高爐渣處理工藝的比較

魏翠萍

（中鋼集團工程設(shè)計研究院有限公司，北京 100089）

高爐熔渣的處理方法主要分為出干渣和水淬渣。由于干渣處理時，對于環(huán)境污染較為嚴重，且資源利用率低，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。一般只在事故處理時，設(shè)置干渣坑或渣罐出渣。目前，高爐熔渣處理主要采用水淬渣，水渣可以作為水泥原料，或用于制造渣磚、輕質(zhì)混凝土砌塊，讓高爐渣得到二次利用。目前，高爐渣處理工藝較多，每種工藝都會有它的優(yōu)點和不足，本文著重在占地、投資、維護費用、水渣質(zhì)量（玻璃體含量）、循環(huán)水質(zhì)量（含細渣粒程度）、現(xiàn)場環(huán)境（散發(fā)蒸汽）等六個方面進行相對比較，供鋼鐵廠新建或大修高爐時參考。

1 高爐渣概述

高爐渣作為工業(yè)固體廢棄物，如果處理不當(dāng)就會污染自然環(huán)境。它是高爐冶煉過程中，由于礦石中含有的脈石、燃料中的灰分以及其他溶劑未揮發(fā)的部分組成的固體廢棄物。其主要成分包括鈣、鋁、硅、鎂的氧化物以及少量硫化物，成分相對復(fù)雜。

高爐渣在冶煉過程中是無法避免的，只能通過后期處理才能夠有效緩解高爐渣污染問題。高爐渣可以用作基建材料，例如機場以及市政公路地基工程的填料使用；也可作為功能材料如混凝土骨料、鐵路道渣，因此高爐渣的再利用成為了研究熱點。

高爐渣的處理機理可以概括為兩種，分別是干渣處理和水渣處理。所謂水渣處理，是利用冶煉爐利用高壓噴水設(shè)備在水壓力作用下將爐渣轉(zhuǎn)為水渣，然后通過過濾措施，實現(xiàn)水渣分離，沖渣水循環(huán)使用，成品水渣可作水泥原料、混凝土骨料等。相較于干渣，水渣優(yōu)勢比較突出，渣粒度均勻尺寸較小，更容易粉碎。同時自動化程度較高，生產(chǎn)效率高，作業(yè)地點較為集中，所以企業(yè)多為水渣處理。

2 高爐渣常用處理工藝

高爐渣的處理工藝較多，目前應(yīng)用較為廣泛地主要有平流沉淀池法、底濾法、INBA法、圖拉法(嘉恒法)、新RASA法（明特法）、大轉(zhuǎn)盤法以及小過濾池法。不同的處理方法，需要采用不同的設(shè)備，投入不同的人力物力，因此在選擇時，企業(yè)需要根據(jù)高爐渣的元素含量，選用不同的處理方法。

2.1 平流沉淀池法

圖1 平流法工藝流程

（1）工藝簡介：高溫熔渣由粒化噴頭水淬后由沖渣溝流入沉淀池，經(jīng)設(shè)置的多個沉淀池分級沉淀后由抓斗吊車將水渣撈至渣場瀝水后外運，沖渣水由泵房循環(huán)供至?；瘒婎^，水淬產(chǎn)生的蒸汽由設(shè)置在沖渣溝上的煙囪排空。

（2）主要建筑設(shè)施：沉淀池、沖渣溝、排氣煙囪、沖渣泵房。（3）主要設(shè)備：抓斗吊、渣漿泵及相關(guān)輔助設(shè)施。

（4）工藝特點：占地較多，投資較省，維修費用很低，水渣質(zhì)量較好，循環(huán)水質(zhì)量較差，現(xiàn)場環(huán)境一般。

（5）設(shè)計應(yīng)用：萊蕪鋼鐵股份煉鐵廠老高爐、徐州東南鋼鐵高爐等采用此種渣處理方法。

2.2 底濾法

（1）工藝簡介：熔渣由粒化器水淬后，經(jīng)沖渣溝進入過濾池。過濾池底部鋪有不同粒徑組成的鵝卵石過濾層，水通過過濾層進入池底，渣留在濾層上面。當(dāng)一個過濾池經(jīng)幾次沖渣后轉(zhuǎn)入抓渣作業(yè)，另一個過濾池進入沖渣作業(yè)。過濾池定期進行反沖洗，把過濾層內(nèi)的殘留物反向清入過濾池中。沖渣水循環(huán)使用。環(huán)保底濾法水渣將安全、節(jié)能、環(huán)保的粒化塔熔渣?；O(shè)施與實用、經(jīng)濟、高效的過濾池過濾設(shè)施相結(jié)合，形成了環(huán)保底濾法水渣工藝。環(huán)保底濾法中水沖渣工藝系統(tǒng)主要包括熔渣?；O(shè)施采用?；に囕^沖渣溝工藝系統(tǒng)，相較于沖渣循環(huán)水量減小，節(jié)省系統(tǒng)運營成本～30%。且?；に嚾墼；诜忾]的?；?nèi)進行，系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽能夠集中高空排放，為爐前清潔生產(chǎn)提供保障。環(huán)保底濾法在渣水分離設(shè)施采用過濾池進行渣水分離工藝，過濾后的水中懸浮物含量遠小于采用機械分離方式進行渣水分離工藝，此工藝不用考慮系統(tǒng)中水泵、閥門、管道的耐磨特性，大大節(jié)省了水沖渣系統(tǒng)的建安投資和生產(chǎn)運營成本。同時為了實現(xiàn)抓渣作業(yè)的高效、自動化作業(yè)，對抓斗起重機抓渣作業(yè)的工作過程進行跟蹤分析，為解決傳統(tǒng)作業(yè)方式的弊端，開發(fā)了自動抓渣系統(tǒng)。

（2）主要建設(shè)設(shè)施：底慮池、沖渣溝、排氣煙囪、沖渣泵房。

（3）主要設(shè)備：抓斗吊、渣漿泵及相關(guān)輔助設(shè)施。

圖2 底濾法工藝流程

（4）工藝特點：占地較多，投資較省，維修費用很低，水渣質(zhì)量較好，循環(huán)水質(zhì)量好，現(xiàn)場環(huán)境一般。環(huán)保底濾法水渣在環(huán)保節(jié)能方面采取如下措施：首先采用冷水沖渣，減小蒸汽發(fā)生量；其次通過熔渣?；诹；?nèi)設(shè)置內(nèi)罩、過濾池上方設(shè)置集汽罩、蒸汽煙囪高空排放等系列措施集成，最終實現(xiàn)蒸汽的有組織排放；然后對蒸汽進行噴淋冷卻，減小蒸汽排放量、降低系統(tǒng)水消耗量；最后利用沖渣水余熱進行換熱、冬季采暖，回收利用部分熱量。

（5）設(shè)計應(yīng)用：唐山東華1580m3高爐及湖北金盛蘭1080m3高爐等采用此種渣處理方式。

2.3 INBA法

（1）工藝簡介：高溫熔渣在粒化塔內(nèi)由?；瘒婎^水淬后先沉入塔內(nèi)的沉渣池，其渣水混合物再經(jīng)短渣溝及渣水分配槽進入轉(zhuǎn)鼓脫水器進行渣水分離，成品渣落到尾部插入轉(zhuǎn)筒脫水器內(nèi)的皮帶機上，然后轉(zhuǎn)運到水渣倉或堆渣場，水則透過篩網(wǎng)流入水槽中溢流至轉(zhuǎn)鼓下方的水池，回水沉淀后被泵打到各用水點循環(huán)使用，細渣定期通過抓斗清理。

（2）主要設(shè)施：粒化塔、沖渣管道、沉淀池、轉(zhuǎn)鼓平臺。

（3）主要設(shè)備：脫水轉(zhuǎn)鼓、渣漿泵、輸渣皮帶及相關(guān)輔助設(shè)施。

（4）工藝特點(熱INBA)：占地較少，投資較高，維修費用較高，系統(tǒng)布置緊湊，自動化程度較高，水渣質(zhì)量一般，循環(huán)水質(zhì)量較差，現(xiàn)場環(huán)境良好。

（5）設(shè)計應(yīng)用：萊蕪鋼鐵型鋼3#高爐及東阿金華鋼廠高爐采用此種渣處理方式。

2.4 圖拉法(嘉恒法)

（1）工藝簡介：高爐熔渣經(jīng)?；啌舸蚣傲；瘒婎^噴水雙重作用下水淬，渣水混合物經(jīng)沖渣溝進入脫水器篩斗中，通過篩斗的篩網(wǎng)實現(xiàn)渣水分離，水渣留在篩斗中隨著脫水器旋轉(zhuǎn)達到頂部時翻落進受料斗，再通過受料斗下面溜槽落到輸渣皮帶機上。水則透過篩網(wǎng)流入回水槽返回沉淀池，經(jīng)沉淀后循環(huán)使用。

（2）主要設(shè)施：?；?、沖渣管道、沉淀池、轉(zhuǎn)鼓平臺。

（3）主要設(shè)備：轉(zhuǎn)鼓、渣漿泵、皮帶機。

圖3 INBA法工藝流程圖

圖4 嘉恒法工藝流程圖

圖5 新RASA法工藝流程圖

圖6 大轉(zhuǎn)盤法工藝流程圖

（4）工藝特點：圖拉法包括爐渣?；?、冷卻；水渣脫水；水渣輸送與外運；沖渣水循環(huán)。系統(tǒng)安全性高，因為熔渣中的鐵首先被粒化，解決了爆炸的安全隱患；整個流程處于分析狀態(tài)，環(huán)保效果好；循環(huán)水量小，動力能耗低。同時成品渣含水率低，質(zhì)量較好。

（5）設(shè)計應(yīng)用：萊蕪鋼鐵型鋼3#高爐及東阿金華鋼廠高爐采用此種渣處理方式。

2.5 新RASA法 （明特法）

（1）工藝簡介：熔渣經(jīng)?；鳑_渣后進入一個斜坡小存渣池，用插入池內(nèi)的絞龍取渣，經(jīng)皮帶機運至堆渣場，小存渣池內(nèi)的水溢流進入一個沉渣池。水經(jīng)過一個帶濾網(wǎng)的轉(zhuǎn)鼓過濾后重復(fù)使用，池內(nèi)的沉渣用吊車進行清理。

（2）主要設(shè)施：存渣池、沉淀池、沖渣管道、水泵房。

（3）主要設(shè)備：絞龍、過濾轉(zhuǎn)鼓、抓斗吊車、渣漿泵。

（4）工藝特點：該方法優(yōu)點在于工藝布置靈活，爐渣?；浞郑善吩实?，質(zhì)量好，沖渣時產(chǎn)生大量的有害氣體經(jīng)過處理后排除，減少對于空氣的污染；缺點在于設(shè)備較為復(fù)雜，耗電量大，渣泵及運輸管道容易磨損，因此目前改法處理較少應(yīng)用。

2.6 大轉(zhuǎn)盤法

（1）工藝簡介：熔渣流入粒化槽?；?，用壓縮空氣泵（耗氣量300m3/min），將渣水一起提升后進入環(huán)形大轉(zhuǎn)盤進行脫水。脫水轉(zhuǎn)盤分成十多格，每格底部鋪有鋼絲網(wǎng)帶有底開門。轉(zhuǎn)盤慢速旋轉(zhuǎn)，連續(xù)接渣，每格接渣后在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)接近一圈時打開底門，脫水后的水渣落在解了皮帶機上，經(jīng)轉(zhuǎn)運到一條高架懸臂皮帶機上，?；短炻涞囟殉梢粋€圓錐形料堆。隨時用鏟車裝上汽車外運。從脫水轉(zhuǎn)盤濾出的沖渣水被收集過濾后循環(huán)使用。

（2）主要設(shè)施：?；邸摻Y(jié)構(gòu)臺架、煙囪、水泵房、空壓機房。

（3）主要設(shè)備：脫水轉(zhuǎn)盤、抓斗吊車、檢修吊車、皮帶機、空壓機。

（4）工藝特點：該工藝技術(shù)成熟、可靠，并具有安全、環(huán)保、高效、節(jié)能和占地面積小等特點，作業(yè)率高，可不設(shè)干渣坑；成品渣含水率低，適于遠距離輸送；設(shè)備故障少，壽命長；該裝置全封閉運轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)污水零排放，節(jié)能環(huán)保，很好地適應(yīng)了現(xiàn)代大型高爐的生產(chǎn)需要。

（5）設(shè)計應(yīng)用：天津三軋廠

2.7 小過濾池法

（1）工藝簡介：熔渣由?；魉愫螅?jīng)沖渣溝流入存渣池，存渣池末端帶有混凝土擋渣板（上面高出水面底面到池底留有通廊）。其功能是擋住浮渣。帶有半懸半浮的沖渣水，能從擋板底部流出后，經(jīng)過分配槽進入兩邊對稱的幾個小過濾池（小過濾池的大小和數(shù)量由設(shè)計人確定），小過濾池結(jié)構(gòu)與底濾法相同，過濾池入口設(shè)閥，當(dāng)需要反沖洗或檢修時，可關(guān)閉入口閥。從小過濾池反沖洗出來的臟水從渣池兩側(cè)的溝自流到存渣池端頭，臟水經(jīng)存渣過濾，不需要有二次過濾設(shè)施。該工藝的特點是過濾后的循環(huán)水特別干凈，不存在磨損泵和管道問題，可以使用清水泵，維修費用極低。

（2）主要設(shè)施：沖渣溝、存渣池、過濾池、水泵房。

（3）主要設(shè)備：抓斗吊車、水泵。

（4）工藝特點：占地較大，投資較低、維修費用最低、水渣質(zhì)量較好，循環(huán)水質(zhì)量最好，現(xiàn)場環(huán)境一般。

（5）設(shè)計應(yīng)用：河北涉縣天津鐵廠。

3 結(jié)語

高爐渣作為冶煉產(chǎn)業(yè)鏈條中的固體廢棄物，如果不能處理妥當(dāng)，就會危害自然環(huán)境，破壞生態(tài)系統(tǒng)，因此做好高爐渣處理極為重要。每種渣處理工藝都有它的優(yōu)點和不足，選擇哪種渣處理工藝，還要結(jié)合項目自身的條件，選擇最適合項目的工藝。