CN105621906A - 一种冶金熔渣粒化处理系统及方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明公开了一种冶金熔渣粒化处理系统，包括：滚筒(2)，设置在渣沟(1)的出口处，渣沟(1)中的熔渣滴落在滚筒(2)上被冷却，并由转动的滚筒(2)以碎片形式甩出；振动溜槽(3)，碎片形式的熔渣与振动溜槽(3)碰撞后被粒化，并由振动溜槽(3)汇集到筛分装置(4)中；筛分装置(4)，可将粒化后的熔渣进行筛分；链篦机(5)，链篦机(5)上设置有水喷雾管(51)，水喷雾管(51)喷出的水雾可冷却熔渣；热焖罐(6)，输送到热焖罐(6)中的熔渣可在高压蒸汽的作用下进行粒化及氧化物消解处理。本发明还公开了一种冶金熔渣粒化处理方法。本发明可保持冶金熔渣中硅酸二钙、硅酸三钙的水化特性，并有效回收冶金熔渣的显热。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金熔渣粒化处理系统及方法，属于冶金技术领域。
背景技术
金属冶炼均是从矿石中将金属元素以单质或合金的方式还原或提纯出来，而与金属伴生的脉石等杂质元素作为金属冶炼的废弃物被排出。在火法冶炼中，被排出的废弃物由于高温过程而以熔体方式排出，即所谓熔渣。熔渣的主要成分是伴生的脉石等杂质元素，以及为使熔渣易于排出而加入的各种助熔剂。
一般情况下熔渣成分取决与金属伴生的脉石，硅、钙、镁、铝作为地球上的固体宏量元素是与金属伴生的主要元素，特别是硅元素。硅含量高的熔渣黏度高不易与金属分离，往往加入富含钙、镁的化合物改变高硅熔渣物理性质，使其易于分离。总之，冶金熔渣是一种极复杂的体系，其化学组成因冶炼方法而不同。其中，由于硅、钙、镁、铝作为自然界的宏量元素普遍存在，因此一般意义上冶金熔渣以硅、钙、镁、铝氧化物为主。
以硅、钙、镁、铝氧化物为主的冶金熔渣具有一定的水硬性活性可以作为建筑材料使用，而冶金熔渣作为建筑材料使用需要解决两个问题：1)快速冷却，以增加玻璃体含量，提高水硬性活性；2)粒化，冶金熔渣作为建筑材料使用，无论是型砂化利用，还是粉体化利用，粒化是其使用的前提。冶金熔渣的处理可以划分为两个阶段，即前级处理阶段：对冶金熔渣实施降温、粒化；后级处理阶段：对冶金熔渣实施粉磨处理，所得粉体用作水硬性胶凝材料，或对冶金熔渣实施制粒与分级处理，所得颗粒用作混凝土集料。
目前，冶金熔渣前级处理分为干法处理与湿法处理。最简单的干法处理即自然冷却，所得干渣呈大块状难以利用，只能堆放，环境污染严重，现在已很少使用，一般只在事故处理时，设置渣坑或渣罐出渣。湿法处理是目前冶金熔渣处理的主流方式，其中以水淬处理最常用。水淬过程是快速冷却过程，冶金熔渣得以玻璃体的形式保留，可以作为水泥原料，或用于制造渣砖、轻质混凝土砌块，使资源得到合理的利用，同时水淬过程易于冶金熔渣碎裂，使冶金熔渣粒化。
对于高硅、铝(SiO2与Al2O3合量大于40％)低钙、镁(CaO、MgO合量小于50％)的冶金熔渣，其主要矿物组成为硅酸一钙，硅酸一钙水化速度慢，因此水淬处理对其水硬性特性影响不大。对于高钙、镁(CaO、MgO合量大于50％)的冶金熔渣该方法存在一定缺陷，这类冶金熔渣中的矿物组成中不仅有硅酸一钙，还有硅酸二钙、硅酸三钙等系列硅酸盐，硅酸二钙、硅酸三钙水化速度快，因此水淬处理对其水硬性特性影响很大。由此，现有的水淬处理不适用于上述冶金熔渣，同时现有的水淬处理也不能有效回收冶金熔渣的显热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅可以保持冶金熔渣中硅酸二钙、硅酸三钙的水化特性，还可以有效回收冶金熔渣的显热的冶金熔渣粒化处理系统及方法。
为实现上述目的，本发明的一种冶金熔渣粒化处理系统及方法的具体技术方案为：
一种冶金熔渣粒化处理系统，包括：滚筒，设置在渣沟的出口处，滚筒内部设置有水冷装置，渣沟中的熔渣滴落在滚筒上被冷却，并由快速转动的滚筒将熔渣以碎片形式甩出，落到振动溜槽上；振动溜槽，设置在滚筒的后方，振动溜槽的内部设置有水冷装置，以碎片形式甩出的熔渣与振动溜槽碰撞后被进一步粒化，并由振动溜槽汇集到筛分装置中；筛分装置，设置在振动溜槽的后方，可将粒化后的熔渣进行筛分，以对细渣粒进行收集，并将大颗粒熔渣输送到链篦机；链篦机，设置在筛分装置的后方，链篦机上设置有水喷雾管，水喷雾管喷出的水雾可冷却熔渣，冷却后的熔渣由链篦机输送到热焖罐中；热焖罐，设置在链篦机的后方，输送到热焖罐中的熔渣可在高压蒸汽的作用下进行粒化及氧化物消解处理。
一种冶金熔渣粒化处理方法，包括以下步骤：从渣沟流出的熔渣滴落在旋转的滚筒上，熔渣与滚筒的表面接触后冷却形成玻璃体熔渣，并被旋转的滚筒以碎片形式甩出落到振动溜槽上；以碎片形式甩出的熔渣与振动溜槽碰撞后进一步粒化，并通过振动溜槽汇集送入筛分装置；筛分装置将细渣粒和大颗粒渣粒分离开来，细渣粒由筛分装置下方的细渣罐收集，大颗粒渣粒被送入链篦机；链篦机上的熔渣由水喷雾管喷出的水雾冷却，冷却后的熔渣输送到热焖罐中；热焖罐装满熔渣后移至热焖罐区，向热焖罐中加入冷却水并密封热焖罐，使热焖罐保压预定时间后，开启排气阀泄压并排出热焖罐中的熔渣。
本发明的冶金熔渣粒化处理系统及方法的优点在于：采用干式冷却方法快速冷却冶金熔渣至玻璃体形成以下温度，确保了冶金熔渣的水硬性活性，并在冶金熔渣熔融态完成一次粒化；同时，在后续温降时进行余热回收，以及最后进行二次蒸压粒化与f-CaO和f-MgO消解和余热回收，保证了冶金熔渣显热的有效利用。
附图说明
图1为本发明的冶金熔渣粒化处理系统的结构示意图；
图2为本发明中的滚筒的结构示意图；
图3为本发明中的振动溜槽的结构示意图；
图4为本发明中的链篦机中的喷雾管的结构示意图；
图5为本发明中的热焖罐的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种冶金熔渣粒化处理系统及方法做进一步详细的描述。
如图1至图5所示，本发明的冶金熔渣粒化处理系统包括：滚筒2、振动溜槽3、筛分装置4、链篦机5和热焖罐6。其中，滚筒2设置在渣沟1的出口处，滚筒2内部设置有水冷装置，渣沟1中的熔渣滴落在滚筒2上被冷却，并由滚筒2甩落到振动溜槽3上。
具体来说，如图2所示，滚筒2包括滚筒本体22和驱动滚筒本体22转动的传动装置21。其中，滚筒本体22内部形成有水冷腔室23，滚筒本体22的转动轴上形成有冷却水进口24和冷却水出口25，转动轴上的冷却水进口24和冷却水出口25与滚筒本体22内部的水冷腔室23相连通，以形成水冷回路。此外，滚筒本体22的外表面上还设置有钼铁片26。
进一步，振动溜槽3设置在滚筒2的后方，振动溜槽3的内部设置有水冷装置，熔渣与振动溜槽3碰撞后被粒化，并由振动溜槽3汇集到筛分装置4中。具体来说，如图3所示，振动溜槽3包括溜槽本体31。其中，溜槽本体31内部形成有水冷腔室32，溜槽本体31的两侧壁上形成有冷却水进口33和冷却水出口34，冷却水进口33和冷却水出口34与溜槽本体31内部的水冷腔室23相连通，以形成水冷回路。
进一步，筛分装置4设置在振动溜槽3的后方，可将粒化后的熔渣进行筛分，以对细渣粒进行收集，并将大颗粒熔渣输送到链篦机5。具体来说，如图1所示，筛分装置4(如滚筒筛或振动筛)下方设置有罐车41。其中，罐车41上装载有细渣罐42，由筛分装置4筛分出的细渣粒可落入到细渣罐42中，以完成收集工作。
进一步，链篦机5设置在筛分装置4的后方，链篦机5上设置有水喷雾管51，水喷雾管51喷出的水雾可冷却熔渣，冷却后的熔渣由链篦机5输送到热焖罐6中。
进一步，热焖罐6设置在链篦机5的后方，输送到热焖罐6中的熔渣可在高压蒸汽的作用下进行粒化及氧化物消解处理。具体来说，如图5所示，热焖罐6包括罐体61。其中，罐体61内部形成有容置腔室62，罐体61上部设置有接料口63和放散阀64，罐体61的侧壁上形成有冷却水进口65，冷却水进口65与罐体61内部的容置腔室62相连通，由链篦机5输送来的熔渣和由冷却水进口65输入的冷却水可在容置腔室62中发生反应，以完成粒化及氧化物(f-CaO和f-MgO)消解处理。
进一步，如图1所示，本发明的冶金熔渣粒化处理系统的上方还设置有集气罩7(如分别设置在滚筒工作区、振动溜槽工作区、筛分工作区和热焖罐区的上方)，集气罩7与换热装置相连，冶金熔渣粒化处理系统中产生的热蒸汽可由集气罩7收集并由换热装置回收余热。
本发明的冶金熔渣粒化处理系统采用干式冷却方法快速冷却冶金熔渣至玻璃体形成以下温度，确保了冶金熔渣的水硬性活性，并在冶金熔渣熔融态完成一次粒化；同时，在后续温降时进行余热回收，以及最后进行二次蒸压粒化与f-CaO和f-MgO消解和余热回收，保证了冶金熔渣显热的有效利用。
参照图1至图5，本发明的冶金熔渣粒化处理方法包括以下步骤：
首先，从渣沟1流出的熔渣滴落在旋转的滚筒2上，熔渣与滚筒2的表面接触后冷却形成玻璃体熔渣，并被旋转的滚筒2甩落到振动溜槽3上。
其次，与振动溜槽3碰撞后的熔渣完成粒化，并通过振动溜槽3汇集送入筛分装置4。
然后，筛分装置4将细渣粒和大颗粒渣粒分离开来，细渣粒由筛分装置4下方的细渣罐42收集，大颗粒渣粒被送入链篦机5。
接着，链篦机5上的熔渣由水喷雾管51喷出的水雾冷却，冷却后的熔渣输送到热焖罐6中。
最后，热焖罐6装满熔渣后移至热焖罐区，向热焖罐6中加入冷却水并密封热焖罐6，使热焖罐6保压预定时间后，开启排气阀泄压并排出热焖罐6中的熔渣。其中，在该步骤中：热焖罐6中的冷却水与熔渣接触后受热汽化形成蒸汽，热焖罐6内部压力升高，熔渣在高压蒸汽的作用下进行粒化及氧化物消解处理，当热焖罐6内部压力大于设定值时，开启热焖罐6上的压力安全阀进行泄压处理。
此外，冶金熔渣粒化处理过程中产生的热蒸汽由集气罩7收集，并由与集气罩7相连的换热装置回收余热。
本发明采用干式冷却方法快速冷却冶金熔渣至玻璃体形成以下温度，确保冶金熔渣的水硬性活性，并在冶金熔渣熔融态完成一次粒化，后续温降进行余热回收，最后进行二次蒸压粒化与f-CaO和f-MgO消解和余热回收。是有别于现行各类冶金熔渣处理的全新方法。
实施例
某年产钢1000万吨的钢厂，配套四台300吨转炉，采用铁水“三脱”工艺后转炉渣年产量约为120～150万吨。铁水“三脱”后的转炉渣成分(wt.％)如下表所示：
从转炉产生的钢渣用渣罐运至渣处理现场，运输时间应控制在30分钟以内，以保证钢渣温度，钢渣通过倾翻机构倒入接料溜槽。由于运输过程产生的温降，若渣罐内钢渣表面出现结壳现象，可采用扒渣机捣料、扒渣击穿结壳层，以避免熔融钢渣突然冲破壳层，大量钢渣涌入接料溜槽造成溢出，每罐可运入钢渣36～45吨，每罐钢渣的平均加入间隔时间约为15min。
从接料溜槽流出的熔渣落在快速旋转、内部通有冷却水、外层包覆金属钼皮的滚筒上，熔渣在与滚筒表面接触后快速冷却形成玻璃体，并被高速旋转的滚筒甩出落在水冷振动溜槽上。其中，滚筒规格Φ1400×800mm，转速300r～400r/min；水冷振动溜槽由普通碳钢制造，倾角15°～30°。
水冷振动溜槽收集熔渣颗粒后，将其汇聚送入滚筒筛，滚筒筛筛网孔径6.5mm，收集熔渣通过滚筒筛细粉与小颗粒被筛分出去，筛上物送入链篦机，链篦机缝隙控制在5mm以下，链篦机下设有水雾喷雾管，从喷雾管喷出的水雾与链篦机上的冶金熔渣颗粒接触汽化产生热蒸汽。其中，水雾喷雾管喷雾量为每小时15600Kg，链篦面积为1500×80000mm。
通过链篦机的熔渣其表面温度被冷却到500℃以下，通过集料口送入热焖罐，热焖罐规格Φ3000×10000mm，开启热焖罐接料阀，收集熔渣，每罐熔渣收集量在65至75吨，达到设定收集量，关闭接料阀，移走热焖罐，移入下一个空罐。
满载热焖罐移至热焖罐区，打开水阀，加水100Kg。加水后水与熔渣进行热交换后被汽化，罐内压力升高，热焖罐设压力安全阀，压力大于0.8MPa安全阀开启泄压。保压3至4小时后，开启排气阀泄压，卸出的蒸汽汇入集气罩。排出罐内熔渣，熔渣送入堆场，空罐返回使用。
最后，回收的熔渣最大颗粒小于20mm，D50＝8～12mm，f-CaO≦2.5％；f-MgO＝2.0％。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种冶金熔渣粒化处理系统，其特征在于，包括：
滚筒(2)，设置在渣沟(1)的出口处，滚筒(2)内部设置有水冷装置，渣沟(1)中的熔渣滴落在滚筒(2)上被冷却，并由转动的滚筒(2)以碎片形式甩出，以落到振动溜槽(3)上；
振动溜槽(3)，设置在滚筒(2)的后方，振动溜槽(3)的内部设置有水冷装置，碎片形式的熔渣与振动溜槽(3)碰撞后被粒化，并由振动溜槽(3)汇集到筛分装置(4)中；
筛分装置(4)，设置在振动溜槽(3)的后方，可将粒化后的熔渣进行筛分，以对细渣粒进行收集，并将大颗粒熔渣输送到链篦机(5)；
链篦机(5)，设置在筛分装置(4)的后方，链篦机(5)上设置有水喷雾管(51)，水喷雾管(51)喷出的水雾可冷却熔渣，冷却后的熔渣由链篦机(5)输送到热焖罐(6)中；
热焖罐(6)，设置在链篦机(5)的后方，输送到热焖罐(6)中的熔渣可在高压蒸汽的作用下进行粒化及氧化物消解处理。
2.根据权利要求1所述的冶金熔渣粒化处理系统，其特征在于，滚筒(2)包括滚筒本体(22)和驱动滚筒本体(22)转动的传动装置(21)，滚筒本体(22)内部形成有水冷腔室(23)，滚筒本体(22)的转动轴上形成有冷却水进口(24)和冷却水出口(25)，转动轴上的冷却水进口(24)和冷却水出口(25)与滚筒本体(22)内部的水冷腔室(23)相连通，以形成水冷回路。
3.根据权利要求2所述的冶金熔渣粒化处理系统，其特征在于，滚筒本体(22)的外表面上包覆设置有钼铁片(26)。
4.根据权利要求1所述的冶金熔渣粒化处理系统，其特征在于，振动溜槽(3)包括溜槽本体(31)，溜槽本体(31)内部形成有水冷腔室(32)，溜槽本体(31)的两侧壁上形成有冷却水进口(33)和冷却水出口(34)，冷却水进口(33)和冷却水出口(34)与溜槽本体(31)内部的水冷腔室(23)相连通，以形成水冷回路。
5.根据权利要求1所述的冶金熔渣粒化处理系统，其特征在于，筛分装置(4)下方设置有罐车(41)，罐车(41)上装载有细渣罐(42)，由筛分装置(4)筛分出的细渣粒可落入到细渣罐(42)中，以完成收集工作。
6.根据权利要求1所述的冶金熔渣粒化处理系统，其特征在于，热焖罐(6)包括罐体(61)，罐体(61)内部形成有容置腔室(62)，罐体(61)上部设置有接料口(63)和放散阀(64)，罐体(61)的侧壁上形成有冷却水进口(65)，冷却水进口(65)与罐体(61)内部的容置腔室(62)相连通，由链篦机(5)输送来的熔渣和由冷却水进口(65)输入的冷却水可在容置腔室(62)中发生反应，以完成粒化及氧化物消解处理。
7.根据权利要求1至6中任一所述的冶金熔渣粒化处理系统，其特征在于，还包括集气罩(7)，集气罩(7)位于冶金熔渣粒化处理系统的上方，并与换热装置相连，冶金熔渣粒化处理系统中产生的热蒸汽可由集气罩(7)收集并由换热装置回收余热。
8.一种冶金熔渣粒化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
从渣沟(1)流出的熔渣滴落在旋转的滚筒(2)上，熔渣与滚筒(2)的表面接触后冷却形成玻璃体熔渣，并被旋转的滚筒(2)以碎片形式甩出，以落到振动溜槽(3)上；
碎片形式的熔渣与振动溜槽(3)碰撞后被粒化，并通过振动溜槽(3)汇集送入筛分装置(4)；
筛分装置(4)将细渣粒和大颗粒渣粒分离开来，细渣粒由筛分装置(4)下方的细渣罐(42)收集，大颗粒渣粒被送入链篦机(5)；
链篦机(5)上的熔渣由水喷雾管(51)喷出的水雾冷却，冷却后的熔渣输送到热焖罐(6)中；
热焖罐(6)装满熔渣后移至热焖罐区，向热焖罐(6)中加入冷却水并密封热焖罐(6)，使热焖罐(6)保压预定时间后，开启排气阀泄压并排出热焖罐(6)中的熔渣。
9.根据权利要求8所述的冶金熔渣粒化处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：热焖罐(6)中的冷却水与熔渣接触后受热汽化形成蒸汽，热焖罐(6)内部压力升高，熔渣在高压蒸汽的作用下进行粒化及氧化物消解处理，当热焖罐(6)内部压力大于设定值时，开启热焖罐(6)上的压力安全阀进行泄压处理。
10.根据权利要求8或9所述的冶金熔渣粒化处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：冶金熔渣粒化处理过程中产生的热蒸汽由集气罩(7)收集，并由与集气罩(7)相连的换热装置回收余热。
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