屈海博
（上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 南京 210039）
摘 要：介紹了對(duì)寶鋼股份寶山基地 2 號(hào)轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)熱裝熱送技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用，解決了熱取料、熱料運(yùn)輸和熱裝料過(guò)程中產(chǎn)生的金屬化球團(tuán)氧化、板結(jié)及冒煙等問(wèn)題，使得熱態(tài)金屬化球團(tuán)可以不需冷卻直接被作為廢鋼原料加入魚雷罐中，對(duì)企業(yè)節(jié)能降碳具有積極的推動(dòng)作用。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)底爐 含鐵塵泥 含鋅沉泥 DR I 金屬化球團(tuán) 熱裝熱送 魚雷罐
1 寶山基地概況
寶鋼股份寶山基地每年產(chǎn)生各類塵泥約 149.08萬(wàn) t，其中，95.3 萬(wàn) t 塵泥直接返生產(chǎn)利用，37.35 萬(wàn) t含鐵高的塵泥外售作為冶金行業(yè)輔原料利用，16.43萬(wàn) t 的水處理污泥、轉(zhuǎn)爐除塵灰等作為副產(chǎn)品供水泥廠用作鐵質(zhì)矯正原料。
為了全量綜合利用生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵、污泥等，實(shí)現(xiàn)“廢物不出廠”，寶山基地于 2020 年初建設(shè)完成 2 條冶金含鐵塵泥資源化再生裝置生產(chǎn)線，整個(gè)項(xiàng)目投資 6.2 億元，共建設(shè) 2 座年處理能力 25 萬(wàn) t 的轉(zhuǎn)底爐，位于石灰焙燒懸浮窯及回轉(zhuǎn)窯配料系統(tǒng)所在區(qū)域，地塊北臨緯四路，南靠緯三路，西臨經(jīng)三路，東靠石灰區(qū)。轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線按經(jīng)濟(jì)合理原則，對(duì)各種塵泥進(jìn)行分類處罝，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的冶金含鐵塵泥進(jìn)行髙溫脫鋅處罝，生產(chǎn)金屬化球團(tuán)（DRI）供高爐、轉(zhuǎn)爐和電爐使用，回收其中的鐵、鋅資源，實(shí)現(xiàn)冶金含鐵塵泥的髙效返生產(chǎn)利用，大幅降低固體廢棄物處理過(guò)程中的環(huán)境影響。
轉(zhuǎn)底爐還原生產(chǎn)氧化鋅的生產(chǎn)工藝具有產(chǎn)能大、能耗小、原料適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是鋼鐵廠含鐵含鋅塵泥綜合利用主流發(fā)展方向，以消納鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的含鐵塵泥為主要目的，針對(duì)“高爐怕鋅，煉鋼怕硫”的特點(diǎn)，2 座轉(zhuǎn)底爐采用不同的配料方案：1 號(hào)轉(zhuǎn)底爐按低鋅、高硫配料，生產(chǎn)低鋅金屬化球團(tuán)，返煉鐵系統(tǒng)消化。2 號(hào)轉(zhuǎn)底爐按低硫、高鋅配料，生產(chǎn)低硫金屬化球團(tuán)，返煉鋼系統(tǒng)消化。
轉(zhuǎn)底爐出爐的 DRI 成品經(jīng)圓筒冷卻機(jī)冷卻 （從1 100 ℃冷卻到約 200 ℃）、篩分后進(jìn)成品倉(cāng)貯存，然后通過(guò)汽車外運(yùn)至煉鐵工序干煤棚堆存。2 條轉(zhuǎn)底生產(chǎn)線成品系統(tǒng)相互獨(dú)立。轉(zhuǎn)底爐設(shè)計(jì)指標(biāo)：球團(tuán)金屬化率≥70％，球團(tuán)脫鋅率≥85％，球團(tuán)粉化率≤ 30％，出料速度為 20～22 t/h。
2 現(xiàn)狀及改進(jìn)需求
目前已有的混鐵車金屬化球團(tuán)及廢鋼上料、加料車間位于一煉鋼倒渣間旁，廠房長(zhǎng)×寬×高 =32.3 m×18.36 m×35 m。在此將 2 號(hào)轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)生的部分金屬化球團(tuán)產(chǎn)品，直接加入到魚雷罐中，用來(lái)代替部分廢鋼，每年消化 10.3 萬(wàn) t 金屬球團(tuán)（2 號(hào)轉(zhuǎn)底爐年產(chǎn)金屬化球團(tuán) 15.3 萬(wàn) t，其中 5 萬(wàn) t 返電爐）。
將干煤棚堆存的冷態(tài)金屬化球團(tuán)由汽車運(yùn)至加料車間受料倉(cāng)后，由膠帶機(jī)運(yùn)至高位料倉(cāng)，經(jīng)過(guò)烘烤斗加熱烘烤后加入魚雷罐中。
目前轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)生的金屬化球團(tuán)經(jīng)圓筒冷卻機(jī)冷卻后運(yùn)至加料車加熱烘烤后加料，在這個(gè)過(guò)程中需要消耗大量能源，同時(shí)冷態(tài)加料影響鐵水溫降，造成資源浪費(fèi)。
采用轉(zhuǎn)底爐直接出料不經(jīng)過(guò)冷卻的熱裝熱送技術(shù)，用保溫罐將熱態(tài)金屬化球團(tuán)運(yùn)至加料車間進(jìn)行熱態(tài)加料，可以縮短生產(chǎn)流程，提高工作效率，并且降低能耗，節(jié)約能源。
熱裝熱送需要解決熱取料、熱料運(yùn)輸和熱裝料過(guò)程中產(chǎn)生的金屬化球團(tuán)氧化、板結(jié)及冒煙等問(wèn)題。
3 解決方案
3.1 熱取料
原設(shè)計(jì)未考慮旁路成品出料，轉(zhuǎn)底爐下部空間小，對(duì)爐下裝料設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)生極大限制，爐下可利用空間長(zhǎng)×寬×高 =5.7 m×3.4 m×4 m，擬采用2.5 m3 容積耐熱保溫料罐來(lái)裝料，料罐設(shè)計(jì)成底開式出料的方式，高為 2.2 m，直徑為 2.2 m，上部進(jìn)料口設(shè)置電動(dòng)閥門密封。
將轉(zhuǎn)底爐出料溜管第三段更換為人字形三通溜管，溜管口徑為 600 mm×600 mm，耐火材料厚度為150 mm，溜管上設(shè)置 3 臺(tái)水冷插板閥，2 臺(tái)位于溜管分岔口用于出料切換，1 臺(tái)位于旁路溜管出料口用于卸料，同時(shí)在溜管出料口增加氮?dú)獗Ｗo(hù)，防止取料時(shí)金屬化球團(tuán)被氧化。
3.2 熱料運(yùn)輸
為將裝滿料的料罐運(yùn)出轉(zhuǎn)底爐平臺(tái)至吊裝區(qū)域并運(yùn)輸空罐到出料口下，新增 1 臺(tái)取料電動(dòng)平板車。取料平板車尺寸長(zhǎng)×寬×高 =2.75 m×2.2 m×0.48 m，軌距為 2 m。由于受空間限制，軌道設(shè)置成 U 型，彎角處垂直布置，平板車設(shè)置 2 組共 8 個(gè)輪子，2 組輪子可以進(jìn)行切換垂直運(yùn)行。
從轉(zhuǎn)底爐區(qū)域運(yùn)輸至金屬化球團(tuán)加料車間距離約 1.8 km，新增 3 輛 20 t 平板汽車（在線 2 輛、備用 1輛）用來(lái)運(yùn)輸料罐，平板汽車上配置有充氮裝置，用于運(yùn)輸過(guò)程中向料罐補(bǔ)充氮?dú)夥乐菇饘倩驁F(tuán)氧化。
利用現(xiàn)有轉(zhuǎn)底爐檢修區(qū)域 25 t 起重機(jī)，進(jìn)行料罐裝卸車作業(yè)。
3.3 熱裝料
熱裝料在一煉鋼倒渣間內(nèi)進(jìn)行，利用倒渣間內(nèi)50 t 起重機(jī)，進(jìn)行料罐裝卸車作業(yè)。
在倒渣間廠房 2～3 柱間增加加料平臺(tái)，平臺(tái)長(zhǎng)×寬×高 =15 m×8 m×6.5 m，平臺(tái)位于魚雷罐上方，平臺(tái)上設(shè)置加料電動(dòng)平板車，將料罐從倒渣間的準(zhǔn)備間送至魚雷罐通行跨。
加料平板車尺寸長(zhǎng)×寬×高 =2.75 m×2.2 m×0.48 m，軌距為 2 m，平板車上設(shè)置料罐頂升裝置，用于頂起料罐罐體，打開料罐下部的出料口。
加料平臺(tái)下部魚雷罐罐口上方設(shè)置伸縮溜管，伸縮溜管伸縮長(zhǎng)度為 1 m，伸縮溜管用來(lái)減少金屬化球團(tuán)和空氣接觸面積，避免金屬化球團(tuán)氧化，同時(shí)可以減少向魚雷罐加料產(chǎn)生的揚(yáng)塵，伸縮溜管通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)來(lái)控制。
為控制加料過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵，在加料平臺(tái)下部設(shè)置開口為 5.5 m×5.5 m，深為 2 m 的捕集罩，接入現(xiàn)有倒渣間除塵系統(tǒng)，捕集到的煙塵經(jīng)除塵器處理后，可達(dá)到國(guó)家相關(guān)排放要求。
3.4 工藝流程
空罐由平板車運(yùn)至轉(zhuǎn)底爐出料溜管下方時(shí)打開罐口閥門，然后關(guān)閉三通溜管至冷卻筒閥門，同時(shí)打開料罐閥門，金屬化球團(tuán)裝入料罐中。待料罐裝滿后關(guān)閉溜管上料罐閥門，并打開冷卻筒閥門，金屬化球團(tuán)進(jìn)冷卻筒處理。料罐上閥門關(guān)閉，等待運(yùn)輸。
利用轉(zhuǎn)底爐下設(shè)置的取料平板車將轉(zhuǎn)滿金屬化球團(tuán)的料罐輸送至轉(zhuǎn)底爐平臺(tái)外檢修區(qū)域，然后用轉(zhuǎn)底爐配套的 25 t 起重機(jī)將裝滿料的料罐吊運(yùn)專用的20 t 平板汽車上，再將空罐吊運(yùn)到取料平板車上。平板汽車（每車裝 2 罐）將裝滿料的料罐運(yùn)至倒渣間廠房，運(yùn)輸距離約 1.8 km，利用倒渣間內(nèi) 50 t 起重機(jī)將料罐卸至地面放置，并將空罐裝入平板汽車，由平板汽車運(yùn)回轉(zhuǎn)底爐。
利用倒渣間內(nèi) 50 t 起重機(jī)將裝滿料的料罐吊運(yùn) 至加料平臺(tái)的加料平板車上，平板車從準(zhǔn)備跨駛?cè)爰恿峡?，?dāng)魚雷罐駛?cè)氲乖g并停到加料平臺(tái)下部時(shí)，伸縮溜管降下并打開除塵罩閥門，加料平板車上的頂升裝置將料罐頂起，金屬化球團(tuán)從料罐底部通過(guò)伸縮溜管裝入魚雷罐，料放完后頂升裝置降下，加料平板車將空罐運(yùn)至準(zhǔn)備跨，由起重機(jī)更換為裝滿料的料罐后再次駛?cè)爰恿峡缰貜?fù)加料過(guò)程，待魚雷罐加滿 2 罐后（約 8.5 t）提升伸縮溜管，關(guān)閉除塵罩閥門，魚雷罐駛至加蓋位，由懸臂起重機(jī)將一次性保溫蓋吊運(yùn)至魚雷罐口，加蓋后的魚雷罐駛出倒渣間進(jìn)入后續(xù)流程。具體工藝流程如圖 1 所示。
4 熱裝和冷裝比較
4.1 改造后主要技術(shù)指標(biāo)
年加料處理鐵水罐數(shù)為 12 167 罐；加料作業(yè)周期為 19 min；取料溫度為 950～1 000 ℃；加料溫度為900 ℃；平均每罐金屬化球團(tuán)加入量為 8.5 t；金屬化球團(tuán)用量為 30.7 kg/t。
4.2 能耗比較
本項(xiàng)目新增設(shè)備裝機(jī)容量為 40 kW，年耗電量20.29×104 kW·h，N2 年消耗量為 237.6×104 m3 ，年新增能耗折標(biāo)煤總計(jì)為 169.49 t。與現(xiàn)有冷態(tài)加料設(shè)施相比較，由于需要將金屬化球團(tuán)再次加熱，每年煤氣消耗量為 2 369 t 標(biāo)煤，加上其他能耗，年總計(jì)消耗折標(biāo)煤量約 2 700 t。本項(xiàng)目每年可節(jié)省能耗 2 500 t 標(biāo)煤，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
5 結(jié)語(yǔ)
本項(xiàng)目目前只解決了向魚雷罐加料的熱裝熱送問(wèn)題，向電爐內(nèi)加入熱態(tài)金屬化球團(tuán)的問(wèn)題尚未解決，轉(zhuǎn)底爐冷卻筒及后續(xù)成品運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施在熱取料時(shí)還需連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗不必要的能源。待解決電爐加料問(wèn)題后，可以拆除冷卻筒，在現(xiàn)有冷卻筒位置建設(shè)新的熱取料設(shè)備。因有足夠的空間，料罐容積可以增加到 5 m3 ，魚雷罐加料可以做到一圖 1 金屬化球團(tuán)熱裝熱送工藝流程圖料灌滿圓筒冷卻機(jī) 成品庫(kù)轉(zhuǎn)底爐取料平板車料罐滿25 t 起重機(jī)平板汽車50 t 起重機(jī)料罐空加料平板車魚雷罐 至加蓋位加蓋罐對(duì)一罐。
在解決金屬化球團(tuán)運(yùn)輸過(guò)程中的氧化和板結(jié)問(wèn)題后，進(jìn)行熱裝熱送，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，同時(shí)，對(duì)企業(yè)節(jié)能降碳具有積極的推動(dòng)作用。