6臺粒化供水泵和6臺回水供水泵。其中，6臺粒化供水泵，采用12SH-13\90kW\1470r/min雙吸離心泵，是粒化的核心設(shè)備，對保證高爐水力沖渣生產(chǎn)高壓噴水箱體的出水壓力和流量起著至關(guān)重要的作用。見表1（宣鋼3#高爐沖渣系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化前后粒化供水泵運行參數(shù)對照表），原設(shè)計6臺泵開2備4，出水總壓力0.15～0.2MPa，出水總流量1200～1800 m³/h。高爐擴(kuò)容后，渣產(chǎn)量及瞬時渣流量均大幅度增加，粒化效果變差，渣水比升高，渣漿流動性變差。因此，熔渣粒化不透，結(jié)黑塊，渣漿流動過程中造成渣水分離，進(jìn)一步導(dǎo)致動能不足，渣溝翻渣翻水。解決的辦法是恢復(fù)正常的渣水比，提高出水總流量和總壓力。粒化供水泵的總流量增加后，相應(yīng)增加回水供水泵的開啟臺數(shù)，由1臺增加到2~3臺，并且根據(jù)生產(chǎn)實際情況隨時進(jìn)行調(diào)整，使總流量達(dá)到與粒化供水泵總流量匹配，循環(huán)水流量匹配問題順利解決。

表1  宣鋼3#高爐沖渣系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化前后粒化供水泵運行參數(shù)對照表

抓住3#高爐沖渣系統(tǒng)設(shè)備、設(shè)備嚴(yán)重老化的特點，水泵、電機(jī)、閥門采取換新結(jié)合檢修的原則，對單臺水泵的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行恢復(fù)，達(dá)到額定要求。對5臺逆止閥進(jìn)行了更換修復(fù)，杜絕逆止閥逆向倒流水降低流量壓力的現(xiàn)象發(fā)生，保證正常總出水流量和總出水壓力，為提升粒化系統(tǒng)的生產(chǎn)能力奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，沖渣生產(chǎn)由開2備4模式轉(zhuǎn)變?yōu)殚_3備3和開4備2模式，沖渣水流量由1800~2000 m³/最高可提升至2200~2600 m³/h，杜絕了因粒化效果差水渣輸送槽內(nèi)爆炸現(xiàn)象發(fā)生，實現(xiàn)了良好粒化效果。

2.2  對水渣輸送槽集中交匯點位的人格化

高爐兩個鐵口共同使用一套底濾（OCP）脫水系統(tǒng)，兩個鐵口對應(yīng)粒化后的水渣輸送渡槽20米后交匯于一點，進(jìn)入公共水渣輸送槽。因交匯處的拐點較大，粒化后的高爐渣沒有完全混合水淬，渣水混合物中的部分高溫紅渣會在拐點處發(fā)生匯聚結(jié)塊，在水中漫速冷卻，完全失去了活性，這部分渣成為廢料，無法深加工利用。為了解決好紅渣二次聚積結(jié)塊問題，對交匯下進(jìn)行優(yōu)化（圖2）。使用水力沖渣交匯式渡槽粒化設(shè)施，利用渡槽（一）和渡槽（二）分別對應(yīng)高爐兩個出鐵口的渣溝，兩渡槽結(jié)構(gòu)相同，寬度均為1.28m，高度均為2.50m，完全能夠滿足增產(chǎn)后完成渣粒化的寬度和高度要求。配合高壓噴水沖制箱在兩個渡槽內(nèi)分別各自完成高爐渣的水淬粒化后，避免形成角度較小的拐點，充分利用平滑弧形過渡的方式，最大程度地降低渣水混合物在拐點處因動力能損失而造成流體速度迅速降低，避免未充分水水淬的紅渣再次聚積成塊，順利地將渣水混合物通過渣水分配樞紐裝置導(dǎo)入公共水渣溝內(nèi)，輸送到脫水、儲運工序完成整個生產(chǎn)過程。

1.渡槽(二)裝配 2. 渡槽(一)裝配 3.渣漿分配樞紐裝配 4.公共水渣溝

圖2  水力沖渣交匯式渡槽粒化設(shè)施

使用與水力沖渣交匯式渡槽粒化設(shè)施配套的套裝襯板（圖3），整體設(shè)計，分段制作的原則，序號1～7分7段制作8塊形狀各異的異型襯板和連體襯板，可以實現(xiàn)支渣溝和公共渣溝三方交匯部位的順利過渡（不再使用閘板堵反流渣），并且實現(xiàn)了與頭尾三處與標(biāo)準(zhǔn)襯板8的整體裝配，實現(xiàn)兩條支渣溝向公共渣溝的平滑過渡，增加整體設(shè)施的耐磨性和耐用性，達(dá)到預(yù)期使用效果。

1.異型襯板 2.連體襯板1 3. 連體襯板2 4. 連體襯板3 5. 連體襯板4

 6. 連體襯板5 7. 連體襯板6 8.標(biāo)準(zhǔn)襯板

圖3  渣溝交匯套裝襯板圖

2.3  對水渣輸送槽的修復(fù)性優(yōu)化

渣水混合物的流速動能達(dá)到一定時，才能夠保證渣與水充分混合為渣漿，渣漿有較好的流動性。如果渣漿流動速度降低到一定程度，比重較高的渣就會與水分離，渣沉降到水底流動速度減慢或者停止流動，水由沉降的渣頂面流動，沉降渣在渣溝內(nèi)渣越積越厚，達(dá)到渣溝的高度時，頂部的渣水會由渣溝頂部翻出渣溝外。部分水翻出后，渣中含水降低，流到性變得更差，惡性循環(huán)，造成渣更加嚴(yán)重的翻渣翻水。解決翻渣翻水的核心工作是提高渣水混合物的流動性。

2017年，對3#爐沖渣主渣溝及支渣溝進(jìn)行改造性大修，基礎(chǔ)寬度主渣溝由1200mm改造為800mm、支渣溝由1000mm改造為600mm（見圖4  宣鋼3#高爐水力沖渣水渣輸送槽修復(fù)性優(yōu)化斷面圖）。優(yōu)化后，渣水混合物在主渣溝內(nèi)的流速由1.1m/s提高到1.6m/s，支渣溝的渣水混合物流速由0.67 m/s提高到1.1m/s，實現(xiàn)水流集中、流速增加，并且將渣漿主流引致支渣溝較長、靠近水渣堆場的3#、4#過濾池，降低了天車打撈作業(yè)時天車的走行距離，提高了抓渣效率50%以上，實現(xiàn)高爐擴(kuò)容渣產(chǎn)量增加后的正常天車打撈作業(yè)效率能夠滿足高爐生產(chǎn)需求。同時，杜絕了渣漿流動過程中的渣水分離造成的渣溝翻渣翻水現(xiàn)象發(fā)生，既保證了高爐正常沖渣生產(chǎn)，又在節(jié)能降低、現(xiàn)場管理方面實現(xiàn)了很大提升，年節(jié)水達(dá)到6萬噸，同時節(jié)約了可觀的清理現(xiàn)場必須的人工、機(jī)具費用和維檢修費用。

圖4  宣鋼3#高爐水力沖渣水渣輸送槽修復(fù)性優(yōu)化斷面圖

2.4  對成品渣打撈操作優(yōu)化

圖3  宣鋼3#高爐水力沖渣打撈成品渣示意圖

對于底濾法（OCP）渣處理脫水工藝，底濾池的過濾能力決定著整個沖渣系統(tǒng)的渣處理能力。隨著渣產(chǎn)量大幅度增加，底濾池的過濾能力明顯不足，主要表現(xiàn)在回水速度變慢，循環(huán)水的循環(huán)速度受到限制，進(jìn)而影響到粒化供水泵的開啟臺數(shù)，制約著整個沖渣系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。因底濾池的設(shè)計建造工藝比較復(fù)雜，占地、配套設(shè)施等原因，沒有優(yōu)化改造的余地。因此，要想提高底濾池的處理能力，只能從操作上下功夫。當(dāng)過濾池內(nèi)脫水分離出的粒化渣達(dá)到一定存儲量時（見圖5  宣鋼3#高爐水力沖渣打撈成品渣示意圖  圖—A），需要用抓斗吊將脫水后的成品粒化渣打撈出去。通過反復(fù)觀察試驗，如果進(jìn)行抓渣作業(yè)，將過濾池內(nèi)的成品渣一抓到底（圖—B），達(dá)到卵石過濾層頂部時，過濾層表面會形成一層質(zhì)地密實、堅硬、透水性極差的板結(jié)層，使過濾層的滲漏性能顯著變差，影響到整個過濾池的脫水能力。通過優(yōu)化操作，打撈渣時在池內(nèi)留有1m渣位，作為輔助過濾層，保護(hù)石子表面的正常縫隙不被破壞（圖—C）。實踐表明，打撈渣時保留一定渣位的操作，對于保持底濾池良好過濾性能非常有效，極大地降低了過濾層松動和更換卵石的檢修頻次，節(jié)約了過濾池過濾性能下降導(dǎo)致的過濾池溢水、渣溝溢水而采取的補(bǔ)充工業(yè)清水的水量消耗，極大地提高了渣處理系統(tǒng)的處理能力，為迅速脫水后循環(huán)水及時能夠補(bǔ)充到粒化泵吸水池內(nèi)，為連續(xù)高效生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件，完成能夠滿足高爐擴(kuò)容提產(chǎn)條件下渣處理能力要求。

結(jié)論

通過四項優(yōu)化措施，宣鋼3#爐沖渣系統(tǒng)徹底解決了粒化效果差的問題，得到了100%淬透性的高質(zhì)量成品粒化渣，為水渣的深加工再利用創(chuàng)造了非常好的原始材料。杜絕了渣溝爆炸、堵渣、翻渣翻水等現(xiàn)象，底濾池脫水能力顯著提升，渣儲運系統(tǒng)處理能力也達(dá)到了新的生產(chǎn)配套要求，粒化、脫水、儲運工序配套優(yōu)化提升效果明顯，完全達(dá)到了高爐擴(kuò)容到2000 m³后的生產(chǎn)配套能力。沖渣系統(tǒng)整體優(yōu)化后，生產(chǎn)能力得到有效提升的基礎(chǔ)上，整個沖渣生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)運行率由88.21%提高至97.72%。而且，整體優(yōu)化后，3#高爐生產(chǎn)補(bǔ)充水全部直接使用廠區(qū)檢驗合格的準(zhǔn)備外排水，理論上將工業(yè)凈化水的使用降到“0”，年節(jié)約工業(yè)凈化水25萬噸。在生產(chǎn)能力提升的同時，設(shè)備運行率、節(jié)能降耗、維護(hù)檢修、輔助機(jī)具人費用等方面，均有了非常明顯的改善，生產(chǎn)成本大幅降低，實現(xiàn)了高效、低耗的經(jīng)濟(jì)運行模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]  劉利芳，論高爐水力沖渣系統(tǒng)必須控制好的幾個工藝要點. 2016第二屆冶金渣處理工藝與綜合利用先進(jìn)技術(shù)成果交流會論文集，2016-4-14：28-32.

[2]  高志永等.論高爐渣處理爆炸原因及解決措施.2013年煉鐵及原料降本增效實用新技術(shù)新設(shè)備研討會論文集，2013-04-16：218.

[3]  張志江.論高爐水力沖渣生產(chǎn)中必須改變的三大誤區(qū).第三屆冶金渣固廢回收高效節(jié)能減排技術(shù)交流會，2018-05: 75-80.