高爐熔渣顯熱干式直接回收工藝分析

高文濤

（新興鑄管股份有限公司動控部，河北 邯鄲 056300）

高爐每生產1噸鐵水約產生 300kg～350kg的高爐熔渣，剛排出的高爐熔渣溫度在1500℃左右。經分析測算，每噸熔渣能夠發電150度左右，電費收入約為75元/噸。以2016 年的7億噸生鐵產量計算，高爐熔渣共計約3億噸，若能夠將熔渣熱量有效回收發電，每年將可直接產生約合225億元的經濟效益。因此，高爐熔渣極有回收價值[1]。

1 高爐熔渣冷卻及余熱回收的現狀

高爐熔渣顯熱有效回收利用，是鋼鐵行業至今未攻克的世界性難題。目前，在鋼鐵企業中高爐熔渣均用水冷卻處理，經水淬處理后的成品渣用于水泥的基料。目前對熔渣處理技術，其缺點是高爐熔渣的余熱全部浪費，同時浪費大量水資源。水淬時所產生的有害蒸汽對大氣、水和土壤造成嚴重污染，工作環境惡劣。近五十年來以來，我國及國外眾多鋼鐵科技工作者提出了很多干法利用方法，例如：冷卻轉鼓法、熔渣薄片狀固化余熱回收工藝、熔渣平板狀固化余熱回收工藝、熔渣造粒余熱回收工藝、熔渣粒化余熱回收工藝等。但均未成功實施到生產中。

2 高爐熔渣顯熱二步法干式直接回收技術簡介

利用特種熔漿余熱鍋爐進行顯熱回收，熔渣換熱固化裝置由多個換熱單元組成，換熱單元均布在圓環形的固定支架上。換熱單元由熔渣換熱腔和其下方設置的熔渣檔板構成，熔渣換熱腔為由熔渣換熱板包圍組成的扁平的深槽狀的空腔，具有較大平滑的內表壁冷卻面積。熔渣換熱板為由通水的換熱管和澆鑄在換熱管之間的鑄鋼或鑄鋁構成，熔渣換熱固化裝置的上方安裝頂渣器。

熔渣換熱固化裝置的上方安裝回轉注料的熔渣進料系統：主要由回轉過渡倉、回轉渣道及熔渣注料口組成，并配置驅動器。工作時，驅動器帶動熔渣注料口及頂渣器水平回轉，高爐熔渣通過熔渣注料口依次流入到各個熔渣換熱腔內，與熔渣換熱板內埋設換熱管中的循環水換熱，被快速冷卻凝固，形成玻璃體超過95%的固體渣板。頂渣器將前方的熔渣換熱腔中的固體渣板頂出送入下一工序，此時渣板溫度為700℃左右，再向空的熔渣換熱腔中注入新的熔渣，生產循環進行。將700℃左右的渣板送入高溫破碎機破碎成3mm～50mm的渣粒，再通過輸送裝置將渣粒送入固體余熱鍋爐，將700℃左右的熱渣粒冷卻到120℃左右，用水回收渣粒的顯熱。渣粒直接落入固體余熱鍋爐。

3 余熱回收利用的二種主要方式

第一種：各熔渣換熱腔的換熱管并聯，組成一個整體的蒸發器，蒸發器內的循環水吸收熔渣的熱量后產生的汽水混和物進入汽包；生產飽和蒸氣。

第二種：各熔渣換熱腔分為二組或多組，每組中的換熱管并聯后與汽包連接構成余熱鍋爐的省煤器、蒸發器、過熱器。或者單個熔渣換熱腔的換熱管為二組或多組，每組中的換熱管并聯后與汽包連接構成余熱鍋爐省煤器、蒸發器、過熱器，直接生產過熱蒸汽。

4 試驗簡介、結果分析

（1）試驗簡介。熔渣換熱固化裝置為旋轉圓盤結構，圓盤上安裝8個圓柱形換熱單元，換熱單元由效大的圓柱形承壓外殼和其內安裝的多根錐管型熔渣換熱管構成，熔渣換熱管的外壁與承壓外殼之間的夾層構成循環冷卻水室；平臺每次旋轉1/8圈，再停頓一段時間，在這段時間內完成一個換熱單元的進渣和另一個換熱單元的出渣；高爐熔渣注入熔渣換熱管內，與循環冷卻水室內的循環水換熱；打開熔渣檔板，冷卻后的渣塊利用自身重力及頂渣器頂力脫離熔渣換熱管。2016年，以1350℃左右液態磷渣為實驗對象，采用上述裝備完成了實驗，設計裝備生產能力為10噸/小時，設備運行正常，進出渣順利，所產蒸汽沒有計量，對空排放。熔渣固化后的成品渣玻璃化率超過95%。

（2）試驗結果分析。①成品渣的活性分析。把水淬成品渣和顯熱直接回收的成品渣分別磨成細粉，各按1∶1和425水泥進行配比，再加3倍的沙子分別做了水淬渣試塊、顯熱直接回收渣試塊、水泥標準試塊，三種試塊養護28天，再做強度試驗，試驗結果如下：顯熱直接回收渣試塊的抗壓強度為22.4Mpa、水淬渣試塊為11.5 Mpa、水泥標準試塊為20.0 Mpa。可以看出，顯熱直接回收渣的試塊強度遠大于水淬渣試塊的強度，也大于水泥標準試塊的強度，顯熱直接回收渣比水淬渣活性好，顯熱直接回收的成品渣完全可以代替水泥孰料。所以得出結論：熔渣固化后玻璃體超過95%。分析原因：是由于熔渣在干燥狀態下急冷，未與水接觸，從而保留了其效高的活性。其活性超過水淬渣更超過脫碳礦渣，是一種比水淬渣及脫碳礦渣更好的用于生產高標號或超高標號水泥及高標號混凝土的材料，其經濟價值應當大大超過水淬渣及脫碳礦渣。②熔渣能快速冷卻的原因分析。根據換熱公式：Q=λ×△丅×S；其中λ為導熱系數，△丅為溫差，S為換熱面積；△丅是由熔渣自身決定的；本裝備采用眾多的扁平狀深槽形的熔渣換熱腔結構，有巨大的換熱面積；與水直接換熱，有效大的導熱系數。本高爐熔渣余熱回收工藝，實際上就是解決了換熱面積的問題，一個因熔渣在高溫下為液態、冷卻后為固態而帶來的進出渣難題。

5 經濟效益分析測算

5000噸/天高爐，每天產熔渣1550噸，每小時產熔渣為65噸左右，年工作8760h，年產渣57萬噸，每噸熔渣產15kg飽和蒸汽0.79噸飽和蒸汽0.79噸，每噸飽和蒸汽發電135度，年產飽和蒸汽45萬噸，每噸15kg 把飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，年可多發電約為4000萬度左右，增加產值約500萬元。通過核算可以分析出，高爐熔渣余熱若得到有效回收，經濟效益增收明顯。

6 高爐熔渣顯熱干式直接回收工藝的其他優點

全系統無風機，無塵，無外排蒸汽，無污水排放，徹底“消白”，節水環保。熔渣通過熔渣換熱板與循環水直接換熱，只有一次熱交換，余熱回收率在80%～95%之間，顯熱回收效果較好，是其他方案無法比的。生產的蒸汽品質高：因有1000℃以上的熱源，能生產高溫高壓過熱蒸氣。回收系統占地面積較小，與其它方案比較省掉了氣體余熱鍋爐。

7 結語

本文提出的高爐熔渣顯熱干式直接回收工藝順利實施，可產生可觀的經濟效益，該項目可廣泛應用于鋼鐵企業的高爐熔渣余熱回收方面，是鋼鐵企業高爐熔渣顯熱有效回收利用領域深層次研究的重要課題。