CN102453781A - 一种高温液态钢渣粒化装置及粒化工艺 - Google Patents

Abstract

一种高温液态钢渣粒化装置及粒化工艺，包括液态钢渣倾倒系统和钢渣粒化系统，钢渣粒化系统中冷却水喷射装置的雾化喷嘴与空气喷射装置的气腔连接，空气喷射装置上设有角度可调的喷射面板，调整喷射面板的角度、气腔内的气体压力以及气体喷嘴的风量，使得液体钢渣被吹起做抛物线飞行，液态钢渣在飞行过程中与空气、水汽充分反应形成粒化钢渣球。本发明采用上下两层喷嘴的结构，使得钢渣在飞行过程中进行两次的雾化，大大提高了钢渣物化的效率；利用冷却水与高温钢渣的爆炸效应，使钢渣粒化更充分，同时可以消解游离的氧化钙和氧化镁，在钢渣表面形成一层尖晶石结构的玻璃状态，使组织结构更细小稳定。

Description

一种高温液态钢渣粒化装置及粒化工艺

技术领域

本发明涉及钢铁工业中废弃钢渣再循环利用技术领域，具体的说是一种高温液态钢渣粒化装置及粒化工艺。

背景技术

随着钢铁工业的发展，钢渣排放量日益增多。由于我国对钢渣再循环利用技术落后，只有小部分（不足10%）用于钢渣水泥和筑路，大多用于填埋。据不完全统计，2011年，我国废弃钢渣累计积存量不小于3.5亿吨，这不仅占用大量土地资源，而且严重污染环境，因此钢渣循环再利用已经成为钢铁行业亟待解决的技术难题。目前，我国对钢渣处理工艺主要有热泼法、水淬法、风粹法、钢渣滚筒法、热焖法等，由于钢渣成分复杂，活性偏低，安定性差，现有钢渣处理工艺无法满足钢渣再循环利用产品的要求。

钢渣粒化法是提高钢渣安定性的最有效的方法之一，其基本原理是液态钢渣倒入渣槽，均匀流入粒化器，使液态钢渣沿切线方向抛出，从而形成安定性较好的钢渣颗粒。钢渣粒化投资少，占地小，环保性能好，且粒化钢渣粒度小，游离的氧化钙和氧化镁少，粒化钢渣安定性好，利于钢渣再循环利用。

由济南济钢设计院研制的倾翻式钢渣水淬处理方法，申请号为：02135756.0的发明专利，通过粒化器喷出有压水幕粒化钢渣，但由于粒化工艺无法完全钢渣中的f-CaO和f-MgO，且处理后钢渣球疏松多孔，使钢渣使用受到影响；专利200910075336.3公开了一种液态钢渣处理工艺和装置，提供了一种液态钢渣处理工艺，其中采用气体为惰性气体，其目的在于液态钢渣的余热回收。马鞍山钢铁股份有限公司申请的200810020597.0专利，披露了一种装置由中间包、粒化器、压缩空气管道和水池构成粒化装置，该装置通过高速压缩空气粒化液态钢渣，然后掉入水池中冷却，其压缩空气压力0.59-0.7MPa，液态钢渣过热度为110℃以上。该专利在一定程度上也解决了大粒石灰消解问题，但钢渣球均匀性不好，质量不高，应用范围窄，且液态钢渣处理工艺不全面。

发明内容

为解决钢渣球稳定差、均匀性不好、应用范围窄的问题，本发明提供了一种高温液态钢渣粒化装置及粒化工艺，有效的扩大了钢渣球的应用范围，消除了钢渣球内部的不稳定相，提高了钢渣球的质量。

本发明为解决上述技术问题采用的技术问题为：一种高温液态钢渣粒化装置，包括液态钢渣倾倒系统和钢渣粒化系统，所述的液态钢渣倾倒系统中，钢渣罐设置在钢渣罐支座上，钢渣罐前后分别设有钢渣流槽和渣罐自动倾倒装置，所述的钢渣粒化系统包括空气喷射装置，在空气喷射装置中，空气压缩机通过气体管道与气腔连接，气腔上设有气腔角度调整机构和带有气体喷嘴的喷射面板，气体喷嘴上设有喷嘴大小控制机构；所述的钢渣粒化系统还包括处于空气喷射装置正下方的冷却水喷射装置，冷却水喷射装置主要由水泵、蓄水池和雾化喷嘴组成，其中，水泵通过输水管道与蓄水池连接，水泵上还设有流量控制阀和雾化喷嘴，雾化喷嘴与空气喷射装置中的气腔连接；所述的喷射面板位于钢渣流槽出口的正下方，其上设有的气体喷嘴为长方形，分上下两层，两层喷嘴的宽度相同，且上层喷嘴的高度为下层喷嘴高度的1.5-2.5倍，上层喷嘴与面板垂直设置，下层喷嘴向上翘起，且与其在喷射面板的投影呈5-20°的夹角。

本发明中，钢渣流槽与水平面呈10-60°的夹角，其外壳为钢制结构，内侧设有耐热材料层；所述的喷射面板与其在水平面上的投影的夹角为10-60°；所述的气腔角度调整机构由小型电机、一对齿轮、角度标识盘和锁紧装置组成，气腔角度调整机构控制气腔的角度调整范围为0-45°。

本发明中，采用上下两层的喷嘴结构，最大的优点在于，下一层喷嘴可以将第一层未雾化的钢渣继续雾化，使钢渣雾化的效率提高5-10%。

本发明中，冷却水通过雾化喷嘴形成雾状水汽进入到气体喷射装置的气腔内，形成夹杂冷却水汽的高速气流，可以使冷却水汽、空气与高温钢渣接触更充分，从而使钢渣粒化更充分。

一种高温液态钢渣粒化工艺，包含以下步骤：

1）将盛有1300-1600℃液态钢渣的钢渣罐置于钢渣罐支架上，启动空气喷射装置和冷却水喷射装置，将空气喷射装置中的气腔内气体压力调整为0.05-0.5MPa，气体喷嘴的风量调整为5 -30m³/min；

2）调整喷射面板的角度，使喷射面板向上倾斜且与其在水平面上的投影夹角为10-60°，同时使高温液态钢渣被夹杂水汽的高速气流吹动后飞行的垂直高度为5-20m，落地后距钢渣流槽最下端的水平距离10-40m；

3）启动液态钢渣倾倒系统，以0.1-4t/min的速度将液态钢渣倾倒到钢渣流槽内，液态钢渣沿钢渣流槽流到喷射面板上的气体喷嘴的前上方，然后在夹杂水汽的高速气流作用下呈抛物线飞出，液态钢渣飞行的轨迹满足步骤2）中所述的条件；在飞行过程中，液态钢渣与空气充分反应粒化形成钢渣球。

在本发明中，采用上述技术参数，使得液态钢渣有足够长的飞行时间，在飞行过程中，钢渣中的氧化亚铁与空气中的氧气充分反应，可以形成氧化铁，而氧化铁与氧化钙、氧化镁及二氧化硅等形成CaO- Fe₂O₃, SiO₂- Fe₂O₃, Mg- Fe₂O₃的形式，从而消除游离的氧化钙和氧化镁，且表面形成一层尖晶石结构的玻璃状态，从而使钢渣组织更稳定。

有益效果：本发明采用上下两层喷嘴的结构，使得钢渣在飞行过程中进行两次的雾化，大大提高了钢渣物化的效率；冷却水经雾化喷嘴后形成雾状进入到气体喷射装置的气腔中，形成夹杂冷却液的高速气流，可以使冷却水与高温钢渣接触更充分，使钢渣粒化更充分；本发明采用水和空气共淬，利用冷却水与高温钢渣的爆炸效应，使钢渣粒化更充分，同时可以消解游离的氧化钙和氧化镁，在钢渣表面形成一层尖晶石结构的玻璃状态，使组织结构更细小稳定。

附图说明

图1为本发明中液态钢渣粒化装置示意图；

图2为钢渣流槽的结构图；

图3为空气喷射装置结构图；

图4为喷射面板结构图；

附图标记：1、钢渣罐支座，2、渣罐自动倾倒装置，3、钢渣罐，4、液态钢渣，5、钢渣流槽，5-1、流槽固定装置，5-2、耐热材料层，5-3、钢制外壳，5-4、钢渣流道，6、气体管道，7-1、气腔，7-2、喷嘴大小控制机构，7-3、气腔角度调整机构，8、空气压缩机，9、蓄水池，10、水泵，11、雾化喷嘴，12、喷射面板，13、气体喷嘴，14、粒化钢渣球。

具体实施方式

    如图所示，一种高温液态钢渣粒化装置，包括液态钢渣倾倒系统和钢渣粒化系统，所述的液态钢渣倾倒系统中，钢渣罐3设置在钢渣罐支座1上，钢渣罐3前后分别设有钢渣流槽5和渣罐自动倾倒装置2，所述的钢渣粒化系统包括空气喷射装置，在空气喷射装置中，空气压缩机8通过气体管道6与气腔7-1连接，气腔7-1上设有气腔角度调整机构7-3和带有气体喷嘴13的喷射面板12，气体喷嘴13上设有喷嘴大小控制机构7-2，所述的钢渣粒化系统还包括处于空气喷射装置正下方的冷却水喷射装置，冷却水喷射装置主要由水泵10、蓄水池9和雾化喷嘴11组成，其中，水泵10通过输水管道与蓄水池9连接，水泵10上还设有流量控制阀和雾化喷嘴11，雾化喷嘴11与空气喷射装置中的气腔7-1连接；所述的喷射面板12位于钢渣流槽5出口的正下方，其上设有的气体喷嘴13为长方形，分上下两层，两层喷嘴的宽度相同，且上层喷嘴的高度为下层喷嘴高度的1.5-2.5倍，上层喷嘴与面板垂直设置，下层喷嘴向上翘起，且与其在喷射面板12的投影呈5-20°的夹角。

本发明中，钢渣流槽5与水平面呈10-60°的夹角，其外壳为钢制结构5-3，内侧设有耐热材料层5-2；所述的气腔角度调整机构7-3由小型电机、一对齿轮、角度标识盘和锁紧装置组成，气腔角度调整机构7-3控制气腔7-1的角度调整范围为0-45°。

将启动渣罐自动倾倒装置2，缓慢倾斜盛有1300-1600℃液态钢渣4的钢渣罐3，调整倾倒速度，使液体钢渣4以0.1-4t/min的流速流入钢渣流槽5中，并沿钢渣流道5-4落入钢渣粒化系统的气体喷嘴13的前方；在液态钢渣4连续下落的同时，空气压缩机8产生的0.05-0.5 MPa压缩空气，与此同时，蓄水池9中的冷却水由水泵10泵送，并通过雾化喷嘴11形成雾状冷却水喷到空气喷射装置中的气腔7-1中，与气腔7-1中的压缩空气充分混合，然后通过气体喷嘴13高速喷出，形成携带水汽的高速气流；调整喷射面板12的角度，使携带水汽的高速气流与水平方向成合适角度一同喷射到流过气体喷嘴13附近的液态钢渣4上，在空中与液态钢渣4相遇发生冲击，瞬间实现液态钢渣4的分散、淬裂，并使钢渣继续向前、向上飞行，使液态钢渣飞行的垂直高度为5-20m，落地后距钢渣流槽5最下端的水平距离10-40m，在空中充分发生物理及化学反应，冷却并凝固成型。

高温液态钢渣粒化工艺实施例1

取液态转炉钢渣重量为5吨，温度为1350℃，其化学组成（重量百分比）如下：CaO：42.1％，MgO:7.8%, SiO₂:12.8%,Al₂O₃:1.2% FeO: 5.8%, Fe₂O₃:8.3%, MnO：4.5％，游离的氧化钙12.3％， 游离氧化镁：4.9％，其他0.3％。采用钢渣流速0.5t/min，气腔内气体压力为0.1MPa，风量为18m³/min；喷射面板与水平方向夹角为35°；第二层喷嘴与面板法线垂直夹角为10°，按照上述工艺对钢渣粒化后，钢渣中FeO相消失，游离CaO和MgO未发现，而2CaO·Fe₂O₃相显著增加，非晶态矿物相也明显增加，这些矿相结构的变化都大大提高了钢渣的稳定性。

经过本方法处理后的钢渣与常规方法处理后的钢渣的外观和成分的对比如下表所示：

高温液态钢渣粒化工艺实施例2

取液态电炉钢渣重量为500kg，温度为1600℃，其化学组成（重量百分比）如下：CaO：29.1％，MgO:9.7%, SiO₂:16.5%,Al₂O₃:3.5% ，FeO: 20.9%, MnO：4.5％，游离的氧化钙6.3％， 游离氧化镁：8.9％，其他0.6％。采用钢渣流速0.1t/min，气腔内气体压力为0.05MPa，风量为5m³/min；喷射面板与水平方向夹角为55°；第二层喷嘴与面板法线垂直夹角为5°，按照上述工艺对钢渣粒化后，钢渣中FeO相消失，游离CaO和MgO含量不到0.1%，而2CaO·Fe₂O₃相显著增加，钢渣粒化呈球，呈尖晶石结构，组织安定性好。

经过本方法处理后的钢渣与常规方法处理后的钢渣的外观和成分的对比如下表所示：

高温液态钢渣粒化工艺实施例3

取液态电弧炉钢渣重量为30吨，温度为1300℃，其化学组成（重量百分比）如下：CaO：30.3％，MgO:2.52%, SiO₂:22.32%,Al₂O₃:6.63% Fe₂O₃: 24.46%, SO₂：0.87％，游离的氧化钙9.02％，游离氧化镁：2.0％，其他1.88％。采用钢渣流速4t/min，气腔内气体压力为0.5MPa，风量为30m³/min；喷射面板与水平方向夹角为40°；第二层喷嘴与面板法线垂直夹角为20°，按照上述工艺对钢渣粒化后，2CaO·Fe₂O₃相显著增加，游离CaO和MgO消失，钢渣粒化呈球，且呈尖晶石结构。

经过本方法处理后的钢渣与常规方法处理后的钢渣的外观和成分的对比如下表所示：

Claims (5)

1.一种高温液态钢渣粒化装置，包括液态钢渣倾倒系统和钢渣粒化系统，所述的液态钢渣倾倒系统中，钢渣罐（3）设置在钢渣罐支座（1）上，钢渣罐（3）相对的两侧分别设有渣罐自动倾倒装置（2）和钢渣流槽（5），所述的钢渣粒化系统包括空气喷射装置，在空气喷射装置中，空气压缩机（8）通过气体管道（6）与气腔（7-1）连接，气腔（7-1）上设有气腔角度调整机构（7-3）和带有气体喷嘴（13）的喷射面板（12），气体喷嘴（13）上设有喷嘴大小控制机构（7-2），其特征是：所述的钢渣粒化系统还包括处于空气喷射装置正下方的冷却水喷射装置，冷却水喷射装置主要由水泵（10）、蓄水池（9）和雾化喷嘴（11）组成，其中，水泵（10）通过输水管道与蓄水池（9）连接，水泵（10）上还设有流量控制阀和雾化喷嘴（11），雾化喷嘴（11）与空气喷射装置中的气腔（7-1）连接；所述的喷射面板（12）位于钢渣流槽（5）出口的正下方，其上设有的气体喷嘴（13）为长方形，分上下两层，两层喷嘴的宽度相同，且上层喷嘴的高度为下层喷嘴高度的1.5-2.5倍，上层喷嘴与面板垂直设置，下层喷嘴向上翘起，且与其在喷射面板（12）的投影呈5-20°的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种高温液态钢渣粒化装置，其特征是：所述的钢渣流槽（5）与水平面呈10-60°的夹角。

3.根据权利要求1所述的一种高温液态钢渣粒化装置，其特征是：所述的喷射面板（12）与其在水平面上的投影的夹角为10-60°。

4.根据权利要求1所述的一种高温液态钢渣粒化装置，其特征是：所述的气腔角度调整机构（7-3）控制气腔（7-1）的角度调整范围为0-45°。

5.一种高温液态钢渣粒化工艺，其特征在于，包含以下步骤：

1）将盛有1300-1600℃液态钢渣的钢渣罐置于钢渣罐支架上，启动空气喷射装置和冷却水喷射装置，将空气喷射装置中的气腔内气体压力调整为0.05-0.5MPa，气体喷嘴的风量调整为5 -30m³/min；

2）调整喷射面板的角度，使喷射面板向上倾斜且与其在水平面上的投影夹角为10-60°，同时使高温液态钢渣被夹杂水汽的高速气流吹动后飞行的垂直高度为5-20m，落地后距钢渣流槽最下端的水平距离10-40m；

3）启动液态钢渣倾倒系统，以0.1-4t/min的速度将液态钢渣倾倒到钢渣流槽内，液态钢渣沿钢渣流槽流到喷射面板上的气体喷嘴的前上方，然后在夹杂水汽的高速气流作用下呈抛物线飞出，液态钢渣飞行的轨迹满足步骤2）中所述的条件；在飞行过程中，液态钢渣与空气充分反应粒化形成钢渣球。

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