CN114322546B - 一种用于转底炉的出料方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于转底炉的出料方法及装置，该出料装置包括：耐高温换向阀，其阀体侧壁设三个连接管，三个连接管呈Y形布置，分别为球团入口、低温出口、高温出口；阀芯，设于阀体内、沿第二、第三连接管进口端端面移动，阀芯一侧设连杆；驱动气缸，活塞杆端部联接阀芯连杆；耐高温螺旋输送装置，水冷溜槽；耐高温换向阀阀体的第一连接管连接位于转底炉出料螺旋装置出料端的下料漏斗出口端；第二连接管通过水冷溜槽连接圆筒冷却机进口端；第三连接管连接所述耐高温螺旋输送装置的接料漏斗。本发明解决了现有出料方式存在的能耗巨大、生产效率低等缺陷，实现了转底炉的热态金属化球团(＞1000℃)的直接输出，为金属化球团的高效利用和后工序的节能提供了手段。
Description
技术领域
本发明涉及固废处理技术领域，特别涉及一种用于转底炉的出料方法及装置。
背景技术
钢铁行业产生的尘泥是钢产量的10％。目前的三种处置方式中，炼铁自循环是主要途径，但尘泥中Zn、碱金属等引起高炉炉衬损坏、炉内结瘤，影响高炉寿命和生产指标。进入上世纪80年代后，随着环保和资源综合利用的重要性日益被人们所认识，对钢铁厂尘泥处理技术的研究也随之成为冶金界的一大热点。30多年来，已有几十项有关技术被开发出来，其中转底炉处理方法由于工艺成熟和设备可靠以及产能匹配等优点，受到钢铁企业的普遍认可。
如图1所示，现有转底炉出料系统包括转底炉100、出料螺旋装置200、下料漏斗300、水冷溜槽400和圆筒冷却机500。
转底炉因具有环形炉膛和可转动的炉底而得名，其原料是铁矿粉和煤粉制成的含碳球团，经配料、混料、制球和干燥后加入转底炉中，炉膛温度可达1250～1350℃，含碳球团在这样的高温下，随着炉底旋转一周的过程中，铁矿被碳快速还原，生成金属化球团，最后由螺旋出料机推出炉外，经冷却后运往熔分炉作原料，或作为电炉炼钢的原料。
考虑到热态金属化球团在运输过程极易氧化并燃烧，现有转底炉出料工艺是通过将热态金属化球团冷却至200℃以下完成钝化处理，从而保证金属化球团在转运过程中的安全性和产品质量。而不论球团返高炉，还是返炼钢，均需消耗能源使其融化。如果实现金属化球团的热送热装，可为企业节省大量能源，节能减排效果明显，经济效益和社会效益可观。
现有针对金属化球团的处理方式，一般转底炉工艺是将温度超过1000℃的金属化球团经螺旋出料机及时高效地排出，通过带水冷、内衬耐火材料的溜槽进入圆筒冷却机冷却至200℃以下。
现有技术研究主要集中在转底炉出料方式上，并未发现金属化球团高温取料方式。
中国专利CN201310061148.1公开了一种转底炉用水冷螺旋排料装置结构的改进方式，包括第一水冷螺旋，其结构要点相对于第一水冷螺旋设置有第二水冷螺旋。由于该专利的螺旋出料采用水平布置，其对叶片的尺寸要求和温度分布并没有的改善，进而也就无法改善叶片工作状态，仅仅通过可升降平台补偿叶片磨损。
中国专利CN201210275665.4给出了一种连续平推式出料装置及其出料方法，采用多个耐高温链板和耐高温刮料斗。出料方法包括将连续平推式出料装置置于转底炉出料口附近，其水平方向与转底炉转动方向垂直，耐高温刮料斗边缘距离转底炉炉底3mm-10mm；随炉底转到转底炉出料口附近的加热胚料被运动中的耐高温刮料斗刮出转底炉的炉底。该专利尽管解决了螺旋叶片磨损严重的问题，但其链板和刮料斗亦存在磨损问题，同样也是无法在线维修。
中国专利CN201010102669.3公开了一种非谐振振动方式输送热态转底炉金属化球团的方法，热态金属化球团由连续非谐振振动装置输送至目的地，但该技术在输送速度上存在缺陷，需增设具有均匀布料功能的缓冲料仓，远距离输送时优势不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于转底炉的出料方法及装置，解决现有出料方式存在的能耗巨大、生产效率低等缺陷，在不影响正常冷态金属化球团输出的同时，实现了转底炉的热态金属化球团(＞1000℃)的直接输出，为金属化球团的高效利用和后工序的节能提供了手段。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种用于转底炉的出料装置，其包括：耐高温换向阀，包括：阀体，为一壳体，其侧壁设三个通孔及相应的第一～第三连接管，该三个连接管呈Y形布置，分别为球团入口、低温出口、高温出口；所述阀体内部设有冷却循环水回路，所述阀体顶面或底面设冷却水入口和冷却水出口及相应的冷却水进水管和冷却水出水管；阀芯，设置于所述阀体内、沿对应低温出口、高温出口的第二、第三连接管进口端端面移动，所述阀芯的底面大于所述第二、第三连接管进口端端面，以此可封闭或导通该第二、第三连接管进口端；阀芯一侧设一连杆，阀芯、连杆内设冷却水回路；驱动气缸，其缸体固定于所述阀体外壁，其活塞杆伸入所述阀体内，活塞杆端部联接所述阀芯的连杆；耐高温螺旋输送装置，包括：本体，为一箱体，其上设接料漏斗和出料漏斗；本体内设置内部冷却循环水回路及相应的进水接口和出水接口；叶片轴，穿设于所述本体内，其两端设置于轴承座，其位于本体外的两端分别设冷却水进、出接口；驱动电机及减速机，其输出端联接所述叶片轴一端；水冷溜槽，包括外侧含有冷却循环水盘管的金属外壳、金属外壳内侧含有金属骨架的耐热浇注层和金属外壳与耐热浇注层之间的隔热层；所述耐高温换向阀阀体的第一连接管连接位于所述转底炉出料螺旋装置出料端的下料漏斗出口端；第二连接管通过水冷溜槽连接圆筒冷却机的进口端；第三连接管连接所述耐高温螺旋输送装置的接料漏斗。
优选的，所述冷却水进水管和冷却水出水管分别设有温度计。
优选的，所述阀体壳体包括金属外壳、中间隔热层及与热态金属化球团接触的耐温层；所述耐温层优选为耐火材料或陶瓷材料；中间隔热层优选采用衬隔热材料。
优选的，所述阀体还设有惰性气体接口和氧含量测量仪。
优选的，所述耐高温螺旋输送装置本体箱体上设温度计、氧含量测量仪和惰性气体接口。
优选的，所述水冷溜槽为分段式结构，每段长度小于5m，两段水冷溜槽之间通过法兰连接，连接处采用石墨盘根密封。
在本发明所述出料装置的设计中：
耐高温换向阀，采用气动控制方式，可根据现场安装要求选择Y型。热态金属化球团由球团入口进入耐高温换向阀，根据生产工艺要求，经阀芯调节后由低温出口去往成品冷却系统输出冷态金属化球团，或由高温出口去往耐高温螺旋输送装置输出热态金属化球团。
为适应热态金属化球团输送要求，耐高温换向阀在阀体内部均设有冷却循环水回路，冷却水路入口和出口设有温度计，根据温差控制冷却水流量，控制其表面温度不超过300℃。
阀体采用耐温层(内层)、隔热层(中间层)和金属外壳组成。阀体的耐温层一般设在与热态金属化球团接触的部位，可选择耐火材料、陶瓷材料等。阀体金属外壳与耐温层之间衬隔热材料作为隔热层，金属外壳可采用铸铁材料。另外，阀体还设有惰性气体接口和氧含量测量仪，以控制热态金属化球团输送过程的气氛，防止氧化。
所述耐高温螺旋输送装置用于将通过耐高温换向阀的热态金属化球团排出至指定位置，以便于保温罐车运送。热态金属化球团通过螺旋接料漏斗进入螺旋输送本体后，通过叶片轴转动逐步推至螺旋出料漏斗并排除。在耐高温螺旋输送装置运行过程中，通过温度仪的监测控制冷却循环水流量，保证可以在安全温度范围内工作；通过氧含量测量仪的监测控制通过惰性气体接口进入耐高温螺旋输送装置的惰性气体流量，避免热态金属化球团的氧化。
所述水冷溜槽金属外壳设有冷却循环水盘管，冷却循环水通过冷却水进口经过冷却循环水盘管由冷却水出口排出，达到控制水冷溜槽温度、尽可能减少热态金属化球团的热量损失的目的。值得指出的是，水冷溜槽的长度不易过长，一般小于5m，两段水冷溜槽之间通过法兰连接，连接处采用石墨盘根密封。
本发明所述的用所述出料装置的出料方法，其包括如下步骤：
1)均匀铺设在转底炉炉体上的球团随转底炉转动一周后被运送至出料螺旋装置入口，此时球团已由生球团转化为金属化球团，温度超过1200℃；
2)金属化球团在出料螺旋装置叶片的推动下径向送至下料漏斗，再根据出料要求控制耐高温换向阀的阀芯动作实现高温出料/低温出料切换；
若低温出料，金属化球团经由水冷溜槽进入圆筒冷却机，随着圆筒冷却机的回转被逐步运送至圆筒冷却机的出口，经由皮带机送至运输卡车；在圆筒冷却机作用下，金属化球团被冷却至200℃以下，并实现金属化球团表面钝化，以防止还原出的金属被二次氧化；通过控制转底炉入口布料机的布料皮带速度，布料皮带速度为额定速度的0.85～0.95倍，使其布料厚度为一层球团厚度，考虑到球团之间的间隙，转底炉的布料量为转底炉设计布料量的90％～100％；通过控制转底炉出料螺旋装置转速，该转速为额定转速的0.85～0.95倍，保证金属化球团的排料量为转底炉设计产量的90％～100％。
若高温出料，金属化球团经通过水冷溜槽和耐高温螺旋输送装置送至指定地点，之后由保温罐车送至目的地；通过控制转底炉入口布料机的布料皮带速度，布料皮带速度为额定速度的0.9～1.1倍，使其布料厚度为多层球团厚度，布料厚度需考虑转底炉出料螺旋的能力，在不改变出料螺旋的前提下，平均球团厚度不应超过2倍的球团厚度；转底炉的布料量为转底炉设计布料量的100％～120％；通过控制转底炉出料螺旋装置转速，实际生产时的转速为额定转速的0.9～1.1倍，保证金属化球团的排料量为转底炉设计产量的100％～120％；高温状态的输送和运输的所有过程，均需密闭并通惰性气体保护，以防止热态金属化球团发生氧化反应，甚至着火。
本发明的有益效果：
本发明是对原转底炉出料方法进行了有效地改进创新，其中创新技术均未在本领域中公开过，也是现有转底炉出料方式所不具备的。在对原转底炉出料方法改进方面，本发明可根据对金属化球团的不同需求，自由灵活地选择低温出料(常规)和高温出料，且出料温度和出料量可控，可拓展转底炉金属化球团的适应性，同时高温出料方式不仅可提升转底炉产量和效率，亦可为用户减少大量能耗。本发明采用耐高温换向阀，可根据生产工艺需求在输出金属化球团的低温和高温两种状态之间自由切换。该耐高温换向阀可在温度超过1200℃条件下连续工作。
本发明作为实现金属化球团热送热装的必备条件，与原有转底炉工艺比较，若装备于年产超5万吨金属化球团的钢厂转底炉使用，使转底炉成品输出具备了冷态金属化球团和热态金属化球团两种可行性，从而在保证企业安全稳定生产的前提下，增加了成品供应的灵活性，为其提供了具有明显节能减排效果、实现可观经济效益和社会效益的可行的技术方案。
附图说明
图1为现有转底炉出料工艺的布置示意图；
图2为本发明转底炉出料工艺的布置示意图；
图3为本发明所述耐高温换向阀的结构示意图；
图4为本发明所述耐高温换向阀的工作状态示意图1(低温出料)；
图5为本发明所述耐高温换向阀的工作状态示意图2(高温出料)；
图6为本发明所述耐高温螺旋输送装置的结构示意图；
图7为本发明所述水冷溜槽的剖面图。
具体实施方式
参见图1～图7，本发明所述的用于转底炉的出料装置，其包括：
耐高温换向阀1，包括：
阀体11，为一壳体，其侧壁设三个通孔及相应的第一连接管101、第二连接管102、第三连接管103，该三个连接管呈Y形布置，分别为球团入口、低温出口、高温出口；所述阀体11内部设有冷却循环水回路，所述阀体11顶面或底面设冷却水入口111和冷却水出口112及相应的冷却水进水管和冷却水出水管；
阀芯12，设置于所述阀体11内、沿对应低温出口、高温出口的第二、第三连接管102、103进口端端面移动，所述阀芯12的底面大于所述第二、第三连接管102、103进口端端面，以此可封闭或导通该第二、第三连接管102、103进口端；阀芯12一侧设一连杆，阀芯、连杆内设冷却水回路；
驱动气缸13，其缸体固定于所述阀体11外壁，其活塞杆伸入所述阀体11内，活塞杆端部联接所述阀芯12的连杆；
在本实施例中，耐高温换向阀采用Y型三通换向阀结构，阀芯及连杆采用镍基高温合金；阀体的金属外壳由不锈钢铸造而成，内部耐温层有耐火浇注料捣打而成，中间隔热层采用硅酸铝纤维板；阀芯采用常规气动控制，材料为耐热不锈钢，与阀芯及连杆接触部位堆焊钴基硬质合金；同时，阀体和阀芯及连杆均设有冷却循环水系统，密封采用石墨盘根方式，以控制耐高温换向阀主要部件的温度；
耐高温螺旋输送装置2，包括：
本体21，为一箱体，其上设接料漏斗22和出料漏斗23；本体21内设置内部冷却循环水回路及相应的进水接口211和出水接口212；在本实施例中，本体21内上下分别设一内部冷却循环水回路及相应的进水接口和出水接口；
叶片轴24，穿设于所述本体21内，其两端设置于轴承座25，其位于本体21外的两端分别设冷却水进、出接口241、242；
驱动电机及减速机26，其输出端联接所述叶片轴24一端；
叶片轴内设冷却循环水以控制轴及叶片的温度，不仅实现叶片轴温度控制，对减速机和电机也起到保护作用。叶片轴为输送热态金属化球团的关键零部件，材质为耐热不锈钢质，表面堆焊钴基硬质合金；箱体材质为耐热不锈钢，表面堆焊钴基硬质合金，内部设有冷却循环水；
水冷溜槽3，包括外侧含有冷却循环水盘管311的金属外壳31、金属外壳31内侧含有金属骨架321的耐热浇注层32和金属外壳31与耐热浇注层32之间的隔热层33；金属外壳31内通过设计冷却循环水，达到控制水冷溜槽温度、尽可能减少热态金属化球团的热量损失的目的。
所述耐高温换向阀阀体11的第一连接管101连接位于所述转底炉100出料螺旋装置200出料端的下料漏斗300出口端；第二连接管102通过水冷溜槽3连接圆筒冷却机500的进口端；第三连接管103连接所述耐高温螺旋输送装置2的接料漏斗22。
优选的，所述冷却水进水管和冷却水出水管分别设有温度计。
优选的，所述阀体壳体包括金属外壳、中间隔热层及与热态金属化球团接触的耐温层；所述耐温层优选为耐火材料或陶瓷材料；中间隔热层优选采用衬隔热材料。
优选的，所述阀体11还设有惰性气体接口113和氧含量测量仪114。
优选的，所述耐高温螺旋输送装置2本体21箱体上设温度计27、氧含量测量仪28和惰性气体接口29。
优选的，所述水冷溜槽为分段式结构，每段长度小于5m，两段水冷溜槽之间通过法兰连接，连接处采用石墨盘根密封。
本发明所述出料装置的出料方法，其包括如下步骤：
1)均匀铺设在转底炉炉体上的球团随转底炉转动一周后被运送至出料螺旋装置入口，此时球团已由生球团转化为金属化球团，温度超过1200℃；
2)金属化球团在出料螺旋装置叶片的推动下径向送至下料漏斗，再根据出料要求控制耐高温换向阀的阀芯动作实现高温出料/低温出料切换；
若低温出料，金属化球团经由水冷溜槽进入圆筒冷却机，随着圆筒冷却机的回转被逐步运送至圆筒冷却机的出口，经由皮带机送至运输卡车；在圆筒冷却机作用下，金属化球团被冷却至200℃以下，并实现金属化球团表面钝化，以防止还原出的金属被二次氧化；通过控制转底炉入口布料机的布料皮带速度，实际生产时的布料皮带速度为额定速度的0.85～0.95倍，使其布料厚度为一层球团厚度，考虑到球团之间的间隙，转底炉的布料量为转底炉设计布料量的90％～100％；通过控制转底炉出料螺旋装置转速，该转速为额定转速的0.85～0.95倍，保证金属化球团的排料量为转底炉设计产量的90％～100％；
若高温出料，金属化球团经通过水冷溜槽和耐高温螺旋输送装置送至指定地点，之后由保温罐车送至目的地；通过控制转底炉入口布料机的布料皮带速度，该布料皮带速度为额定速度的0.9～1.1倍，使其布料厚度为多层球团厚度，布料厚度需考虑转底炉出料螺旋的能力，在不改变出料螺旋的前提下，平均球团厚度不应超过2倍的球团厚度，转底炉的布料量为转底炉设计布料量的100％～120％；通过控制转底炉出料螺旋装置转速，该转速为额定转速的0.9～1.1倍，保证金属化球团的排料量为转底炉设计产量的100％～120％；高温状态的输送和运输的所有过程，均需密闭并通惰性气体保护，以防止热态金属化球团发生氧化反应，甚至着火。
如图2所示，转底炉100中的热态金属化球团，在出料螺旋装置200的作用下，通过下料漏斗300进入耐高温换向阀1，然后依据生产工艺要求所选择的金属化球团状态(冷态或热态)，控制阀芯打开相应通路，使热态金属化球团通过对应的水冷溜槽400进入成品冷却系统--圆筒冷却机500或通过水冷溜槽3进入耐高温螺旋输送装置2，处理后的金属化球团再由对应的运输车辆运至目标位置。
本发明所提供的工艺方法，为转底炉热态金属化球团的热送热装和直接利用提供了可行的方案，可为企业节省大量能源。
Claims (7)
1.一种用于转底炉的出料装置，其特征在于，包括：
耐高温换向阀，包括：
阀体，为一壳体，其侧壁设三个通孔及相应的第一～第三连接管，该三个连接管呈Y形布置，分别为球团入口、低温出口、高温出口；所述阀体内部设有冷却循环水回路，所述阀体顶面或底面设冷却水入口和冷却水出口及相应的冷却水进水管和冷却水出水管；所述阀体壳体包括金属外壳、中间隔热层及与热态金属化球团接触的耐温层；
阀芯，设置于所述阀体内、沿对应低温出口、高温出口的第二、第三连接管进口端端面移动，所述阀芯的底面大于所述第二、第三连接管进口端端面，以此可封闭或导通该第二、第三连接管进口端；阀芯一侧设一连杆，阀芯、连杆内设冷却水回路；
驱动气缸，其缸体固定于所述阀体外壁，其活塞杆伸入所述阀体内，活塞杆端部联接所述阀芯连杆；耐高温螺旋输送装置，包括：
本体，为一箱体，其上设接料漏斗和出料漏斗；本体内设置内部冷却循环水回路及相应的进水接口和出水接口；
叶片轴，穿设于所述本体内，其两端设置于轴承座，叶片轴为空心轴，其位于本体外的两端分别设冷却水进、出接口；
驱动电机及减速机，其输出端联接所述叶片轴一端；水冷溜槽，包括外侧含有冷却循环水盘管的金属外壳、金属外壳内侧含有金属骨架的耐热浇注层和金属外壳与耐热浇注层之间的隔热层；
所述耐高温换向阀阀体的第一连接管连接位于所述转底炉出料螺旋装置出料端的下料漏斗出口端；第二连接管通过水冷溜槽连接圆筒冷却机的进口端；第三连接管连接所述耐高温螺旋输送装置的接料漏斗。
2.如权利要求1所述的用于转底炉的出料装置，其特征在于，所述冷却水进水管和冷却水出水管分别设有温度计。
3.如权利要求1所述的用于转底炉的出料装置，其特征在于，所述耐温层为耐火材料或陶瓷材料；中间隔热层采用衬隔热材料。
4.如权利要求1或3所述的用于转底炉的出料装置，其特征在于，所述阀体还设有惰性气体接口和氧含量测量仪。
5.如权利要求1所述的用于转底炉的出料装置，其特征在于，所述耐高温螺旋输送装置本体箱体上设温度计、氧含量测量仪和惰性气体接口。
6.如权利要求1所述的用于转底炉的出料装置，其特征在于，所述水冷溜槽为分段式结构，每段长度小于5m，两段水冷溜槽之间通过法兰连接，连接处采用石墨盘根密封。
7.一种用于如权利要求1所述的用于转底炉的出料装置的出料方法，其特征是，包括如下步骤：
1)均匀铺设在转底炉炉体上的球团随转底炉转动一周后被运送至出料螺旋装置入口，此时球团已由生球团转化为金属化球团，温度超过1200℃；
2)金属化球团在出料螺旋装置叶片的推动下径向送至下料漏斗，再根据出料要求控制耐高温换向阀的阀芯动作实现高温出料/低温出料切换；
若低温出料，金属化球团经由水冷溜槽进入圆筒冷却机，随着圆筒冷却机的回转被逐步运送至圆筒冷却机的出口，经由皮带机送至运输卡车；在圆筒冷却机作用下，金属化球团被冷却至200℃以下，通过控制转底炉入口布料机的布料皮带速度为额定速度的0.85～0.95倍，使其布料厚度为一层球团厚度；通过控制转底炉出料螺旋装置的转速为额定转速的0.85～0.95倍；
若高温出料，金属化球团经通过水冷溜槽和耐高温螺旋输送装置送至指定地点，之后由保温罐车送至目的地；通过控制转底炉入口布料机的布料皮带速度为额定速度的0.9～1.1倍，使其布料平均厚度不超过2倍球团厚度；通过控制转底炉出料螺旋装置的转速为额定转速的0.9～1.1倍；高温状态的输送和运输的所有过程，均需密闭并通惰性气体保护。
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