CN105154604B - 提高炼铁工序能效的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高炼铁工序能效的方法，将液态高炉渣引入余热回收箱体内，同时向该余热回收箱体内加入固体冷却剂，固体冷却剂至少包括含铁固体颗粒，渣流与冷却剂料流汇合，形成热固体混合物料流；热固体混合物料流下落过程中被冲击破散，散落的热固体混合物与逆流的冷却气体进行换热，换热后的高温气体排出余热回收箱体回收利用，换热后的低温固体混合物排出余热回收箱体，经破碎、磁选得到含铁固体颗粒和玻璃态高炉渣。另外还涉及一种可实施上述方法的装置。本发明提供一种简单的高炉渣处理方法，可有效回收高炉渣的热量，提供的装置结构简单、易于维护，占地面积小，所采用的冷却剂、冷却气体等可就地取材，投资成本和运行成本极低。

Description

提高炼铁工序能效的方法及装置

技术领域

本发明属于高炉炼铁技术领域，具体涉及一种提高炼铁工序能效的方法及装置。

背景技术

高炉炼铁是钢铁企业的耗能大户，其能耗约占钢铁生产总能耗的60%左右，很明显，炼铁工序是钢铁企业减少能源消耗、提高能源利用效率的重中之重。高铁炼铁工序能耗约为390kgce，其能耗支出项目主要为铁矿石还原反应吸热、铁水显热、炉渣显热、煤气带走热量、冷却水及其他散热等，减少各支出项目的能耗或回收各支出项目的余热均可降低高炉炼铁能耗，提升炼铁工序能效。分析可知，在高炉炼铁能耗支出项目中，炉渣显热量大、温度高，并且目前尚无任何回收利用，因此，充分回收利用高炉渣显热是提升炼铁工序能耗的重要途径。高炉每冶炼1吨生铁，将产生250～350kg炉渣，炉渣温度高达1400～1550℃，其蕴含的显热相当于50～60kgce/t，是重要的二次能源。

目前，国内外高炉渣的处理方法主要采用水淬法，根据炉渣流量的大小，用一定压力和流量的水，通过喷头、专用喷嘴、冲制箱等设备，形成多股水流，将液态熔渣打散、击碎，使熔渣与水迅速混合、冷却，变成水渣。水淬法具有消耗水量巨大、熔渣热量几乎得不到回收、熔渣遇水产生大量水蒸气、H₂S、SO₂等污染环境及水渣烘干消耗额外能源等缺点。此外，国内外冶金、能环等领域的工作者们陆续提出了各种高炉渣干式处理方法，主要可分为风淬法、离心粒化法、机械粒化法等，这些方法的工艺流程设计中虽然都包含对高炉渣余热的回收环节，但是，这些方法均存在动力消耗大、设备结构庞大复杂、运行不稳定、炉渣粒化效果欠佳等问题，因此，开发一种低能耗、高稳定性的炉渣余热回收方法和装置是提升高炉炼铁工序能效亟需解决的重要问题之一。

发明内容

本发明实施例涉及一种提高炼铁工序能效的方法及装置，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种提高炼铁工序能效的方法，将液态高炉渣引入余热回收箱体内，同时向该余热回收箱体内加入固体冷却剂，所述固体冷却剂至少包括含铁固体颗粒，渣流与冷却剂料流汇合，形成热固体混合物料流；所述热固体混合物料流下落过程中被冲击破散，散落的热固体混合物与逆流的冷却气体进行换热，换热后的高温气体排出余热回收箱体回收利用，换热后的低温固体混合物排出余热回收箱体，经破碎、磁选得到含铁固体颗粒和玻璃态高炉渣，含铁固体颗粒可作为固体冷却剂原料返回利用。

作为实施例之一，所述固体冷却剂为含铁固体颗粒与水渣的混合物。

作为实施例之一，所述含铁固体颗粒为磁铁矿颗粒、钢块、钢球的至少一种。

作为实施例之一，所述热固体混合物料流的冲击破散为机械式冲击破散，具体为，在所述余热回收箱体内设置有旋转滚筒，该旋转滚筒位于所述热固体混合物料流正下方，且轴向与所述热固体混合物料流宽度方向平行。

作为实施例之一，在所述旋转滚筒周围的箱体上设置多个冷却气体喷口，向所述旋转滚筒喷吹冷却气体。

本发明实施例还涉及一种提高炼铁工序能效的装置，包括余热回收箱体，所述余热回收箱体上部设有高炉渣入口、气体出口及固体冷却剂料斗，所述高炉渣入口与高炉出铁渣沟连接，所述固体冷却剂料斗与所述高炉渣入口的位置相适配以使得渣流与冷却剂料流汇合形成热固体混合物料流；所述余热回收箱体中部设有料流破散机构，所述料流破散机构位于所述热固体混合物料流正下方，至少于所述余热回收箱体下部设有多个冷却气体喷口，于所述余热回收箱体底部设有卸料口。

作为实施例之一，所述料流破散机构包括旋转滚筒，所述旋转滚筒位于所述热固体混合物料流正下方，且轴向与所述热固体混合物料流宽度方向平行。

作为实施例之一，在所述旋转滚筒周围的箱体上还设有多个冷却气体喷口，向所述旋转滚筒喷吹冷却气体。

作为实施例之一，位于所述旋转滚筒下方的箱体部分呈裤衩形，包括两换热筒体，各所述换热筒体上沿竖直方向间隔布置有多个冷却气体喷口带，每个所述冷却气体喷口带包括环设于所述换热筒体上的多个冷却气体喷口。

作为实施例之一，所述气体出口连接有排气管道，所述排气管道连接至余热锅炉。

本发明实施例至少实现了如下有益效果：液态高炉渣采用固体冷却剂急冷降温，炉渣与固体冷却剂在卸料过程中汇合，既不需要消耗风力，也不需要机械力，可有效提高余热回收效率。炉渣与固体冷却剂的热混合物在下落的过程中被冲击破散成块状，既有利于下一步热交换，也有利于混合物后续分离。破散的混合物在下落过程中与冷却气体进行多重流化式换热，热交换面积大，换热效果好，余热回收率高。冷凝后的高炉渣为块状玻璃体，没有粉尘产生，从余热回收箱体上部排出的高温蒸汽和高温换热气体可直接进入余热锅炉产生蒸汽或发电，不需要建设除尘设施，可最大限度降低处理过程能耗。本提高炼铁工序能效的装置结构简单、易于维护，占地面积小，不需要建设鼓风机、离心机、除尘器等大型设备，所采用的冷却剂、冷却气体等都能在钢铁企业就地取材，投资成本和运行成本极低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的提高炼铁工序能效的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种提高炼铁工序能效的方法，将液态高炉渣引入余热回收箱体4内，同时向该余热回收箱体4内加入固体冷却剂，所述固体冷却剂至少包括含铁固体颗粒，渣流与冷却剂料流汇合，形成热固体混合物料流；所述热固体混合物料流下落过程中被冲击破散，散落的热固体混合物与逆流的冷却气体进行换热，换热后的高温气体排出余热回收箱体4回收利用，换热后的低温固体混合物排出余热回收箱体4，经破碎、磁选得到含铁固体颗粒和玻璃态高炉渣，含铁固体颗粒可作为固体冷却剂原料返回利用。其中，所述含铁固体颗粒优选为磁铁矿颗粒，也可采用钢块、钢球等固体颗粒，或上述固体颗粒的混合，需保证固体冷却剂中含铁固体颗粒的铁品位均匀，以便后续磁选过程中含铁固体颗粒的选出。进一步地，优选为采用高品位的磁铁矿颗粒或其它含铁固体颗粒，便于在磁选过程中与高炉渣分离（高炉渣中夹带有一定的铁）；如通过高品位的磁铁矿破碎而成。含铁固体颗粒的粒度大小控制在10~30mm范围内为宜，与高炉渣的混合效果均匀，同时后期破碎时易于与高炉渣分离。本实施例采用含铁固体颗粒作为冷却剂对液态高炉渣进行冷却，因高炉渣与磁铁矿等固体颗粒的线性收缩率不一样，玻璃态渣又极易碎裂，故冷却后的高炉渣与磁铁矿的块状混合物极易分离，只需经过简单的破碎即可。

上述方法中，固体冷却剂可只采用含铁固体颗粒，即由100%的含铁固体颗粒组成。也可采用如下优选方案：所述固体冷却剂为含铁固体颗粒与水渣的混合物，进一步优选为含铁固体颗粒与水渣的体积比为2:1~3:1；含铁固体颗粒与水渣均匀混合后，由胶带运输机等设备运输至余热回收箱体4上的冷却剂料斗1内。上述水渣来源于铁厂水淬渣，含一定水分，可加速高炉渣冷却。水渣的含量不宜过大，因为水渣成分与液态高炉渣成分基本一致，水渣与液体高炉渣混合时二者之间的孔隙较小，结合较为致密，在混合物下落冲击破散过程中得到的块状热固体混合物尺寸较大，影响后续换热效果。另外，可在固体冷却剂料斗1上方设置喷洒水管（图中未示出），可对含铁固体颗粒进行一定程度的加湿，可防止含铁固体颗粒等在下落过程中造成扬尘，同时可加速高炉渣冷却。当液体高炉渣与固体冷却剂相接触后，热量迅速传递给磁铁矿颗粒和水渣，同时冷却剂携带的水滴汽化也带走部分热量，使得高炉渣快速冷凝成玻璃态，与磁铁矿颗粒形成700～800℃左右的块状热固体混合物。

作为本实施例的一种优选方案，所述热固体混合物料流的冲击破散为机械式冲击破散，具体为，在所述余热回收箱体4内设置有旋转滚筒5，该旋转滚筒5位于所述热固体混合物料流正下方，且轴向与所述热固体混合物料流宽度方向平行。高炉渣与固体冷却剂形成的热固体混合物在下落过程中与旋转滚筒5相碰撞并被冲击破散成块状，块状混合物分散下落至该旋转滚筒5两侧的箱体空间内，便于与冷却气体换热。旋转滚筒5内设有水冷机构，可对旋转滚筒5进行冷却。设置旋转滚筒5，可防止热固体混合物粘附在滚筒上，影响后续热固体混合物的破散效果。进一步地，在所述旋转滚筒5周围的箱体上设置多个冷却气体喷口6，向所述旋转滚筒5喷吹冷却气体，既对旋转滚筒5进行降温，也可防止热固体混合物粘结在旋转滚筒5上，同时与破散的热固体混合物进行热交换。上述旋转滚筒5设于余热回收箱体4的中部，位于该旋转滚筒5下方的箱体部分呈裤衩形，破散后的块状混合物即分散下落至两“裤管”内并与通入“裤管”内的冷却气体进行热交换；该旋转滚筒5的直径视箱体大小而定，一般在1000～2000mm范围内，其通过固定基座固定于余热回收箱体4上；优选地，可在固定基座上设置刮渣装置，该刮渣装置刮渣面靠近旋转滚筒5的筒壁但留有间隙，可刮除粘结在旋转滚筒5上的热固体混合物。

本实施例提供的提高炼铁工序能效的方法中，所述的冷却气体优选为压缩空气，上述压缩空气接自铁厂压缩空气管网，不需要新建鼓风机等设施；上述冷却气体也可以采用氮气等气体。可在上述“裤管”上沿高度方向设置多个冷却气体喷口6，当高炉渣流向余热回收箱体4时即向箱内通入冷空气（包括通入“裤管”内的冷空气及通向旋转滚筒5周围的冷空气），冷空气与下落的热固体混合物进行多重热交换后，形成600～700℃左右的高温空气排出余热回收箱体4，同时块状固体混合物经换热后冷却至50～70℃左右，排出余热回收箱体4，运输至干渣堆场10。收集的高温气体中，包括换热后形成的高温换热气体及固体冷却剂中带有的水汽化形成的高温蒸汽，由于冷凝后的高炉渣为块状玻璃体，没有粉尘产生，从余热回收箱体4上部排出的高温气体可直接进入余热锅炉8产生蒸汽或发电，不需要建设除尘设施，可最大限度降低处理过程能耗。经破碎、磁选得到的含铁固体颗粒可作为固体冷却剂原料返回利用，节约资源，降低处理成本，得到的高炉渣可运往水泥厂等作为生产原料。

实施例二

如图1，本发明实施例涉及一种提高炼铁工序能效的装置，包括余热回收箱体4，所述余热回收箱体4上部设有高炉渣入口、气体出口及固体冷却剂料斗1，所述高炉渣入口与高炉出铁渣沟3连接，所述固体冷却剂料斗1与所述高炉渣入口的位置相适配以使得渣流与冷却剂料流汇合形成热固体混合物料流；所述余热回收箱体4中部设有料流破散机构，所述料流破散机构位于所述热固体混合物料流正下方，至少于所述余热回收箱体4下部设有多个冷却气体喷口6，于所述余热回收箱体4底部设有卸料口7。上述余热回收箱体4的上部为锥形段，中部为直筒段，锥形段与直筒段同轴连接。其中，固体冷却剂料斗1和高炉渣入口可沿锥形段中轴线对称设置，固体冷却剂料流和渣流相对流入余热回收箱体4内，并在锥形段和直筒段的中轴线位置处相遇混合；优选地，将固体冷却剂料斗1设于锥形段顶部，且沿锥形段的中轴线设置，固体冷却剂料流沿锥形段的中轴线向下运动，高炉渣入口则设于锥形段的锥面上某处。为方便渣流与冷却剂料流相遇混合，在高炉渣入口上穿设引渣槽，该引渣槽与高炉出铁渣沟3连接，将液态高炉渣引入至余热回收箱体4内，通过调整该引渣槽的位置，可方便地调整渣流的流入位置，从而便于控制渣流与冷却剂料流的混合位置。优选为将渣流与冷却剂料流设于在余热回收箱体4的中轴线位置处混合，便于后续热固体混合物破散均匀分布到两侧的余热回收箱体4空间内，且在与冷却气体的热交换过程中，使得两侧的冷却气体浓度相同，从而获得均匀冷却的高炉渣。

优化上述提高炼铁工序能效的装置，所述料流破散机构包括旋转滚筒5，所述旋转滚筒5位于所述热固体混合物料流正下方，且轴向与所述热固体混合物料流宽度方向平行。本实施例中所述的旋转滚筒5的结构与实施例一中提到的旋转滚筒5的结构相同，此处不再赘述。进一步地，在所述旋转滚筒5周围的箱体上还设有多个冷却气体喷口6，向所述旋转滚筒5喷吹冷却气体。该料流破散机构也可采用其他结构，如采用类犁式卸料器的结构，或具有尖头部的锥形破料器，或可旋转的转盘，利用离心力使得热固体混合物破散，等，采用这些结构均需解决热固体混合物粘结的问题。

接续上述提高炼铁工序能效的装置，位于所述旋转滚筒5下方的箱体部分呈裤衩形（或倒U型），包括两换热筒体，各所述换热筒体上沿竖直方向间隔布置有多个冷却气体喷口6带，每个所述冷却气体喷口6带包括环设于所述换热筒体上的多个冷却气体喷口6。采取上述结构，可使得热固体混合物与冷却气体进行多重热交换，有效回收高炉渣的热量。

接续上述提高炼铁工序能效的装置，本实施例中，所述卸料口7下方设有耐高温皮带运输机9或其他运输设备，可将冷却后的高炉渣与冷却剂的固体混合物运输至干渣堆场10，在干渣堆场10经简易破散和磁选后得到玻璃态高炉渣和含铁固体颗粒，该含铁固体颗粒可返回至与水渣混合后，送入冷却剂料斗1进行循环利用。所述气体出口连接有排气管道，所述排气管道连接至余热锅炉8；排出的高温气体中，包括换热后形成的高温换热气体及固体冷却剂中带有的水汽化形成的高温蒸汽，由于冷凝后的高炉渣为块状玻璃体，没有粉尘产生，从余热回收箱体4上部排出的高温气体可直接进入余热锅炉8产生蒸汽或发电，不需要建设除尘设施，可最大限度降低处理过程能耗。上述卸料口7处设有第一卸料闸，根据箱体内的固体混合物积存量定期或不定期排料；卸料口7可为两个或两个以上，根据实际情况设定。冷却剂料斗1上安装有第二卸料闸2，控制固体冷却剂的加入量。

另外，上述余热回收箱体4采用钢质外壳，箱体中部以上（旋转滚筒5对应位置以上）的外壳内壁安装有通水冷却的冷却板，中部以下（即对应于换热筒体的部分）在钢质外壳内壁设置耐高温、耐磨内衬，以提高该余热回收箱体4的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高炼铁工序能效的方法，其特征在于：将液态高炉渣引入余热回收箱体内，同时向该余热回收箱体内加入固体冷却剂，所述固体冷却剂至少包括含铁固体颗粒，渣流与冷却剂料流汇合，形成热固体混合物料流；所述热固体混合物料流下落过程中被冲击破散，散落的热固体混合物与逆流的冷却气体进行换热，换热后的高温气体排出余热回收箱体回收利用，换热后的低温固体混合物排出余热回收箱体，经破碎、磁选得到含铁固体颗粒和玻璃态高炉渣。

2.根据权利要求1所述的提高炼铁工序能效的方法，其特征在于：所述固体冷却剂为含铁固体颗粒与水渣的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的提高炼铁工序能效的方法，其特征在于：所述含铁固体颗粒为磁铁矿颗粒、钢块、钢球的至少一种。

4.根据权利要求1所述的提高炼铁工序能效的方法，其特征在于：所述热固体混合物料流的冲击破散为机械式冲击破散，具体为，在所述余热回收箱体内设置有旋转滚筒，该旋转滚筒位于所述热固体混合物料流正下方，且轴向与所述热固体混合物料流宽度方向平行。

5.根据权利要求4所述的提高炼铁工序能效的方法，其特征在于：在所述旋转滚筒周围的箱体上设置多个冷却气体喷口，向所述旋转滚筒喷吹冷却气体。

6.一种提高炼铁工序能效的装置，其特征在于：包括余热回收箱体，所述余热回收箱体上部设有高炉渣入口、气体出口及固体冷却剂料斗，所述高炉渣入口与高炉出铁渣沟连接，所述固体冷却剂料斗与所述高炉渣入口的位置相适配以使得渣流与冷却剂料流汇合形成热固体混合物料流；所述余热回收箱体中部设有料流破散机构，所述料流破散机构位于所述热固体混合物料流正下方，至少于所述余热回收箱体下部设有多个冷却气体喷口，于所述余热回收箱体底部设有卸料口。

7.根据权利要求6所述的提高炼铁工序能效的装置，其特征在于：所述料流破散机构包括旋转滚筒，所述旋转滚筒位于所述热固体混合物料流正下方，且轴向与所述热固体混合物料流宽度方向平行。

8.根据权利要求7所述的提高炼铁工序能效的装置，其特征在于：在所述旋转滚筒周围的箱体上还设有多个冷却气体喷口，向所述旋转滚筒喷吹冷却气体。

9.根据权利要求7所述的提高炼铁工序能效的装置，其特征在于：位于所述旋转滚筒下方的箱体部分呈裤衩形，包括两换热筒体，各所述换热筒体上沿竖直方向间隔布置有多个冷却气体喷口带，每个所述冷却气体喷口带包括环设于所述换热筒体上的多个冷却气体喷口。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的提高炼铁工序能效的装置，其特征在于：所述气体出口连接有排气管道，所述排气管道连接至余热锅炉。