CN110205416B - 一种高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法 - Google Patents

一种高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，属于固废综合利用技术领域。本发明解决了高温熔渣冷结成块后处理难度大、粒化制粉效率低、稳定性差以及利用率低的问题，提供了一套较为完备的绿色、科学、高效的高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法系统，包括多相射流喷制－热轧热碎－调质气氛磨制三种工艺且无缝衔接复合而成一体化；同时把高温熔渣的粒化制粉技术与渣的稳定化技术、渣的调质改性技术恰当地融合到工艺中；主要工艺参数指标资源化率100%，实际固废综合利用率达90%以上，三废实现绿色排放，本发明所述方法可推广应用于冶金、化工、能源、材料、环保等行业。

Description

一种高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法
技术领域
本发明涉及一种新型高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，属于固废综合利用技术领域。
背景技术
高温熔渣是冶金、化工等生产过程产生的高温熔渣，数量较大且含有较高的热能，如吨生铁产生高炉渣0.3-0.4t ，每吨钢产生转炉渣0.08-0.12 t。每吨粗铜艾萨炉约产生4t炉渣，吨粗锡奥斯麦特炉约产生0.5t富锡熔渣，吨熔渣含有热能约50-70 Kg标准煤 。目前国内外对渣的主要处理采用水淬的方式。因此，存在三方面问题，1）浪费大量的水，还可产生大量有害气体、液体。2）大量的热能无法利用3）粒化制粉效率低、资源利用率低，由于水淬法致使渣的物化性质发生突变，其中会产生大量的硬质相、玻璃相等，致使常温下难以粉碎并进行大量利用。对于企业如不能进行利用，将是巨大浪费，同时对环境造成污染。
目前国内外钢渣的处理主要有以下几种方式：热泼法、热闷法、水淬法、滚筒法、轮转粒化法、风碎法等方式。热泼渣法前期投入大，工艺复杂，处理环节较多，其中盘泼法损耗大，运营费用高；热闷法工艺简单，处理量大，维护成本低，钢渣的粒度不均匀，想要利用还需要进一步的处理；水淬法处理量大，速度快，处理周期短，但是操作不当会发生爆炸；滚筒法处理后的钢渣稳定性高，对于设备要求较高，处理设备容易出现故障，运营维护费用高；轮转粒化法只能处理流动性好的液态钢渣，因为设备需要高速作业，容易损坏；风碎法，处理速度快，绿色无污染，钢渣粒度小，但只能处理液态钢渣。目前钢渣资源化综合利用率不足20%，也有逐渐提高的趋势。
目前国内钢渣的应用主要在基础建材和有价资源能源回收利用两大方面，由于钢渣中的f-CaO的水化体积不安定性、RO相不具备胶凝活性和具有较高的硬度致使钢渣在许多方面应用受阻。所以，开发更加高效的粒化制粉技术、钢渣稳定化技术、调质改性技术等成为钢渣全面系统化科学利用的重要途径。
发明内容
本发明的目的解决了熔渣冷结成块后处理难度大、粒化制粉效率低、稳定性差以及利用率低的问题，提供一种高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，该方法内容涵盖了高温熔渣、多相射流喷制－热轧粉碎－气氛球磨、分选、仓储传输、余热利用、环保、开发应用等方面；本发明核心关键工艺在于多相射流喷制－热轧粉碎－气氛球磨一体化。同时把高温熔渣的粒化制粉技术与渣的稳定化技术、渣的调质改性技术恰当地融合到工艺中；本发明主要工艺参数指标资源化率100%，实际固废综合利用率达90%以上，三废实现绿色排放。
本发明通过以下技术方案实现：一种高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，将多相射流喷制技术、热轧热碎、气氛球磨粉碎、余热利用进行一体化设计，具体包括以下步骤：
（1）高温熔渣进行预处理：对高温熔渣进行升温、调质、保温，使高温熔渣的过热度△T为50℃~300℃、粘度0.01 Pa·s ~0.5Pa·s；
（2）预处理后的高温熔渣输送到浇包中，通过多相射流喷制技术将高温熔渣喷射到粒化仓中，粒化仓的底部设有多个并排的料槽，凝固后的高温熔渣颗粒由于粒径不同，落在不同的料槽中，料槽出来的熔渣颗粒进行热轧粉碎，靠近多相射流喷制装置一侧的料槽中的熔渣颗粒先进行热轧粉碎，然后进行滚筒粉碎，将来不及处理的熔渣经滚筒粉碎装置进一步造粒；
（3）将滚筒粉碎得到的熔渣颗粒和其他料槽出来经过热轧处理后的颗粒一起进行气氛球磨处理，多相射流喷制过程产生的气体经除尘后通入气氛球磨装置中，除尘过程中产生的粉尘也通入气氛球磨装置中与其他熔渣颗粒一起球磨，除尘后的尾气含CO2，作为游离f-CaO、f-MgO的稳定化气源，多余CO2通过吸收池吸收后绿色排放；
（4）根据需要对细化后的颗粒进行分选，整个过程中产生的热量通过余热回收装置进行回收利用。
优选的，本发明步骤（1）中调质使用的调质剂为CaO、SiO2、Al2O3、煤粉、焦碳中的一种或多种按任意比例混合得到的混合物，或者为含有CaO、SiO2、Al2O3、碳成分的物料。
优选的，本发明（2）中高温熔渣从浇包中流入粒化仓中的渣流速度<1m/s，渣流量1t/min~5t/min。
优选的，本发明所述多相射流为气相射流、液相射流、固相射流、气液相复合射流或者气固相复合射流（操作时采用其中的单一射流、复合射流或者组合射流形式），射流条件：气相射流的介质为压缩空气、蒸气、氮气中的一种或多种，液相射流的介质为水，固相射流的介质为山砂、黄砂、渣砂，粒度为0.5mm-3mm。
优选的，本发明步骤（2）中多相射流的冲击压力0.4MPa~1.8 MPa，多相射流喷出速度10m/s~25m/s，单次多相射流时间为5 min ~20 min。
优选的，本发明所述料槽为漏斗状结构，壳体采用耐热钢，内部使耐高温涂层；轧辊位于料槽的颈部，轧辊之间的间隙为0.1mm-50mm；轧辊转速为200r/min-1600r/min，时间为8min-25min。
优选的，本发明所述粒化仓颈部渣粒温度控制在TC±200℃，TC为相变温度。
优选的，高温熔渣进入气氛球磨装置中的温度小于500℃，球磨转速20r/min~300r/min，气氛球磨过程的周期10 min ~60min。
优选的，滚筒粉碎过程中磨球的直径为10 cm ~25cm，气氛球磨过程中磨球的直径为1cm~9cm。
本发明气氛球磨的目的是使粉体颗粒细化、成分分布均匀化、游离相安定化，兼有磨料、配料、混料、调质、反应器以及可以通入所需要气氛的功能。
本发明所述分选采用振动筛分、磁选、浮选、重力分选，技术成熟可直接应用。
本发明不同过程之间的粉末传输主要采用管道传送粉体为主，减少产生粉尘造成空气污染。
本发明所述余热回收采用热交换技术和热电转换技术（为现有成熟装置）；可以发电、蒸气、供暖、烘烤、制冷等；余热利用主要涉及多相射流喷制、热轧热碎、调质气氛磨制、除尘四工序，对于大型企业一般都配有主蒸气管道，最简单实施的办法是如图3所示；余热回用效率达30%，吨熔渣回收热能约20kg标煤。
多相射流喷制技术的原理：介质高速射流与高温熔渣接触，增大高温熔渣颗粒的界面，使高温熔渣在降温过程中颗粒化。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述方法采用系统工程的思想理念，具有全面性、系统性、科学性、可行性、创新性等特点，综合研究了高温熔渣的物化性质、新工艺新技术及装备、循环科学利用、节能环保、效益、国家发展及社会需求等多方面的因素，思路简洁清晰，多相射流喷制－热轧热碎－调质气氛磨制复合粒化制粉工艺一体化，系统集成耦合的复合工艺，同时把渣的粒化制粉技术与渣的稳定化技术、渣的调质改性技术恰当地融合到工艺中工艺过程。实现资源化率100%，实际固废综合利用率90%以上，可推广应用于冶金、化工、能源、材料、环保等行业。
（2）本发明环保涉及废渣、废气、废水、噪声、土壤问题基本实现绿色化要求。废渣：除尘器中的粉尘、工艺过程其它粉尘余渣均全部回到调质气氛磨中，最终进入粉料，固体废物实现绿色排放；废气：除尘后的尾气含CO2被回用到调质气氛磨里，作为游离f-CaO、f-MgO的稳定化气源，多余CO2通过清洁池吸收后绿色排放；废水：本工艺除余热利用时用水，工艺过程基本不使用工艺水，所以不产生工艺废水；噪声：主要来源多相射流、机械振动产生，采取减噪降噪措施，达到《工业企业厂界环境噪声排放标准》 GB12348-2008。渣粉不需要大量堆存，所以不会占用大量土地。
（3）本发明挖掘高温熔渣潜在的可观经济价值。据2018年全国公开数据调查显示，高温熔渣在钢铁冶金行业约产生3.2亿吨，在铜冶金行业约产生3600万吨，锡冶金行业约产生15万吨。2018年在这三个行业中，若使高温熔渣的综合利用附加值提升人民币100元/吨计算，综合利用率以90%计算，保守估算可为国内市场产生约320亿元人民币潜在附加值。
（4）本发明对高温熔渣节能减排贡献潜力较大。以吨熔渣回收20kg标准煤能量计算，2018年在这钢铁、铜、锡三个行业中高温熔渣约可回收700万吨标准煤能量。CO2排放系数以2.493计算，可减少二氧化碳排放约1745万吨。
（5）本发明对渣粉的开发应用范围宽广。 ①渣微粉和其它物料协同利用制备新材料，包括3D打印建材、装配式建材、透水材料、保温耐火新料、微晶玻璃、高铁枕木、海洋工程材料、核电基建、机场跑道专用材料、国防工程材料等。②渣微粉和其它物料协同利用开发新资源，包括珊瑚岛礁自组装生物3D打印原料、动力能源电池原料、生态环境治理修复原料等。③渣微粉和其它物料协同利用研发新产品，包括生态复合肥料、工业中间合金等。
（6）本发明工艺具有工艺流程短、核心技术含量较高、工序布局灵活紧凑、粒化制粉效率高、操作灵活、占地面积小、投资成本较低、高温熔渣利用率高、多项先进科技得到应用等特点。
（7）本发明具有快速高效、以废治废、循环利用、余热回用、节能减排、创新利用的新特色；使得经济效益、社会效益、环境效益三者相得益彰。符合国家绿色化发展的新要求。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图Ⅰ；
图2为本发明的工艺流程图Ⅱ；
图3为熔渣余热回收蒸气原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种转炉炼钢高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，具体包括以下步骤：
（1）转炉炼钢高温熔渣进行预处理：使转炉炼钢高温熔渣的过热度△T为50℃~100℃、粘度0.04 Pa·s ~0.3Pa·s；调质使用的调质剂为SiO2。
（2）预处理后的高温熔渣输送到浇包中，通过多相射流喷制技术将高温熔渣喷射到粒化仓中，粒化仓的底部设有多个并排的料槽，凝固后的高温熔渣颗粒由于粒径不同，落在不同的料槽中，料槽出来的熔渣颗粒进行热轧粉碎，靠近多相射流喷制装置一侧的料槽中的熔渣颗粒先进行热轧粉碎，然后进行滚筒粉碎，将来不及处理的熔渣经滚筒粉碎装置进一步造粒；高温熔渣从浇包中流入粒化仓中的渣流速度0.8m/s，渣流量3t/min~4t/min；所述多相射流为气相射流、气固相复合射流，射流条件：气相介质采用压缩空气、气压0.8MPa，固相介质采用钢砂，粒度为0.5mm-3mm；多相射流的冲击压力0.8MPa，多相射流喷出速度15m/s，多相射流时间为8 min；75%以上的渣粒粒径小于30mm。
轧辊外缘之间的间隙为10mm；轧辊转速为1200r/min，时间为15min；经热轧热碎处理后渣粒中85%以上粒径小于10mm；粒化仓颈部渣粒温度控制800℃±200℃。
（3）将滚筒粉碎得到的熔渣颗粒和其他料槽出来经过热轧处理后的颗粒一起进行气氛球磨处理，多相射流喷制过程产生的气体经除尘后通入气氛球磨装置中，除尘过程中产生的粉尘也通入气氛球磨装置中与其他熔渣颗粒一起球磨，除尘后的尾气含CO2，作为游离f-CaO、f-MgO的稳定化气源，多余CO2通过吸收池吸收后绿色排放；渣的资源化率要求粉体粒径小于5mm，为便于后续开发利用，要求渣粉体粒径小于等于0.3mm为合格，对不符合要求粉体循环再磨。
本实施例中高温熔渣进入调质气氛磨工序控制渣温小于500℃，气氛调质磨转速150r/min，高温熔渣进出气氛磨运行周期30min；90%以上粉体粒径小于0.3 mm。
（5）根据需要对细化合格后的颗粒进行分选，余热通过余热回收装置进行回收利用，本实施中资源化率100%，粉体合格率94.7%。
实施例2
一种艾萨炉炼铜高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，具体包括以下步骤：
（1）艾萨炉炼铜高温熔渣进行预处理：使熔渣的过热度△T为50℃~150℃、粘度0.05Pa·s ~0.5Pa·s；调质使用的调质剂为SiO2、煤粉。
（2）预处理后的高温熔渣输送到浇包中，通过多相射流喷制技术将高温熔渣喷射到粒化仓中，粒化仓的底部设有多个并排的料槽，凝固后的高温熔渣颗粒由于粒径不同，落在不同的料槽中，料槽出来的熔渣颗粒进行热轧粉碎，靠近多相射流喷制装置一侧的料槽中的熔渣颗粒先进行热轧粉碎，然后进行滚筒粉碎，将来不及处理的熔渣经滚筒粉碎装置进一步造粒；高温熔渣从浇包中流入粒化仓中的渣流速度0.8m/s，渣流量3t/min~4t/min；所述多相射流为气相射流、气固相复合射流，射流条件：气相介质采用压缩空气、气压0.8MPa，固相介质采用渣砂，粒度为0.5mm-3mm；多相射流的冲击压力0.8MPa，多相射流喷出速度15m/s，多相射流时间为8 min。80%以上的渣粒粒径小于30mm。
轧辊外缘之间的间隙为10mm；轧辊转速为1200r/min，时间为15min。经热轧热碎处理后渣粒中85%以上粒径小于10mm；粒化仓颈部渣粒温度控制800℃±200℃。
（3）将滚筒粉碎得到的熔渣颗粒和其他料槽出来经过热轧处理后的颗粒一起进行气氛球磨处理，多相射流喷制过程产生的气体经除尘后通入气氛球磨装置中，除尘过程中产生的粉尘也通入气氛球磨装置中与其他熔渣颗粒一起球磨，除尘后的尾气含CO2，作为游离f-CaO、f-MgO的稳定化气源，多余CO2通过吸收池吸收后绿色排放；渣的资源化率要求粉体粒径小于5mm，为便于后续开发利用，要求渣粉体粒径小于等于0.3mm为合格，对不符合要求粉体循环再磨。
本实施例中高温熔渣进入调质气氛磨工序熔渣温小于500℃，气氛调质磨转速150r/min，高温熔渣进出气氛磨运行周期30min；90%以上粉体粒径小于0.3 mm。
（5）根据需要对细化合格后的颗粒进行分选，余热通过余热回收装置进行回收利用，本实施中资源化率100%，粉体合格率93.7%。
实施例3
一种奥斯麦特炉炼锡高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，具体包括以下步骤：
（1）奥斯麦特炉炼锡高温熔渣进行预处理：使熔渣的过热度△T为50℃~200℃、粘度0.04Pa·s ~0.3Pa·s；调质使用的调质剂为SiO2。
（2）预处理后的高温熔渣输送到浇包中，通过多相射流喷制技术将高温熔渣喷射到粒化仓中，粒化仓的底部设有多个并排的料槽，凝固后的高温熔渣颗粒由于粒径不同，落在不同的料槽中，料槽出来的熔渣颗粒进行热轧粉碎，靠近多相射流喷制装置一侧的料槽中的熔渣颗粒先进行热轧粉碎，然后进行滚筒粉碎，将来不及处理的熔渣经滚筒粉碎装置进一步造粒；高温熔渣从浇包中流入粒化仓中的渣流速度0.8m/s，渣流量3t/min~4t/min；所述多相射流为气相射流、气固相复合射流，射流条件：气相介质采用压缩空气、气压0.8MPa，固相介质采用渣砂，粒度为0.5mm-3mm；多相射流的冲击压力0.8MPa，多相射流喷出速度15m/s，多相射流时间为8 min。80%以上的渣粒粒径小于30mm。
轧辊外缘之间的间隙为10mm；轧辊转速为1200r/min，时间为15min。经热轧热碎处理后渣粒中85%以上粒径小于10mm；粒化仓颈部渣粒温度控制800℃±200℃。
（3）将滚筒粉碎得到的熔渣颗粒和其他料槽出来经过热轧处理后的颗粒一起进行气氛球磨处理，多相射流喷制过程产生的气体经除尘后通入气氛球磨装置中，除尘过程中产生的粉尘也通入气氛球磨装置中与其他熔渣颗粒一起球磨，除尘后的尾气含CO2，作为游离f-CaO、f-MgO的稳定化气源，多余CO2通过吸收池吸收后绿色排放；渣的资源化率要求粉体粒径小于5mm，为便于后续开发利用，要求渣粉体粒径小于等于0.3mm为合格，对不符合要求粉体循环再磨。
本实施例中高温熔渣进入调质气氛磨工序控制渣温小于500℃，气氛调质磨转速150r/min，高温熔渣进出气氛磨运行周期30min；90%以上粉体粒径小于0.3 mm。
（5）根据需要对细化合格后的颗粒进行分选，余热通过余热回收装置进行回收利用，本实施中资源化率100%，粉体合格率95.7%。

Claims (9)

1.一种高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：将多相射流喷制技术、热轧热碎、气氛球磨粉碎、余热利用进行一体化设计，具体包括以下步骤：
（1）高温熔渣进行预处理：对高温熔渣进行升温、调质、保温，使高温熔渣的过热度△T为50℃~300℃、粘度0.01 Pa·s ~0.5Pa·s；
（2）预处理后的高温熔渣输送到浇包中，通过多相射流喷制技术将高温熔渣喷射到粒化仓中，粒化仓的底部设有多个并排的料槽，凝固后的高温熔渣颗粒由于沉降位置不同，落在不同的料槽中，料槽出来的熔渣颗粒进行热轧粉碎；靠近多相射流喷制装置一侧的料槽中的熔渣颗粒先进行热轧粉碎，然后进行滚筒粉碎，其目的将来不及处理的熔渣经滚筒粉碎装置进一步造粒；
（3）将滚筒粉碎得到的熔渣颗粒和其他料槽出来经过热轧处理后的颗粒一起进行气氛球磨处理，多相射流喷制过程产生的气体经除尘后通入气氛球磨装置中，除尘过程中产生的粉尘也通入气氛球磨装置中与其他熔渣颗粒一起球磨，除尘后的尾气含CO2，作为游离f-CaO、f-MgO的稳定化气源，多余CO2通过吸收池吸收后绿色排放；
（4）根据需要对细化后的颗粒进行分选，整个过程中产生的热量通过余热回收装置进行回收利用。
2.根据权利要求1所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：步骤（1）中调质使用的调质剂为CaO、SiO2、Al2O3、煤粉、焦碳中的一种或多种按任意比例混合得到的混合物。
3.根据权利要求1所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：步骤（2）中高温熔渣从浇包中流入粒化仓中的渣流速度<1m/s，渣流量1t/min~5t/min。
4.根据权利要求1所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：射流条件：气相射流的介质为压缩空气、蒸气、氮气中的一种或多种，液相射流的介质为水，固相射流的介质为山砂、黄砂、渣砂，粒度为0.5mm-3mm。
5.根据权利要求4所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：步骤（2）中多相射流的冲击压力0.4MPa~1.8MPa，多相射流喷出速度10m/s~25m/s，单次多相射流时间为5min ~20min。
6.根据权利要求1所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：料槽为漏斗状结构，轧辊位于料槽的颈部，轧辊之间的间隙为0.1mm-50mm；轧辊转速为200r/min-1600r/min，时间为8min-25min。
7.根据权利要求1所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：粒化仓颈部渣粒温度控制在TC±200℃，TC为相变温度。
8.根据权利要求1所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：高温熔渣进入气氛球磨装置中的温度小于500℃，球磨转速20r/min~300r/min，气氛球磨过程的周期10min ~60min。
9.根据权利要求1所述高温熔渣多相射流复合粒化制粉方法，其特征在于：滚筒粉碎过程中磨球的直径为10 cm ~25cm，气氛球磨过程中磨球的直径为1 cm ~9 cm。
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