我国高炉炼铁水冲渣工艺概述
1. 概述
高炉炼铁是钢铁生产中的重要环节，这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的，其主要目的就是把自然界的以氧化铁方式存在的铁矿石还原成生铁（Fe+4%C）。
高炉剖面示意
尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的生铁占世界铁总产量的95%以上。
高炉炼铁的主要原理就是在高炉内部，在一定温度、压力、还原气氛的环境下，将氧化铁通过炭（焦炭、煤粉）还原成生铁及氧化碳气体，其主要化学公式为：FexOy+C = （Fe+4%C）+COw。
高炉炼铁的主要产品是生铁、副产品是高炉渣。一般每生产1t的生铁，产生约400kg的高炉渣副产品。
依据工信部数据，2020年年我国高炉生产生铁产量8.88亿吨，相应产生3.552亿吨高炉渣。
工信部数据
目前我国高炉炼铁产生的炉渣100%采用水冲渣技术， 80%以上采用底滤法水冲渣工艺。高炉生产的水渣，基本上通过磨机研磨成微粉，制作成矿渣水泥，高炉水渣已经实现100%循环利用。
所谓高炉水冲渣就是将高炉产生的～1500℃的熔渣，用一定压力的冲渣水冲制成水渣。
高炉熔渣冲制水渣
冲渣后含水渣的冲渣水
渣水分离后的水渣
矿渣微粉研磨示意图
矿渣微粉成品
目前我国高炉炼铁水冲渣工艺有多种，现分别进行概述。
2. INBA水渣工艺
INBA水渣工艺源自比利时的Sidmar钢铁公司，首台套在该公司研制、应用成功。研发此工艺的工程师用他俩个孩子名称字头拼成此工艺名INBA法。
其工艺流程：高炉炉渣沿着熔渣沟流入粒化塔，被粒化器喷出的有压、高速、冲渣水击碎，在粒化塔内被冲渣水浸泡，水淬成颗粒状水渣，粒化产生的渣水混合物，通过导流槽流入分配槽，均匀分布在旋转脱水转鼓内；冲渣水依靠重力，穿过脱水转鼓过滤网，垂直落入下方斜板沉淀池；水渣随着转鼓旋转到最高点，依靠重力垂直落入转鼓中心皮带机上外运；冲渣水通过转鼓实现了渣水分离。水渣经皮带运输至堆渣场装车外运。水和细渣则透过滤网进入转鼓下方的斜板沉淀池，细渣沉淀后经水泵再打到粒化塔，而斜板沉淀池溢流水则通过热水槽溢流进入热水池，经热水泵提升至冷却塔进行冷却，再由冲渣泵送至粒化器继续冲渣，循环使用。
其工艺特征：粒化塔、导流槽、分配槽、脱水转鼓、脱水转鼓中皮带机、沉淀池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池、冲渣泵、冲渣管道。
INBA法工艺示意图
INBA法水渣设施
脱水转鼓、斜板沉淀池示意图
脱水转鼓设施
3. 图拉/轮法水渣工艺
图拉法（Tyna）也叫轮法,上世纪90年代初由俄罗斯国立冶金工厂设计研制开发，1994 年在图拉钢铁厂成功投入使用。
其工艺流程：高炉熔渣沿融渣沟流至熔渣沟头下落，沟头下方设置的粒化轮上，下落的融渣和粒化轮相碰时, 粒化轮将熔渣粒化,粒化后的渣粒被冲渣水水淬, 冲渣水沿冲渣沟流入旋转的脱水转鼓。冲渣水依靠重力，穿过脱水转鼓过滤网，垂直落入下方回水沟进入沉淀池、储水池；水渣随着转鼓旋转到最高点，依靠重力垂直落入转鼓受料斗，经导料槽依靠重力流出脱水转鼓，落地或经皮带机外运；冲渣水通过转鼓实现了渣水分离。水渣经铲车加汽车或皮带运输至堆渣场。沉淀池内的细渣由抓斗抓出外运，或用气力提升机打至冲渣沟进入转鼓再次过滤；沉淀池溢流水则通过热水沟溢流进入热水池，经冲渣泵送至粒化点继续冲渣，循环使用。
其工艺特征：粒化轮、冲渣沟、脱水转鼓、沉淀池、热水池、冲渣泵、冲渣管道。
图拉/轮法工艺示意图
图拉/轮法设施
图拉/轮法双脱水转鼓设施
4. 明特法/搅笼法水渣工艺
明特法也叫搅笼法, 北京明特新技术有限公司设计研制开发，主要是借鉴了斜板沉淀池水处理技术，依靠倾斜布置的搅笼实现渣水分离。
其工艺流程：高炉熔渣经冲制箱冲成水渣沿冲渣沟进入斜板沉淀池，水渣沉淀在沉淀池底部，倾斜到底部的搅笼将底部沉淀水渣通过旋转机械动力及水的重力作用脱水成干渣，经水渣漏斗落在皮带机上，由皮带机运至贮渣场保存及外运，实现水渣的捞出、脱水；而沉淀池内冲渣水，经溢流沟流入到脱水转鼓内过滤，脱水转鼓内过滤出的水渣，通过冲渣水，冲至沉淀池内；脱水转鼓过滤后的冲渣水经回水沟进入储水池，再由冲渣泵送至冲制箱进行冲渣，实现循环使用。
其工艺特征：粒化器、冲渣沟、沉淀池、搅笼、溢流沟、脱水转鼓、储水池、冲渣泵、冲渣管道。
明特法/搅笼法工艺示意图
明特法/搅笼法示意图
搅笼示意图
明特法/搅笼法设施
5. 沉淀法水渣工艺
上世纪60年代，太原钢铁公司试验开发了高炉热态渣开路沉淀法水冲渣工艺，此后在国内成为处理高炉渣的主要方法。
其工艺流程：高炉熔渣经粒化器冲成水渣沿冲渣沟进入沉淀池，渣水混合物进入沉淀池后流速变的缓慢，水渣沉淀在沉淀池底部，沉淀后的水渣通过桥式抓斗起重机的抓斗从沉淀池的水中抓出后装车运走。沉淀池溢流出的冲渣水，早期部分、全部外排到江河之中，因此叫做开路冲渣；后来沉淀池溢流出的冲渣水，进入吸水井，通过冲渣泵打到冲渣点循环使用，因此叫做闭路循环冲渣。
其工艺特征：冲渣沟、沉淀池、吸水井、冲渣泵、冲渣管线、桥式抓斗起重机。
沉淀法设施
6. 沉淀底滤法水渣工艺
上世纪70～80年代，针对开路循环冲渣水外排污染环境、浪费水资源的现状，北京钢铁设计研究总院与天津涉县铁厂联合开发出沉淀底滤法水渣工艺。其主要目的是实现开路沉淀法冲渣水闭路循环使用，为了防止闭路循环使用的冲渣水中水渣对水泵、阀门、管道的磨损，借鉴了自来水厂砂滤技术，增设了过滤池，对冲渣水进行了过滤，过滤后的清水再循环冲渣使用。
其工艺流程：高炉熔渣经粒化器冲成水渣沿冲渣沟进入沉淀池，渣水混合物进入沉淀池后流速变的缓慢，水渣沉淀在沉淀池底部，沉淀后的水渣通过桥式抓斗起重机的抓斗从沉淀池的水中抓出后装车运走。沉淀池溢流出的冲渣水沿分配渠进入几个可以轮流工作的过滤池，冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层成为清水，依靠重力通过管道、阀门流入过滤池下方的热水池；热水池内的热水经热水泵打到冷却塔冷却后，进入冷却塔下方的冷水池；冷水池内的冷水经冲渣泵打到冲渣点循环冲渣使用。冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层时，冲渣水的水渣被过滤堆积在过滤层上方，通过桥式抓斗起重机的抓斗从过滤池中抓出后装车运走。为了避免细小的水渣堵塞过滤池，用冲渣泵的冲渣水作为反冲洗水，定期对过滤池进行反冲洗。
其工艺特征：冲渣沟、沉淀池、分配渠、过滤池、热水池、热水泵、冷却塔、冷水池、冲渣管道、反冲洗管道、桥式抓斗起重机。
沉淀底滤法水渣工艺总结
沉淀底滤法水渣工艺获奖
7. 第一代底滤法水冲渣工艺
1986年开始，北京钢铁设计研究总院研发的第一代全底滤式水冲渣技术成功的应用在唐钢、宣钢、邯钢一批1260m³级高炉上。1999年邯钢建设2000m³高炉，邯钢经全面比较后，最终也采用了此工艺，成为当时国内采用底滤法最大级别高炉。
其工艺流程：高炉熔渣经粒化器冲成水渣沿冲渣沟经渣浆转换装置/冲渣沟阀门进入几个可以轮流工作的过滤池，冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层成为清水，依靠重力通过管道、阀门流入过滤池下方的热水池；热水池内的热水经热水泵打到冷却塔冷却后，进入冷却塔下方的冷水池；冷水池内的冷水经冲渣泵打到冲渣点循环冲渣使用。冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层时，冲渣水的水渣被过滤堆积在过滤层上方，通过桥式抓斗起重机的抓斗从过滤池中抓出后装车运走。为了避免细小的水渣堵塞过滤池，用罗茨风机对过滤层进行反吹，后改用冲渣泵的冲渣水作为反冲洗水，定期对过滤池进行反冲洗。
其工艺特征：冲渣沟、过滤池、热水池、热水泵、冷却塔、储水池、冲渣泵、反吹风机。
过滤池鹅卵石组成过滤层铺放示意图
过滤池铺放鹅卵石
使用24年的唐钢底滤法设施
使用20年的邯钢底滤法设施
8. 第二代底滤法水冲渣工艺
1995年北京钢铁设计研究总院在上海梅山钢铁公司1、2号高炉水渣改造工程中，成功的推出了第二代底滤法水渣工艺。
第二代底滤法渣处理工艺较第一代底滤法渣处理工艺取消了热水池、反吹风机，减少了挖土深度及占地面积，优化了底滤法工艺流程，使得底滤法投资得到降低。
此工艺后来在南京钢铁公司5号450m³高炉、江阴兴澄特钢3座500m³级高炉工程中加以使用，后被国内其他设计单位广泛使用。
其工艺流程：高炉熔渣经粒化器冲成水渣沿冲渣沟经冲渣沟阀门进入几个可以轮流工作的过滤池，冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层成为清水，依靠重力通过管道、阀门流入热水泵，经热水泵打到冷却塔冷却后，进入冷却塔下方的冷水池；冷水池内的冷水经冲渣泵打到冲渣点循环冲渣使用。冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层时，冲渣水的水渣被过滤堆积在过滤层上方，通过桥式抓斗起重机的抓斗从过滤池中抓出后装车运走。
其工艺特征：冲渣沟、过滤池、热水泵、冷却塔、储水池、冲渣泵、冲渣管道、桥式抓斗起重机。
使用17年的江阴兴澄特钢3x500m³高炉水渣设施
9. 第三代底滤法水冲渣工艺
1999年中冶京诚工程技术有限公司在津西钢铁公司1号380m³号高炉设计中，成功的推出了第三代底滤法水渣工艺。此工艺将第二代底滤法渣处理工艺进行最大限度的简化，取消了热水泵、冷却塔、储水池。第三代底滤法水渣工艺将底滤法进行了最大化的简化，其低廉的投资、极小的占地、极少的运行费用，深受各用户的青睐。进入2000年以后，随着中国钢铁高潮的到来，此工艺被广泛应用在国内众多中、小型高炉上。
其工艺流程：高炉熔渣经粒化器冲成水渣沿冲渣沟经冲渣沟阀门进入几个可以轮流工作的过滤池，冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层成为清水，依靠重力通过管道、阀门流入冲渣泵，经冲渣泵打到冲渣点循环冲渣使用。冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层时，冲渣水的水渣被过滤堆积在过滤层上方，通过桥式抓斗起重机的抓斗从过滤池中抓出后装车运走。
其工艺特征：冲渣沟、过滤池、冲渣泵、冲渣管道、桥式抓斗起重机。
使用19年的津西钢铁380m³高炉水渣设施
中冶京诚工程技术有限公司在设计中充分借鉴炉顶放散阀，成功的开发出液动冲渣沟阀门，其翻板式、外密封结构，实现了耐磨、关的严、滴水不漏的性能，从根本上改变了之前的冲渣沟阀门易磨损、关不严的历史诟病。
耐磨、滴水不漏的冲渣沟阀门
申请的冲渣沟阀门专利
10. 环保滤法水冲渣工艺
2007年中冶京诚工程技术有限公司在江阴兴澄特钢3200m³高炉设计中，成功的开发设计了环保底滤水冲渣工艺。该工艺真正做到了安全、环保、占地小、投资低廉、生产可靠、维修简单，从根本上改变了水渣工艺格局。
其主要特点之一就是借鉴了INBA法水渣工艺的粒化塔技术，较传统的冲渣沟冲渣，有效的减少了50%以上冲渣水量。这也是我国自主开发的底滤法水渣工艺成功应用在大型高炉上。随着我国钢铁的发展、环保政策的严格，环保底滤水冲渣工艺已成为新建、改造高炉水冲渣的首选工艺。
其工艺流程：高炉熔渣被粒化器在粒化塔内冲成水渣沿冲渣沟经冲渣沟阀门进入几个可以轮流工作的过滤池，冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层成为清水，依靠重力通过管道、阀门流入热水泵，经热水泵打到冷却塔冷却后，进入冷却塔下方的冷水池；冷水池内的冷水经冲渣泵打到冲渣点循环冲渣使用。冲渣水穿过过滤池内铺放可更换的滤层时，冲渣水的水渣被过滤堆积在过滤层上方，通过桥式抓斗起重机的抓斗从过滤池中抓出后装车运走。为了避免细小的水渣堵塞过滤池，用冲渣泵的冲渣水作为反冲洗水，定期对过滤池进行反冲洗。
其工艺特征：粒化塔、冲渣沟、过滤池、热水泵、冷却塔、储水池、冲渣泵、冲渣管道、反冲洗管道、桥式抓斗起重机。
环保底滤专利
环保底滤奖项
环保底滤首次用于大型高炉
2021年北京中冶设备研究总院有限公司技术人员凭借长期、专业、专注的技术研究，研制出一种标准化、过滤性能良好的免焙烧透水过滤球，从根本上改变了传统的、使用鹅卵石底滤法工艺。
透水过滤球专利
钢渣基、机制、免焙烧透水过滤球
免焙烧透水过滤球的研发成功，顺应了社会和现代工业发展的需要，有着重要的经济意义和环境效益。
透水过滤球是标准化工业产品，较鹅卵石更适于现代化生产需要，从根本上改变了底滤法水渣工艺，弥补了底滤法水冲渣滤料（原鹅卵石）没有统一工业产品、标准的落后局面；杜绝了高炉底滤法水渣挖河床获取鹅卵石的破坏生态的方式，每年减少使用鹅卵石约8万立方米；新增了炼钢钢渣固废消化新途径，每年消耗固废钢渣约7万立方米，丰富了钢渣的使用途径；对于已建成的过滤池，使用高过滤速的透水过滤球后，可获得更大的滤水能力；对于新建的过滤池，使用高过滤速的透水过滤球后，过滤池面积可极大减少，减少工程造价、缩短工期、减少占地。
以炼钢副产物钢渣为主要原料，其他原料来源广泛，免焙烧的制备方式可节约大量煤炭、燃气等能源；过滤池使用免焙烧透水过滤球后，定期更换滤料产生的板结块，可直接用于制作矿渣微粉，真正做到了环保、绿色、零碳排放、100%循环利用产品。
11. 后续
我国高炉炼铁水冲渣工艺是经过几代人历尽艰辛、努力奋斗所得到的，高炉水冲渣工艺的发展，充分见证了我国钢铁从小到大、从弱到强的过程，为我国钢铁技术发展、环境保护的进步，做出了积极的贡献。
在此，向我们的业内前辈们致敬，感谢他们为我国钢铁发展做出的贡献，他们的丰功伟绩将为我们永远传颂；也感谢现在及未来的钢铁业工作者，技术发展永无止境，未来的发展寄希于你们，传承、发展是永恒的主题。
感谢相关单位提供的宝贵资料，供业内人士学习使用。
撰稿：林杨
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