高炉熔渣显热干式直接回收工艺分析

高文涛

（新兴铸管股份有限公司动控部，河北 邯郸 056300）

高炉每生产1吨铁水约产生 300kg～350kg的高炉熔渣，刚排出的高炉熔渣温度在1500℃左右。经分析测算，每吨熔渣能够发电150度左右，电费收入约为75元/吨。以2016 年的7亿吨生铁产量计算，高炉熔渣共计约3亿吨，若能够将熔渣热量有效回收发电，每年将可直接产生约合225亿元的经济效益。因此，高炉熔渣极有回收价值[1]。

1 高炉熔渣冷却及余热回收的现状

高炉熔渣显热有效回收利用，是钢铁行业至今未攻克的世界性难题。目前，在钢铁企业中高炉熔渣均用水冷却处理，经水淬处理后的成品渣用于水泥的基料。目前对熔渣处理技术，其缺点是高炉熔渣的余热全部浪费，同时浪费大量水资源。水淬时所产生的有害蒸汽对大气、水和土壤造成严重污染，工作环境恶劣。近五十年来以来，我国及国外众多钢铁科技工作者提出了很多干法利用方法，例如：冷却转鼓法、熔渣薄片状固化余热回收工艺、熔渣平板状固化余热回收工艺、熔渣造粒余热回收工艺、熔渣粒化余热回收工艺等。但均未成功实施到生产中。

2 高炉熔渣显热二步法干式直接回收技术简介

利用特种熔浆余热锅炉进行显热回收，熔渣换热固化装置由多个换热单元组成，换热单元均布在圆环形的固定支架上。换热单元由熔渣换热腔和其下方设置的熔渣档板构成，熔渣换热腔为由熔渣换热板包围组成的扁平的深槽状的空腔，具有较大平滑的内表壁冷却面积。熔渣换热板为由通水的换热管和浇铸在换热管之间的铸钢或铸铝构成，熔渣换热固化装置的上方安装顶渣器。

熔渣换热固化装置的上方安装回转注料的熔渣进料系统：主要由回转过渡仓、回转渣道及熔渣注料口组成，并配置驱动器。工作时，驱动器带动熔渣注料口及顶渣器水平回转，高炉熔渣通过熔渣注料口依次流入到各个熔渣换热腔内，与熔渣换热板内埋设换热管中的循环水换热，被快速冷却凝固，形成玻璃体超过95%的固体渣板。顶渣器将前方的熔渣换热腔中的固体渣板顶出送入下一工序，此时渣板温度为700℃左右，再向空的熔渣换热腔中注入新的熔渣，生产循环进行。将700℃左右的渣板送入高温破碎机破碎成3mm～50mm的渣粒，再通过输送装置将渣粒送入固体余热锅炉，将700℃左右的热渣粒冷却到120℃左右，用水回收渣粒的显热。渣粒直接落入固体余热锅炉。

3 余热回收利用的二种主要方式

第一种：各熔渣换热腔的换热管并联，组成一个整体的蒸发器，蒸发器内的循环水吸收熔渣的热量后产生的汽水混和物进入汽包；生产饱和蒸气。

第二种：各熔渣换热腔分为二组或多组，每组中的换热管并联后与汽包连接构成余热锅炉的省煤器、蒸发器、过热器。或者单个熔渣换热腔的换热管为二组或多组，每组中的换热管并联后与汽包连接构成余热锅炉省煤器、蒸发器、过热器，直接生产过热蒸汽。

4 试验简介、结果分析

（1）试验简介。熔渣换热固化装置为旋转圆盘结构，圆盘上安装8个圆柱形换热单元，换热单元由效大的圆柱形承压外壳和其内安装的多根锥管型熔渣换热管构成，熔渣换热管的外壁与承压外壳之间的夹层构成循环冷却水室；平台每次旋转1/8圈，再停顿一段时间，在这段时间内完成一个换热单元的进渣和另一个换热单元的出渣；高炉熔渣注入熔渣换热管内，与循环冷却水室内的循环水换热；打开熔渣档板，冷却后的渣块利用自身重力及顶渣器顶力脱离熔渣换热管。2016年，以1350℃左右液态磷渣为实验对象，采用上述装备完成了实验，设计装备生产能力为10吨/小时，设备运行正常，进出渣顺利，所产蒸汽没有计量，对空排放。熔渣固化后的成品渣玻璃化率超过95%。

（2）试验结果分析。①成品渣的活性分析。把水淬成品渣和显热直接回收的成品渣分别磨成细粉，各按1∶1和425水泥进行配比，再加3倍的沙子分别做了水淬渣试块、显热直接回收渣试块、水泥标准试块，三种试块养护28天，再做强度试验，试验结果如下：显热直接回收渣试块的抗压强度为22.4Mpa、水淬渣试块为11.5 Mpa、水泥标准试块为20.0 Mpa。可以看出，显热直接回收渣的试块强度远大于水淬渣试块的强度，也大于水泥标准试块的强度，显热直接回收渣比水淬渣活性好，显热直接回收的成品渣完全可以代替水泥孰料。所以得出结论：熔渣固化后玻璃体超过95%。分析原因：是由于熔渣在干燥状态下急冷，未与水接触，从而保留了其效高的活性。其活性超过水淬渣更超过脱碳矿渣，是一种比水淬渣及脱碳矿渣更好的用于生产高标号或超高标号水泥及高标号混凝土的材料，其经济价值应当大大超过水淬渣及脱碳矿渣。②熔渣能快速冷却的原因分析。根据换热公式：Q=λ×△丅×S；其中λ为导热系数，△丅为温差，S为换热面积；△丅是由熔渣自身决定的；本装备采用众多的扁平状深槽形的熔渣换热腔结构，有巨大的换热面积；与水直接换热，有效大的导热系数。本高炉熔渣余热回收工艺，实际上就是解决了换热面积的问题，一个因熔渣在高温下为液态、冷却后为固态而带来的进出渣难题。

5 经济效益分析测算

5000吨/天高炉，每天产熔渣1550吨，每小时产熔渣为65吨左右，年工作8760h，年产渣57万吨，每吨熔渣产15kg饱和蒸汽0.79吨饱和蒸汽0.79吨，每吨饱和蒸汽发电135度，年产饱和蒸汽45万吨，每吨15kg 把饱和蒸汽加热成过热蒸汽，年可多发电约为4000万度左右，增加产值约500万元。通过核算可以分析出，高炉熔渣余热若得到有效回收，经济效益增收明显。

6 高炉熔渣显热干式直接回收工艺的其他优点

全系统无风机，无尘，无外排蒸汽，无污水排放，彻底“消白”，节水环保。熔渣通过熔渣换热板与循环水直接换热，只有一次热交换，余热回收率在80%～95%之间，显热回收效果较好，是其他方案无法比的。生产的蒸汽品质高：因有1000℃以上的热源，能生产高温高压过热蒸气。回收系统占地面积较小，与其它方案比较省掉了气体余热锅炉。

7 结语

本文提出的高炉熔渣显热干式直接回收工艺顺利实施，可产生可观的经济效益，该项目可广泛应用于钢铁企业的高炉熔渣余热回收方面，是钢铁企业高炉熔渣显热有效回收利用领域深层次研究的重要课题。