嘉恒法渣處理工藝的實踐與改進

陳清華，劉永剛

（河鋼集團邯鋼公司煉鐵部，河北 邯鄲 056003）

高爐爐渣是高爐煉鐵的主要副產品之一，高爐爐渣處理方法主要分為干渣和水渣兩種。水渣處理法被廣泛應用于礦渣水泥、礦渣磚和混凝土制品、隔熱填料以及礦渣微粉等的生產，具有較高的經濟價值，實現了資源的合理利用，因此水渣生產已經成為高爐爐渣處理的主要方式。目前，國內大型高爐爐渣處理多采用INBA 法、嘉恒法、底濾法、明特法等。河鋼集團邯鋼公司（全文簡稱“邯鋼”）東區煉鐵部現有3 200 m3高爐（8 號）1 座，采用的是嘉恒法；2 000 m3高爐（5號、7 號）2 座，采用的是底濾法[1]。西區煉鐵廠有3 200 m3高爐2 座，采用的是INBA 法。嘉恒法爐渣?；b置由唐山市嘉恒實業有限公司開發設計制造，于2009年7 月隨高爐投產使用。由于8 號高爐渣溝較短，無?；彌_塔，導致設備磨損腐蝕嚴重、維護工作量大、管道積渣、沖渣水量小、事故頻發等問題，通過生產實踐，對沖制箱、脫水器、上塔管道等設備及操作工藝進行一系列優化改進，提高了設備使用壽命，降低了生產事故率，大幅減少維護工作量，保障了高爐的正常生產。

1 嘉恒法渣處理工藝簡介

嘉恒法渣處理工藝流程示意圖如圖1 所示。

圖1 嘉恒法渣處理工藝流程

8 號高爐設4 個鐵口，2 個鐵口合用一套渣處理系統，本座高爐設南場、北場兩套渣處理系統。高爐出鐵時的熔渣經熔渣溝被沖制箱內?；^面板噴出的高壓水快速擊碎、冷卻和?；纬深w粒狀水渣。隨后，渣水混合物通過水渣溝流入脫水器的分配器；再經緩沖槽流入脫水器轉鼓篩斗實現渣水分離，成品?；粼诤Y斗中，水則透過篩網流入回水槽進入循環池。隨著脫水器的旋轉，篩斗中的爐渣慢慢上升，達到頂部時翻落下來進入受料斗，而后通過受料斗溜槽落到膠帶輸送機上運往渣場。在脫水過程中產生的高溫蒸汽通過集汽裝置引入煙囪，進行高溫排放。脫水器濾出的水流至沉淀池沉淀余渣，余渣通過天車抓斗抓到渣斗后落入膠帶機輸送到渣場；沉淀池上部的清水溢流入熱水池，由渣漿泵抽至沖制箱，可重新作為沖渣水循環使用，實現了大高爐的降耗、環保。

2 在生產實踐中存在的問題

由于8 號高爐渣溝較短，北場渣溝長度為13 m，南場渣溝長度為39 m，均無?；彌_塔，高壓水渣經渣溝直接流入脫水器，造成設備磨損嚴重，北場沖渣設備沖刷磨損尤為嚴重。生產中存在的問題導致渣處理設備使用壽命短、維護工作量大、檢修周期短、備輔料及施工費用高、環境污染等，嚴重制約高爐正常生產。主要表現在以下幾個方面：

1）由于沉淀池較小，沉淀池中部分含渣的水溢流到熱水池中，部分水渣在熱水池中沉淀；由于抓斗無法抓取，水渣板結，造成上塔管道入口局部堵塞，影響上塔進水流量；含渣的水再由上塔泵抽到沖渣泵房上部的冷水井中，上塔管道出口彎頭和冷卻噴淋管道會局部堵塞，到后期基本無法噴淋，這樣進入冷水井中的水較少，沖渣流量小，熔渣無法充分水淬，渣中含有大渣塊、紅渣；在出鐵后期渣量較大時，部分水渣在渣溝襯板底部沉積，沖渣效果差，易引發放炮事故，嚴重影響高爐的正常生產。

2）沖渣水中含渣量大，沖制箱及粒化孔板磨損嚴重，經常出現箱體漏水現象，?；蹇椎滥ゴ?，造成沖渣水壓力低，出鐵后期沖渣噴濺厲害，影響環保運行。

3）渣溝末端的脫水器、分配器易沖刷磨漏，水渣順著脫水器托圈流到托輪上，易損壞軸承，造成托輪停轉，電機電流大幅升高，影響電機正常運行，甚至造成脫水器停機的生產事故；更換托輪操作一般是在出鐵倒場工藝間歇時間內進行，檢修時間短，一旦檢修不順利，則會造成出鐵延時或鐵口連出，影響爐況順行。

4）脫水器主要存在的問題是篩網易堵塞、濾水效果差、皮帶帶水量大、皮帶跑偏，威脅著皮帶機的安全運行。水渣外溢到地面，增加了工人清理工作量，也不利于環境保護；脫水器內篩板框架和支撐梁沖刷磨損嚴重，篩板固定螺栓易松弛，運行雜音大，嚴重時引發篩板脫落事故；脫水器銷軸及齒輪磨損嚴重；轉鼓跑偏、減速機振動大、電流波動大；齒式聯軸器易損壞，使用壽命短，生產維護工作量巨大，影響生產順行。

3 嘉恒法渣處理的改進措施

針對生產實踐中存在的問題，于2017 年3 月進行高爐中修，對脫水器進行整體更換，對渣溝、沖渣泵房等渣處理設備進行了改進[2]。此外，近幾年邯鋼一直對制約生產的環節進行持續優化，重點從設備耐磨性、結構優化、工藝操作以及檢修組織方面進行攻關，具體改進措施如下：

1）每次利用高爐休風機會，清理熱水池及上塔管道入口處板結物。先把熱水池的水抽干，再利用吊車把鉤機吊到熱水池內作業，鉤機摳下來的板結物用簸箕吊到地面，南北場每次清理板結物約600 t，工作量大，成本高。而且上塔入口處屬于受限空間，大型機械無法作業，只能通過人工用風鎬清理。由于受檢修時間限制，無法徹底清理干凈，造成上塔能力不足，嚴重制約高爐強化生產，并不能從根本上解決問題。因此，在生產實踐中不斷嘗試，將氧氣管插到熱水池上塔管道入口處，連接壓縮空氣反吹進行試驗，效果較好，沖渣水量由2 450 m3/h 提高到2 700 m3/h，熱水池檢修周期由原來的不到3 個月延長到1 年以上，大大減少了檢修費用，降低了工人勞動強度，保證了高爐沖渣生產順行。

2）改進沖制箱及?；装?。沖制箱原設計厚度為10 mm，材質為Q355B，由于沖渣水中含渣量較多，沖制箱使用時間短，本體磨損嚴重?，F結合實際，在沖制箱內壁四周鑲嵌8 mm 厚的耐磨堆焊襯板，并與本體滿焊，這樣既延長了使用壽命，又解決了空間狹小、檢修困難的問題。原?；装迨枪潭ù笮⌒螤畹木鶆蚍植嫉目?，孔道在鋼板上直接開孔，孔道容易磨大，造成水壓降低。改進?；装迳祥_孔的范圍、孔眼大小、角度及孔的分布，依渣流軌跡和渣流截面積的不同而呈現非均勻分布狀態，孔道鑲嵌陶瓷環，結構為喇叭口形狀，即里側孔小、外側孔大，這樣熔渣被?；装鍥_出與渣流軌跡和渣流流截面相適應的水流充分切割并擊碎，后得以水淬、粒化后進入沖渣溝。沖渣壓力、流量可以通過孔道數量來實際調整，調整方式為通過堵孔調高壓力，通過開孔調大流量。水壓約0.20～0.23 MPa，流量為2 700～2 750 m3/h，實現了正常沖渣生產。

3）8 號高爐南、北場脫水器脫水效果差，特別是爐溫高時出現泡沫渣，水和渣不能及時分離，大量水渣經下渣溜嘴到皮帶流到地上，造成環境污染，同時皮帶上帶水運行，皮帶易跑偏，極易發生皮帶劃傷事故。具體改進措施是：基建投產時外篩板間距為0.8 mm，后逐步調整到1.2 mm，且因其長期使用多年，隨著爐渣的變化，近幾年又將間距調整到1.5 mm，回水道殘渣適中，脫水效果較好；將脫水器運行頻率由28 Hz 調整為25 Hz，減少水進入溜槽；采用高壓水槍對外篩板進行沖洗，清除外篩板上積渣。完善脫水器清掃制度，在脫水器運轉過程中，每天不間斷沖洗，此法在一定程度上緩解了外篩板堵塞情況，改善了脫水效果；定期清理脫水器下渣溜槽上兩塊過水篩板的內部積渣，這樣利于水渣中的水透過篩板流入脫水器內部，減少往皮帶上帶水。通過上述改進后，脫水器脫水效果明顯改善，基本可保證爐渣為干渣狀態輸送到渣場，避免了廢水的無組織排放，保證環保達標，消除了皮帶機隱患。

4）積極選用耐磨材料，將其應用在脫水器內篩板框架、支撐梁、分水器、緩沖槽以及下料流槽等設備上，以提高設備使用壽命。脫水器內部的支撐梁局部易磨損，將一根焊管剖開，在管壁外部堆焊耐磨焊絲，然后直接將支撐梁包住，保護其免受沖刷。在內篩板沖刷最嚴重的外側面上鑲嵌耐磨陶瓷磚，增加抗磨性，避免框架磨薄后螺栓松弛、篩板脫落事故發生。渣溝末端與脫水器入口連接的分水器和緩沖槽受水渣沖刷最為嚴重，采用一種獨特的耐磨陶瓷磚固定結構形式，即在襯板上打孔，將25 mm 厚的耐磨陶瓷磚粘貼在襯板上，在里側穿入平頭螺栓將其滿焊，切掉螺栓多余的長度，然后將襯板焊接在殼體上，這樣既保證了襯板耐磨性，又可以防止陶瓷磚脫落，延長使用壽命。在下料流槽上直接粘貼耐磨陶瓷磚，使用效果較好。這樣，分水器耐磨性顯著提高，減少了沖渣水直接漏到脫水器外面、損壞托輪軸承的情況，避免了生產事故的發生。

5）8 號高爐南場脫水器新更換兩年后，就出現了傳動齒輪與大齒圈銷軸卡澀、電流波動大、銷軸磨損嚴重、大齒圈銷軸孔磨大等問題，造成新換銷軸安裝后仍然曠動，加劇了大齒圈的磨損。由于大齒圈費用昂貴且維修更換困難、檢修時間長，需要高爐長時間休風，因此考慮對銷軸進行改進。2021 年通過反復地研究、試驗，從改進銷軸材質、結構入手，以保護昂貴的大齒圈。具體方案：將銷軸材質由40Cr 鍛造改為42CrMo 鍛造、調質處理，在與大齒圈接觸的銷軸兩端增加錫青銅套，其長度為與大齒圈接觸長度為25 mm，銅套與銷軸為過盈配合，一端使用擋圈與螺栓軸向固定，另一端將銅套裝好后，焊接半圓擋圈，最后加工掉凸臺，保證壓板緊密壓住銷軸。改進的銷軸外側軸心有螺紋孔，方便拆卸。改進前后傳動銷軸結構圖如圖2、圖3 所示。改進后，很好地遏制了大齒圈劣化的趨勢，延長了設備使用壽命。

圖2 改進前的傳動銷軸（mm）

圖3 改進后的傳動銷軸（mm）

6）改造脫水器減速機與傳動齒輪連接軸。原來脫水器采用的是內外齒中間軸，對中精度要求較高，脫水器運行后期振動大，內外齒易打齒，且易造成沖渣生產中斷事故。利用高爐中修機會，將其改為萬向軸，降低了安裝精度，避免了生產事故。此外，將萬向軸套連接螺栓設計為防剪鉸制孔螺栓，即在連接軸套與萬向軸法蘭中間部位銑出一個寬2 mm、深2 mm 的槽，螺栓數量與剪斷扭矩匹配，一旦出現脫水器卡襯板或大型鐵器等不能運轉的嚴重事故時，可以保護脫水器傳動裝置免受損壞。

7）由于轉鼓內篩框架磨損薄如紙片、內篩板（含篩網及邊框）破損嚴重，易造成脫水器落料不均勻，運行振動大、電機電流波動大，如圖4 所示。首先考慮更換整體轉鼓，但是備件費用高達百萬，單套檢修時間至少6 d 以上，需要高爐休風，施工難度大，影響高爐鐵產量。以前都是通過局部修補或制作耐磨板條來保護內篩框架，整體強度較差，轉鼓重心改變對托輪運行造成沖擊，托輪軸承壽命短。經過反復研究，考慮到內篩框架是被整體磨薄，因此確定的方案是對內篩板框架進行加工制作，將其材質由Q235B 改為Q355B，化整為零地施工，即不整體更換轉鼓，而是逐步更換所有的內篩框架及內篩板。利用南北場工藝倒場停歇時間，化整為零，逐一更換內篩框架（單套28 塊）及內篩板（單套56 塊）。

圖4 內篩框架及內篩板破損圖

由于工藝時間的不確定性，為了最大限度地縮短脫水器檢修時間，摸索制定了以下施工步驟：拆除兩塊內篩板；割除內篩框架，保留內篩框架不磨損部位（內側板條、中間三角筋板）；將新內篩框架寬度方向的兩個側板與轉鼓本體焊接，同時焊接兩側小筋板，再焊接中間三角筋板；安裝內篩板，用螺栓固定牢固即可，如圖5 所示。為了保證高爐正常沖渣，停一場鐵的時間往往只能操作兩個步驟，停兩場鐵的時間最多操作四個步驟，甚至三個步驟，每天就這樣重復著拆除、焊接、安裝，完成既定的任務，歷時3 個月時間完成了南北場兩套脫水器的檢修工作。經檢修后，脫水器使用效果非常好，設備運行穩定，消除了設備隱患，節約了大量費用。

圖5 內篩框架及內篩板改進效果圖

4 結語

在近幾年的設備點檢維護及大修實踐過程中，對邯鋼嘉恒法渣處理生產中的諸多典型故障進行了詳細分析，制定了一系列改進措施，經實施后，大幅延長了設備使用壽命，減輕了維護工作量，減少了備件和施工費用，降低了設備事故率，為高爐的穩產、高產提供堅實保障，創造了可觀的經濟效益和環保效益。