CN102643936B - 钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统及工艺方法 - Google Patents

钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统及工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统，属于钢铁冶金生产领域。该系统包括转杯、渣粒捕集器、水冷壁、电机、一级消解输送联合装置、二级消解余热回收联合装置、三级消解装置、消解气分配器和气体捕集器。方法为：步骤1：高温液态钢渣破碎过程；步骤2：渣粒凝壳及捕集过程；步骤3：一级消解输送过程；步骤4：二级消解余热回收过程；步骤5：三级消解过程。本发明的优点：实现了钢渣低成本破碎、钢渣游离氧化钙的消解，高温显热的高效回收利用。

Description

钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统及工艺方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金生产领域，特别涉及一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统及工艺方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程中的副产品，是金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，主要含有CaO、Fe2O3、SiO2和FeO，在出炉时的温度高达1700℃，排放量约占粗钢产量的12％～15％，2011年我国的粗钢产量为6.83亿吨，则钢渣的产生量至少有8196万吨，是钢铁行业的主要固体废弃物之一，因此钢渣的环境友好型处置及资源化在一定程度上影响着钢铁工业的可持续发展。到目前为止，钢渣的主要应用方法是用其生产钢渣水泥和作为碎石和细骨料的替代物。但是由于钢渣中含有5％～10％的游离氧化钙(其水解时体积将增大1～2倍)遇水后会生成氢氧化钙，体积发生膨胀，用作建材时会因体积膨胀导致建筑的断裂，限制了其作为建筑材料使用，而采用机械破碎法需要较高的成本，简单的堆积陈放又污染环境、占用土地。而随着国家循环经济的发展，要求冶金行业废弃资源实现再利用，特别是冶金渣的再利用成为冶金行业循环经济关注的焦点，有效的降低钢渣中的游离氧化钙含量更是其中的关键。目前钢渣的处理工艺主要有热泼法、喷水冷却、闷渣法以及轮式水淬法，这些工艺中，闷渣法和轮式水淬法处理后的钢渣安定性较好，游离氧化钙的含量在3％以下，但这两种方法的投资大，成本高，且钢渣的高温显热没有得到有效的回收利用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统及工艺方法。
该系统包括转杯、渣粒捕集器、水冷壁、电机、电机保护罩、一级消解输送联合装置、二级消解余热回收联合装置、三级消解装置、消解气分配器和气体捕集器，其中渣粒捕集器呈圆筒状，渣粒捕集器的中心位置设置转杯，转杯的下方设置电机，转杯的中心轴与电机轴同轴连接，电机保护罩安装在电机外，渣粒捕集器内圆周上设有水冷壁，水冷壁通过管道与渣粒捕集器连接，渣粒捕集器的出口下方设置一级消解输送联合装置，一级消解输送联合装置一端的下方设置二级消解余热回收联合装置，使一级消解输送联合装置上的物料能够落入二级消解余热回收联合装置，二级消解余热回收联合装置的下方设置三级消解装置，一级消解输送联合装置、二级消解余热回收联合装置和三级消解装置的上方均设有气体捕集器、下方均设有消解气分配器。
所述的转杯呈浅杯形状，转杯深度与上口直径的比为1∶3，转杯深度为50～300mm。
所述的渣粒捕集器呈圆筒状。
所述的一级消解输送联合装置包括输送板和底板，输送板安装在底板上面，输送板可为振动式、也可为履带式，底板设有气体分布板和冷却水管。
所述的二级消解余热回收联合装置可以为两种结构，一种结构为腔体结构，包括二级消解器、余热锅炉、换热管和布风板，二级消解器和余热锅炉为同轴嵌套，内部设有换热管，渣粒与换热管直接接触，换热管以叉排的方式布置；下部设有布风板；使渣粒在消解过程中同时进行换热、消解和余热回收反应；
另一种结构为二级消解器和余热锅炉两个单体连接，二级消解器下部设有布风板，渣粒在消解装置中同时进行换热和消解反应，余热锅炉内部设有换热管，换热管以叉排的方式布置，渣粒在余热锅炉中进行余热回收。
所述的三级消解装置为腔体结构，腔体可为矩形，也可为柱形，其内部和外部由钢板焊接组成，中间设置耐火材料，底部设有布风板，三级消解装置至少设置一个。
一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统的工艺方法，按如下步骤进行：
步骤1：高温液态钢渣破碎过程，方法为：高温液态钢，温度小于1700℃，由渣包经中间包输送到转杯中，液态渣由转速为600-2000转/分的转杯沿切向甩出，经过破碎、冷却形成直径小于10mm的渣粒；
步骤2：渣粒凝壳及捕集过程，方法为：破碎后的渣粒，其表面在飞行过程中凝固，并撞到渣粒捕集器的水冷壁，在水冷壁进一步凝固到1200℃～1300℃，并沿水冷壁下滑到渣粒捕集器底部；
步骤3：一级消解输送过程：渣粒捕集器收集的渣粒由底部进入一级消解输送联合装置，并在击振力的作用下向前运动或履带上向前运动，同时通过一级消解输送联合装置下方的消解气分配器向渣粒层喷吹水蒸气和二氧化碳的混合气体，渣粒在移动过程中进行一级消解；
步骤4：二级消解余热回收过程，方法为：渣粒经一级消解输送联合装置进入二级消解余热回收联合装置，在此高温渣粒与换热管直接接触将热量传递给管内的水，使水汽化产生蒸汽，在该过程中，底部消解气分配器通过二级消解余热回收联合装置的布风板向二级消解余热回收联合装置内部喷吹水蒸气和二氧化碳的混合气，渣粒在下落移动过程中进行二级消解，冷却后的渣粒温度在300℃以下，从二级消解余热回收联合装置底部进入三级消解装置，渣粒进入二级消解余热回收联合装置中和二级消解器底部喷入的大量消解气换热并发生消解反应，反应后的高温气体进入余热锅炉中回收余热；
步骤5：三级消解过程，方法为：渣粒进入三级消解装置，在该装置中保温0.5～3.0h，并在该过程中通过三级消解装置底部的消解气分配器向装置内部喷吹水蒸气和二氧化碳的混合气，进行渣粒的三级消解，保证最终排出渣粒的游离氧化钙消解率高于85％。
步骤3、4、5中使用的水蒸气均由步骤4中的余热锅炉提供。
本发明的优点：实现了钢渣低成本破碎、钢渣游离氧化钙的消解，高温显热的高效回收利用。
附图说明
图1为本发明钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统结构示意图1；
图2为本发明钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统结构示意图2；
图3为本发明钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统工艺方法流程图；
图中：1、转杯；2、渣粒捕集器；3、水冷壁；4、电机；5、电机保护罩；6、一级消解输送联合装置；7、二级消解余热回收联合装置；8、换热管；9、三级消解装置；10、消解气分配器；11、气体捕集器；12、蒸汽管道；13、余热锅炉；14、二级消解器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1：如图1所示，该系统包括转杯1、渣粒捕集器2、水冷壁3、电机4、电机保护罩5、一级消解输送联合装置6、二级消解余热回收联合装置7、三级消解装置9、换热管8、消解气分配器10和气体捕集器11，其中渣粒捕集器2呈圆筒状，渣粒捕集器2的中部设置转杯1，转杯1处于渣粒捕集器的中心位置，转杯1的下方设置电机4，转杯1的中心轴与电机4轴连接，电机保护罩5安装在电机4外，渣粒捕集器2内圆周上设有水冷壁3，水冷壁3通过管道与渣粒捕集器2连接，渣粒捕集器2的出口下方设置一级消解输送联合装置6，一级消解输送联合装置6一端的下方设置二级消解余热回收联合装置7，使一级消解输送联合装置6上的物料能够落入二级消解余热回收联合装置7，二级消解余热回收联合装置7的下方设置三级消解装置9，一级消解输送联合装置6、二级消解余热回收联合装置7和三级消解装置9的上方均设有气体捕集器11、下方均设有消解气分配器10。
所述的转杯1呈浅杯形状，转杯1深度与上口直径的比为1∶3，转杯1深度为50～300mm。
所述的渣粒捕集器2呈圆筒状。
所述的一级消解输送联合装置6包括输送板和底板，输送板安装在底板上面，输送板可为振动式、也可为履带式，底板设有气体分布板和冷却水管。
所述的二级消解余热回收联合装置7为腔体结构，二级消解器14和余热锅炉13为同轴嵌套，内部设有换热管8，渣粒与换热管8直接接触，换热管8以叉排的方式布置；下部设有布风板；使渣粒在消解过程中同时进行换热、消解和余热回收反应；
所述的三级消解装置9为腔体结构，腔体可为矩形，也可为柱形，其内部和外部由钢板焊接组成，中间设置耐火材料，底部设有布风板，三级消解装置9至少设置一个。
一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统的工艺方法，包括以下步骤：如图3所示，
步骤1、熔渣由渣罐运到渣粒捕集器2的正上方，并倾倒到转杯1中，高温液态渣进入转速为600转/分的转杯1后，沿转杯1的切线方向甩出，在此过程中渣被破碎成直径小于10mm的渣粒，
步骤2、破碎后的渣粒在飞行过程中，其表面开始凝固，并最终撞到渣粒捕集器2的水冷壁3上，在水冷壁3上渣粒被进一步冷却并完全凝固至1200℃，然后下滑到渣粒捕集器2的底部，随后下落到一级消解-输送联合装置6上，
步骤3、一级消解输送联合装置6的下部设有消解气分配器10，钢渣渣粒在激振力的作用下在一级消解输送联合装置6上向前运动，在该过程中消解气分配器10向一级消解输送联合装置6中喷吹H2O和CO2的混合气，进行钢渣的一级消解，
步骤4、一级消解输送联合装置6的出口与二级消解余热回收联合装置7的入口相连，二级消解余热回收联合装置7的下部也设有消解气分配器10，渣粒在二级消解余热回收联合装置7中一边和换热管8进行热交换，一边与消解气分配器10喷吹的H2O和CO2的混合气进行消解反应，渣粒在此进行二级消解，渣粒由二级消解余热回收联合装置7出来进入三级消解装置9中，
步骤5、渣粒与三级消解装置9底部的消解气分配器10喷吹的H2O和CO2的混合气发生消解反应，进行钢渣的三级消解，在该装置中保温0.5h，并保证钢渣排出时的消解率在85％以上，消解所用水蒸气可由二级消解余热回收联合装置7提供，一级消解输送联合装置6、二级消解余热回收联合装置7和三级消解装置9均设有气体捕集器11，对消解剩余气体进行捕集回收再利用。
实施例2：如图2所示，其中二级消解余热回收联合装置7为腔体结构为二级消解器14和余热锅炉13两个单体连接，二级消解器14下部设有布风板，渣粒在消解装置中同时进行换热和消解反应，余热锅炉13内部设有换热管8，换热管8以叉排的方式布置，渣粒在余热锅炉13中进行余热回收。
一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统的工艺方法，包括以下步骤：
步骤1、熔渣由渣罐运到渣粒捕集器2的正上方，并倾倒到转杯1中，高温液态渣进入转速为1500转/分的转杯1后，沿转杯1的切线方向甩出，在此过程中渣被破碎成直径小于10mm的渣粒，
步骤2、破碎后的渣粒在飞行过程中，其表面开始凝固，并最终撞到渣粒捕集器2的水冷壁3上，在水冷壁3上渣粒被进一步冷却并完全凝固至1250℃，然后下滑到渣粒捕集器2的底部，随后下落到一级消解输送联合装置6上，
步骤3、一级消解输送联合装置6的下部设有消解气分配器10，钢渣渣粒在激振力的作用下在一级消解输送联合装置6上向前运动，在该过程中消解气分配器10向一级消解输送联合装置6中喷吹H2O和CO2的混合气，进行钢渣的一级消解，
步骤4、一级消解输送联合装置的出口与二级消解余热回收联合装置7的入口相连，二级消解余热回收联合装置7的下部也设有消解气分配器10，渣粒在二级消解余热回收联合装置7中与消解气分配器10中喷吹处的消解气同时进行换热和消解反应，从二级消解器14出来的高温气体进入余热锅炉13中进行余热回收，渣粒在此过程中进行二级消解，渣粒由二级消解装置14出来进入三级消解装置9中，
步骤5、渣粒与三级消解装置9底部的消解气分配器10喷吹的H2O和CO2的混合气发生消解反应，进行钢渣的三级消解，在该装置中保温2.0h，并保证钢渣排出时的消解率在85％以上，消解所用水蒸气可由二级消解余热回收联合装置7提供，一级消解输送联合装置6、二级消解余热回收联合装置7和三级消解装置9均设有气体捕集器11，对消解剩余气体进行捕集回收再利用。
实施例3：一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统的工艺方法，包括以下步骤：
步骤1、熔渣由渣罐运到渣粒捕集器2的正上方，并倾倒到转杯1中，高温液态渣进入转速为2000转/分的转杯1后，沿转杯1的切线方向甩出，在此过程中渣被破碎成直径小于10mm的渣粒；
步骤2、破碎后的渣粒在飞行过程中，其表面开始凝固，并最终撞到渣粒捕集器2的水冷壁3上，在水冷壁3上渣粒被进一步冷却并完全凝固至1300℃，然后下滑到渣粒捕集器2的底部，随后下落到一级消解输送联合装置6上；
步骤3、一级消解输送联合装置6的下部设有消解气分配器10，钢渣渣粒在激振力的作用下在一级消解输送联合装置6上向前运动，在该过程中消解气分配器10向一级消解输送联合装置6中喷吹H2O和CO2的混合气，进行钢渣的一级消解；
步骤4、一级消解输送联合装置的出口与二级消解余热回收联合装置7的入口相连，二级消解余热回收联合装置7的下部也设有消解气分配器10，渣粒在二级消解余热回收联合装置7中与消解气分配器10中喷吹处的消解气同时进行换热和消解反应，从二级消解器14出来的高温气体进入余热锅炉13中进行余热回收，渣粒在此过程中进行二级消解，渣粒由二级消解装置14出来进入三级消解装置9中；
步骤5、渣粒与三级消解装置9底部的消解气分配器10喷吹的H2O和CO2的混合气发生消解反应，进行钢渣的三级消解，在该装置中保温3.0h，并保证钢渣排出时的消解率在85％以上，消解所用水蒸气可由二级消解余热回收联合装置7提供，一级消解输送联合装置6、二级消解余热回收联合装置7和三级消解装置9均设有气体捕集器11，对消解剩余气体进行捕集回收再利用。

Claims (3)

1.一种钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统，该系统包括转杯、渣粒捕集器、水冷壁、电机，其中渣粒捕集器呈圆筒状，渣粒捕集器的中心位置设置转杯，转杯的下方设置电机，转杯的中心轴与电机轴同轴连接，渣粒捕集器内圆周上设有水冷壁，水冷壁通过管道与渣粒捕集器连接，其特征在于：系统还包括一级消解输送联合装置、二级消解余热回收联合装置、三级消解装置、消解气分配器和气体捕集器，渣粒捕集器的出口下方设置一级消解输送联合装置，一级消解输送联合装置一端的下方设置二级消解余热回收联合装置，使一级消解输送联合装置上的物料能够落入二级消解余热回收联合装置，二级消解余热回收联合装置的下方设置三级消解装置，一级消解输送联合装置、二级消解余热回收联合装置和三级消解装置的上方均设有气体捕集器、下方均设有消解气分配器； 
所述的一级消解输送联合装置包括输送板和底板，输送板安装在底板上面，输送板为振动式、或履带式，底板设有气体分布板和冷却水管； 
所述的二级消解余热回收联合装置可以为两种结构：一种结构为腔体结构，包括二级消解器、余热锅炉、换热管和布风板，二级消解器和余热锅炉为同轴嵌套，内部设有换热管，渣粒与换热管直接接触，换热管以叉排的方式布置，下部设有布风板，使渣粒在消解过程中同时进行换热、消解和余热回收反应； 
另一种结构为二级消解器和余热锅炉两个单体连接，二级消解器下部设有布风板，渣粒在消解装置中同时进行换热和消解反应，余热锅炉内部设有换热管，换热管以叉排的方式布置，渣粒在余热锅炉中进行余热回收； 
所述的三级消解装置为腔体结构，腔体为矩形，或为柱形，其内部和外部由钢板焊接组成，中间设置耐火材料，底部设有布风板，三级消解装置至少设置一个。 
2.根据权利要求1所述的钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统，其特征在于：所述的转杯呈浅杯形状，转杯深度与上口直径的比为1：3，转杯深度为50～300mm； 
所述的渣粒捕集器呈圆筒状。 
3.采用权利要求1所述的钢渣粒化、改性、显热回收一体化系统的工艺方法，其特征在于：按如下步骤进行： 
步骤1：高温液态钢渣破碎过程：高温液态钢渣，温度大于1400℃,由渣包经中间包输送到转杯中，液态渣由转速为600—2000转/分的转杯沿切向甩出，经过破碎、冷却形成直径小于10mm的渣粒； 
步骤2：渣粒凝壳及捕集过程：破碎后的渣粒，其表面在飞行过程中凝固，并撞到渣粒捕集器的水冷壁，在水冷壁进一步凝固到1200℃～1300℃，并沿水冷壁下滑到渣粒捕集器底部； 
步骤3：一级消解输送过程：渣粒捕集器收集的渣粒由底部进入一级消解输送联合装置，并在击振力的作用下向前运动或履带上向前运动，同时通过一级消解输送联合装置下方的消解气分配器向渣粒层喷吹水蒸气和二氧化碳的混合气体，渣粒在移动过程中进行一级消解； 
步骤4：二级消解余热回收过程：渣粒经一级消解输送联合装置进入二级消解余热回收联合装置，在此高温渣粒与换热管直接接触将热量传递给管内的水，使水汽化产生蒸汽，在该过程中，底部消解气分配器通过二级消解余热回收联合装置的布风板向二级消解余热回收联合装置内部喷吹水蒸气和二氧化碳的混合气，渣粒在下落移动过程中进行二级消解，冷却后的渣粒温度在300℃以下，从二级消解余热回收联合装置底部进入三级消解装置，渣粒进入二级消解余热回收联合装置中和二级消解器底部喷入的大量消解气换热并发生消解反应，反应后的高温气体进入余热锅炉中回收余热； 
步骤5：三级消解过程：渣粒进入三级消解装置，在该装置中保温0.5～3.0h，并在该过程中通过三级消解装置底部的消解气分配器向装置内部喷吹水蒸气和二氧化碳的混合气，进行渣粒的三级消解，保证最终排出渣粒的游离氧化钙消解率高于85%； 
步骤3、4、5中使用的水蒸气均由步骤4中的余热锅炉提供。 
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