CN105722803A - 用于减少炉渣绒形成的干式粒化炉渣的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的过程包括：将受控量的水添加至炉渣的熔融料流；以及粒化炉渣以制备包括基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒的固化的炉渣。一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备包括：(a)倾斜表面，其具有用于接纳和排放炉渣的料流的上端和下端；(b)分散装置，其在倾斜表面的下端处以分散熔渣；(c)一个或多个水添加装置，其用于将受控量的水添加至熔渣；以及(d)邻近分散装置的收集区域，以用于沉积由分散产生的固化的炉渣。由所述方法和设备制备的炉渣绒的量小于在不添加水的情况下将产生的量。

Description

用于减少炉渣绒形成的干式粒化炉渣的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月3日提交的美国临时专利申请第62/007,284号的优先权和权益，该申请的内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及粒化炉渣产品及其制备过程。
背景技术
炉渣是在冶金炉中进行的金属制备过程的副产物。虽然所制备的炉渣的组成和数量高度依赖于具体的过程，但炉渣通常包括金属氧化物与二氧化硅的混合物，并且以范围从由该过程制备的金属的量的大约10％至若干倍的范围内的量进行制备。
在金属制备期间，在冶金炉中存在熔融形式的炉渣。熔渣被从炉中周期性地导出并且可以被处理成粒化炉渣产品。粒化炉渣已被用作混凝土的骨料和胶凝材料，并且最近人们对使用粒化炉渣作为石油和天然气生产中的支撑剂、作为屋面粒料、研磨剂或作为催化剂载体产生兴趣。
炉渣粒化通常由使用水喷雾进行的湿式粒化过程来进行，水喷雾接触炉渣的料流，将其分散成小滴，小滴硬化成粒料，粒料沿着洗矿槽向下输送，然后到达工场，在那里落入池中以进行收集。
在湿式粒化过程中，大量的水被添加到炉渣以冷却熔渣。由该过程产生的废水通过与炉渣接触而被污染，并且其处置产生额外的成本。而且，水粒化常常导致具有高得不可接受的水含量并且被认为不适合许多用途的炉渣粒料的产生。湿炉渣粒料的干燥也产生额外的成本，并且在许多情况下不是经济上可行的。通过控制添加到粒化过程中的水的量来尝试解决此问题取得有限的成功。同样已经知道含硫炉渣的湿式粒化产生高得不可接受的含硫气体的排放。
炉渣的干式粒化克服了与湿式粒化过程相关联的问题中的一些。在干式粒化过程中，熔渣通常被加压气体流或被机械装置分散或雾化。虽然干式粒化使用比湿式粒化少的水并且通常产生干的产物，但干式粒化过程会产生大量的炉渣“绒”，其由当炉渣具有较差的小滴形成特性时产生的炉渣的低密度纤维组成。炉渣绒具有低密度和大体积，使得其搬运、运输和回收变得困难。在极端情况下，炉渣绒形成物的量可以高达90重量％。炉渣绒的产生对于具有高粘度的炉渣来说特别麻烦，并且将干式粒化(特别是气体雾化)的应用限制到具有产生炉渣绒的较低趋势的特定类型的炉渣。
另外，由于炉渣聚集成难以用空气分散的浓料流的趋势，在气体雾化设备中以高流量处理炉渣是困难的。此外，炉渣料流的厚度影响由空气雾化产生的颗粒的尺寸。因此，炉渣料流的厚度的不一致会导致对炉渣粒料的粒度的控制的缺乏，并且会导致具有非常宽的粒度分布的产物。为了避免这些问题，气体雾化过程趋于小规模操作，这限制了其可用性。
仍然需要用于炉渣粒化的简单、经济上可行的过程，该过程避免了与已知的湿式和干式粒化过程相关联的上述问题。
发明内容
在一个方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的过程。该过程包括：(a)提供熔渣的料流，该料流可包括冶金炉渣；(b)将受控量的水添加至炉渣；(c)使熔渣的料流粒化，以制备固化的炉渣；其中，固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，由所述过程制备的炉渣绒的量小于在不添加受控量的水的情况下通过使熔渣的料流粒化而产生的炉渣绒的量。例如，由该过程制备的炉渣绒的量小于固化炉渣的约10重量％。
在一个实施例中，受控量的水小于约300kg水/吨炉渣，并且可以小于约100kg水/吨炉渣。例如，受控量的水可以使得基本上干燥的炉渣粒料具有小于约5重量％的水含量。
在另一个实施例中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使熔渣与可包括气体的雾化流体流接触来分散熔渣。
在又一个实施例中，在熔渣与雾化流体接触的同时，受控量的水的至少一部分被添加至炉渣，使得雾化流体还可包括受控量的水。
在又一个实施例中，在熔渣与雾化流体接触之前，受控量的水的至少一部分被添加至熔渣。
在又一个实施例中，紧接在熔渣与雾化流体接触之后，当分散的炉渣通过雾化室喷出时并且在炉渣到达雾化室的收集区域内之前，受控量的水的至少一部分被添加至熔渣。
在又一个实施例中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使熔渣与旋转的机械元件接触来分散熔渣。
在另一方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备。该设备包括：(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的料流的下端；(b)分散装置，其在倾斜表面的下端处以用于分散从倾斜表面排出的熔渣的料流；(c)一个或多个水添加装置，其用于将受控量的水添加至熔渣；以及(d)邻近分散装置的收集区域，其用于沉积由熔渣的分散产生的固化炉渣，其中，固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，炉渣绒的量小于在不添加受控量的水的情况下通过使熔渣的料流粒化而产生的炉渣绒的量。
在一个实施例中，分散装置包括雾化器，在雾化器中，熔渣与雾化流体流接触。例如，分散装置可包括气体雾化器，并且雾化流体可包括气体。
在另一个实施例中，所述水添加装置中的至少一个位于紧邻倾斜表面的下端处并且与气体雾化器相关联，使得气体和由所述至少一个水添加装置添加的受控量的水一起构成雾化流体。
在又一个实施例中，气体雾化器包括鼓风机，并且位于紧邻倾斜表面的下端处的所述至少一个水添加装置包括一个或多个喷嘴，所述喷嘴位于倾斜表面的下端的上方和/或其下方。
在又一个实施例中，分散装置包括第一旋转机械元件，并且其中，所述水添加装置中的至少一个位于倾斜表面的上端和第一旋转机械元件之间。
在又一个实施例中，炉渣流动方向被限定在倾斜表面的上端和下端之间，并且倾斜表面具有横向于炉渣流动方向的宽度；该设备还包括流分布元件，以用于横跨倾斜表面的宽度分布熔渣的流；并且流分布元件位于倾斜表面的上端和第一旋转机械元件之间。
在又一个实施例中，所述一个或多个水添加装置沿着炉渣流动方向定位在倾斜表面的上端和流分布元件之间。
在又一个实施例中，所述一个或多个水添加装置包括一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴设置在倾斜表面上方且向下指向倾斜表面。
在又一个实施例中，流分布元件包括第二旋转机械元件，其横跨倾斜表面的宽度延伸，能够围绕横向地横跨倾斜表面延伸的轴线旋转，并且横跨倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与倾斜表面间隔开一间隙。
在又一个实施例中，流分布元件为圆柱形的。
在另一方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备，该设备包括：(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在倾斜表面的上端和下端之间，并且倾斜表面具有横向于炉渣流动方向的宽度；(b)气体雾化器，其紧邻倾斜表面的下端以用于利用雾化气体分散从倾斜表面排出的熔渣的料流；(c)流分布元件，其用于横跨倾斜表面的宽度分布熔渣的流，其中，流分布元件位于倾斜表面的上端和下端之间；以及(d)收集区域，其邻近气体雾化器，以用于沉积通过熔渣的分散而产生的固化炉渣，其中，固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料。
在一个实施例中，流分布元件包括旋转机械元件，该旋转机械元件横跨倾斜表面的宽度延伸，能够围绕横向地横跨倾斜表面延伸的轴线旋转，横跨倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与倾斜表面间隔开一间隙。例如，流分布元件可以是圆柱形的。
在另一个实施例中，气体雾化器位于倾斜表面的下端下方。
在又一个实施例中，该设备还包括一个或多个水添加装置，所述一个或多个水添加装置紧邻倾斜表面的上表面、流分布元件和/或气体雾化器中的一个或多个定位，以用于在熔渣的粒化之前、期间和/或之后将水添加到熔渣的目的。
在又一方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的方法，该方法包括：(a)提供沿着倾斜表面流动的熔渣的料流，该倾斜表面具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在倾斜表面的上端和下端之间，并且倾斜表面具有横向于炉渣流动方向的宽度；(b)利用位于倾斜表面的上端和下端之间的流分布元件横跨倾斜表面的宽度分布熔渣的流分布，以便在倾斜表面的下端处提供具有均匀厚度的熔渣的料流；以及(c)在熔渣的料流被从倾斜表面的下端排出之后不久就利用来自气体雾化器的雾化气体分散熔渣的料流。该方法还可包括将水以至多约1.2吨水/吨炉渣的量添加至熔渣，其中，水在分散熔渣的料流的步骤之前、期间和/或之后添加。
附图说明
现在将仅以举例方式结合附图描述本发明，在附图中：
图1示出了根据一个实施例的用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备。
具体实施方式
下面是用于从由冶金过程制备的熔渣制备基本上干燥的炉渣粒料的过程和设备的详细描述。干燥的炉渣粒料可能适合用作用于石油和天然气回收的支撑剂、屋面粒料、催化剂载体、研磨剂、混凝土骨料、和/或胶凝材料。
在本文所述过程中使用的原料为炉渣组合物。通常，这些炉渣组合物是来自金属制备过程的副产物。根据它们所源自的过程，用于在本文所述过程中使用的炉渣组合物可具有各种组合物。
本文所用炉渣组合物可具有各种组分和粘度，并且包括含铁和不含铁炉渣。含铁炉渣在炼铁和炼钢过程中制备，并且通常包括石灰、二氧化硅、氧化铝和氧化镁，并且也可包括游离铁。不含铁炉渣在用于制备诸如铜、镍和铅的有色(非铁)金属的熔炼过程中制备。不含铁炉渣可包括不同量的二氧化硅、氧化铁、氧化镁和石灰，并且往往由于较高的SiO2/CaO比率(即，较低的碱度)而比含铁炉渣更具酸性。
炉渣以熔融状态保持在冶金炉内。熔渣被从炉中周期性地出料到可移动的炉渣容器或炉渣槽或流道中，在其中，熔渣被输送至工厂的另一个区域。
在本发明的过程中，熔渣的料流被粒化以制备硬化的干燥炉渣粒料。通常，熔渣的料流被从冶金炉直接转移至粒化设备，以便使熔渣的热损耗和固化最小化，并且避免涉及破碎和再熔融固化的炉渣的额外的成本。然而，这对于过程的操作来说不是必要的。
在本发明的过程的一些方面中，受控量的水被添加至炉渣以减少绒形成。用于减少绒形成的受控量的水小于约300kg/吨炉渣，即，小于约30重量％。更典型地，被添加至炉渣以减少绒形成的受控量的水小于约100kg/吨炉渣(10重量％)或小于约50kg/吨炉渣(5重量％)。在水被添加以减少绒形成的情况下，用于此目的的水添加量的下限为约5kg/吨炉渣。
在本发明的过程的其它方面中，炉渣可能不易受绒形成的影响，在这种情况下，可能没必要为了减少绒形成的目的而添加任何水。例如，来自用于制备钢、锌或铜的过程的某些炉渣可能不需要添加水以减少绒形成。该过程的这方面在下文中结合图1所示设备进一步讨论。
在本发明的过程中添加到炉渣的水的总量可包括用于使炉渣膨胀的水的量，例如，在轻质炉渣粒料为所需产物的情况下。为炉渣膨胀添加的水的典型量为从约200kg/吨炉渣至800kg/吨炉渣(20-80％)。甚至对于添加水以用于膨胀来说，本发明的过程也使用比常规湿式粒化过程显著更少的水，常规过程通常使用约6-10吨水/吨炉渣。
在被粒化的炉渣以受绒形成影响的情况下，发明人已发现，以上述量添加水导致炉渣绒的形成物的显著减少，相对于炉渣不通过添加水来调节的等同的气体雾化过程，减少量为接近至少约30-50重量％。减少的量至少部分地依赖于在不存在水的情况下炉渣绒形成的程度。发明人已发现，在一些过程中可以将炉渣绒的产生减少至低达固化的炉渣的约5重量％的水平，这意味着固化的炉渣绝大多数由炉渣粒料构成。
而且，由本发明的过程制备的炉渣粒料为“干”粒料，其具有小于约5重量％、更典型地小于约2重量％的水含量。
尽管不受理论的束缚，但本发明人相信以上述量添加水可以降低炉渣的粘度，从而减小炉渣在分散时形成炉渣绒的趋势。这在一定程度上是惊人并且违背直觉的，因为人们预计添加水会有相反的效果，即，添加水会造成炉渣冷却并变得更粘稠。
同样，不受理论的束缚，本发明人相信粘度降低可由炉渣中硅酸盐网络的解体导致。就这一点而言，某些炉渣(特别是酸性不含铁的炉渣)的高粘度被认为是在这些炉渣中存在聚合的硅酸盐网络(即，相连的SiO4 -4四面体单元)的结果。因此，不含铁炉渣具有较差的分散性，这限制了从这些类型的炉渣制备可销售的颗粒状产品。
为了减少绒形成而添加到热炉渣的水中的至少一些分解成氢元素和氧元素，并且与硅酸盐网络中的桥接的氧原子反应以形成氢氧化物。这被认为会分解硅酸盐网络并降低炉渣中的聚合化的程度，从而降低炉渣的粘度并减小炉渣在分散时形成炉渣绒的趋势。
除了粘度降低之外，本发明人相信以上文限定的量添加水也可具有其它益处，包括增加密度、增加流动性和增加过热度。
据信，炉渣密度的增加也是由硅酸盐网络的解体所导致。这导致系统的摩尔体积的减小，摩尔体积是密度的倒数。
流动性的增加与熔体的运动粘度(粘度/密度)成反比。减小的粘度和增加的密度将降低运动粘度，从而增加熔体的流动性。增加的流动性预计会减小炉渣在分散期间形成炉渣绒的趋势。
过热度被定义为在炉渣的液相线温度和炉渣的操作温度之间的差值。水溶解到酸性炉渣中减小其液相线温度，从而导致增加的过热度。较高的过热度导致较低的粘度、增加的流动性、更容易的分散性和减少的炉渣绒形成。
粘稠炉渣的雾化也可由例如通过液压冲击、薄膜沸腾不稳定和微爆造成的炉渣的物理破碎而引起。
例如，向分散介质中添加水增加分散介质的动量，导致“液压冲击”，这有助于将熔渣的细丝分解成小滴。
薄膜沸腾不稳定由熔渣的表面上的水蒸汽的薄膜导致。薄膜厚度的振荡对熔体产生足够的动量，使得其表面变形成将生长并分离的波浪，从而形成小片段。薄膜波浪将被传播并放大，直到它们塌缩为止，从而导致炉渣细丝的进一步破碎。
微爆由与炉渣紧密地混合的水的过热引起，这导致炉渣细丝的进一步破碎。
不论提高分散性的机制如何，本发明的过程均适用于具有不同粘度的各种各样的炉渣。这些炉渣中的一些在过去未被有效地加工成可销售的产品。
根据本发明的过程，熔渣的料流被粒化以制备固化的炉渣，固化的炉渣将包括基本上干燥的炉渣粒料并且可包括或者可以不包括一定量的炉渣绒。用来粒化炉渣的手段是不同的。
在一些实施例中，通过使熔渣与雾化流体的料流接触来分散熔渣的料流。雾化流体可包括来自一个或多个鼓风机或喷嘴的气体的料流，该流体在其下落通过雾化室时被指向熔渣的料流。雾化流体同时将炉渣分散成小滴，并将小滴冷却至固态，从而形成固体炉渣粒料。利用雾化流体分散熔渣导致具有相对小的粒度和窄的粒度分布的固体炉渣粒料。这样的颗粒具有多种最终用途，包括炉渣支撑剂、屋面粒料和催化剂载体。
在其它实施例中，通过使熔渣与位于室内的旋转机械元件接触来分散熔渣的料流。现有技术中已知许多类型的旋转元件，包括旋转板、旋转的带叶片滚筒或叶轮等。在这种类型的设备中，熔渣与旋转元件接触并且通过室喷出，这造成炉渣分离成小滴并且在落入收集区域中的堆内之前硬化成粒料。由旋转机械元件对熔渣的分散导致具有相对宽的颗粒分布的炉渣粒料和至多约21mm的直径。这样的颗粒可以用作混凝土组合物中的骨料。
用于减少炉渣绒形成的受控量的水可以在过程中的一个或多个阶段添加。特别地，可以在炉渣的分散之前、同时地和/或之后立即添加受控量的水。例如，在熔渣通过与雾化流体接触而被分散的情况中，在熔渣与雾化流体接触时同时地和/或之后立即地、在分散的炉渣通过雾化室喷出时和在炉渣落入雾化室的收集区域中之前，可以将受控量的水添加至炉渣。当炉渣与雾化流体和受控量的水同时接触时，应当理解，水可以结合到雾化流体中。
受控量的水也可以在粒化步骤之前添加至熔渣。在分散之前水在熔渣内或熔渣上的停留时间增加在一些类型的炉渣中可能是有益的，但本发明人观察到，在受控量的水与粒化步骤同时地、在之前立即、和/或在之后立即添加的情况中得到改善的分散性和减少的绒形成。
如上所述，本发明的过程适合于各种各样的炉渣组合物，并且能够制备具有多种尺寸的炉渣粒料。应当理解，可以对熔渣进行各种其它修改以使其适合具体的应用。这些修改包括炉渣的膨胀以制备具有变化的密度的粒料，以及用来改变粒料的化学组成和形状的修改。这些修改在2014年6月3日提交的名称为“GRANULATEDSLAGPRODUCTSANDPROCESSESFORTHEIRPRODUCTION(粒化炉渣产品及其制备过程)”的美国临时申请第62/007,180号中更详细地讨论，该申请以引用方式全文并入本文中。
作为增加的益处，相比湿式粒化过程，本发明的过程可导致诸如二氧化硫和硫化氢之类的含硫气体的减少的排放。就这一点而言，炉渣的空气雾化使炉渣中的硫氧化，并且也改变炉渣的性质，使得它具有更大的吸收硫的能力。结果，更多的硫保留在炉渣中，并且更少的硫被作为S02或H2S排放。
现在参照附图描述用于执行上述过程的设备。
图1示意性地示出了用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备10。设备10包括倾斜表面12，倾斜表面12具有用于接纳熔渣的料流16的上端14和用于排放熔渣的料流16的下端18。表面12倾斜，以便允许炉渣的料流16依靠重力从倾斜表面12的上端14流至下端18。因此，炉渣流动方向被限定在倾斜表面12的上端14和下端18之间。炉渣流量通常在约45度的倾角下为约0.1-10吨/分钟。倾斜表面12可具有约0.2-4米的宽度和约1.5-2米的长度，沿着表面12流动的炉渣的停留时间为约3-10秒。应当理解，这些参数在一定程度上依赖于炉渣性质。
倾斜表面12由耐热材料构成并可包括进料槽的平坦基部，其具有侧面(未示出)以保持熔渣的料流16。熔渣通过炉渣容器或流槽20从冶金炉(未示出)输送至设备10，流槽20将熔渣进给至倾斜表面12的上端14。
分散装置位于倾斜表面12的下端18处或下方。在本实施例中，分散装置包括在雾化室24中的雾化器22，雾化器22位于倾斜表面12的下端18正下方。当熔渣料流16从倾斜表面12的下端18排放并下落通过室24时，雾化器22将雾化流体的料流导向至熔渣料流16。
雾化器22包括：气体入口44；雾化鼓风机46；雾化喷嘴23，其宽度与倾斜表面12的宽度基本上相同；以及管道48，其将雾化鼓风机46连接到雾化喷嘴23。雾化流体具有可变的组分，并可包括空气、蒸汽、液态水、惰性气体、可再循环的过程气体等中的一者或多者。气体可以是压缩空气或在环境压力下的空气。例如，在气体处于环境压力的情况下，雾化器22可包括普通鼓风机46，其可产生小于约80英寸水或约20kPa的最大总压升。
当雾化流体接触下落的熔渣料流16时，它将熔渣分散成小滴，这些小滴被喷射通过室24。小滴在喷射通过室24时冷却并固化，并且落在雾化器22附近的收集区域30内。固化的炉渣沉积在收集区域30中，并且主要包括基本上干燥的炉渣粒料。
设备10还包括流分布元件以横跨倾斜表面12的宽度分布或散开熔渣的流，其中，该宽度被限定为横向于炉渣流动方向。如上所述，炉渣具有会聚成难以用空气分散的厚料流的趋势，从而限制了干式粒化设备在高流量下处理炉渣的能力，并且限制其规模。本发明人已发现，将流分布元件结合到设备10中可跨倾斜表面12的宽度来分布熔渣的流，以便减小炉渣料流16的厚度并使炉渣料流在到达雾化器22时更容易分散。流分布元件有助于确保从倾斜表面12的下端18排放的炉渣料流16的厚度在倾斜表面12的整个宽度上且在雾化器喷嘴23的整个宽度上相对均匀。如上文所解释的，这有助于控制炉渣粒料的粒度和粒度分布。另外，通过使炉渣料流的厚度更均匀，流分布元件有助于减少由雾化器22产生的炉渣绒的量，而不论是否需要受控量的水以实现减少炉渣绒形成的目的。
流分布元件可采取多种形式，例如，形成于倾斜表面12上的一个或多个直立的肋或其它元件以用于分布炉渣流，或者位于倾斜表面12上方且横跨倾斜表面12的宽度延伸的固定条或旋转元件。流分布元件位于倾斜表面的上端14和下端18之间，并且也在雾化器22上游。在图示实施例中，流分布元件包括呈圆柱形辊32形式的旋转元件，其具有横跨倾斜表面12的宽度延伸的旋转轴线。辊32可以是实心的或可包括中空的水冷滚筒，并且可以在顺时针或逆时针方向上旋转。辊32横跨倾斜表面12的基本上整个宽度延伸，并且与倾斜表面12间隔开间隙34，以便将炉渣料流16均匀地分布在倾斜表面12的宽度上，并且将炉渣料流16的厚度减小至间隙34的高度。辊32的高度可以是可调整的，从而可以针对不同类型的炉渣调整间隙34的高度。可以看到，流分布元件允许炉渣料流16变得更均匀，使得炉渣在倾斜表面12的宽度上的流量相对恒定，并且设备10的容量仅由雾化器22和倾斜表面12的宽度限制。
在需要用于减少炉渣绒形成的受控量的水的情况下，水可以在设备10中的一个或多个位置处添加。
例如，在熔渣由雾化器22分散时和/或紧接在其由雾化器22分散之后，受控量的水中的一些或全部可以被添加至熔渣。例如，(多个)水添加装置可以与雾化器22相关联，使得雾化流体包括雾化气体和气态和/或液态形式的水两者。在图示实施例中，水添加装置包括雾化器22通过其接纳液态水的水导管26，并且还可包括一个或多个喷雾嘴28，水通过喷雾嘴28分散到由雾化器22产生的空气流中。到雾化流体的其它可能的添加剂包括碳、金属碳酸盐和/或金属氧化物，如在上文提及的美国临时专利申请第62/007,180号中更全面讨论的。
设备10也包括位于雾化室24中的一个或多个水喷嘴40，其紧邻倾斜表面12的下端18和雾化器22的下游和上方处，高压水喷雾可以通过水喷嘴40导向至由雾化器22喷射的分散的炉渣粒料，以便在炉渣喷射通过室24时和它们落入收集区域30内之前实现骤冷和破碎粒料的目的。这样，来自喷嘴40的水喷雾进一步有助于确保在使炉渣绒的形成最小化的同时制备颗粒产品。
设备10也可包括位于倾斜表面12的上端14和圆柱形辊32之间的一个或多个喷水嘴36，喷水嘴36可以位于紧邻辊32的上游处。这些喷嘴36在倾斜表面12上方间隔开且向下指向倾斜表面12，并且在炉渣料流16的顶部上喷水。来自喷嘴36的水被绝大多数扩散到炉渣料流16中，并与炉渣反应以改变其如上文讨论的热物理性质。在给定的过程中，一组或多组喷嘴28、36、40可以被启用。这在受控量的水被添加至炉渣料流16时提供灵活性。
除了添加以改变炉渣的热物理性质的受控量的水之外，设备10可包括为其它目的添加水的额外的水添加装置。例如，在希望制备具有减小的密度、多孔的内部和/或多孔的外部的炉渣粒料的情况中，可能希望将额外量的水掺入炉渣中以用于炉渣膨胀的目的。就本公开的目的而言，为炉渣膨胀目的添加的任何额外量的水被认为是与通过一组或多组喷嘴28、36、40添加以改变炉渣的热物理性质的受控量的水分开且不同的。
如图1所示，设备10可包括在倾斜表面12的上端14处的一个或多个水喷嘴38，其在炉渣料流16被从流槽20接纳并沉积到倾斜表面12上的区域中。来自喷嘴38的水在倾斜表面12的上端14处被喷射到炉渣料流16下方，使得水绝大多数被转化为蒸汽并形成空隙，并且在水向上上升通过炉渣料流16时使炉渣膨胀。当膨胀的炉渣被分散时，它将产生具有减小的密度的炉渣粒料，其具有内部空隙并且任选地具有多孔的外表面。
设备10也可包括位于雾化室24中、雾化器22下游的一个或多个水喷嘴42，以用于形成用来冷却在炉渣分散期间生成的气体的薄雾的目的。气体可以通过管道50从室24排出，管道50连接到用于从气体回收热量的能量回收装置52。由热回收装置52生成的冷却气体可以通过管道54被再循环到雾化鼓风机46。
代替雾化器22，设备10可包括在倾斜表面的下端18处的旋转机械元件(未示出)以分散炉渣。旋转元件可包括旋转的圆柱形滚筒，该滚筒具有在其外表面上的静叶、旋盘、转杯等。在设备10包括旋转元件的情况下，受控量的水通过位于紧邻圆柱形辊32处的一个或多个喷嘴36和/或位于紧邻倾斜表面12的下端18的下游和其上方的水喷嘴40施加到炉渣料流16。
示例
具有约2.03泊的粘度和约1500℃的温度的硅锰炉渣被分散在类似于设备10的设备中，但该设备不具有圆柱形辊32。炉渣料流16沿着倾斜表面12的流量为2.0吨/分钟。雾化器22包括空气鼓风机，其产生流量1800m3/分钟的雾化空气。
炉渣料流16首先在不使用水的情况下被雾化(水流量＝0kg水/吨炉渣)。这导致多达约50重量％的炉渣绒的形成，其余为炉渣粒料。
接着利用包括空气和水的雾化流体将炉渣料流雾化，其中，水通过位于雾化器处的喷雾嘴28添加至空气。水以100kg/分钟(50kg水/吨炉渣)的速率喷入雾化空气流中。这导致炉渣绒形成量减少至小于20重量％，通过优化可实现小于5重量％绒的炉渣绒形成量。
虽然已结合某些具体实施例描述了本发明，但本发明不限于这些实施例。相反，本发明包括可能落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的方法，包括：
(a)提供熔渣的料流；
(b)将受控量的水添加至所述熔渣，其中，所述受控量的水小于约300kg水/吨炉渣；
(c)使熔渣的所述料流粒化，以制备固化的炉渣；
其中，所述固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，由所述方法制备的所述炉渣绒的量小于在不添加所述受控量的水的情况下通过使熔渣的料流粒化而产生的所述炉渣绒的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述受控量的水小于约100kg水/吨炉渣。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述受控量的水使得所述基本上干燥的炉渣粒料具有小于约5重量％的水含量。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使所述熔渣与雾化流体的流接触来分散所述熔渣。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述雾化流体包括气体。
6.根据权利要求5或4所述的方法，其中，在所述熔渣与所述雾化流体接触的同时，所述受控量的水的至少一部分被添加至所述炉渣。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述雾化流体还包括所述受控量的水。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的方法，其中，在所述熔渣与所述雾化流体接触之前，所述受控量的水的至少一部分被添加至所述熔渣。
9.根据权利要求4至8中的任一项所述的方法，其中，紧接在所述熔渣与所述雾化流体接触之后不久，当所述分散的炉渣通过雾化室喷出时并且在所述炉渣到达所述雾化室的收集区域内之前，所述受控量的水的至少一部分被添加至所述熔渣。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述熔渣为冶金炉渣。
11.根据权利要求1至3和10中的任一项所述的方法，其中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使所述熔渣与旋转的机械元件接触来分散所述熔渣。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中，由所述方法制备的所述炉渣绒的量小于所述固化的炉渣的约10重量％。
13.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备，包括：
(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的所述料流的下端；
(b)分散装置，其在所述倾斜表面的所述下端处，以用于分散从所述倾斜表面排出的熔渣的所述料流；
(c)一个或多个水添加装置，其用于将受控量的水添加至所述熔渣；以及
(d)邻近所述分散装置的收集区域，其用于沉积通过所述熔渣的分散产生的固化的炉渣，其中，所述固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，所述炉渣绒的量小于在不添加所述受控量的水的情况下通过使熔渣的所述料流粒化而产生的炉渣绒的量。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述分散装置包括雾化器，在所述雾化器中，所述熔渣与雾化流体的流接触。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述分散装置包括气体雾化器，并且所述雾化流体包括气体。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述水添加装置中的至少一个紧邻所述倾斜表面的所述下端处，并且与所述气体雾化器相关联，使得所述气体和由所述至少一个水添加装置添加的所述受控量的水一起构成所述雾化流体。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述气体雾化器包括鼓风机，并且其中，紧邻所述倾斜表面的所述下端处的所述至少一个水添加装置包括一个或多个喷嘴，所述喷嘴位于所述倾斜表面的所述下端的上方和/或下方。
18.根据权利要求13所述的设备，其中，所述分散装置包括第一旋转机械元件，并且其中，所述水添加装置中的至少一个位于所述倾斜表面的所述上端和所述第一旋转机械元件之间。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，炉渣流动方向被限定在所述倾斜表面的上端和下端之间，并且所述倾斜表面具有横向于所述炉渣流动方向的宽度；
其中，所述设备还包括流分布元件，以用于横跨所述倾斜表面的所述宽度分布所述熔渣的流；并且
其中，所述流分布元件位于所述倾斜表面的所述上端和所述第一旋转机械元件之间。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述一个或多个水添加装置沿着所述炉渣流动方向定位在所述倾斜表面的所述上端和所述流分布元件之间。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述一个或多个水添加装置包括一个或多个喷水嘴，所述一个或多个喷水嘴设置在所述倾斜表面上方，且向下指向所述倾斜表面。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述流分布元件包括第二旋转机械元件，所述第二旋转机械元件横跨所述倾斜表面的所述宽度延伸，能够围绕横向地横跨所述倾斜表面延伸的轴线旋转，并且横跨所述倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与所述倾斜表面间隔开一间隙。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述流分布元件为圆柱形的。
24.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备，包括：
(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的所述料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在所述倾斜表面的上端和下端之间，并且所述倾斜表面具有横向于所述炉渣流动方向的宽度；
(b)气体雾化器，其紧邻所述倾斜表面的所述下端，以用于利用雾化气体分散从所述倾斜表面排出的熔渣的料流；
(c)流分布元件，其用于横跨所述倾斜表面的所述宽度分布所述熔渣的流，其中，所述流分布元件位于所述倾斜表面的所述上端和所述下端之间；以及
(d)收集区域，其邻近所述气体雾化器，以用于沉积通过所述熔渣的分散产生的固化的炉渣，其中，所述固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述流分布元件包括旋转机械元件，所述旋转机械元件横跨所述倾斜表面的所述宽度延伸，能够围绕横向地横跨所述倾斜表面延伸的轴线旋转，横跨所述倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与所述倾斜表面间隔开一间隙。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述流分布元件为圆柱形的。
27.根据权利要求24至26中的任一项所述的设备，其中，所述气体雾化器位于所述倾斜表面的所述下端下方。
28.根据权利要求24至27中的任一项所述的设备，其中，所述设备还包括一个或多个水添加装置，所述一个或多个水添加装置紧邻所述倾斜表面的上表面、所述流分布元件和/或所述气体雾化器中的一个或多个定位，以用于在所述熔渣的粒化之前、期间和/或之后将水添加到所述熔渣的目的。
29.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的方法，包括：
(a)提供沿着倾斜表面流动的熔渣的料流，所述倾斜表面具有用于接纳熔渣的所述料流的上端和用于排出熔渣的所述料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在所述倾斜表面的上端和下端之间，并且所述倾斜表面具有横向于所述炉渣流动方向的宽度；
(b)利用位于所述倾斜表面的所述上端和所述下端之间的流分布元件横跨所述倾斜表面的所述宽度分布所述熔渣的流分布，以便在所述倾斜表面的所述下端处提供具有均匀厚度的熔渣的料流；以及
(c)在熔渣的料流从所述倾斜表面的所述下端被排出之后不久就利用来自气体雾化器的雾化气体分散熔渣的料流。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括将水以至多约1.2吨水/吨炉渣的量添加至所述熔渣，其中，在分散熔渣的料流的步骤之前、期间和/或之后添加所述水。

Claims (31)

1.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的方法，包括：
(a)提供熔渣的料流；
(b)将受控量的水添加至所述炉渣；
(c)使熔渣的所述料流粒化，以制备固化的炉渣；
其中，所述固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，由所述方法制备的所述炉渣绒的量小于在不添加所述受控量的水的情况下通过使熔渣的料流粒化而产生的所述炉渣绒的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述受控量的水小于约300kg水/吨炉渣。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述受控量的水小于约100kg水/吨炉渣。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述受控量的水使得所述基本上干燥的炉渣粒料具有小于约5重量％的水含量。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使所述熔渣与雾化流体的流接触来分散所述熔渣。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述雾化流体包括气体。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在所述熔渣与所述雾化流体接触的同时，所述受控量的水的至少一部分被添加至所述炉渣。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述雾化流体还包括所述受控量的水。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的方法，其中，在所述熔渣与所述雾化流体接触之前，所述受控量的水的至少一部分被添加至所述熔渣。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的方法，其中，紧接在所述熔渣与所述雾化流体接触之后不久，当所述分散的炉渣通过雾化室喷出时并且在所述炉渣到达所述雾化室的收集区域内之前，所述受控量的水的至少一部分被添加至所述熔渣。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，所述熔渣为冶金炉渣。
12.根据权利要求1至4和11中的任一项所述的方法，其中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使所述熔渣与旋转的机械元件接触来分散所述熔渣。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中，由所述方法制备的所述炉渣绒的量小于所述固化的炉渣的约10重量％。
14.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备，包括：
(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的所述料流的下端；
(b)分散装置，其在所述倾斜表面的所述下端处，以用于分散从所述倾斜表面排出的熔渣的所述料流；
(c)一个或多个水添加装置，其用于将受控量的水添加至所述熔渣；以及
(d)邻近所述分散装置的收集区域，其用于沉积通过所述熔渣的分散产生的固化的炉渣，其中，所述固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，所述炉渣绒的量小于在不添加所述受控量的水的情况下通过使熔渣的所述料流粒化而产生的炉渣绒的量。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述分散装置包括雾化器，在所述雾化器中，所述熔渣与雾化流体的流接触。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述分散装置包括气体雾化器，并且所述雾化流体包括气体。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述水添加装置中的至少一个紧邻所述倾斜表面的所述下端处，并且与所述气体雾化器相关联，使得所述气体和由所述至少一个水添加装置添加的所述受控量的水一起构成所述雾化流体。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述气体雾化器包括鼓风机，并且其中，紧邻所述倾斜表面的所述下端处的所述至少一个水添加装置包括一个或多个喷嘴，所述喷嘴位于所述倾斜表面的所述下端的上方和/或下方。
19.根据权利要求14所述的设备，其中，所述分散装置包括第一旋转机械元件，并且其中，所述水添加装置中的至少一个位于所述倾斜表面的所述上端和所述第一旋转机械元件之间。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，炉渣流动方向被限定在所述倾斜表面的上端和下端之间，并且所述倾斜表面具有横向于所述炉渣流动方向的宽度；
其中，所述设备还包括流分布元件，以用于横跨所述倾斜表面的所述宽度分布所述熔渣的流；并且
其中，所述流分布元件位于所述倾斜表面的所述上端和所述第一旋转机械元件之间。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述一个或多个水添加装置沿着所述炉渣流动方向定位在所述倾斜表面的所述上端和所述流分布元件之间。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述一个或多个水添加装置包括一个或多个喷水嘴，所述一个或多个喷水嘴设置在所述倾斜表面上方，且向下指向所述倾斜表面。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述流分布元件包括第二旋转机械元件，所述第二旋转机械元件横跨所述倾斜表面的所述宽度延伸，能够围绕横向地横跨所述倾斜表面延伸的轴线旋转，并且横跨所述倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与所述倾斜表面间隔开一间隙。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述流分布元件为圆柱形的。
25.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备，包括：
(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的所述料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在所述倾斜表面的上端和下端之间，并且所述倾斜表面具有横向于所述炉渣流动方向的宽度；
(b)气体雾化器，其紧邻所述倾斜表面的所述下端，以用于利用雾化气体分散从所述倾斜表面排出的熔渣的料流；
(c)流分布元件，其用于横跨所述倾斜表面的所述宽度分布所述熔渣的流，其中，所述流分布元件位于所述倾斜表面的所述上端和所述下端之间；以及
(d)收集区域，其邻近所述气体雾化器，以用于沉积通过所述熔渣的分散产生的固化的炉渣，其中，所述固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述流分布元件包括旋转机械元件，所述旋转机械元件横跨所述倾斜表面的所述宽度延伸，能够围绕横向地横跨所述倾斜表面延伸的轴线旋转，横跨所述倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与所述倾斜表面间隔开一间隙。
27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述流分布元件为圆柱形的。
28.根据权利要求25至27中的任一项所述的设备，其中，所述气体雾化器位于所述倾斜表面的所述下端下方。
29.根据权利要求25至28中的任一项所述的设备，其中，所述设备还包括一个或多个水添加装置，所述一个或多个水添加装置紧邻所述倾斜表面的上表面、所述流分布元件和/或所述气体雾化器中的一个或多个定位，以用于在所述熔渣的粒化之前、期间和/或之后将水添加到所述熔渣的目的。
30.一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的方法，包括：
(a)提供沿着倾斜表面流动的熔渣的料流，所述倾斜表面具有用于接纳熔渣的所述料流的上端和用于排出熔渣的所述料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在所述倾斜表面的上端和下端之间，并且所述倾斜表面具有横向于所述炉渣流动方向的宽度；
(b)利用位于所述倾斜表面的所述上端和所述下端之间的流分布元件横跨所述倾斜表面的所述宽度分布所述熔渣的流分布，以便在所述倾斜表面的所述下端处提供具有均匀厚度的熔渣的料流；以及
(c)在熔渣的料流从所述倾斜表面的所述下端被排出之后不久就利用来自气体雾化器的雾化气体分散熔渣的料流。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括将水以至多约1.2吨水/吨炉渣的量添加至所述熔渣，其中，在分散熔渣的料流的步骤之前、期间和/或之后添加所述水。
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