韶钢8号高炉降低水渣系统结渣的实践分析

陈生利，万 新

（1.广东韶钢松山股份有限公司，广东 韶关 511100；2.重庆科技学院，重庆 401331）

广东韶钢松山股份有限公司（简称韶钢）8 号高炉炉渣处理工艺采用的是嘉恒法，随着系统设备服役期延长和产量提高，出渣量逐渐增加，炉渣处理形成的细渣和浮渣在水渣系统中沉积并结渣，严重时造成水渣系统工作不畅，导致每年需要花费大量的人力物力进行清理。调查发现，8 号高炉水渣系统的结渣致使冲渣水泵的流动断面不断减小，最终使得流量减小，影响水渣系统的正常运行。冲渣水流量减小还会造成设备故障，这会进一步制约8 号高炉产能的提升，同时放干渣频率升高还会影响环境负荷。

本研究结合水渣系统运行情况，开展试验分析结渣机理，根据研究成果制定降低结渣的技术措施。研究目的是降低人工清理结渣的劳动量，减少水渣系统结渣清理频次，同时降低水渣系统作业安全风险。设定的考核目标是水渣系统的结渣清理频次（重点是清理冷却塔和吸水井）由原来的三个月1 次减少到一年1 次。

1 基础条件

8 号高炉炉渣成分相对稳定，其中，CaO、SiO、MgO 和AlO的质量分数分别为40%、35%、9.0%和14.8%。本研究主要依赖自动取样分析系统，在正常熔渣温度区间内，冲渣水量以1 400 m/h 为基础，按每级50 m/h 逐步提高，记录每个级数对应的熔渣温度、成分、冲渣水量和水压等数据。经统计分析，8 号高炉炉渣流量基本稳定在5～20 t/min，渣温基本稳定在1 550 ℃以上。8号高炉冲渣系统水渣比为2.0左右，在工艺设计要求范围内。

2 研究内容

2.1 水渣系统结垢原因

由于水渣系统对水质本身没有要求，生产废水都回流到系统内重复利用，因此8 号高炉水渣系统管道没有做任何防垢阻垢措施。正因为如此，水渣系统管道结垢相当严重，而且结垢速度很快。水渣系统结渣示意图如图1所示。

图1 管道结渣原理示意图

8 号高炉冲渣水浊度非常高，硬度也不低，其属于典型的浊循环水，这对管道、水泵和冷却塔都会造成严重的危害。8 号高炉沉积物采自沉淀池，呈结晶状，其为颗粒物，并可见针状结晶。酸性可溶物占比较大，溶解时产生大量热量，并伴有较强烈的类似硫化氢的臭味，溶解后水样澄清。沉积物是钙镁结晶垢及生物污垢。

2.2 冲渣水量、水压与水渣流量、水渣粒度的关系

冲渣水量以1 400 m/h 为基础，按50 m/h 的步长逐步提高，记录每个级数对应的水渣流量、水压等数据，如图2所示。结果表明，冲渣水量的提高导致水压同步提高，同时处理的炉渣呈减小趋势。冲渣过程中，水渣粒度变化趋势如图3所示，出渣后30 min、60 min 和100 min，分别取渣样进行粒度分析，并记录相关数据。数据表明，随着冲渣水压增高、水量增大，水粹后的炉渣粒度逐步变小。试验数据表明，水渣粒度与冲渣水压的相关性非常强。

图2 冲渣水量和水压对水渣流量的影响

图3 冲渣水压对水渣粒度的影响

2.3 炉渣水淬过程的物理化学变化

试验发现，8 号高炉冲渣过程的水温整体偏高，最高可达90 ℃，这是造成冲渣过程中产生渣棉的主要原因。针对冲渣水温度偏高的问题，将冷却塔风扇频率调高，同时增加一条回水管至冷水池底部，增强冷水池内部回旋，减少渣在冷水池的停留时间，防止结渣。措施实施后，冲渣水温度降低8 ℃左右，有效减少了渣棉的产生。

统计数据表明，炉渣成分中，CaO 平均值为37.68%，SiO平均值为32.98%，MgO 平均值为9.05%，AlO平均值为14.27%。整体来看，8 号高炉炉渣SiO含量偏高，这是冲渣过程中产生渣棉的重要因素。CaO 含量高，也是造成水渣系统设备结渣的主要原因之一。

2.4 水淬后炉渣性能检验

本研究在冶金高温实验室对炉渣的熔化特征进行检验，测定高温下炉渣流动性指标，该指标对炉渣结晶过程的分析有益。检测结果表明，8 号高炉炉渣在1 500 ℃左右的黏度为0.235～0.343 Pa·s，高温下炉渣具有良好的流动性，造渣过程和中渣性能控制都较为理想。终渣性能的控制目标是使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性，保证良好的炉缸热状态和合理的渣铁温度，控制好生铁成分。下面从资源再利用角度对水渣活性进行试验研究，结果如表1所示，水渣活性系数保持稳定。

表1 炉渣水淬后活性比较

3 水渣工艺参数优化

3.1 应用冲渣水压调节技术

经试验研究，将供水总管压力从230～260 kPa调整至200～240 kPa，流量从2 400 m/h 调整至2 000 m/h，增大热渣和冷却水比例，削弱热渣急剧冷却效果，炉渣粒度较以前有所增加，水渣粒度基本稳定在0.3 mm 左右，从而减少渣中带水，有效降低水渣渣棉的产生量。

3.2 采用低液位冷水池循环法

降低冷水池液位，使其保持在1.2～1.8 m。调节供水泵和回水泵的频率，让冷水池保持低液位来冲洗底部结渣，每周低液位清洗一次。制定冷水池清洗的操作流程，减少冷水池的结渣。此工艺调整克服了炉顶皮带清洗水回流到热水池的缺陷，避免冲渣水含泥浆量大而造成冷却塔下方的回水管道堵塞，保证冷却塔正常运行。

3.3 优化冲渣系统设备

增加一条回水管至冷水池底部，促进冷水池内部水流回旋，并提高缓冲池水位，降低缓冲池水温，减少渣在冷水池的停留时间，增加热渣冷却空间，促进小粒级热渣冷却，防止红渣粘在一起结渣，避免炉渣在缓冲池底部长期沉积并硬化。增加一座沉淀池，把清洗后的水直接引入沉淀区，在沉淀区进行两次沉淀。一次沉淀后，对绝大部分矿物进行沉淀处理，二次沉淀后，矿物基本处理干净，处理后的水再次流入热水池循环使用，定期清理沉淀池的矿粉物质，确保沉淀效果。改造后，随着进入热水池的矿粉物质大幅减少，热水池表面的悬浮物大幅减少，热水池沉淀物大幅减少，管道结垢现象基本消除。

3.4 优化造渣制度

炼铁即炼渣，因此关注和优化炉渣流动性和稳定性是高炉炼铁的永恒课题。本研究进一步优化炉渣理化性能，通过提高炉渣的二元碱度（CaO/SiO），熔渣黏度进一步下降，改善了其流动性。韶钢高炉渣具有高AlO的特点，容易出现尖晶石（MgO·AlO，熔点2 135 ℃），其在炉渣降温过程中结晶温度高，会形成固体分布于炉渣熔体中，造成炉渣流动性差。研究发现，随着渣中AlO含量的增加，应适当提高炉温，保证高炉稳定运行。韶钢利用该策略逐步优化8 号高炉炉渣成分，进一步改善炉渣的理化性能。

4 结论

改进后，水渣系统运行能力增强，高炉放干渣次数由原来的12 次减少至4 次；8 号高炉冲渣系统每月少补充6 000 t 新水；全年减少清渣5 次，节省了挖掘机挖渣、渣块天车搬运、干渣处理和冲制箱清理等费用；冷水池清理频率由全年24次减少为半年1次。技术改进为企业带来了实际效益，同时为高炉产能提升创造了有利条件。