CN111218533A - 一种钢渣资源化处理方法 - Google Patents

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郑伍魁
杨雨玄
张静洁
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Abstract

本发明公开了一种钢渣资源化处理方法，属于固体废弃物资源化技术领域，该方法通过耐高温喷头将高温液态钢渣喷出雾化，以高速空气流进行粒化，粒化钢渣落入收集槽收集；高速空气流被高温液态钢渣升温为热空气流，进入热交换器进行热量回收。与传统方式相比，本发明所述方法可以直接与钢铁工业现有工艺衔接，在制备过程中回收热量，还可以制备无机微珠，对钢渣进行直接资源化处理，可以很好的应用于钢铁工业；该方法工艺简单，在节能减排和固体废弃物资源化领域均有较好的效益，可被大规模应用。

Description

一种钢渣资源化处理方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化技术领域，特别是涉及一种钢渣资源化处理方法。
背景技术
钢渣是炼钢过程产生的大宗工业固体废物，钢渣依据生产方式不同主要分为电炉钢渣、平炉钢渣和转炉钢渣3种。它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣含有多种有用成分：金属铁2％～ 8％，氧化钙40％～60％，氧化镁3％～10％，氧化锰1％～8％，故钢渣可作为钢铁冶金原料使用。钢渣的矿物组成以硅酸三钙为主，其次是硅酸二钙、RO相、铁酸二钙和游离氧化钙。
目前国内钢渣主要处理工艺有：热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法。其中热泼法、滚筒法、热闷法最为常用。但这些方法基本都是在钢渣冷却后再对其进行回收利用，或无法充分回收利用高温液态钢渣的热能，造成钢渣热能资源的浪费。
钢渣作为二次资源综合利用有两个主要途径，一个是作为冶炼溶剂在本厂循环利用，不但可以代替石灰石，且可以从中回收大量的金属铁和其他有用元素；另一个是作为制造筑路材料、建筑材料或农业肥料的原材料。但是，钢渣在资源化利用过程中存在着以下问题：
(1)钢渣稳定性不良。现代炼钢过程中为脱硫、脱磷常加入石灰和白云石等高钙、高镁材料做造渣剂，提高钢渣粘度进行溅渣护炉，保护耐火砖不受侵蚀，提高转炉炉龄。钢渣中的氧化钙、氧化镁不能和二氧化硅等酸性氧化物充分反应，而形成游离氧化钙(f-CaO)和游离氧化镁(f-MgO)，钢渣中的f-CaO和f-MgO遇水发生水化反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，体积膨胀，造成钢渣稳定性不良。另外，钢渣中的C2S在钢渣冷却过程中，其晶型由β型向γ型转变使体积增大，也造成了钢渣的体积膨胀。若应用于道路、建材等行业，会出现膨胀开裂现象。
(2)钢渣中金属铁含量高。金属铁的存在，造成磨矿难度和能耗的增加，对颗粒均匀性造成不利影响，另外，在使用过程中也较容易出现铁锈现象，以上限制了尾渣的建材化利用；
(3)钢渣组成波动性高。受炼钢工艺、钢种特点、造渣制度等因素影响，钢渣的成分复杂、波动性大，尤其是钢渣中f-CaO含量各个批次会存在较大差异，增大了其使用难度。
(4)钢渣处置能耗较高。钢渣密度高于较砂石骨料，为3.5t/m3左右，是普通建材的1.2～1.4倍，导致钢渣在运输和使用时的能耗要增加10％左右。
综上所述，钢渣在资源化利用过程中存在着稳定性不良，难以大量用于建材和道路行业，而且钢渣的易磨性差，密度高，导致其在处理和运输的过程中能耗较高。这些不足之处都限制了钢渣的大规模资源化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢渣资源化处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，既能在实现高温液态钢渣资源化处理并回收钢渣资源的同时，又能实现回收高温液态钢渣热能并生产蒸汽以供利用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种钢渣资源化处理方法，通过耐高温喷头将高温液态钢渣喷出雾化，以高速空气流进行粒化，粒化钢渣落入收集槽收集；高速空气流被高温液态钢渣升温为热空气流，进入热交换器进行热量回收。
进一步地，所述耐高温喷头为碳化硅喷头和/或氧化铝喷头。
进一步地，所述高温液态钢渣的温度为2000-2500。
进一步地，所述高温液态钢渣喷出流量为50-100L/min。
进一步地，所述雾化的粒径为20-500μm。
进一步地，所述高速空气流的温度为20-100℃。
进一步地，所述高速空气流的流量为10000-15000m3/h。
进一步地，所述热空气流在进入热交换器前进行除尘处理。
本发明公开了以下技术效果：
本发明在回收钢渣热量的同时，生产无机微珠，微珠力学性能好，表面光滑球形度高，可用于建材、化工等领域。
本发明利用在钢渣等工业废渣中硅铝氧化物含量高的特点，在液态时通过雾化喷头喷出成细小液滴，通过冷风迅速冷却，会形成球型无机微珠，作为建材制品。具体来说，将在炼钢炉中处于半液态的渣进行保温，继续加热到2000℃以上成为可流动液态，输送后通过耐高温雾化喷头喷出，用冷空气快速冷却，经换热后的热空气可回收热量；并同时将液态废渣液滴快速冷却形成微珠，收集待用，该方法工艺简单，在节能减排和固体废弃物资源化领域均有较好的效益，可被大规模应用。
与传统方式相比，本发明所述方法可以直接与钢铁工业现有工艺衔接，在后续工艺中对钢渣直接进行利用，不但可以制备无机微珠，还可以在制备过程中回收热量，可以很好的应用于钢铁工业。
本发明工艺简单，在节能减排和固体废弃物资源化领域均有较好的效益，可被大规模应用。
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他的附图。
图1为本发明钢渣资源化处理方法工艺流程图；
图2为本发明钢渣资源化处理方法工艺原理示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
在本发明的一个方面，本发明提出一种钢渣资源化处理方法，根据本发明的实施例，该方法通过耐高温喷头将高温液态钢渣喷出雾化，以高速空气流进行粒化，粒化钢渣落入收集槽收集；高速空气流被高温液态钢渣升温为热空气流，进入热交换器进行热量回收。
所述高温液体钢渣为经过钢回收后的高温钢渣。
本发明钢渣资源化处理方法工艺流程如图1所示，其主要工艺原理如图2所示。
利用本发明所述的钢渣资源化处理方法，既能在实现高温液态钢渣资源化处理并回收钢渣资源的同时，又能实现回收高温液态钢渣热能并生产蒸汽以供利用。
根据本发明的实施例，所述耐高温喷头为碳化硅喷头和/或氧化铝喷头。
根据本发明的实施例，所述高温液态钢渣的温度为2000-2500℃。
根据本发明的实施例，所述高温液态钢渣喷出流量为50-100L/min。
根据本发明的实施例，所述雾化的粒径为20-500μm。
上述喷头可以为一个或多个，并可根据实际需要调整喷头尺寸，以调整雾化粒径及粒化钢渣尺寸。
根据本发明的实施例，所述高速空气流的温度为20-100℃。
根据本发明的实施例，所述高速空气流的流量为10000-15000m3/h。
根据本发明的实施例，所述热空气流在进入热交换器前进行除尘处理。
实施例1
一种钢渣资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)将经过钢回收后的高温钢渣在2200℃保温，输送，通过碳化硅喷嘴在管道中喷出，流量100L/min，雾化粒径20-100μm；
(2)将20℃空气，通过风量为13200m3/h的风机输送入管道，钢渣液滴被快速冷却成为微珠，在下方的收集槽收集；经过换热的冷空气转变为热空气，热空气温度＞1275℃，经过除尘处理后进入热交换器进行热量回收，热量回收利用率＞85％。
根据相关测试，所得到的微珠坚固性系数＞10，安息角≤30°。
实施例2
一种钢渣资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)将经过钢回收后的高温钢渣在2100℃保温，输送，通过氧化铝喷嘴在管道中喷出，流量50L/min，雾化粒径100-500μm；
(2)将50℃空气，通过风量为10000m3/h的风机输送入管道，钢渣液滴被快速冷却成为微珠，在下方的收集槽收集；经过换热的冷空气转变为热空气，热空气温度＞700℃，经过除尘处理后进入热交换器进行热量回收，热量回收利用率＞90％。
实施例3
一种钢渣资源化处理方法，包括以下步骤：
(1)将经过钢回收后的高温钢渣在2500℃保温，输送，通过氧化铝喷嘴在管道中喷出，流量50L/min，雾化粒径100-500μm；
(2)将100℃空气，通过风量为15000m3/h的风机输送入管道，钢渣液滴被快速冷却成为微珠，在下方的收集槽收集；经过换热的冷空气转变为热空气，热空气温度＞1300℃，经过除尘处理后进入热交换器进行热量回收，热量回收利用率＞80％。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，通过耐高温喷头将高温液态钢渣喷出雾化，以高速空气流进行粒化，粒化钢渣落入收集槽收集；高速空气流被高温液态钢渣升温为热空气流，进入热交换器进行热量回收。
2.根据权利要求1所述的一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，所述耐高温喷头为碳化硅喷头和/或氧化铝喷头。
3.根据权利要求1所述的一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，所述高温液态钢渣的温度为2000-2500℃。
4.根据权利要求1所述的一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，所述高温液态钢渣喷出流量为50-100L/min。
5.根据权利要求1所述的一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，所述雾化的粒径为20-500μm。
6.根据权利要求1所述的一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，所述高速空气流的温度为20-100℃。
7.根据权利要求1所述的一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，所述高速空气流的流量为10000-15000m3/h。
8.根据权利要求1所述的一种钢渣资源化处理方法，其特征在于，所述热空气流在进入热交换器前进行除尘处理。
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