CN108441590B - 连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置及使用方法，涉及高炉冶炼生产高炉渣的处理方法，特别是属于一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置及其使用方法。包括链篦机、冷却器、渣沟、破碎机和运输提升装置，其特征在于，所述链篦机布置在渣沟的沟头下方；所述链篦机以与液态渣水平流动方向程正坡度2‑5°安装；链篦机上方布置有冷凝塔；链篦机篦板由若干链板组块相互连接组成；所述链篦机上方设置有布水器、上冷却器；所述破碎机布置在链篦机机头刮渣器下方，收集槽下方布置有导料板和运输提升装置。本发明可以使高炉渣快速凝固并实现粒化和疏松多孔化，仍然保留较高的温度，有利于后续热量回收，具有高效率、低能耗、易于布置的积极效果。

Description

连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置及使用方法

技术领域

本发明涉及高炉冶炼生产高炉渣的处理方法，特别是属于一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置及其使用方法。

背景技术

高炉渣是高炉冶炼生产的一种副产物，其主要成分为CaO、MgO、SiO₂和Al₂O₃，其一般温度为1450～1550℃。高炉渣经急冷处理可以得到非晶态的玻璃相，具有良好的水硬活性,可作水泥原料使用，经济价值较高，因此被各冶金企业广泛使用，如拉萨(RASA)法和英巴(INBA)法等水淬工艺，而干法粒化工艺则很少使用，大部分尚处于研究阶段。水淬工艺的基本原理是将高温熔渣同水接触，使熔渣急剧冷却并细化为细小颗粒，即水渣。水淬工艺仅考虑了炉渣的后续利用，而并未对高温废渣的热量进行回收或只进行了少量回收。高炉渣每吨渣含(1260～1880)×10³kJ的显热，相当于60kg标准煤的热值。一座1000m³的高炉，按年产量90万t生铁、渣铁比为300kg/t计算，每年排渣量27万t，炉渣放散热量折合标煤1.62万t，因此水淬工艺造成的能源浪费体量巨大。熔融高炉渣的显热回收利用不仅能降低钢铁生产的能源消耗，而且还减少污染物的排放，缓解环境压力，将极大的促进我国钢铁工业的节能和技术进步，高效、高品质地回收冶金熔渣显热将成为钢铁企业降低综合能耗的一个重要手段。

熔渣显热回收技术必须要以熔渣处理后的炉渣具有优良的总和利用价值和性能为前提。熔融高炉渣的物理性质和高炉出渣的不连续性使得熔渣的显热回收存在困难:①导热系数很低,1400～1500℃的液相阶段约为0.1～0.3W/(m•K)，玻璃相阶段，导热系数为1～2W/(m·K)，所以换热速度慢;②粘度随温度降低急剧升高，为了保证显热回收操作的顺利进行，炉渣的处理温度需要维持在很高的水平，导致操作温度空间狭小；③高炉出渣的不连续性，不利于连续能源回收利用的要求；④受成分影响，不同钢厂所用的冶炼矿石产地不同，造成高炉渣成分的差异，以及高炉在冶炼过程中受工艺变化（如碱度、物理热）的影响造成熔渣物理性质的波动等，导致操作条件差。另外，炉渣情况复杂，出渣过程中渣流中经常夹杂着焦炭、渣块以及未融化的杂物等，对渣处理设备提出了新的要求。这样虽然熔渣热焓大,但是由于其导热率低,换热慢,换热介质难以选择,渣况复杂，而且回收的余热品质难以保证。高炉渣若要进行干式急冷处理,矛盾就更加突出。要提高换热速度就要尽量缩小渣粒的尺寸,这可以抵消一部分低导热率的影响。渣粒越小,则传热和固化越快,粘附的可能性越小。因此,熔渣的粒化技术是解决问题的关键,高效的干式粒化技术是显热高效回收的前提条件。

近年来国内外有关研究机构、钢铁企业均对干式粒化工艺有不少研究，有的还进行了规模工厂试验应用，取得了较大进步，但相关技术还不成熟。如日本钢管公司(NKK)的内冷双滚筒法、新日铁的风淬法、英国钢铁公司的离心粒化法、乌克兰的“连铸连轧”式干式粒化和余热回收工艺、日本住友金属和石川岛播磨重工联合开发滚筒法熔渣粒化工艺、日本住友金属机械搅拌法熔渣造粒工艺、德国设计开发Merotec工艺、俄罗斯乌拉尔钢铁研究院研制的钢渣风淬和振动床-流化床热能回收装置等。但近年来除了离心粒化技术还有人研究外,其它干式粒化工艺都未见到实体设备工业化应用的报道，未形成成熟技术。目前研究较多的离心粒化虽然处理能力大、适应性强、粒化效果好、设备较简单,但仍处于研究阶段。

发明内容

本发明的目的在即于提供一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置及使用方法，以达到快速使高炉渣凝固并得到粒化，且颗粒渣仍然具有较高的温度，既满足后续换热又不影响作为水泥原料使用的目的。

本发明所公开的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，包括链篦机、冷却器、渣沟、破碎机和运输提升装置，其特征在于，所述的链篦机布置在渣沟的沟头下方，其中心线与沟头中心线在同一平面上；所述链篦机以与液态渣水平流动方向呈正坡度2-5°安装，链篦机转动方向水平方向上与液态渣水平流动方向相反；链篦机上方布置有冷凝塔；链篦机篦板由若干链板组块相互连接组成，链篦机机头部、机尾部均布置于冷凝塔外；所述链篦机上方设置有布水器、上冷却器，链篦机篦板背面设置有下冷却器；所述链篦机机头部设置有刮渣器，由平板刮渣器和凹槽刮渣器组成，平板刮渣器布置在上层，凹槽刮渣器布置在下层；所述破碎机布置在链篦机机头刮渣器下方，且自带有收集槽，收集槽下方布置有导料板和运输提升装置。

上述的连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置的链篦机，由环形篦板套装于头轮和尾轮上构成，头轮由电动机驱动的减速机带动；其特征在于，篦板由链板组块相互连接组成，所述的链板组块两端四角分别布置有1个支撑轮，同一端面个支撑轮的轮轴沿伸至两侧的导轨上，链板组块同一侧支撑轮由链条串接起来，使各链板组块相互连接；所述的链板组块的上表面设置有凹槽，凹槽顺向于篦板的运动方向；链板组块前后端面设计有凸台跟舌槽，链篦机转动时前后链板组块的凸台跟舌槽相互咬合。

基于上述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）启动链篦机及冷却器：启动链篦机使链篦机转动方向水平方向上与液态渣水平流动方向相反；

步骤2）受渣前链篦机表面的布水：经布水器向链篦机篦板表面的凹槽内布水，使水靠重力及链篦机运转中的水与篦板表面之间的阻力作用沿链篦机坡度下降方向在凹槽内向低处流动；

步骤3）链篦机受渣；经渣沟将熔渣导流至经步骤2）已经布好水的链篦机篦板上，因液体无定型特性所得的熔渣在篦板表面依靠惯性及链篦机的相对运动向四周扩散平铺成薄面将凹槽覆盖，同时凹槽内的水遇高温熔渣迅速气化，使与水接触的液体渣冷却迅速凝结固化，液体渣中的硫、氮遇水反应放出二氧化硫、硫化氢、氮气、氢气以及产生的水蒸气使使液体渣在冷却过程中膨化，变成多孔性的膨胀渣；

步骤4）高温渣冷却：经步骤3）所得的渣通过冷却器持续冷却；

步骤5）链篦机表面渣块剥离：经步骤3）和步骤4）所得的薄渣面经冷却后变成固体，经布置在链篦机头轮处的刮渣器将篦板表面的渣块剥离；

步骤6）渣块破碎：经步骤5）所得的渣块仍有部分颗粒较大为片状结构，通过破碎机对该部分渣块进行破碎为小颗粒渣粒。

本发明所提供的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置及使用方法，与现有技术相比较具有以下突出的有效效果：

（1）采用带凹槽的篦板设计，在凹槽之间可以储藏少量的水，当高温液体渣落到篦板表面上，储藏在凹槽之间的水被裹在液体渣下面，遇到高温后迅速气化膨胀使液体渣冒泡，同时进入熔渣内部的水蒸气和渣里面的硫、氮反应放出二氧化硫、硫化氢、氮气、氢气等气体，水在气化过程中完成了熔渣的冷却与膨化，使液体渣变成了疏松多孔的固体，十分有利于破碎和换热。

（2）利用了液体熔渣无定型的特性，熔渣落到篦板表面后能够迅速向周围扩散铺开变成薄层，有利于熔渣的快速冷却固化和后续破碎加工及提高换热效率。

（3）链篦机以一定的速度与熔渣程反方向运动，加快了熔渣在篦板表面的扩散速度，更有利于形成较薄的渣层，渣层厚度可以在较大范围内调整。

（4）链篦机连续工作，熔渣落到链篦机上能够被快速冷却为固体，可以实现连续生产，做到边生产边运输，无需等待熔渣完全固化、降温后再处理，空间和时间上的自由度较大。

（5）相比目前高炉普遍设置的事故渣坑，如果作为事故渣处理装置，本发明可以实现连续生产，避免了现有渣处理系统故障状态下事故渣坑容量有限，影响高炉操作的情况出现。

（6）仅消耗少量的水用于熔渣与篦板表面接触时的急冷，水量消耗较低，仅产生少量有害气体硫化氢，且链篦机上方设置有冷凝塔可以对该部分蒸汽进行回收，节能、环保效果显著。

（7）可以生产较薄的固体渣块，通过控制运行速度及冷却水量的方式可以得到温度较高的固体渣产物，通过换热方式可以得到较高品质的热量，如合理控制冷却速度还能得到玻璃化率很高的干渣，作为优质的水泥原料使用，不影响后续资源化利用。

（8）可直接设置在高炉下渣沟处，无需中间罐等倒运、加热调整等环节，具有不受熔渣流量变化、温度变化、熔渣不同化学反应的影响、可连续生产、适应性强、渣层厚度调节范围广、冷却速度快的优点。

综上所述，本发明可以使高炉渣快速凝固并实现粒化和疏松多孔化，仍然保留较高的温度，有利于后续热量回收，且具有高效率、低能耗、易于布置的积极效果。

附图说明

图1是本发明的连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置系统布置示意图。

图2是本发明的链篦机正视结构示意图。

图3是本发明的链篦机俯视结构示意图。

图4是本发明的链篦机头部与刮渣器配合示意图。

图5是本发明的链篦机局部放大结构示意图。

图6是本发明链篦机篦板纵向断面结构示意图。

图7是本发明链篦机篦板横向断面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，包括链篦机、冷却器、渣沟、破碎机19和运输提升装置20。所述链篦机布置在高炉16的渣沟9沟头正下方，高度差为0.2～0.5m左右，其中心线与沟头中心线在同一平面上。如图2所示，链篦机以与液态渣水平流动方向呈正坡度2~5°安装，链篦机转动方向水平方向上与液态渣水平流动方向相反，其转动速度必须保证液态渣落到链篦机表面后不会留到机尾部布水区，大小与渣水平流动速度大小相等即可；受渣点在链篦机中间位置与尾轮布水区之间，受渣点的位置必须保证液态渣落到链篦机表面后不会留到机尾部布水区。受渣过程中，先落到篦板上的熔渣靠惯性继续向机尾方向流动并在该过程中不断快速降温直至失去流动性，后落到篦板上的熔渣则不直接与篦板接触而落到先期落到篦板上已经失去流动性的渣面上，随着链篦机的相向转动使该过程得以持续进行，而篦板则由于不直接被高温熔渣冲击，使篦板得到了很好的保护。

如图3、图5所示，所述的链篦机链板组块底面两端四角分别布置有1个支撑轮2，同一端面2个支撑轮均靠轮轴沿伸至布置在链篦机两侧导轨10上，所有链板组块同一侧支撑轮2由链条5串接起来，使各链板组块相互连接。如图6所示，各链板组块前后端面设计有凸台跟舌槽，链篦机转动时前后链板组块的凸台跟舌槽相互咬合，使受渣面形成一个连续的平面。

所述链篦机的头轮11为由电动机4驱动的带减速机3的传动齿轮，由传动齿轮驱动链条5带动篦板1沿导轨转动，链篦机的尾轮8为与头轮11结构相同的传动齿轮，起到改向作用。

如图7所示，所述的篦板1上表面、下表面均布有大量与链篦机运动方向平行的凹槽，上表面为受渣面，凹槽的深度、间距、翅高应满足其储水量在最大渣量下使与受渣面相接触的炉渣快速冷却到变形温度以下，约1200～1300℃左右，同时还应尽可能的增加炉渣跟篦板的接触面积，翅厚2~3mm，翅间空隙3～5mm，翅高10～20mm，底厚5～15mm；下表面为冷却面，凹槽的深度、间距、翅高应满足最大渣量下篦板不会发生热变形，同时满足通过冷却，炉渣至刮渣器处其下表面温度下降到变形温度以下。链板组块上下表面结构一致，当上表面凹槽磨损、烧损严重时，将链板组块翻个继续使用即可，可以有效降低设备支出费用。链板组块所使用材质为普通碳钢或耐磨损的锰钢。

所述布水器6有1个，设置在链篦机机尾部的非驱动端，通过连续喷水方式将水均布在链篦机表面凹槽内，落入凹槽内的水靠重力及链篦机运转中的水与篦板表面之间的阻力作用沿链篦机坡度下降方向在凹槽内向低处流动，其水量大小应满足布入凹槽内的水在最大渣量下使与受渣面相接触的炉渣快速冷却到变形温度以下，约1200～1300℃左右，以保证液态渣固化和防止篦板烧损变形,水量按吨渣0.16~0.18m³配水。

所述上冷却器13和下冷却器14，经高温熔渣经与凹槽内的水接触后温度迅速下降至1200～1300℃左右后，为取得较高的玻璃化率和较高的换热量，持续对高温渣进行冷却，以大于9℃/s的冷却速率降温至900～1000℃左右。所述上冷却器13，布置在受渣点至机头之间，通过连续喷水、通风冷却或通水冷却壁换热的方式使链篦机表面的渣迅速固化下来达到降温的目的；所述的下冷却器14沿链篦机运动方向布置在链篦机下方，运行时从机头部至结尾处对所有篦板下表面通过持续喷水或通风冷却；采用喷水冷却方式时下冷却器14下方设置有收水盘12，对冷却后的水进行收集，经冷却、过滤后循环利用。

所述刮渣器布置在链篦机机头部11的驱动端，由平板刮渣器7和凹槽刮渣器15组成，其宽度与篦板宽度一致，平板刮渣器用于清除链篦机表面的挂渣，凹槽刮渣器用于清除篦板凹槽内的挂渣，凹槽刮渣器端面上有大量与篦板凹槽结构、数量相契合的翅，运行时契入凹槽内对残留渣粒进行清理。

所述链篦机除机头部、机尾部及附属部件外置，链篦机其余结构均内置于冷凝塔17内，冷凝塔上方布置有喷水冷凝装置，在渣处理过程中产生的大量蒸汽由布置在冷凝塔上方的冷凝器进行喷水冷凝并回收循环使用。

布水器用水、喷水冷凝用水和喷水冷却用水均由单独设置的泵站提供，泵站设有冷却塔和蓄水池，冷却塔用来对回收的水进行冷却。

所述破碎机布置在机头部刮渣器下方，刮渣器与破碎机之间布置有收集槽18，从链篦机上刮下来的渣块被收集在收集槽内，渣块经破碎机破碎后由布置在破碎机后方的运输提升装置20输运至换热器进行换热。

Claims (9)

1.一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，包括链篦机、冷却器、渣沟（9）、破碎机（19）和运输提升装置（20），其特征在于，所述的链篦机布置在渣沟的沟头下方，其中心线与沟头中心线在同一平面上；所述链篦机以与液态渣水平流动方向呈正坡度2-5°安装，链篦机转动方向水平方向上与液态渣水平流动方向相反；链篦机上方布置有冷凝塔（17）；链篦机篦板由若干链板组块相互连接组成，链篦机机头部、机尾部均布置于冷凝塔外；所述链篦机上方设置有布水器（6）、上冷却器（13），链篦机篦板背面设置有下冷却器（14）；所述链篦机机头部设置有刮渣器，由平板刮渣器（7）和凹槽刮渣器（15）组成，平板刮渣器布置在上层，凹槽刮渣器布置在下层；所述破碎机（19）布置在链篦机机头刮渣器下方，且自带有收集槽（18），收集槽下方布置有导料板和运输提升装置（20）；

所述链篦机由环形篦板（1）套装于头轮（11）和尾轮（8）上构成，头轮（11）由电动机（4）驱动的减速机（3）带动；篦板由链板组块相互连接组成，所述的链板组块两端四角分别布置有1个支撑轮（2），同一端面2个支撑轮的轮轴沿伸至两侧的导轨（10）上，链板组块同一侧支撑轮（2）由链条（5）串接起来，使各链板组块相互连接；所述的链板组块的上表面设置有凹槽，凹槽顺向于篦板的运动方向；链板组块前后端面设计有凸台跟舌槽，链篦机转动时前后链板组块的凸台跟舌槽相互咬合。

2.根据权利要求1所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，其特征在于：所述布水器有1个，设置在链篦机机尾部上方。

3.根据权利要求1所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，其特征在于，链篦机上方设置的上冷却器（13），设置在链篦机受渣点与链篦机机头部之间，选用喷水冷却、风冷冷却、水冷换热器的任意一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，其特征在于，所述的链篦机篦板背面的下冷却器（14）选用喷水冷却或风冷冷却，布置在链篦机上层篦板下面。

5.根据权利要求4所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，其特征在于，所述的链篦机篦板背面的下冷却器（14）选用喷水冷却，其下方设置有集水槽（12）。

6.根据权利要求1所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置，其特征还在于，所述链篦机的链板组块的上表面和下表面均设置有凹槽。

7.基于权利要求1所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）启动链篦机及冷却器：启动链篦机使链篦机转动方向水平方向上与液态渣水平流动方向相反；

步骤2）受渣前链篦机表面的布水：经布水器向链篦机篦板表面的凹槽内布水，使水靠重力及链篦机运转中的水与篦板表面之间的阻力作用沿链篦机坡度下降方向在凹槽内向低处流动；

步骤3）链篦机受渣；经渣沟将熔渣导流至经步骤2）已经布好水的链篦机篦板上，因液体无定型特性所得的熔渣在篦板表面依靠惯性及链篦机的相对运动向四周扩散平铺成薄面将凹槽覆盖，同时凹槽内的水遇高温熔渣迅速气化，使与水接触的液体渣冷却迅速凝结固化，液体渣中的硫、氮遇水反应放出二氧化硫、硫化氢、氮气、氢气以及产生的水蒸气使使液体渣在冷却过程中膨化，变成多孔性的膨胀渣；

步骤4）高温渣冷却：经步骤3）所得的渣通过冷却器持续冷却；

步骤5）链篦机表面渣块剥离：经步骤3）和步骤4）所得的薄渣面经冷却后变成固体，经布置在链篦机头轮处的刮渣器将篦板表面的渣块剥离；

步骤6）渣块破碎：经步骤5）所得的渣块仍有部分颗粒较大为片状结构，通过破碎机对该部分渣块进行破碎为小颗粒渣粒。

8.根据权利要求7所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置的使用方法，其特征在于，步骤4）中，高温渣以大于9℃/s的冷却速率降温至900～1000℃，以达到用作生产水泥原料的玻璃化率。

9.根据权利要求7所述的一种连续薄层单层热泼法高炉渣干式粒化装置的使用方法，其特征在于，步骤4）中，高温渣行至刮渣器处时温度下降至软化温度1200～1300℃，以达到充当碎石骨料的要求。