某钢铁公司高炉水渣超细粉工艺设计特点

刘建朋

唐钢国际工程技术股份有限公司 河北 唐山 063000

引言

高炉炉渣是从高炉生铁冶炼过程中排出的熔融硅酸盐类物质[1]，由脉石、灰分、熔剂和其他杂质组成，主要成分为CaO和SiO2，约占其总量的70%～80%[2]。关于高炉炉渣的处理，部分钢厂用蒸汽或压缩空气将高炉液态渣击散，形成渣棉，但目前应用较少。采用水淬工艺（多采用底滤、印巴等工艺处理流程）将液态渣击碎形成水渣，为目前主要生产工艺流程。水渣硬度高，且具有良好的水硬胶凝性能，经磨机研磨后可作为水泥填料生产水泥或混凝土掺料来代替水泥，是高炉水渣的有效利用途径，经济效益和环境效益显著。

经研究发现，水渣采用独立研磨，比表面积可达410m2/kg以上，活性得到充分发挥，大大提高水硬胶凝性能[3]。在钢厂内对水渣进行独立研磨，比通常在水泥厂将水渣和水泥熟料等一起进行粉磨的能耗低，且对水泥后期强度更有所保障。同时，水渣原料就地利用，节省运输成本、能源介质充足，因此在钢铁企业厂内加工外售超细粉具有独特优势。本文着重介绍某钢铁企业生产水渣超细粉的工艺技术特点，为冶金同行提供借鉴。

1 水渣超细粉处理工艺流程简述

某钢铁公司拟建设一条150万吨/年水渣超细粉生产线，连续工作制，作业率为74.52%。厂内高炉产生的水渣采用皮带机输送至储存料棚，料棚内的水渣采用装载机送至上料地仓，经仓下皮带计量给料机后进入磨机。水渣在磨机内进行烘干、粉磨、分选，成品由气流携带进入气箱脉冲袋式收尘器进行气固分离收集，经收尘器的净后达标排放，排放浓度可以达到10mg/m3以下。收尘器收集的矿渣超细粉经空气输送斜槽、斗式提升机输送入成品库储存。成品库内设有开式充气斜槽，保证微粉流动性，矿渣超细粉可以通过库底卸料设备、通过汽车散装机送入散装罐车运输出厂。该生产线超细粉产品比表面积≥430m2/kg，符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2008）中S95级要求，产品技术指标如下表1所示。

2 主要工序设计说明

2.1 原料存储

水渣由厂区内皮带机运输（带卸矿车可双侧卸料）卸至料棚内落地储存，料棚大小为184×65m，高度约16m，料高约6m，储量约3.5万吨，如图1所示。料棚内的储存水渣采用装载机倒运和上料至上料地仓。主要设备包括带卸矿车的皮带机、皮带称重给料机、除铁器。

图1 原料库断面图

2.2 立磨系统

立磨系统是超细粉工艺流程中的核心环节，水渣在粉磨过程中，比表面积不断增大，在表面逐渐形成易溶于水的非晶态结构[3]，促进其与水反应的程度大大加强，有利于水泥制品的理化指标。主要生产设备包括：进料锁风阀、立磨、选粉机、出料锁风阀、外循环斗提机、外循环胶带机和环境除尘器、燃烧炉等。

选用立式矿渣磨机，该磨机集研磨、干燥、分级、输送为一体，具有节能、高效、环保等的优点，在矿渣研磨上有着广泛的应用。磨机的结构见下图2，性能参数见表2。

图2 立磨结构图

表2 立磨性能参数表

为保证产品质量，磨机所需热风量120000Nm3/h，温度600℃，需设置燃烧炉系统提供热风。燃烧炉采用卧式圆筒型，外壳由钢板焊接，内衬耐火材料。引风机抽引空气送入燃烧炉，与高炉煤气燃烧后产生的高温烟气混合后进入磨机，满足磨机入口烟气量和烟气温度的要求，燃高炉煤气量35000Nm3/h，P=8kPa，燃烧炉产烟气量120000Nm3/h。

2.3 成品系统

成品系统主要设施包括气箱脉冲袋式收尘器、成品斗提机、开式充气斜槽、矿渣微粉库、库底卸料设备和环境除尘器等。

2.3.1 气箱脉冲袋收尘器，见图3，适合于大浓度粉尘收集、抗结露、抗静电、长期安全运转，滤袋的使用寿命可达3~5年。设计进口浓度50~1200g/m3，出口浓度10mg/m3，符合目前国际国内消烟除尘的标准。收尘器处理风量为780000m3/h，过滤面积为17360m2，风速为0.79m/min，滤袋材质为亚克力毡，阻力小于1200Pa。

图3 气箱脉冲袋收尘器

2.3.2 成品库采用新型均化库，库底设充气箱和减压锥。采用螺旋咬口式钢板仓结构，库的规格为φ18.0×25m，最大库容为8000t。单座库底部设有2条罐车通道和2台汽车散装装置。

3 工艺设计特点

本工艺根据现有厂内设施，充分利旧厂区环境和设施，合理布局，物流顺畅，基建投资少。主要技术特点如下：

原料存储采用C型料库，顶部设双侧卸矿车卸料，作业效率高，节省占地面积，封闭料库能有效降低风损，节能环保。封闭料库出库门口设洗车平台用于冲洗运输车辆，避免扬尘。

立式矿渣磨机为国外进口设备，与普通磨粉机相比，该立磨具有更高的研磨效率，工艺流程大大缩短，电耗降低，物料的研磨在限定压力下进行。磨机设有保护装置，当辊压超过或低于调定范围极限值时，自动报警并自行停磨，确保磨机安全运行。

气箱脉冲袋收尘器，技术成熟稳定，广泛运用于水泥厂的破碎、包装、库顶、熟料冷却机和各种磨机等收尘系统。该设备选型产品结构紧凑合理，占地面积小，适用于高浓度粉尘治理收集，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。

新型均化库维修简单、均化效果好、边壁效应小、电耗低，能保持长期稳定运行和较好的均化效果。

建筑设施按照安全适用，经济合理，注重环保与环境协调、美观的原则综合考虑，建筑平面、剖面在满足工艺生产、操作和检修的同时，满足防火、防爆、防腐等要求。

4 结束语

水渣综合利用符合国家节能减排、环保政策要求，将钢厂内水渣经立磨成超细粉后添加到水泥中或作为混凝土掺料等用途，使固体废弃物得到循环利用，真正做到变废为宝。本工艺设计中的原料储存、立磨加工、布袋收尘、新型均化库核心技术与装备的应用，保证了水渣超细粉产品的粒级稳定，粉尘收集率高、成品无外泄，技术水平先进合理。