CN111763786A - 一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置及方法。所述装置包括：钢渣罐(1)、气孔(2)、安定罐(3)、罐门(4)、罐座(5)、气罐(6)、气管(7)、喷水口(11)、排气阀(12)、安全阀(13)、防爆阀(14)和排水阀(15)，采用CO2对高温钢渣进行深度安定化处理，协同水和其他酸性气体对高温钢渣中游离CaO进行消解处理。工艺流程短，装备自动化程度高，处理过程生产效率高，处理后钢渣稳定性好，能够大批量替代砂石材料，有利于钢渣的资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及高温钢渣碳化深度安定化处理装置及方法，特别是一种钢铁企业炼钢产生的高温钢渣进行深度安定化处理的装置及方法。
背景技术
我国是钢铁生产大国，近年来钢产量超过9亿吨，占全球的一半以上。钢渣是炼钢过程的必然产物，每冶炼一吨钢往往产生钢渣120～140kg，全国年产生量总量超过1亿吨。钢渣的主要化学成分有CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物，一般转炉钢渣中CaO含量在40％左右，SiO2在15～20％，铁氧化物含量为20～25％，此外还有10％左右的残钢等物质。总之，钢渣中含有大量的硅酸钙类和铁元素两类物料，具有重大的资源化利用价值。
钢渣中残钢往往可以通过破碎筛分磁选进行部分回收，回收所得废钢和磁选粉返回冶炼工序，但剩余近80％的尾渣无法高附加值利用。这些无法利用的钢渣除部分以极低的价格流入水泥等建材领域，绝大部分仍要丢弃或堆存处理，占用土地、污染土壤和水系，严重威胁生态环境和居民生活安全。大量钢渣无法有效利用堆弃不仅严重污染环境，更是资源的重大浪费，迫切需要开发新技术对其资源化利用价值进行提升，实现全部资源化利用。
钢渣资源化利用主要有钢渣粉和钢渣混合料两个方面。钢渣混合料主要是道路、制砖等建筑领域利用，用于替代砂石混合料。钢渣中往往含有1～6％的游离CaO，游离CaO和水反应产生体积膨胀现象，导致使用钢渣生产的建材等产品产生开裂等破坏，产生安全隐患。因此稳定化处理安定性合格的钢渣才能够用于建筑、道路等领域。
没有稳定化处理的钢渣往往经数年甚至更长时间的自然陈化才能稳定，但因各地自然条件和钢渣属性的不同无法给出具体的陈化时间以确定钢渣是否完全的稳定，缺乏快速高效的钢渣深度安定化工艺技术及装备。目前的钢渣处理采用热闷法能部分解决钢渣安定性问题，但由于钢渣的安定性问题无法彻底解决，当前钢渣混合料仅能少量的替代砂石，且无法用作混凝土。
二氧化碳具有酸性，能够和钢渣中氧化钙、氢氧化钙、氧化镁等碱性物质反应生成碳酸钙等稳定物质，能够实现钢渣中游离CaO、MgO的消解，反应生成CaCO3、MgCO3，消除了钢渣中不稳定因素。该反应也消耗了CO2，实现储碳功能，能够有效降低温室气体排放。此外，高温钢渣处理过程中，钢渣中金属铁、FeO遇水会产生氢气，采用碳化法进行钢渣深度安定化处理，能够起到降低氢气浓度，有利于高温钢渣处理生产的安全顺行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用碳化方式对高温钢渣进行深度安定化处理，可采用水、CO2及其他酸性气体对高温钢渣中游离CaO进行消解处理。该方法工艺流程短，装备自动化程度高，处理过程环保，生产成本低，无三废排放等优点。通过碳化深度安定化新方法大幅度缩短了钢渣处理时间，提高了钢渣生产效率高，处理后钢渣稳定性好，能够大批量替代砂石材料，有利于钢渣的资源化利用。
本发明涉及一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置包括：钢渣罐(1)、气孔(2)、安定罐(3)、罐门(4)、罐座(5)、气罐(6)、气管(7)、喷水口(11)、排气阀(12)、安全阀(13)、防爆阀(14)和排水阀(15)；钢渣罐(1)放置在安定罐(3)底部的罐座(5)上；钢渣罐(1)的罐体上设置有气孔(2)；气罐(6)通过气管(7)连接安定罐(3)，用于将气罐(6)内的CO2气体从安定罐(3)底部通入；罐门(4)设置在安定罐(3)的开口上部，用于封闭安定罐(3)，喷水口(11)设置在罐门(4)内部，用于对钢渣罐(1)内的高温钢渣进行打水；排气阀(12)、安全阀(13)和防爆阀(14)设置在罐门(4)外部；排水阀(15)设置在安定罐(3)的底部。
其中，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置还包括通气阀(8)，通气阀(8)设置在气管(7)上，用于控制气管(7)的通断。
其中，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置还包括压力计(9)和温度计(10)，压力计(9)和温度计(10)安装在安定罐(3)侧面上部位置。
其中，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置还包括中控系统(16)，中控系统(16)可控制的连接压力计(9)和温度计(10)，用于通过信号传感器监测压力计(9)和温度计(10)数据，中控系统(16)可控制的连接罐门(4)、通气阀(8)、喷水口(11)、排气阀(12)和排水阀(15)，用于远程操作控制罐门(4)、通气阀(8)、喷水口(11)、排气阀(12)、排水阀(15)的开启和关闭。
其中，钢渣罐(1)采用铸钢或铸铁材质，钢渣罐(1)内部容积10-30m3，罐体四周及底部设置气孔(2)，气孔(2)直径3-30mm，所述气孔之间的间距为50-200mm。
其中，安定罐(3)为钢结构压力容器，设计压力为0.6-3MPa，安定罐(3)内外表面油漆厚度不低于120μm。
其中，安定罐(3)和罐门(4)之间采用齿啮式法兰结构进行锁紧，罐门(4)和安定罐(3)中间采用耐热橡胶密封圈进行密封保持气密性。
其中，气罐(6)为钢结构压力容器，设计压力为1-3MPa，容积为3-10m3，表面油漆厚度不低于50μm。
其中，气管(7)为钢结构压力管道，设计压力为1-3MPa，管道直径不低于10-100mm。
其中，通气阀(8)、排气阀(12)、排水阀(15)均采用电动阀门，通气阀(8)口径20-100mm，排气阀(12)口径为50-150mm，排水阀(15)口径为150-500mm。
本发明还提供一种优选采用上述的装置对高温钢渣碳化深度安定化处理的方法，包括如下步骤：
(1)经预先破碎处理到一定粒度的高温钢渣放置在钢渣罐(1)，打开安定罐(3)的罐门(4)，采用行车将钢渣罐(1)吊运至安定罐(3)底部的罐座(5)上；
(2)关闭安定罐(3)的罐门(4)，并锁紧，启动安定罐(3)内的喷水口(11)，开始一次打水产生水蒸汽，打开排气阀(12)将安定罐(3)内空气外排，关闭排气阀(12)，打开通气阀(8)将气罐(6)内CO2气体从安定罐(3)底部通入；
(3)钢渣在安定罐(3)内压力条件下进行碳化、水化双重作用消解f-CaO，直至达到碳化深度安定化处理时间要求，关闭通气阀(8)停止CO2气体通入；当安定罐(3)内气体压力超过设定压力，自动开启排气阀(12)排气降压；
(4)碳化深度安定化处理完成后对安定罐(3)内钢渣进行二次打水冷却，同时打开排水阀(15)进行排水，直至满足出渣要求，打开安定罐(3)的罐门(4)，采用行车将钢渣罐(1)从安定罐(3)吊进行后续处理，优选进行钢渣破碎筛分磁选等加工处理。
其中，经预先破碎处理的钢渣粒度为超过80％小于300mm，钢渣罐(1)内钢渣表面温度300-600℃。安定罐(3)一次打水流量为1-10m3/h；CO2气体流量为30-1000m3/h。钢渣在安定罐(3)碳化深度安定化处理工作压力为0.2-3MPa，碳化深度安定化处理时间为0.5-5h。安定罐(3)内钢渣冷却进行二次打水流量为10-50m3/h，冷却处理时间为20-40min。出渣要求安定罐(3)内气体温度低于70℃才可进行出渣操作。经碳化深度安定化处理后钢渣中游离氧化钙f-CaO<1％(游离氧化钙f-CaO的质量含量小于1％)，钢渣浸水膨胀率<0.5％。中控系统(16)通过信号传感器监测压力计(9)、温度计(10)数据，远程操作控制罐门(4)、通气阀(8)、喷水口(11)、排气阀(12)、排水阀(15)的开启和关闭
一种高温钢渣碳化深度安定化处理的方法，采用CO2对高温钢渣进行深度安定化处理，协同水和其他酸性气体对高温钢渣中游离CaO进行消解处理。该方法工艺流程短，装备自动化程度高，处理过程生产效率高，处理后钢渣稳定性好，能够大批量替代砂石材料，有利于钢渣的资源化利用。
优选，提供一种高温钢渣碳化深度安定化处理的方法，包括如下步骤：(1)经预先破碎处理到一定粒度的高温钢渣放置在钢渣罐，打开安定罐的罐门，采用行车将钢渣罐吊运至安定罐底部罐座上；(2)关闭安定罐的罐门，并锁紧，启动安定罐内喷水口，开始一次打水产生水蒸汽，打开排气阀将安定罐内空气外排，关闭排气阀，打开通气阀将气罐内CO2气体从安定罐底部通入；(3)钢渣在安定罐内压力条件下进行碳化、水化双重作用消解f-CaO，直至达到碳化深度安定化处理时间要求，关闭通气阀停止CO2气体通入。当安定罐内气体压力超过设定压力，自动开启排气阀排气降压。(4)碳化深度安定化处理完成后对安定罐内钢渣进行二次打水冷却，同时打开排水阀进行排水，直至满足出渣要求，打开安定罐的罐门，采用行车将钢渣罐从安定罐吊进行钢渣破碎筛分磁选等加工处理。
本发明优点是装置上和方法上实现高温钢渣碳化深度安定化处理，生产装备简单，处理过程流程短效率高，通过高温压力条件下对钢渣进行碳化促进了不稳定成分f-CaO的快速消解，大幅度改善了钢渣的安定性指数，能够满足钢渣作为建筑、道路等领域用砂石，提高钢渣的资源化利用价值，具有显著的经济和社会效益。
附图说明
图1高温钢渣碳化深度安定化处理装置示意图
具体实施方式
一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置如图1所示，一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其包括：钢渣罐1、气孔2、安定罐3、罐门4、罐座5、气罐6、气管7、通气阀8、压力计9、温度计10、喷水口11、排气阀12、安全阀13，防爆阀14、排水阀15、中控系统16。钢渣罐1放置在安定罐3底部的罐座5上；钢渣罐1的罐体上设置有气孔2；气罐6通过气管7连接安定罐3，用于将气罐6内的CO2气体从安定罐3底部通入；罐门4设置在安定罐3的开口上部，用于封闭安定罐3，喷水口11设置在罐门4内部，用于对钢渣罐1内的高温钢渣进行打水；排气阀12、安全阀13和防爆阀14设置在罐门4外部；排水阀15设置在安定罐3的底部。通气阀8设置在气管7上，用于控制气管7的通断。压力计9和温度计10安装在安定罐3侧面上部位置。中控系统16可控制的连接压力计9和温度计10，用于通过信号传感器监测压力计9和温度计10数据，中控系统16可控制的连接罐门4、通气阀8、喷水口11、排气阀12和排水阀15，用于远程操作控制罐门4、通气阀8、喷水口11、排气阀12、排水阀15的开启和关闭。优选，通气阀8设置在气管7中间。钢渣罐1采用铸钢或铸铁材质，钢渣罐1内部容积10～30m3，罐体四周及底部设置气孔2，气孔2直径3～30mm。安定罐3为钢结构压力容器，设计压力位0.6～3MPa，安定罐3内外表面油漆厚度不低于120μm。安定罐3上部罐门4采用齿啮式法兰结构进行锁紧，罐门4和安定罐3中间采用耐热橡胶密封圈进行密封保持气密性。气罐6为钢结构压力容器，设计压力为1～3MPa，容积为3～10m3，表面油漆厚度不低于50μm。气管7为钢结构压力管道，设计压力为1～3MPa，管道直径不低于10～100mm。通气阀8、排气阀12、排水阀15均采用电动阀门，通气阀8口径20～100mm，排气阀12口径为50～150mm，排水阀15口径为150～500mm。
安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。注安全阀必须经过压力试验才能使用。防爆阀用于含有可燃气体或可燃物质的系统中，可作为易爆管道或设备的卸压装置。防爆阀的膜片通常要根据除尘系统运行压力及可燃物质的含量进行计算，而后选择材质、厚度划痕，切不可因选择不当影响系统的正常运行。安全阀是压力容器必备的，使用防爆阀是因为高温钢渣处理过程会存在一定的可燃气体。
气孔2的作用一方面保证向高温钢渣喷水能够通过钢渣罐外排，同时也能保证气体的穿透和钢渣充分接触。气孔应该保留一定的间距，间距过小会影响设备罐体强度，间距过大透水透气效果差，因此间距为50～200mm。
一种高温钢渣碳化深度安定化处理的方法，包括如下步骤：(1)经预先破碎处理到一定粒度的高温钢渣放置在钢渣罐1，打开安定罐3的罐门4，采用行车将钢渣罐1吊运至安定罐3底部罐座5上；(2)关闭安定罐3的罐门4，并锁紧，启动安定罐3内喷水口11，开始一次打水产生水蒸汽，打开排气阀12将安定罐3内空气外排，关闭排气阀12，打开通气阀8将气罐6内CO2气体从安定罐3底部通入；(3)钢渣在安定罐3内压力条件下进行碳化、水化双重作用消解f-CaO，直至达到碳化深度安定化处理时间要求，关闭通气阀8停止CO2气体通入。当安定罐3内气体压力超过设定压力，自动开启排气阀12排气降压。(4)碳化深度安定化处理完成后对安定罐3内钢渣进行二次打水冷却，同时打开排水阀15进行排水，直至满足出渣要求，打开安定罐3的罐门4，采用行车将钢渣罐1从安定罐3吊进行钢渣破碎筛分磁选等加工处理。
其中，经预先破碎处理的钢渣粒度为超过80％小于300mm，钢渣罐1内钢渣表面温度300～600℃。安定罐3一次打水流量为1～10m3/h。CO2气体流量为30～1000m3/h。钢渣在安定罐3碳化深度安定化处理工作压力为0.2～3MPa，碳化深度安定化处理时间为0.5～5h。安定罐3内钢渣冷却进行二次打水流量为10～50m3/h，冷却处理时间为20～40min。出渣要求安定罐3内气体温度低于70℃才可进行出渣操作。经碳化深度安定化处理后钢渣中游离氧化钙f-CaO<1％，钢渣浸水膨胀率<0.5％。中控系统16通过信号传感器监测压力计9、温度计10数据，远程操作控制罐门4、通气阀8、喷水口11、排气阀12、排水阀15的开启和关闭。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (18)
1.一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置包括：钢渣罐(1)、气孔(2)、安定罐(3)、罐门(4)、罐座(5)、气罐(6)、气管(7)、喷水口(11)、排气阀(12)、安全阀(13)、防爆阀(14)和排水阀(15)；钢渣罐(1)放置在安定罐(3)底部的罐座(5)上；钢渣罐(1)的罐体上设置有气孔(2)；气罐(6)通过气管(7)连接安定罐(3)，用于将气罐(6)内的CO2气体从安定罐(3)底部通入；罐门(4)设置在安定罐(3)的开口上部，用于封闭安定罐(3)，喷水口(11)设置在罐门(4)内部，用于对钢渣罐(1)内的高温钢渣进行打水；排气阀(12)、安全阀(13)和防爆阀(14)设置在罐门(4)外部；排水阀(15)设置在安定罐(3)的底部。
2.根据权利要求1所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置还包括通气阀(8)，通气阀(8)设置在气管(7)上，用于控制气管(7)的通断。
3.根据权利要求2所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置还包括压力计(9)和温度计(10)，压力计(9)和温度计(10)安装在安定罐(3)侧面上部位置。
4.根据权利要求3所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，所述高温钢渣碳化深度安定化处理装置还包括中控系统(16)，中控系统(16)可控制的连接压力计(9)和温度计(10)，用于通过信号传感器监测压力计(9)和温度计(10)数据，中控系统(16)可控制的连接罐门(4)、通气阀(8)、喷水口(11)、排气阀(12)和排水阀(15)，用于远程操作控制罐门(4)、通气阀(8)、喷水口(11)、排气阀(12)、排水阀(15)的开启和关闭。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，钢渣罐(1)采用铸钢或铸铁材质，钢渣罐(1)内部容积10-30m3，罐体四周及底部设置气孔(2)，气孔(2)直径3-30mm，所述气孔之间的间距为50-200mm。
6.根据权利要求1-4之一所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，安定罐(3)为钢结构压力容器，设计压力为0.6-3MPa，安定罐(3)内外表面油漆厚度不低于120μm。
7.根据权利要求1-4之一所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，安定罐(3)和罐门(4)之间采用齿啮式法兰结构进行锁紧，罐门(4)和安定罐(3)中间采用耐热橡胶密封圈进行密封保持气密性。
8.根据权利要求1-4之一所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，气罐(6)为钢结构压力容器，设计压力为1-3MPa，容积为3-10m3，表面油漆厚度不低于50μm。
9.根据权利要求1-4之一所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，气管(7)为钢结构压力管道，设计压力为1-3MPa，管道直径不低于10-100mm。
10.根据权利要求2所述的一种高温钢渣碳化深度安定化处理装置，其特征在于，通气阀(8)、排气阀(12)、排水阀(15)均采用电动阀门，通气阀(8)口径20-100mm，排气阀(12)口径为50-150mm，排水阀(15)口径为150-500mm。
11.一种优选采用权利要求1-10之一所述的装置对高温钢渣碳化深度安定化处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)经预先破碎处理到一定粒度的高温钢渣放置在钢渣罐(1)，打开安定罐(3)的罐门(4)，采用行车将钢渣罐(1)吊运至安定罐(3)底部的罐座(5)上；
(2)关闭安定罐(3)的罐门(4)，并锁紧，启动安定罐(3)内的喷水口(11)，开始一次打水产生水蒸汽，打开排气阀(12)将安定罐(3)内空气外排，关闭排气阀(12)，打开通气阀(8)将气罐(6)内CO2气体从安定罐(3)底部通入；
(3)钢渣在安定罐(3)内压力条件下进行碳化、水化双重作用消解f-CaO，直至达到碳化深度安定化处理时间要求，关闭通气阀(8)停止CO2气体通入；当安定罐(3)内气体压力超过设定压力，自动开启排气阀(12)排气降压；
(4)碳化深度安定化处理完成后对安定罐(3)内钢渣进行二次打水冷却，同时打开排水阀(15)进行排水，直至满足出渣要求，打开安定罐(3)的罐门(4)，采用行车将钢渣罐(1)从安定罐(3)吊进行后续处理，优选进行钢渣破碎筛分磁选等加工处理。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：经预先破碎处理的钢渣粒度为超过80％小于300mm，钢渣罐(1)内钢渣表面温度300-600℃。
13.根据权利要求11-12之一所述的方法，其特征在于：安定罐(3)一次打水流量为1-10m3/h；CO2气体流量为30-1000m3/h。
14.根据权利要求11-13之一所述的方法，其特征在于：钢渣在安定罐(3)碳化深度安定化处理工作压力为0.2-3MPa，碳化深度安定化处理时间为0.5-5h。
15.根据权利要求11-14之一所述的方法，其特征在于：安定罐(3)内钢渣冷却进行二次打水流量为10-50m3/h，冷却处理时间为20-40min。
16.根据权利要求11-15之一所述的方法，其特征在于：出渣要求安定罐(3)内气体温度低于70℃才可进行出渣操作。
17.根据权利要求11-16之一所述的方法，其特征在于：经碳化深度安定化处理后钢渣中游离氧化钙f-CaO<1％，钢渣浸水膨胀率<0.5％。
18.根据权利要求11-17之一所述的方法，其特征在于：中控系统(16)通过信号传感器监测压力计(9)、温度计(10)数据，远程操作控制罐门(4)、通气阀(8)、喷水口(11)、排气阀(12)、排水阀(15)的开启和关闭。
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