屈海博
（上海梅山工業民用工程設計研究院有限公司， 江蘇 南京 210039）
摘 要：介紹了對寶鋼股份寶山基地 2 號轉底爐金屬化球團熱裝熱送技術。該技術的應用，解決了熱取料、熱料運輸和熱裝料過程中產生的金屬化球團氧化、板結及冒煙等問題，使得熱態金屬化球團可以不需冷卻直接被作為廢鋼原料加入魚雷罐中，對企業節能降碳具有積極的推動作用。
關鍵詞：轉底爐 含鐵塵泥 含鋅沉泥 DR I 金屬化球團 熱裝熱送 魚雷罐
1 寶山基地概況
寶鋼股份寶山基地每年產生各類塵泥約 149.08萬 t，其中，95.3 萬 t 塵泥直接返生產利用，37.35 萬 t含鐵高的塵泥外售作為冶金行業輔原料利用，16.43萬 t 的水處理污泥、轉爐除塵灰等作為副產品供水泥廠用作鐵質矯正原料。
為了全量綜合利用生產過程中產生的粉塵、污泥等，實現“廢物不出廠”，寶山基地于 2020 年初建設完成 2 條冶金含鐵塵泥資源化再生裝置生產線，整個項目投資 6.2 億元，共建設 2 座年處理能力 25 萬 t 的轉底爐，位于石灰焙燒懸浮窯及回轉窯配料系統所在區域，地塊北臨緯四路，南靠緯三路，西臨經三路，東靠石灰區。轉底爐生產線按經濟合理原則，對各種塵泥進行分類處罝，對生產過程中產生的冶金含鐵塵泥進行髙溫脫鋅處罝，生產金屬化球團（DRI）供高爐、轉爐和電爐使用，回收其中的鐵、鋅資源，實現冶金含鐵塵泥的髙效返生產利用，大幅降低固體廢棄物處理過程中的環境影響。
轉底爐還原生產氧化鋅的生產工藝具有產能大、能耗小、原料適應性強等特點，是鋼鐵廠含鐵含鋅塵泥綜合利用主流發展方向，以消納鋼鐵生產過程中的含鐵塵泥為主要目的，針對“高爐怕鋅，煉鋼怕硫”的特點，2 座轉底爐采用不同的配料方案：1 號轉底爐按低鋅、高硫配料，生產低鋅金屬化球團，返煉鐵系統消化。2 號轉底爐按低硫、高鋅配料，生產低硫金屬化球團，返煉鋼系統消化。
轉底爐出爐的 DRI 成品經圓筒冷卻機冷卻 （從1 100 ℃冷卻到約 200 ℃）、篩分后進成品倉貯存，然后通過汽車外運至煉鐵工序干煤棚堆存。2 條轉底生產線成品系統相互獨立。轉底爐設計指標：球團金屬化率≥70％，球團脫鋅率≥85％，球團粉化率≤ 30％，出料速度為 20～22 t/h。
2 現狀及改進需求
目前已有的混鐵車金屬化球團及廢鋼上料、加料車間位于一煉鋼倒渣間旁，廠房長×寬×高 =32.3 m×18.36 m×35 m。在此將 2 號轉底爐產生的部分金屬化球團產品，直接加入到魚雷罐中，用來代替部分廢鋼，每年消化 10.3 萬 t 金屬球團（2 號轉底爐年產金屬化球團 15.3 萬 t，其中 5 萬 t 返電爐）。
將干煤棚堆存的冷態金屬化球團由汽車運至加料車間受料倉后，由膠帶機運至高位料倉，經過烘烤斗加熱烘烤后加入魚雷罐中。
目前轉底爐產生的金屬化球團經圓筒冷卻機冷卻后運至加料車加熱烘烤后加料，在這個過程中需要消耗大量能源，同時冷態加料影響鐵水溫降，造成資源浪費。
采用轉底爐直接出料不經過冷卻的熱裝熱送技術，用保溫罐將熱態金屬化球團運至加料車間進行熱態加料，可以縮短生產流程，提高工作效率，并且降低能耗，節約能源。
熱裝熱送需要解決熱取料、熱料運輸和熱裝料過程中產生的金屬化球團氧化、板結及冒煙等問題。
3 解決方案
3.1 熱取料
原設計未考慮旁路成品出料，轉底爐下部空間小，對爐下裝料設備和運輸設備產生極大限制，爐下可利用空間長×寬×高 =5.7 m×3.4 m×4 m，擬采用2.5 m3 容積耐熱保溫料罐來裝料，料罐設計成底開式出料的方式，高為 2.2 m，直徑為 2.2 m，上部進料口設置電動閥門密封。
將轉底爐出料溜管第三段更換為人字形三通溜管，溜管口徑為 600 mm×600 mm，耐火材料厚度為150 mm，溜管上設置 3 臺水冷插板閥，2 臺位于溜管分岔口用于出料切換，1 臺位于旁路溜管出料口用于卸料，同時在溜管出料口增加氮氣保護，防止取料時金屬化球團被氧化。
3.2 熱料運輸
為將裝滿料的料罐運出轉底爐平臺至吊裝區域并運輸空罐到出料口下，新增 1 臺取料電動平板車。取料平板車尺寸長×寬×高 =2.75 m×2.2 m×0.48 m，軌距為 2 m。由于受空間限制，軌道設置成 U 型，彎角處垂直布置，平板車設置 2 組共 8 個輪子，2 組輪子可以進行切換垂直運行。
從轉底爐區域運輸至金屬化球團加料車間距離約 1.8 km，新增 3 輛 20 t 平板汽車（在線 2 輛、備用 1輛）用來運輸料罐，平板汽車上配置有充氮裝置，用于運輸過程中向料罐補充氮氣防止金屬化球團氧化。
利用現有轉底爐檢修區域 25 t 起重機，進行料罐裝卸車作業。
3.3 熱裝料
熱裝料在一煉鋼倒渣間內進行，利用倒渣間內50 t 起重機，進行料罐裝卸車作業。
在倒渣間廠房 2～3 柱間增加加料平臺，平臺長×寬×高 =15 m×8 m×6.5 m，平臺位于魚雷罐上方，平臺上設置加料電動平板車，將料罐從倒渣間的準備間送至魚雷罐通行跨。
加料平板車尺寸長×寬×高 =2.75 m×2.2 m×0.48 m，軌距為 2 m，平板車上設置料罐頂升裝置，用于頂起料罐罐體，打開料罐下部的出料口。
加料平臺下部魚雷罐罐口上方設置伸縮溜管，伸縮溜管伸縮長度為 1 m，伸縮溜管用來減少金屬化球團和空氣接觸面積，避免金屬化球團氧化，同時可以減少向魚雷罐加料產生的揚塵，伸縮溜管通過卷揚機來控制。
為控制加料過程中產生的煙塵，在加料平臺下部設置開口為 5.5 m×5.5 m，深為 2 m 的捕集罩，接入現有倒渣間除塵系統，捕集到的煙塵經除塵器處理后，可達到國家相關排放要求。
3.4 工藝流程
空罐由平板車運至轉底爐出料溜管下方時打開罐口閥門，然后關閉三通溜管至冷卻筒閥門，同時打開料罐閥門，金屬化球團裝入料罐中。待料罐裝滿后關閉溜管上料罐閥門，并打開冷卻筒閥門，金屬化球團進冷卻筒處理。料罐上閥門關閉，等待運輸。
利用轉底爐下設置的取料平板車將轉滿金屬化球團的料罐輸送至轉底爐平臺外檢修區域，然后用轉底爐配套的 25 t 起重機將裝滿料的料罐吊運專用的20 t 平板汽車上，再將空罐吊運到取料平板車上。平板汽車（每車裝 2 罐）將裝滿料的料罐運至倒渣間廠房，運輸距離約 1.8 km，利用倒渣間內 50 t 起重機將料罐卸至地面放置，并將空罐裝入平板汽車，由平板汽車運回轉底爐。
利用倒渣間內 50 t 起重機將裝滿料的料罐吊運 至加料平臺的加料平板車上，平板車從準備跨駛入加料跨，當魚雷罐駛入倒渣間并停到加料平臺下部時，伸縮溜管降下并打開除塵罩閥門，加料平板車上的頂升裝置將料罐頂起，金屬化球團從料罐底部通過伸縮溜管裝入魚雷罐，料放完后頂升裝置降下，加料平板車將空罐運至準備跨，由起重機更換為裝滿料的料罐后再次駛入加料跨重復加料過程，待魚雷罐加滿 2 罐后（約 8.5 t）提升伸縮溜管，關閉除塵罩閥門，魚雷罐駛至加蓋位，由懸臂起重機將一次性保溫蓋吊運至魚雷罐口，加蓋后的魚雷罐駛出倒渣間進入后續流程。具體工藝流程如圖 1 所示。
4 熱裝和冷裝比較
4.1 改造后主要技術指標
年加料處理鐵水罐數為 12 167 罐；加料作業周期為 19 min；取料溫度為 950～1 000 ℃；加料溫度為900 ℃；平均每罐金屬化球團加入量為 8.5 t；金屬化球團用量為 30.7 kg/t。
4.2 能耗比較
本項目新增設備裝機容量為 40 kW，年耗電量20.29×104 kW·h，N2 年消耗量為 237.6×104 m3 ，年新增能耗折標煤總計為 169.49 t。與現有冷態加料設施相比較，由于需要將金屬化球團再次加熱，每年煤氣消耗量為 2 369 t 標煤，加上其他能耗，年總計消耗折標煤量約 2 700 t。本項目每年可節省能耗 2 500 t 標煤，具有十分顯著的經濟效益。
5 結語
本項目目前只解決了向魚雷罐加料的熱裝熱送問題，向電爐內加入熱態金屬化球團的問題尚未解決，轉底爐冷卻筒及后續成品運輸倉儲設施在熱取料時還需連續運轉，消耗不必要的能源。待解決電爐加料問題后，可以拆除冷卻筒，在現有冷卻筒位置建設新的熱取料設備。因有足夠的空間，料罐容積可以增加到 5 m3 ，魚雷罐加料可以做到一圖 1 金屬化球團熱裝熱送工藝流程圖料灌滿圓筒冷卻機 成品庫轉底爐取料平板車料罐滿25 t 起重機平板汽車50 t 起重機料罐空加料平板車魚雷罐 至加蓋位加蓋罐對一罐。
在解決金屬化球團運輸過程中的氧化和板結問題后，進行熱裝熱送，經濟效益十分顯著，同時，對企業節能降碳具有積極的推動作用。