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前言
隨著鋼鐵行業(yè)對運行成本、環(huán)保、自動化控制要求的不斷提高，傳統(tǒng)底濾法水渣處理工藝在不斷進行技術升級、產(chǎn)品迭代。新型底濾法水渣處理工藝采用模塊化的高效過濾板的新型濾層結構，可配置水渣蒸汽捕集和冷凝脫硫工藝、無人抓渣智能行車控制系統(tǒng)，近年來得到了廣泛的應用。新型底濾法水渣處理工藝的典型示意圖如圖1，一般包括?；?、蒸汽煙囪、過濾池、橋式抓斗起重機、水沖渣泵站等。
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新型濾層結構
2.1 傳統(tǒng)濾層結構的板結更換問題
傳統(tǒng)底濾法水渣處理工藝的濾層采用濾料按級配鋪設的結構。渣水混合物中的水通過濾料之間的縫隙滲透到濾層下部進入到過濾管系中，被系統(tǒng)循環(huán)水泵抽走循環(huán)使用，過濾完的水渣被截留在濾層上面。濾層在使用一段時間之后會形成板結堵塞濾料縫隙，隨著板結逐漸增加，濾層的透水性就會受到影響從而導致系統(tǒng)水不平衡，影響到高爐正常生產(chǎn)，此時就需要對板結濾層進行更換。清理板結濾層時，需要將鉤機吊到過濾池內(nèi)對板結濾層進行破碎，再將破碎的板結濾層從防護架內(nèi)挖出，清理完成后重新按級鋪設濾料。板結濾層的清理工作量大（總量500-1000t），破除和清理工作還受到防護架阻擋，導致清理板結、更換濾層成為底濾法水渣崗位操作和維護人員最大的檢修作業(yè)。
2.2 濾層板結的機理分析
底濾法水渣過濾的本質是用水渣來過濾渣水混合物，傳統(tǒng)底濾法濾層鋪設鵝卵石的厚度普遍在1.5m以上，但真正起到過濾作用的就是頂層濾料上方的水渣，水渣濾層形成了過濾界面。過濾界面以上的水渣受到傳遞、吸附和剝離機制的控制被留在過濾層上方。經(jīng)跟蹤調(diào)研、取樣分析，認為濾層典型板結的機理：一是過濾界面下鈣鎂離子結晶。濾料（4-25mm）板結取樣研磨篩分，經(jīng)XRD檢測，其結果顯示主要成分是CaSO4·2H2O。二是過濾界面及其上水渣自身化學活性釋放。針對2-4mm粒徑濾料與水渣板結取樣，XRD檢測結果顯示，主要為硅酸鹽。
2.3 新型濾層結構的應用
根據(jù)上面板結機理的檢測分析，發(fā)現(xiàn)實際生產(chǎn)過程中，過濾界面以下高約1.3m的鵝卵石濾料為沖渣循環(huán)水中鈣鎂離子結晶提供了結晶核，且板結后受限于防護架、過濾管系非常難清理更換，過濾層透水性下降影響了高爐的正常生產(chǎn)。經(jīng)過大量的實驗室試驗、工廠中試，采用方便檢修更換的模塊化的高效過濾板，取消過濾界面以下1.3m高的鵝卵石濾料。
從濾層的結構考慮，高效過濾板的使用代替了傳統(tǒng)濾層上層濾料成為了水渣過濾界面的承載體。由于高效過濾板是安裝在鋼結構防護架上的，不再需要大粒度鵝卵石的支撐，而且下部沒有濾料為板結附著形成提供結晶核。因此，新型底濾法水渣采用無支撐層鵝卵石的高新過濾板結構，在防護架上安裝模塊化的高效過濾板，高效過濾板及防護架形成了新的水渣過濾界面的承載體。新型濾層結構已經(jīng)在多座高爐項目新型底濾法水渣系統(tǒng)上投入使用，水渣運行情況良好，其中某鋼廠運行參數(shù)如表1所示。新型底濾法水渣處理工藝采用無支撐層鵝卵石的新型濾層結構的優(yōu)點如下：①過濾層僅保留高效過濾板及內(nèi)部快速濾料，實現(xiàn)板結濾層的快速更換，高效過濾板下無支撐層鵝卵石，高效過濾板以下不會有板結生成，根本上消除了傳統(tǒng)底濾法清理板結量大、影響生產(chǎn)運行的困難；②高效過濾板下無支撐層鵝卵石，相比傳統(tǒng)底濾法鵝卵石需要定期更換，大大降低建設費用和維護費用；③反沖洗二次配水，均勻無死角，配合抓渣智能化系統(tǒng)留渣作業(yè)可實現(xiàn)局部區(qū)域加強反沖洗。
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無人抓渣智能行車系統(tǒng)
高爐水渣區(qū)的高溫、含S等有害性元素氣體對行車崗位人員職業(yè)健康危害較大，操作人員長期疲勞駕駛不利于系統(tǒng)設備的安全穩(wěn)定運行，人工抓渣已逐漸不能滿足生產(chǎn)要求，亟需提高自動化、無人化程度。無人抓渣智能行車控制系統(tǒng)特點如下：①采用大小車及抓斗自動定位、變頻調(diào)速控制、防搖擺算法、四繩抓斗模型、知識學習算法、無線網(wǎng)絡通訊、視頻監(jiān)控等技術，實現(xiàn)行車的自動抓渣作業(yè)，根據(jù)渣池劃分的網(wǎng)格，采用高效抓渣策略，自動控制抓斗行車完成抓、卸渣工作。②底濾法水沖渣系統(tǒng)抓渣行車的自動化運行，實現(xiàn)高爐水渣池的無人化、智能化作業(yè)。③典型工況運行效率如表2所示，每斗抓渣作業(yè)平均耗時~100s，抓渣效率均可滿足高爐生產(chǎn)需要。
無人抓渣行車智能化系統(tǒng)與安全、環(huán)保、高效的底濾法渣水分離工藝完美結合在一起，實現(xiàn)了抓渣作業(yè)的無人化、自動化、智能化，為水渣處理工藝帶來技術革新。
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蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)
4.1 渣池區(qū)域蒸汽的捕集
新型底濾法水渣處理工藝在過濾池上方增設了移動式集汽罩，集汽罩采用耐腐蝕、高溫的玻璃鋼材質，設備四周與過濾池的縫隙均采用耐腐蝕幕簾封閉，可將渣水跌落及渣水分離過程中產(chǎn)生的蒸汽進行有效捕集，再利用引蒸汽管道將捕集的蒸汽引到就近煙囪實現(xiàn)有組織排放，如圖1所示。當1個過濾池沖渣作業(yè)結束后抓渣作業(yè)時，移動式集汽罩可從該過濾池上方移開，不影響抓渣作業(yè)。該工藝實現(xiàn)了全區(qū)域蒸汽有組織排放，也為水渣系統(tǒng)配置蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)提供了有利條件。
4.2 蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)
高爐冶煉所需原燃料中含有一定的S，S隨原燃料進入高爐以后，在爐內(nèi)經(jīng)過復雜的物理化學變化，在鐵水、爐渣和煤氣中進行分配，其中進入高爐渣中S約占全部入爐S的85%。S是以（CaS）的狀態(tài)溶于高溫爐渣中，沖渣水與（CaS）反應產(chǎn)生的SO2和H2S隨水蒸汽及氣溶膠外排至大氣中。按噸鐵S負荷4kg計，估算沖渣末期SO2排放濃度在185-965mg/Nm3，造成較大環(huán)境負荷。
根據(jù)高爐生產(chǎn)及環(huán)保的要求，該研究開發(fā)了“三步法”蒸汽冷凝脫硫系統(tǒng)，成功應用于多座高爐，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、環(huán)保成本較低。沖渣蒸汽冷凝脫硫設施主要包含噴淋冷卻系統(tǒng)、微重力脫濕除塵系統(tǒng)、空冷脫濕系統(tǒng)。該工藝路線的流程圖如圖1，主要特點包括：①高爐熔渣?；^程中的蒸汽，在上行過程中利用雙層冷凝降溫-除霧吸附技術處理水汽中的顆粒物、硫化物等；②經(jīng)過噴淋后的沖渣蒸汽進入微重力脫濕除塵塔，在塔內(nèi)通過擴散降速、吸附、團聚等多種作用，大顆粒液滴及渣棉與蒸汽分離形成水流，形成的水流自流至渣處理系統(tǒng)，無外排二次污染物；③通過微重力脫濕除塵塔以后，蒸汽進入到多層次空冷脫濕器，蒸汽在該設備內(nèi)進行對流換熱冷卻，大幅度降低其蒸汽飽和度；④冷凝水循環(huán)系統(tǒng)的噴淋水自流進入到儲水池，通過噴淋供水泵繼續(xù)噴淋，循環(huán)使用，較其他工藝大幅降低系統(tǒng)的運行成本。
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結論
新型底濾法水渣處理工藝對傳統(tǒng)底濾法從高端化、智能化、綠色化方面進行了技術升級、產(chǎn)品迭代。在高端化方面，模塊化的高效過濾板的新型濾層結構有效解決了濾層板結更換難的問題；智能化方面，無人抓渣行車智能控制系統(tǒng)與新型底濾法水渣高效過濾工藝得到完美結合；在綠色化方面，過濾單元上方設移動式集汽罩，沖渣含S蒸汽通過“蒸汽冷凝系統(tǒng)進行處理，實現(xiàn)了水渣處理過程清潔、環(huán)保。
