CN103608473A - 从炉渣回收有价值金属的方法及制造多功能集料的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从炉渣回收有价值金属的方法和制造多功能集料的装置。所述制造多功能集料的装置包括炉渣重整加工罐（10）、还原剂引入部分（20）、还原剂流入部分（25）和冷却单元（30、40），在所述炉渣重整加工罐（10）中储存自转炉或电炉排放的熔化炉渣；所述还原剂引入部分（20）通过炉渣重整加工罐的上部将用于从从熔化炉渣回收有价值金属的还原剂引入所述炉渣重整加工罐（10）中；所述还原剂流入部分（25）通过所述炉渣重整加工罐（10）的侧下部将用于从熔化炉渣回收有价值金属的还原剂引入所述炉渣重整加工罐（10）中；所述冷却单元（30、40）在有价值金属由其回收的熔化炉渣上产生气泡并进行受控冷却，以形成多孔的轻质材料。

Description

从炉渣回收有价值金属的方法及制造多功能集料的装置

技术领域

本发明总体上涉及一种用于从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置，更特别地涉及这样一种用于从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置，所述炉渣是在使用转炉、电炉等的炼钢过程中产生的。

本申请要求2011年11月29日提交的韩国专利申请No.10-2011-0126378的权益，所述专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

背景技术

炉渣为从熔炼过程不可避免地产生的产物。在炼铁过程中从铁矿石的脉石成分或焦炭中不可避免地产生炉渣。在炼钢过程中，炉渣不可避免地由氧化物产生，所述氧化物在铁水或钢水或为了精炼的目的而添加的辅助材料的氧化或脱氧的过程中产生。

发明内容

技术问题

因此，本发明提供了一种用于从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置，其可从炼钢熔化炉渣回收有价值金属（Fe、Mn），并重整炉渣，以将所得炉渣用于水泥、掺和剂材料和特殊用途材料。

技术方案

为了实现如上目的，本发明提供了一种从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置，其包括：炉渣重整加工罐、还原剂引入部分、还原剂流入部分和冷却单元，在所述炉渣重整加工罐中储存自转炉或电炉排放的熔化炉渣；所述还原剂引入部分从上方将还原剂引入所述炉渣重整加工罐中，所述还原剂从熔化炉渣回收有价值金属；所述还原剂流入部分通过所述炉渣重整加工罐的侧面的下部将还原剂输入所述炉渣重整加工罐中，所述还原剂从熔化炉渣回收有价值金属；所述冷却单元产生气泡并进行受控冷却，以将熔化炉渣转化为具有多孔结构的轻质材料，其中所述有价值金属是从熔化炉渣中回收得到的。

所述还原剂引入部分可包括料斗、钻管和流入控制部分，在所述料斗中储存还原剂；所述钻管从所述料斗延伸至所述炉渣重整加工罐中，以将还原剂注入所述炉渣重整加工罐中，所述流入控制部分计算通过所述钻管引入所述炉渣重整加工罐中的还原剂的量。

所述还原剂流入部分可包括注入管道、供应管道和开孔器，所述注入管道设置于所述炉渣重整加工罐的侧面的下部，该注入管道将还原剂和气体引入所述炉渣重整加工罐中；所述供应管道连接至所述注入管道的一部分，该供应管道将还原剂和气体供应至所述注入管道；所述开孔器设置于所述注入管道处，该开孔器在出口封闭时打开所述注入管道的出口。

所述开孔器可包括本体和开孔部分，所述本体设置于注入管道的与所述出口相反的一端，并具有限定于其中的空间，液压或气压通过所述空间进入和离开；所述开孔部分在朝向所述注入管道的出口的方向上在所述本体内部打开或关闭，所述开孔部分的前端的外周的一部分对应于所述注入管道的内径。

所述开孔部分可具有锥形前端。

可设置还原剂传感器和开孔器控件。所述还原剂传感器基于还原剂是否流入所述注入管道内而检测所述注入管道的出口的封闭。所述开孔器控件接收来自所述还原剂传感器的检测信号，如果确定所述注入管道的出口封闭，则通过操作所述开孔器而打开所述注入管道的出口。

所述供应管道可连接至还原剂供应管道和气体供应管道，所述还原剂供应管道连接至其中储存还原剂的料斗。供应的还原剂和气体在经控制下供应至所述注入管道之前混合。

所述还原剂供应管道和气体供应管道可设置有注入阀，所述注入阀调节供应的还原剂和气体的量。

所述冷却单元可包括蒸汽供应部分和气体供应部分，所述蒸汽供应部分将蒸汽引入所述炉渣重整加工罐中，所述蒸汽冷却熔化炉渣以产生固体炉渣；所述气体供应部分将载气引入所述炉渣重整加工罐中，所述载气使熔化炉渣与还原剂之间的反应达到最大。当将包含蒸汽和载气的混合物气体鼓入熔化炉渣中时，进行受控冷却。

有益效果

根据本发明，有价值金属（Fe、Mn）可从自转炉或电炉排放的炉渣中回收。炉渣可通过成型和受控冷却而转化为具有低比重的炉渣，且多功能集料可由具有低比重的炉渣制得。多功能集料的组成类似于天然集料、水泥等的组成，且多功能集料膨胀极小。因此，多功能集料能可靠地替代为特殊用途而制造的多功能轻质集料，如用于防止建筑物中地板之间的噪声的材料。有可能根据水泥的组成，通过调节多功能集料的组成，而由多功能集料适当地制造水泥。

特别地，由于还原剂通过还原剂引入部分和还原剂流入部分而输入炉渣重整加工罐，因此还原剂的搅拌力增加了。因此，还原剂充分还原并在炉渣内部均匀分布，由此进一步改进了还原效率。经改进的还原效率不仅增加了有价值金属的回收率，而且具有成本效益。

另外，还原剂流入部分的注入管道设置有开孔器。当炉渣重整加工罐和注入管道连接的部分封闭时，封闭部分可易于打开。这使得还原剂有效输入，由此充分有助于还原剂的搅拌力的改进。

附图说明

图1为显示根据本发明的一个实施方案的用于从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置的构造图；

图2为显示根据本发明的一个实施方案的还原剂流入部分的视图；

图3和图4为显示根据本发明的一个实施方案的还原剂流入部分的使用状态的过程视图；

图5为显示图1所示的用于蒸汽的多孔塞的形状的立体图；

图6为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的回收单元的一个实施方案的构造图；

图7为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的回收单元的另一实施方案的构造图；

图8为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的倾斜单元的视图；

图9为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的防熔接部分的第一实施方案的构造图；

图10为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的防熔接部分的第二实施方案的构造图；

图11为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的防熔接部分的第三实施方案的构造图；且

图12为显示多功能集料的应用的视图。

<图中的附图标记的描述>

10：炉渣重整加工罐     20：还原剂引入部分

25：还原剂流入部分     26：注入管道

26a：开孔器            26b：本体

26c：开孔部分          27：供应管道

28：还原剂供应管道     29：气体供应管道

28a,29a：注入阀       S：还原剂传感器

C：开孔器控件          30：蒸汽供应部分

40：气体供应部分        60：燃烧器

70：水冷管线          80：防熔接部分

90：回收单元

100：从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置。

具体实施方式

最佳模式

下面将参考所附附图更为具体地引用本发明的示例性实施方案。

本发明使用图1所示的从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置100来回收有价值金属和多功能集料。

制造多功能集料的方法包括，在还原装置操作之前将来自转炉或电炉的熔浆排放至炉渣重整加工罐10中，并通过将还原剂引入其中而从熔化炉渣回收有价值金属。

之后，为了从熔化炉渣（有价值金属是从熔化炉渣回收的）形成具有多孔结构的轻质材料，在有价值金属从其中回收的熔化炉渣中产生了气泡，之后受控冷却，由此形成具有多孔结构的固体炉渣。压碎并研磨具有多孔结构的固体炉渣，并将所得材料成形为集料。由于所得多功能集料的组成类似于天然集料或水泥的组成，因此所得多功能集料可用于高品质水泥、轻质集料或掺和剂。特别地，多功能集料由于低比重和低吸水性而可用于具有多种用途的特殊集料。

回收有价值金属和制造多功能集料的所述过程将称为“Ki-Hwang（KH）过程”。

在使用电炉的炼钢过程中分析的炼钢炉渣的化学组成示于表1中。

表1（单位：wt%）

由转炉或电炉产生的炼钢炉渣含有至少20%的有价值金属氧化物。特别地，由电炉产生的初始炉渣含有至少30%的有价值金属氧化物。

包含于炉渣中的代表性的有价值金属氧化物为FeO。当FeO的含量较高时，在将炉渣制造成集料时难以压碎，且当使用集料作为水泥的原料时存在大量限制。因此，在从炉渣回收有价值金属之后，通过受控冷却将剩余炉渣的形状转化为具有多孔结构的轻质材料。

用于从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置100包括炉渣重整加工罐10、还原剂引入部分20、还原剂流入部分25和冷却单元30和40。

在还原精炼之前氧化精炼之后（即在氧化精炼的中间阶段之后）进行从电炉排放炉渣。在氧化精炼的最后阶段时，由于在炉渣中降低量的金属氧化物导致炉渣的流动性降低，因此难以排放炉渣。因此，重要的是选择炉渣排放的时间。

炉渣首先通过倾斜电炉或打开门（如果有的话）而排放至分开的炉渣罐（未显示），然后将熔化炉渣装载至炉渣重整加工罐10中。

另外，也能够将来自电炉的炉渣直接排放至炉渣重整加工罐10中。

炉渣重整加工罐10的内壁由具有高热导率的铜板或铁板制得。炉渣重整加工罐10具有在其上部的罐盖11，所述罐盖11打开或关闭炉渣重整加工罐10的上部，从而将自转炉或电炉排放的熔化炉渣引入炉渣重整加工罐10中。

当自转炉或电炉排放的熔化炉渣储存于炉渣重整加工罐10中时，使用还原剂引入部分20将用于从熔化炉渣回收有价值金属的还原剂引入炉渣重整加工罐10中。

还原剂引入部分20包括料斗21、钻管22和流入控制部分23，在所述料斗21中储存还原剂，所述钻管22从料斗21延伸至炉渣重整加工罐10中，以将还原剂注入炉渣重整加工罐10中，所述流入控制部分23计算通过钻管22引入炉渣重整加工罐10中的还原剂的量。

还设置还原剂流入部分25，以增加还原剂的搅拌力。

如图2所示，还原剂流入部分25包括注入管道26、供应管道27和开孔器26a。注入管道26设置于炉渣重整加工罐10的侧面的下部，并将还原剂和气体引入炉渣重整加工罐10中。供应管道27连接至注入管道26的一部分，并将还原剂和气体供应至注入管道26。开孔器26a设置于注入管道26处，并在出口封闭时打开注入管道26的出口。

当具有粒子的还原剂与气体同时通过侧面的下部输入炉渣重整加工罐10中时，还原剂的搅拌力增加，从而充分搅拌还原剂。然后还原剂均匀分布于炉渣中，由此进一步改进还原效率。

供应管道27连接至还原剂供应管道28和气体供应管道29，所述还原剂供应管道28连接至其中储存还原剂的料斗21。供应的还原剂和气体在供应管道27中混合，并在控制下供应至注入管道26。

当还原剂与气体同时供应至注入管道26时，还原剂容易地鼓入气体中而进入炉渣重整加工罐10中。气体在高压下供应以促进具有粒子的还原剂的注入。

调节还原剂的量和气体的量的注入阀28a和29a设置于还原剂供应管道28和气体供应管道29上。注入阀28a和29a的打开或关闭可在开孔器控件C的控制下调节，所述开孔器控件C将在下文描述。

开孔器26a包括本体26b和开孔部分26c。本体26b设置于注入管道26的与出口相反的一端，并在其中限定液压或气压进入和离开的空间。开孔部分26c可在朝向注入管道26的出口的方向上在本体26b内部打开或关闭，且其前端的外周的一部分对应于注入管道26的内径。

注入管道26的出口与炉渣重整加工罐10连通，使得供应至注入管道26的还原剂和气体可容易地鼓入炉渣重整加工罐10中。

注入管道26的出口部分可由固化的炉渣封闭。在此情况中，由于还原剂未鼓入炉渣重整加工罐10中，因此难以指望还原效率的改进。然后，使用开孔器26a打开固化的炉渣层，使得还原剂可容易地鼓入。

当注入管道26的出口部分未封闭时，开孔器26a移动至与出口相反的注入管道的部分，使得供应管道27和注入管道26彼此连通。当注入管道26的出口部分封闭时，开孔器26a移动至注入管道26的出口部分，以打开注入管道26的出口。

在此时，开孔器26c关闭供应管道27（其将还原剂和气体供应至注入管道26）的连接至注入管道之处的部分，由此阻止还原剂和气体供应至注入管道26。

开孔部分26c具有锥形前端，使得开孔部分可容易地打开封闭注入管道26的出口的固化炉渣层。另外，开孔部分26c的前端可具有螺旋形状，只要其可容易地打开固化炉渣层即可。

提供了还原剂传感器S和开孔器控件C。还原剂传感器S基于还原剂是否流入注入管道26内而检测注入管道26的出口的封闭。开孔器控件C接收来自还原剂传感器S的检测信号，如果确定注入管道26的出口封闭，则通过操作开孔器26a而打开注入管道26的出口。

还原剂检测器S检测还原剂和气体是否流动至注入管道26的出口。开孔器控件C接收来自还原剂传感器S的检测信号，如果确定还原剂和气体未流动至注入管道26的出口部分，则确定注入管道26的出口部分封闭。

然后，如图3和图4所示，将液压或气压供应至本体26b，使得开孔部分26c前进。开孔部分26c随后打开固化炉渣层，由此打开注入管道26的出口。

在此时，开孔器控件C可在操作开孔器26a的同时，通过关闭调节还原剂和气体的量的注入阀28a和29a而停止将还原剂和气体供应至注入管道26。

现在讨论将还原剂鼓入排放至炉渣重整加工罐10中的熔化炉渣中的过程。

还原剂旨在将熔化炉渣中的有价值金属氧化物进行还原，特别是将FeO还原成Fe。还原剂作为具有强氧亲和性的物质（如碳（C）或铝（Al））来实施。另外，可使用选自硅（Si）、钠（Na）、钙（Ca）、镁（Mg）和CO气体的至少一种。

将选自碳（C）、铝（Al）、硅（Si）、钠（Na）、钙（Ca）、镁（Mg）和CO气体的至少一种还原剂通过在上部的还原剂引入部分20和在侧面的下部的还原剂流入部分25供应至炉渣重整加工罐10。

在本文，载气也可与还原剂一起引入，以通过增加搅拌力而加速反应。载气可为空气、氮气或氩气，并通过气体供应部分40供应至炉渣重整加工罐10，所述气体供应部分40将在下文描述。

在其中还原剂通过还原剂流入部分25供应至炉渣重整加工罐10的情况中，也有可能同时鼓入高压空气、氮气或氩气，使得还原剂可在还原剂中容易地鼓入进入炉渣重整加工罐10中。

在本文，与还原剂同时供应至炉渣重整加工罐10中的高压气体用于促进还原剂分布至炉渣中，并增加还原剂的搅拌力。

在还原剂中，引入铝（Al）用于铁（Fe）的强力还原。

当熔化炉渣的温度更高且反应速度更高时，包含于熔化炉渣中的铁（Fe）的还原更有利。然而，借助碳（C）的铁（Fe）的还原反应为吸热反应，由此降低了熔化炉渣的温度。

当排放时，熔化炉渣的温度为约1600℃。然而，在排放之后，由于借助碳（C）的铁（Fe）的还原反应以及外部因素，熔化炉渣的温度每小时减小约200至300℃。

尽管需要用于将熔化炉渣保持在高温下的分开的热源，当使用铝（Al）作为还原剂时，产生铝（Al）氧化能。借助碳（C）的铁（Fe）的还原反应为由下式表示的吸热反应：3FeO+2Al→3Fe+Al₂O₃---187.1kcal。所述反应也称为铝热剂反应，因为该反应由于还原而产生热量。

将引入的铝（Al）的量控制至其中温度保持在1300至1600℃的范围。熔化炉渣的温度越高，则铁（Fe）的还原越有利。然而，当熔化炉渣的温度超过1600℃时，炉渣罐可能过度侵蚀。当熔化炉渣的温度低于1300℃时，则还原反应显著降低。

参照详细过程，当熔化炉渣从电炉排放至炉渣罐中时，碳（C）充当由如下表示的还原反应中的还原剂：FeO+C→Fe+CO。

在该过程中，熔化炉渣的温度可下降。然而，之后，当添加铝（Al）时，由于熔化炉渣的温度通过由下式表示的吸热反应而保持在高温下，因此还原反应得以促进：3FeO+2Al→3Fe+Al₂O₃---187.1kcal。在本文，通过还原反应产生的Al₂O₃导致炉渣组成的变化，并降低炉渣的熔点。

添加以保持熔化炉渣的温度在1300至1600℃范围内的铝（Al）的量为每吨炉渣10至50kg。添加的铝（Al）的量为取决于操作条件通过将铝（Al）的实际产率设定至50至100%的范围而获得的值。

添加的铝（Al）的量通过如下反应式和卡路里量计算。

反应式：3FeO+2Al→3Fe+Al₂O₃---187.1kcal

卡路里量：Q=CMT

在本文，Q为卡路里量，C为热容量，M为炉渣重量，且T为增加的温度。

例如，假设炉渣重量为10吨且炉渣中的FeO的含量为1吨，则添加的铝（Al）的量为251kg。

计算过程如下。

与FeO1摩尔反应的Al的量为2/3摩尔。

FeO1摩尔=71.8g

FeO1吨=1000000/71.8=13928摩尔

与FeO13928摩尔反应的Al的量为9285摩尔。

Al9285摩尔→9285摩尔X27g/摩尔=251kg

熔化炉渣中的FeO的含量可使用分光仪测得，或在湿计量法等中测得。

如上所述，添加以保持熔化炉渣的温度在1300至1600℃范围内的铝（Al）的量为每吨炉渣10至50kg。为了引入在该合适范围内的还原剂的量，流入控制部分23计算还原剂的量，使用所述还原剂的量而可将熔化炉渣的温度保持在1300至1600℃范围内。

为此，流入控制部分23由使用重量测量设备（未显示，设置于支撑炉渣重整加工罐的底部）测得的熔化炉渣的重量计算还原剂的量，使用所述还原剂的量而可将熔化炉渣的温度保持在1300至1600℃范围内，重量测量设备测量在炉渣重整加工罐10中的熔化炉渣的重量。

重量测量设备可由包括称重传感器的电子天平来实现。另外，可应用用于测量重量的任何类型的天平。

例如，当使用重量测量设备测得的熔化炉渣的重量为1吨时，流入控制部分23计算还原剂铝（Al）的添加的量为10至50kg。然后，流入控制部分23调节管道上的控制阀24和注入阀28a和29a，从而将算得量的还原剂（Al）通过钻管22和注入管道26从料斗21引入炉渣重整加工罐10。

同时，降低熔化炉渣的熔点和比重并重整炉渣的接种剂可进一步通过还原剂引入部分20引入。

在受控冷却之前，可引入降低熔化炉渣的熔点和比重并重整炉渣的接种剂。接种剂导致熔化炉渣的物理/化学组成的改变，以通过诱导形成具有1300℃或更高温度的熔化炉渣而降低熔点和比重。

熔化炉渣满足3.0g/cm³或更小的比重。在本文，由于输入接种剂以及FeO恢复为Fe的复杂作用，熔化炉渣的比重降低。

参照该原理，当引入接种剂时，低熔点氧化物通过氧化反应产生，并且当炉渣的体积膨胀且同时通过蒸气和载气冷却时，熔化炉渣的比重降低。另外，炉渣的熔点也被低熔点氧化物降低。

在本文，接种剂可为选自铝、硅、生石灰等的一种。

铝、硅、生石灰等以每吨炉渣400kg或更少的量引入。添加的铝或硅的量的增加用于降低熔化炉渣的比重和熔点。然而，当添加过量的铝或硅时，熔化炉渣在反应之前失去热量。因此，铝或硅的量必须不超过每吨炉渣400kg，因为用于降低熔点和比重的反应仅在炉渣为熔化态时才是可能的。

用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置100还包括设置于罐盖11处的燃烧器60。燃烧器60保持或升高熔化炉渣的温度，以促进熔化炉渣与还原剂或接种剂之间的反应。燃烧器60可通过将熔化炉渣的温度保持在均匀值下而将熔化炉渣对还原剂或接种剂的反应性保持在预设水平。

在本文，燃烧器60使用作为燃料的液化天然气（LNG）和油以及氧气。根据本发明的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置100还包括燃料供应管道61、62和63，所述燃料供应管道61、62和63延伸通过罐盖11，以将LNG、油和氧气供应至炉渣重整加工罐10中。参照图1，附图标记61为LNG供应管道，附图标记62为油供应管道，且附图标记63为氧气供应管道。

还原在引入铝（Al）之后1至2小时内完成。

当还原完成时，具有较高比重的铁（Fe）分离至炉渣重整加工罐10的下部，且熔化炉渣位于所述较高比重的铁（Fe）之上。

在还原完成之后进行受控冷却之前，从熔化炉渣回收并分离至炉渣重整加工罐10的有价值金属（Fe）需要从炉渣重整加工罐10中排放，以增加受控冷却的效率并将熔化炉渣转化为具有多孔结构的固体炉渣。这通过在炉渣重整加工罐10中形成的排放口12进行。如图1所示，排放口12可在炉渣重整加工罐10的下部形成。

根据本发明的冷却单元30和40在炉渣重整加工罐10内进行熔化炉渣的受控冷却，以将有价值金属由其回收的熔化炉渣转化为具有多孔结构的轻质材料。

冷却单元30和40包括蒸汽供应部分30和气体供应部分40。蒸汽供应部分30将蒸汽引入炉渣重整加工罐10中，所述蒸汽冷却熔化炉渣以产生固体炉渣。气体供应部分40将载气引入炉渣重整加工罐10中，所述载气使熔化炉渣与还原剂之间的反应达到最大。当将包含蒸汽和载体的混合物气体鼓入熔化炉渣中时，进行受控冷却。

具体地，蒸汽供应部分30包括蒸汽管道31、用于蒸气的多孔塞32和蒸汽喷嘴33。蒸汽喷嘴33在炉渣重整加工罐10的内壁或底部形成，使得蒸汽通过蒸汽喷嘴33注入。用于蒸气的多孔塞32设置于蒸汽喷嘴33与炉渣重整加工罐10的外壁之间。

参照示于图1中的结构，注入蒸汽的多个蒸汽喷嘴33设置于炉渣重整加工罐10的内壁和底部上，且蒸汽管道31连接至蒸汽喷嘴33，并与蒸汽喷嘴33连通。控制待注入的蒸气的量和压力的流动控制器34设置于蒸汽管道31上。另外，尽管未显示，但蒸汽管道31中的每一个可具有排放管道，由于蒸汽的热量损失而产生的冷凝水通过所述排放管道排放。

在本文，用于蒸气的多孔塞32由多孔耐火材料制得，所述多孔耐火材料的主要含量可为氧化铝等。如图5所示，多个孔32a不规则地设置于多孔塞32中的每一个中。孔32a不仅在多孔塞32的表面中不规则形成，还在多孔塞32的内部不规则形成。该结构允许从蒸汽管道31传送的气态或液态蒸气有效穿过孔32a，但防止固体或大颗粒传送。

参照图5，优选的是，用于蒸气的多孔塞32的外径在从外壁至内壁的方向上逐渐减小（D1>D2，如图5所示）。因此，即使炉渣重整加工罐10内的压力增加，也可防止引入炉渣重整加工罐10中的蒸气向蒸汽管道31流回。

在本文，不仅有可能使用上述结构（如多孔塞），还有可能使用多种入口管道或铁管将蒸汽引入炉渣重整加工罐10中。

另外，可进一步设置压力控制部分13。压力控制部分13通过如下方式防止蒸气或载气流回炉渣重整加工罐10的外部：基于在炉渣重整加工罐10内检测的熔化炉渣的正压力而控制将蒸汽和载气引入炉渣重整加工罐10的压力。

压力控制部分13包括传感器和控制部分，所述传感器检测炉渣重整加工罐10内的熔化炉渣的正压力，所述控制部分基于所述正压力而控制将蒸汽或载气引入炉渣重整加工罐10的压力。

具体地，当炉渣重整加工罐10内的熔化炉渣的正压力增加时，引入炉渣重整加工罐10中的蒸气或载气可向蒸汽管道31或气体管道41流回。在此情况中，压力控制部分13自动控制将蒸汽和载气引入炉渣重整加工罐10的压力，以防止蒸气或载气流回。

为此，使用预设传感器检测炉渣重整加工罐10内的熔化炉渣的正压力。如果检测到的正压力为预设压力或更大时，压力控制部分13的预设控制部分增加引入蒸气和载气的压力，使得蒸气和载气可对抗所述正压力而有效引入炉渣重整加工罐10中。

另外，可不使用包括用于蒸气的多孔塞32中的孔32a的结构。尽管未显示，但由选自铜（Cu）、铁（Fe）和不锈钢的一种制得的多个细管连接至蒸汽管道31，使得蒸气可通过所述多个细管注入炉渣重整加工罐10中。

气体供应部分40的结构和功能类似于蒸汽供应部分30的结构和功能。气体供应部分40包括气体管道41、用于气体的多孔塞42和气体喷嘴43。气体喷嘴43在内壁或底部形成，使得载气通过气体喷嘴43注入。用于气体的多孔塞42设置于气体喷嘴43与炉渣重整加工罐10的外壁之间。在本文，载气可实施为空气、氮气或氩气。

将载气注入炉渣重整加工罐10中的多个气体喷嘴43设置于炉渣重整加工罐10的内壁和底部上，并连接至气体管道41且与气体管道41连通。控制待注入的气体的量和压力的流动控制器44设置于气体管道31上。

由于用于气体的多孔塞42的结构和功能类似于用于蒸气的多孔塞32的结构和功能，因此将省略对用于气体的多孔塞42的描述。

如在前述实施方案中，当蒸气和载气分别通过蒸汽供应部分30和气体供应部分40鼓入炉渣重整加工罐10中时，具有如下优点：可分别控制蒸气鼓入的流速和压力以及载气鼓入的流速和压力。

然而，本发明不限于此。蒸汽供应至炉渣重整加工罐中所通过的蒸汽供应部分的蒸汽管道可连接至气体供应部分的气体管道，气体通过气体供应部分的气体管道供应至炉渣重整加工罐所，从而在控制下将含有气体和蒸汽的混合物气体供应至炉渣重整加工罐中。

同时，当将包含蒸汽和载气的混合物鼓入熔化炉渣中并进行受控冷却时，比重和熔点降低的熔化炉渣以孔在炉渣内形成的状态冷却，并因此转化为具有多孔结构的固体炉渣。然后有可能容易地压碎固体炉渣而无需大的力量。

如果以典型方法（如水冷或气冷）而不是本发明的受控冷却处理熔化炉渣，则由于高的Fe含量而难以压碎炉渣。由于炉渣具有成问题的3.5g/cm³或更大的高比重以及由f-CaO和f-MgO的相变所导致的膨胀，因此不可能使用炉渣作为水泥的原料。

在还原之后通过成型和受控冷却而制得的具有多孔结构的固体炉渣具有0.6至3.0的体积密度。体积密度表示通过考虑物质之间的体积（空隙）而获得的密度，也称为表观密度。

当体积密度小于0.6时，作为用于建筑物的轻质集料的应用对于防止地板之间的噪声产生的作用不明显。当体积密度超过3.0时，难以使用炉渣作为水泥的原料。

为了冷却炉渣而鼓入蒸气，且为了熔化炉渣与还原剂之间的搅拌反应的目的而鼓入载气。由于蒸气降低炉渣的温度且极小膨胀，因此蒸气具有优良的冷却效率。作为参考，由于水因为高膨胀性而具有爆炸的危险，因此不使用水用于冷却热的熔化炉渣。

冷却可以以1至50℃/秒的冷却速度进行直至室温。冷却速度取决于鼓入室温载气和蒸汽的量以及取决于压力调节而具有最大值和最小值。固体炉渣的形状、强度和结构精度取决于冷却速度而不同。

因此，控制鼓入室温气体和蒸汽的量和压力，使得冷却速度保持在5至50℃/秒的范围内。这旨在增加压碎固体炉渣的效率。当冷却速度为5℃/秒或更大时，炉渣的平均粒子尺寸为50mm或更小，使得压碎效率较高。另外，通过采用取决于供应室温载气和蒸汽的量和压力的最大值，获得了冷却速度的上限。

根据本发明的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置100还包括水冷管线70，所述水冷管线70防止炉渣重整加工罐10热变形。

在炉渣重整加工罐10内，由热的熔化炉渣反复施加热冲击，因此炉渣重整加工罐10可能热变形。为了防止这一点，围绕炉渣重整加工罐10的外壁设置水冷管线70。有可能通过将室温水循环通过水冷管线70而防止炉渣重整加工罐10变形。

图6为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的回收单元的一个实施方案的构造图。

根据本发明的一个实施方案的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置100还包括回收单元90，所述回收单元90回收在冷却炉渣重整加工罐10内的熔化炉渣之后所产生的热蒸汽、在炉渣重整加工罐内的未反应的还原剂粉末和由熔化炉渣与还原剂之间的反应所产生的灰尘。

在本文，回收单元90包括蒸气储存部分91、灰尘回收部分92、公共管道93、蒸汽管道94、灰尘管道95和调节器96。蒸气储存部分91和灰尘回收部分92分别回收和储存热蒸汽和灰尘（包括未反应的还原剂粉末）。

具体地，热蒸汽在熔化炉渣在炉渣重整加工罐10内冷却之后产生，并通过公共管道93排放至炉渣重整加工罐10的外部。同样，当灰尘由熔化炉渣与还原剂之间的反应而产生时，灰尘通过公共管道93排放至炉渣重整加工罐10的外部。

参照图6，引入公共管道93中的蒸气和灰尘分别被引导至蒸气储存部分91和灰尘回收部分92。

详细地进行描述，热蒸汽在熔化炉渣冷却时产生，且灰尘由熔化炉渣与还原剂之间的反应产生。产生蒸汽时的时间点不同于产生灰尘时的时间点。

取决于各自的时间点进行描述，在熔化炉渣与还原剂之间的反应之时，调节调节器96，使得经过公共管道93的灰尘被引导至灰尘回收部分92。在此方式下，灰尘通过引导至灰尘管道95而被收集。

另外，当在控制下冷却熔化炉渣时，调节调节器96，使得经过公共管道93的蒸气被引导至蒸气回收部分91。以此方式，热蒸汽通过被引导至蒸汽管道94而被收集。在本文，调节器96可实施为换向阀，如电磁阀。

即，利用调节器96，回收单元90可选择性地回收在炉渣重整加工罐10内的熔化炉渣冷却之后所产生的热蒸汽或者由熔化炉渣与还原剂之间的反应而产生的灰尘。

以此方式，可通过回收和再循环被引导至蒸气储存部分91的热蒸汽而改进效率。也有可能通过收集被引导至灰尘回收部分92的灰尘而防止污染物被排放。

图7为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的回收单元的另一实施方案的构造图。

图7所示的回收单元90可包括灰尘收集罩97，灰尘收集罩97与炉渣重整加工罐10的上部间隔开，并通过抽吸而捕集蒸气和灰尘。

因此，在炉渣重整加工罐10上方排放的蒸气或灰尘可由灰尘收集罩97收集，通过公共管道93排放，并被引导至和储存于蒸气储存部分91或灰尘回收部分92中。

图8为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的倾斜单元的视图。

根据本发明的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置100还包括倾斜单元75，所述倾斜单元75倾斜炉渣重整加工罐10以将固体炉渣排放至外部，所述固体炉渣的受控冷却已在炉渣重整加工罐10内完成。

当熔化炉渣通过受控冷却而转化为具有多孔结构的固体炉渣时，将固体炉渣排放至外部以压碎和研磨。

参照图8，倾斜单元75铰链联接至炉渣重整加工罐10的侧面，并通过使用由力源（未显示）供应的动力而倾斜炉渣重整加工罐10，从而将固体炉渣排放至外部。

尽管图8显示倾斜单元75固定至炉渣重整加工罐10的侧面以倾斜炉渣重整加工罐10，但不限制设置倾斜单元75的位置。也有可能将倾斜单元75固定至炉渣重整加工罐10的下部，并因此在上-下的方向上移动炉渣重整加工罐10。

另外，尽管图8显示其中倾斜单元75实施为液压倾斜单元（其使用自液压源（未显示）接收液压的液压缸倾斜炉渣重整加工罐10）的实施方案，但倾斜单元也可实施为电动机（其使用电力代替液压作为动力）。

图9为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的防熔接部分的第一实施方案的构造图，图10为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的防熔接部分的第二实施方案的构造图，图11为显示图1所示的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置的防熔接部分的第三实施方案的构造图。

根据本发明的用于回收有价值金属和制造多功能集料的装置100还包括防熔接部分80，所述防熔接部分80设置于炉渣重整加工罐10的外部以防止固体炉渣熔接至炉渣重整加工罐10的内壁，所述固体炉渣的受控冷却已在炉渣重整加工罐10内完成。

尽管受控冷却在炉渣重整加工罐10内进行，但熔化炉渣可熔接至炉渣重整加工罐10的内壁。在此情况中，即使使用倾斜单元75倾斜炉渣重整加工罐10，熔接至内壁的炉渣也不会被排放至炉渣重整加工罐10的外部，这是成问题的。因此，使用防熔接部分80，所述防熔接部分80防止受控冷却已完成的固体炉渣熔接至炉渣重整加工罐10的内壁。

参照图9，防熔接部分80可实施为高频加热器81，所述高频加热器81从炉渣重整加工罐10的外部将高频波辐射至炉渣重整加工罐10。通过使用高频电流的电磁感应而能够实现在加热金属中所用的高频加热（高频感应加热）。使用高频波加热炉渣重整加工罐10的外壁，且传输至内壁的热量暂时加热在炉渣重整加工罐10的内壁上的炉渣，由此防止熔接。

作为一个选择，参照图10，防熔接部分80可实施为振动器82，所述振动器82设置于炉渣重整加工罐10的下方，以将微小振动传输至炉渣重整加工罐10。另外，参照图11，防熔接部分80可实施为加热丝83，所述加热丝83埋在炉渣重整加工罐10的外壁与内壁之间，以在外壁与内壁之间加热炉渣重整加工罐10。

当熔化炉渣通过受控冷却而转化为具有多孔结构的固体炉渣时，使用倾斜单元75将固体炉渣排放至外部，然后将固体炉渣压碎和研磨。

由于Fe（有价值金属）的含量较低，且固体炉渣具有多孔结构，因此具有多孔结构的固体炉渣易于压碎和研磨。经压碎和研磨的固体炉渣具有50mm或更小的均匀的平均粒子尺寸。

图12为显示多功能集料的应用的视图。

如上制得的多功能集料含有CaO、Al₂O₃和SiO₂作为主要成分，并可如图12所示应用。因此，这不仅降低了用于制造水泥的燃料量，还降低了功率消耗。

另外，不同于常规水泥的制造，使用多功能集料制得的水泥无需煅烧。因此，二氧化碳排放的量降低约40%。

另外，多功能集料显示出优异的耐化学性和优异的对氯离子渗透的抗性。另外，多功能集料可降低碱硅酸反应（ASR），因此可用于具有高耐久性的混凝土结构。

上述方法和装置可同样适用于从转炉排放的炉渣。

本发明的范围不局限于前述示例性实施方案，而是由权利要求书的公开内容限定。本领域技术人员将了解，在不偏离如权利要求书所公开的本发明的范围的情况下，各种修改和改变是可能的。

Claims (9)

1.一种从炉渣回收有价值金属和制造多功能集料的装置，其包括：

炉渣重整加工罐，在所述炉渣重整加工罐中储存自转炉或电炉排放的熔化炉渣；

还原剂引入部分，所述还原剂引入部分将还原剂引入所述炉渣重整加工罐中，其中所述还原剂从熔化炉渣回收有价值金属；

还原剂流入部分，所述还原剂流入部分经由所述炉渣重整加工罐的侧面的下部将所述还原剂输入所述炉渣重整加工罐中，其中所述还原剂从熔化炉渣回收有价值金属；以及

冷却单元，所述冷却单元构造为产生气泡并冷却熔化炉渣，以将熔化炉渣转化为具有多孔结构的材料。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述还原剂引入部分包括：

料斗，在所述料斗中储存所述还原剂；

钻管，所述钻管从所述料斗延伸至所述炉渣重整加工罐中，以将所述还原剂注入所述炉渣重整加工罐中；以及

流入控制器，所述流入控制器构造为计算经由所述钻管引入所述炉渣重整加工罐中的还原剂的量。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述还原剂流入部分包括：

注入管道，所述注入管道设置于所述炉渣重整加工罐的侧面的下部，并构造为将所述还原剂和气体引入所述炉渣重整加工罐中；

供应管道，所述供应管道连接至所述注入管道的一部分，并构造为将所述还原剂和所述气体供应至所述注入管道；以及

开孔器，所述开孔器设置于所述注入管道处，并构造为在出口封闭时打开所述注入管道的出口。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述开孔器包括：

本体，所述本体设置于注入管道的与所述出口相反的一端，其中所述本体包括空间，液压或气压通过所述空间进入和离开；以及

开孔部分，所述开孔部分在朝向所述注入管道的出口的方向上在所述本体内部打开和关闭，其中所述开孔部分的前端的外周的一部分对应于所述注入管道的内径。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述开孔部分具有锥形前端。

6.根据权利要求3所述的装置，其还包括：

还原剂传感器，所述还原剂传感器构造为基于所述还原剂是否流入所述注入管道内而检测所述注入管道的出口的封闭；以及

开孔器控件，所述开孔器控件构造为接收来自所述还原剂传感器的检测信号，并响应确定所述注入管道的出口的封闭而通过操作所述开孔器而打开所述注入管道的出口。

7.根据权利要求3所述的装置，其中所述供应管道连接至还原剂供应管道和气体供应管道，所述还原剂供应管道连接至所述料斗，其中供应的还原剂和气体在被供应至所述注入管道之前混合。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述还原剂供应管道和所述气体供应管道包括注入阀，所述注入阀构造为调节供应的还原剂和供应的气体的量。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却单元包括：

蒸汽供应部分，所述蒸汽供应部分构造为将蒸汽引入所述炉渣重整加工罐中，其中所述蒸汽冷却熔化炉渣以产生固体炉渣；以及

气体供应部分，所述气体供应部分构造为将载气引入所述炉渣重整加工罐中，其中所述载气增加熔化炉渣与还原剂之间的反应，

其中当将包含蒸汽和载气的混合物气体鼓入熔化炉渣中时进行冷却。

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