2600 m3高炉风水冲渣挡渣墙防护技术改进

关 爽，金 遥，林良军，李 伟，吕宝栋

（鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁 朝阳 122000）

鞍钢集团朝阳钢铁有限公司（以下简称鞍钢朝阳钢铁）炼铁厂1#高炉出铁场分东、西两场，共三个出铁口（1#、2#铁口共用东场，3#铁口在西场），一条铁沟从投用到大修的使用周期约为2个月，每条铁沟大修理时间约为15天。高炉东西场各设有一套嘉恒轮法冲渣脱水系统。西场3#铁沟每隔4个月需进行一次停场修理，此时由东场1#、2#铁口出铁，东场嘉恒轮法冲渣脱水系统需连续运转15天左右，期间无法停机检修，如果东场脱水器或其供水辅助系统出现故障，将直接导致高炉停产。根据已投产设备相关经验，风水冲渣系统需建造一个长、宽各24 m，高15 m的大型渣仓厂房，相当于将嘉恒轮法接收塔的中转仓放大，用高炉冷风夹带水在渣仓内进行冷却、淬渣。经费用测算,该厂房施工完毕后投资约达230万元。由于该套风水冲渣系统为东场备用系统，是辅助生产线，于事故状态下使用，大规模投资将造成资金长时间积压，无法回收成本。因此，鞍钢朝阳钢铁炼铁厂提出在东场事故干渣坑原有结构基础上加建一座钢结构厂房，用于防止水渣随意飘洒，避免造成重大环保事故。本文分析了该套系统的缺陷和不足，并针对现场应用后出现的问题提出了改进措施，取得了满意效果。

1 存在缺陷和不足

根据生产过程中的实践经验摸索，利用现有东场事故干渣坑改造了一套风水冲渣系统作为东场嘉恒轮法冲渣脱水系统的备用设备，以保证在东场连出过程中脱水器能正常检修或其出现故障的状态下能代替原有生产线进行生产。风水冲渣系统工艺流程如图1所示。

图1 风水冲渣系统工艺流程Fig.1 Technological Process for Dehydration of Air-water Combined Quenched Slag

风水冲渣系统经过长达一年的施工、改造和试运行后，使用本套系统冲渣完毕后的水渣已达到外运标准，但在高炉红渣风水淬化过程中，0.45 MPa以上的高炉冷风夹杂着的水和红渣会对厂房彩板、顶棚及钢结构框架造成严重的冲击破坏，每次检修完毕后都需要对冲击造成损坏的墙体、屋面给予维修。受此限制，风水冲渣系统无法连续运行，且维修所耗的物力、人力成本巨大。

2 改进措施及效果

2.1 改进措施

为保证风水冲渣系统能够起到正常的备用作用，经过对现场实际生产情况的摸索及小规模的生产性试验，确定通过增设钢板进行防护来增加渣仓防护墙的寿命，且针对防护钢板的形式进行优化，以达到长久保护墙体并减少投资的目的，为辅线生产线创造良好的工作环境。

风水冲渣系统厂房长24 m、宽24 m、高15 m，下面7.5 m高为混凝土墙体，上方7.5 m为钢结构彩板房。需对磨损严重的风水冲渣冲制箱正对面的墙体（10 m×24 m）、顶棚（12 m×24 m）进行强度防护，具体实施方案如下：

（1）现场预制零星组件

制作钢结构防护墙组件：墙体由4 mm厚钢板制作，将钢板加工成长10 m、宽400 mm的零星构件，再两两拼接成三角形柱体，并采用低氢型E4315焊条进行组对焊接，加工成箱式三角板保护墙组件。

考虑顶棚荷载影响，与原设计单位对厂房钢结构图纸进行讨论得出，风水冲渣屋面荷载不允许超过1.5 kPa，根据《建筑结构荷载规范》非上人屋面均布活荷载标准值取0.5 kPa［1］。屋面恒荷载包括原有彩板及相关箱式三角板防护墙组件。彩板折弯展开系数为1.2，彩板厚度为0.6 mm,钢材密度为7.851 g/cm3，厂房长方向等边三角形两个防护板总长为2 m，箱式三角板原材料板厚为3 mm。计算屋面彩板荷载=12×24×1.2×0.000 6×7.851=1.63 t，屋面箱式三角板防护墙荷载=24×2×12×0.003×7.851=13.57 t，故屋面恒荷载为（13.57+1.63）×9.8/（12×24）=0.517 kPa，屋面荷载共计 0.517+0.5=1.017 kPa＜1.5 kPa。故屋顶防护采用3 mm钢板为原材料进行箱式三角板组件的制作符合相关规范荷载要求情况。

（2）安装

组件焊接完成后每8组焊接成一个构件，在混凝土墙上方通过锚固固定底梁、中梁，利用生产间歇阶段进行安装。由于受厂房高度制约，现场安装时采用两台16 t吊车配以人工缆绳从厂房大门口向内进行滑移，每个构件安装时间约为2.5 h。侧墙护板、顶棚护板安装完毕后在整体护板两侧采用拉结梁固定在原厂房混凝土墙面上以保证整体稳定。

（3）使用材料

4 mm厚钢板约16.3 t，厂房顶棚加固采用的3 mm厚铁板约13.57 t，两面封堵12 mm厚钢板2.8 t，加固三角箱型板采用16#槽钢约3 t。以上材料除槽钢外，其余全部使用废钢料场轧废的钢板进行制作。箱式三角板保护墙俯视图如图2所示。

图2 箱式三角板保护墙俯视图Fig.2 Top View of Protective Wall with Box-type Triangle Plate

箱式三角板保护墙改造原理为：挡墙工作情况下，风水冲渣渣水直接作用于挡墙，原有彩板及砖墙磨损严重、防护困难；箱式三角板防护墙安装完成后，风水冲渣渣水作用于保护墙上方的时候，行进方向会产生滑移，减少对墙体的冲击力，降低对墙体保护板的磨损，延长保护板的使用寿命。

2.2 实施效果

鞍钢朝阳钢铁炼铁厂风水冲渣系统箱式三角板保护墙已投入使用1年多，风水冲渣共计投用30余次，其中2018年11月年修后由于更换高炉东场脱水器，使用该套风水冲渣系统代替原有嘉恒轮法冲渣脱水系统连续生产9天，投产至今保护墙无严重损坏、磨损的情况发生。

3 效益计算

本项目使用钢板为公司废钢料场轧废钢板，厂级单位之间协调废钢抵账约600元/t，钢板费用共计（16.3+13.57+2.8）×600=19 602 元；16#槽钢使用3 t，采购钢材按当地市场价格约4 000元/t，槽钢费用共计3×4 000=12 000元；该保护板改造项目立项进行安装，施工费用共计6万元，项目共计投资约9.2万元，现已经保证风水冲渣备用一年以上且无事故运行。较混凝土厂房节省投资超过210万元。

4 结语

鞍钢朝阳钢铁炼铁厂通过对改造后的风水冲渣系统挡渣墙防护进行技术改进，风水冲渣渣仓厂房受到冲击损坏而影响备用的情况已基本解决，厂房使用寿命、维护周期均大大延长，现已稳定使用一年以上，无任何影响生产的事故发生。根据本技术改进实施后的成功经验，此项技术改进方法已按本项目实施要点应用于2个相同生产工况的区域，均取得了良好的效果，值得推广和借鉴。