CN114990275A - 一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，包括电弧炉本体，电弧炉本体的顶部设有辅助加料炉体、耐材保护套、炉顶干灰喷吹管，辅助加料炉体的炉腔下部与电弧炉本体的炉腔上部连通，辅助加料炉体的炉腔上部设高温烟气排放口，高温烟气排放口通过高温烟气管道与收粉系统连接，辅助加料炉体设有加料口，耐材保护套设有中心富氧喷吹管和电极孔，石墨电极设置在电极孔内，石墨电极中心设有电极喷吹孔，电极喷吹孔通过电极煤粉喷吹管连接煤粉喷吹系统，炉顶干灰喷吹管连接干灰喷吹系统。该电弧炉装置可将铁从钢渣中还原，并可将含锌除尘灰喷入还原熔池，在还原气氛下对含锌除尘灰脱锌处理，最终通过收粉系统回收氧化锌粉末。

Description

一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置
技术领域
本发明属于钢铁厂固废资源循环综合再利用领域，具体涉及一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置。
背景技术
我国是钢铁产能最大的国家，据统计到2020年粗钢年产能已超过10亿吨，有超过1～1.5亿吨钢渣作为废弃物需要处理。我国生产水泥熟料需要大量石灰石、粘土等矿物资源，而开采资源日益减少。而钢渣中却含有大量石灰石、粘土等矿物资源。因此，可以充分利用。
炼钢废渣经过水淬处理制备超细粉，可作为混凝土掺和料已得到广泛利用。炼钢废渣中含有较高的铁元素，TFe含量达20％以上。同时，钢渣出渣温度高于1500度，含有大量热资源。钢渣在钢铁厂内继续再利用时会出现磷富集；作为混凝土掺和料制备超细粉时，其中游离镁钙离子超标，限制了炼钢废渣作为混凝土掺和料的使用量，钢渣大量堆积时，钢渣中的氟和重金属被雨水侵蚀后污染环境。
钢渣为氧化性熔渣，在氧化气氛中形成。通过对热态熔融钢渣在高温下改性处理变成炼铁熔渣，在还原气氛下钢渣中含有的铁元素以及各种重金属被还原，这样就可以回收熔渣中的铁等金属元素；同时，钢渣在还原气氛中形成的炼铁熔渣，经过水淬处理后作为混凝土掺和料又可以得到充分利用。
钢厂除尘灰含有大量铁元素以及各种碱金属，对含铁元素除尘灰循环利用的同时，脱除除尘灰中的各种碱金属，尤其是脱锌处理也越显重要，否则会严重影响高炉的冶炼。
炼钢是将铁中残碳用氧化剂氧化出来，但是炼钢过程又会将一部分铁(包括其它金属元素)氧化成氧化物的形式进入炼钢渣中。如果要充分循环利用钢渣和钢厂除尘灰中铁元素等金属和钢渣热资源，需要有一个直接对热态钢渣再还原的冶炼过程。
发明内容
发明目的：针对含有一定铁元素的热态钢渣和含锌除尘灰，本发明提供一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，使熔渣中的铁再次被解离出来，钢渣在还原气氛中形成的炼铁熔渣可作为混凝土掺和料以广泛利用，同时脱除对冶炼有害的碱金属。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，包括电弧炉本体，所述电弧炉本体的炉腔作为还原熔池，电弧炉本体的顶部设有辅助加料炉体、耐材保护套、炉顶干灰喷吹管，辅助加料炉体的炉腔下部与电弧炉本体的炉腔上部连通，辅助加料炉体的炉腔上部设高温烟气排放口，高温烟气排放口通过高温烟气管道与收粉系统连接，辅助加料炉体的设有加料口，耐材保护套设有中心富氧喷吹管和电极孔，石墨电极设置在电极孔内，石墨电极中心设有电极喷吹孔。
进一步的，所述高温烟气管道中部设有降尘式燃烧室，降尘式燃烧室设有二次燃烧烧嘴。
进一步的，所述中心富氧喷吹管为一个，电极孔为三个，均布在中心富氧喷吹管四周，中心富氧喷吹管处于三个电极孔的极心圆中心，石墨电极中心电极喷吹孔内壁均设有耐磨涂层。
进一步的，所述电极孔沿竖直方向贯穿耐材保护套，石墨电极上端通过导电横臂连接大电流供电回路，导电横臂连接电极升降油缸。
进一步的，所述电弧炉本体的炉腔侧面设有铁水沟槽、还原渣出渣槽，铁水沟槽下方设有铁水包，铁水包连接铁水包移动车，还原渣出渣槽与水冲渣粒化装置连接。
进一步的，所述高温烟气管道与收粉系统之间设有换热锅炉。
进一步的，所述收粉系统包括布袋式除尘器。
进一步的，所述电弧炉本体外侧设有全水冷炉壁，全水冷炉壁内部设有水冷盘管或水冷夹层。
进一步的，该电弧炉装置还包括热态钢渣倒运装置，热态钢渣倒运装置包括保温渣盆、渣盆吊运行车，保温渣盆用于接收来自转炉的热态钢渣，渣盆吊运行车用于将保温渣盆转运至电弧炉本体上方，并完成保温渣盆倾倒操作。
进一步的，所述电极喷吹孔通过电极煤粉喷吹管连接煤粉喷吹系统，炉顶干灰喷吹管连接干灰喷吹系统。
有益效果：利用本发明的电弧炉装置，通过电极通电加热，同时通过电极的配吹孔向热态钢渣中喷吹适量煤粉进行还原反应，将铁从钢渣中还原，钢渣在还原气氛中形成的炼铁熔渣还可作为混凝土掺和料以广泛利用，在钢渣还原过程中，可将含锌除尘灰喷入还原熔池，在还原气氛下对含锌除尘灰脱锌处理，还原过程中产生的氧化锌粉末随高温烟气排出，最终通过收粉系统进行回收。
附图说明
图1为电弧炉装置的结构示意图；
图2为电弧炉装置的局部剖视图；
图3为耐材保护套及辅助加料炉体的安装结构图；
图4为耐材保护套的结构示意图；
图5为石墨电极的安装结构图；
图中：1-电弧炉本体；2-导电横臂；3-辅助加料炉体；4-高温烟气管道；5-余热回收锅炉；6-收粉系统；7-干灰喷吹系统；8-煤粉喷吹系统；9-耐材保护套；10-石墨电极；11-出铁沟；12-铁水包车；13-出渣槽；14-电极煤粉喷吹管；15-电极升降油缸；16-大电流供电回路；17-中心富氧喷吹管；18-冲渣出渣系统；19-炉顶干灰喷吹管；20-二次燃烧烧嘴；21-高温烟气排放口；22-加料口；23-电极孔；24-降尘式燃烧室。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至3所示，本发明的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，包括电弧炉本体1，电弧炉本体1的炉腔作为还原熔池，电弧炉本体1的顶部设有辅助加料炉体3、耐材保护套9、炉顶干灰喷吹管19。
辅助加料炉体3的炉腔下部与电弧炉本体1的炉腔上部连通，辅助加料炉体3的炉腔上部设高温烟气排放口21，高温烟气排放口21通过高温烟气管道4与收粉系统6连接，辅助加料炉体3设有加料口22。
在加料口22开启状态下，热态钢渣可通过加料口22经辅助加料炉体3的炉腔投放至还原熔池。当还原熔池内接受完预定量的热态钢渣后，将加料口22闭合，使还原熔池处于的密闭状态，在钢渣还原过程中，如果需要向还原熔池内补充热态钢渣，可在电弧炉本体1炉腔保持闭合状态下，通过辅助加料炉体3实现辅助填料。由于辅助加料炉体的设置，可以避免电弧炉装置工作过程中将其上部敞开进行加料的状况，造成大面积散热，而且从辅助加料炉体加料，有助于保持电弧炉本体1炉腔的炉压，避免还原煤气的扩散。
如图3所示，还原熔池内部产生的高温烟气可通过高温烟气排放口21经高温烟气管道4排放至收粉系统6，收粉系统6采用布袋式除尘器。本实施例中，高温烟气管道4中部设有降尘式燃烧室24，降尘式燃烧室24设有二次燃烧烧嘴20，在钢渣还原过程中，还原熔池内产生的高温烟气，通过高温烟气排放口2排出，在降尘式燃烧室24内部对烟气中含有的煤气进行二次燃烧，然后在排至收粉系统6，高温烟气在降尘式燃烧室24内进行二次燃烧，可以避免还原熔池内产生的高温烟气被直接抽排至电弧炉本体1外部，有助于在钢渣还原过程中，减缓还原熔池内部热量损失。
电弧炉本体的炉腔侧面设有出铁沟11、出渣槽13，出铁沟11用于排出铁水，出铁沟11下方设有铁水包车12，出渣槽13用于排出还原渣，出渣槽13与水冲渣粒化装置连接。
为了实现对热能的有效利用，高温烟气管道4与收粉系统6之间设有余热回收锅炉5。为了避免还原熔池产生的高温熔渣和气体对电弧炉本体1进行冲击，电弧炉本体1外侧设有全水冷炉壁，全水冷炉壁内部设有水冷盘管或水冷夹层，水冷盘管或水冷夹层持续通入循环冷却水。
如图3和4所示，耐材保护套9设有中心富氧喷吹管17和电极孔23。本实施例中，中心富氧喷吹管17为一个，电极孔23为三个，均布在中心富氧喷吹管17四周，中心富氧喷吹管17处于电极孔23的极心圆中心，电极孔23沿竖直方向贯穿耐材保护套9，石墨电极10设置在电极孔23内，如图5所示，石墨电极10上端通过导电横臂2连接大电流供电回路16，导电横臂2连接电极升降油缸15，通过电极升降油缸15驱动导电横臂2，带动石墨电极10沿电极孔23上下移动。石墨电极10中心设有电极喷吹孔，电极喷吹孔通过电极煤粉喷吹管14连接煤粉喷吹系统8，煤粉喷吹系统8以氮气为输送介质，通过石墨电极10的电极喷吹孔向还原熔池的钢渣中喷入煤粉，中心富氧喷吹管17用于向还原熔池通入富氧空气。
耐材保护9上设有中心富氧喷吹管17和电极孔23，中心富氧喷吹管17起到氧枪作用，可以贴近还原熔池内钢渣液面喷吹，增加氧化气体和氧化剂的喷吹动力，搅动液面，使氧化还原反应更充分。石墨电极10设置在电极孔23内，石墨电极10中心设有电极喷吹孔，在钢渣升温熔化过程中，可通过石墨电极10对钢渣进行加热，通过在石墨电极10的中心设置电极喷吹孔直接喷入煤粉还原剂，在煤粉还原剂通过石墨电极10的过程中，还可以起到对石墨电极10的冷却作用，有助于延长电极寿命。石墨电极10中心电极喷吹孔内壁均设有耐磨涂层，有助于提高耐材保护套及石墨电极10的使用寿命。
炉顶干灰喷吹管19连接干灰喷吹系统7。干灰喷吹系统7以富氧空气为输送介质，通过炉顶干灰喷吹管19向还原熔池喷入含锌除尘灰。
该电弧炉装置还包括热态钢渣倒运装置，热态钢渣倒运装置包括保温渣盆、渣盆吊运行车，保温渣盆用于接收来自转炉的热态钢渣，渣盆吊运行车用于将保温渣盆转运至电弧炉本体上方，并完成保温渣盆倾倒操作。
该电弧炉装置的工作过程：
电弧炉装置位于转炉出渣跨内。从转炉出渣车上直接将盛有热态钢渣的保温渣盆，通过渣盆吊运行车吊往电弧炉本体的上方，通过辅助加料炉体倒入电弧炉本体的还原熔池内；
当还原熔池内接受完预定的渣量后，使还原熔池处于相对封闭状态，利用钢渣带来的余热使大约800～1200℃左右的液态转炉钢渣升温熔化成1500～1650℃的液态渣，在钢渣升温熔化过程中，通过石墨电极插入钢渣中进行加热；
煤粉喷吹系统8将煤粉通过石墨电极10的电极喷吹孔喷入钢渣内部，富氧压缩空气经中心富氧喷吹管17吹至钢渣液面上方区域，通过喷入设定比例的煤粉及氧气，实现钢渣温度和还原氛围的控制，同时，干灰喷吹系统7将含锌除尘灰通过炉顶干灰喷吹管19向还原熔池吹至钢渣液面上方区域，通过电极升降油缸16控制石墨电极10的电极喷吹孔出口靠近钢渣液面，增加氧化气体和氧化剂的喷吹动力，搅动液面，使氧化还原反应更充分；
在还原气氛中铁从钢渣中还原出来呈液态铁水经出铁沟11排出，流入铁水包中，由铁水包车12运出，倒运至转炉的炉前兑回到转炉之中，与此同时，热态钢渣将上浮改性成为热态还原渣，还原渣经由出渣槽13排出，再经水冲渣粒化装置的水槽中水淬，冲入位于附近水渣处理的平流池中，热态还原渣水淬处理后制成超细粉作为混凝土掺和料得以广泛利用；由于熔池中热态还原渣量远大于液态还原出来的铁水量，一般情况下出两次还原渣之后出一次铁水，采用留铁留渣操作；
钢渣还原过程中，还原熔池内处于微负压的状态，产生的煤气由高温烟气排放口21进入到降尘式燃烧室24并二次燃烧，产生的烟气再经余热回收锅炉5进行换热冷却后，然后由布袋除尘器净化。
含锌除尘灰中锌元素以氧化物形式存在，高温还原气氛中氧化锌被还原为液态锌，液态锌再进一步升温成为气态进入烟气中，在烟气中重新被氧化成氧化锌粉末，后续在烟气冷却和除尘过程中逐级回收。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，包括电弧炉本体，其特征在于：所述电弧炉本体的炉腔作为还原熔池，电弧炉本体的顶部设有辅助加料炉体、耐材保护套、炉顶干灰喷吹管，辅助加料炉体的炉腔下部与电弧炉本体的炉腔上部连通，辅助加料炉体的炉腔上部设高温烟气排放口，高温烟气排放口通过高温烟气管道与收粉系统连接，辅助加料炉体设有加料口，耐材保护套设有中心富氧喷吹管和电极孔，石墨电极设置在电极孔内，石墨电极中心设有电极喷吹孔。
2.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述高温烟气管道中部设有降尘式燃烧室，降尘式燃烧室设有二次燃烧烧嘴。
3.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述中心富氧喷吹管为一个，电极孔为三个，均布在中心富氧喷吹管四周，中心富氧喷吹管处于三个电极孔的极心圆中心，石墨电极中心电极喷吹孔内壁设有耐磨涂层。
4.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述电极孔沿竖直方向贯穿耐材保护套，石墨电极上端通过导电横臂连接大电流供电回路，导电横臂连接电极升降油缸。
5.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述电弧炉本体的炉腔侧面设有铁水沟槽、还原渣出渣槽，铁水沟槽下方设有铁水包，铁水包连接铁水包移动车，还原渣出渣槽与水冲渣粒化装置连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述高温烟气管道与收粉系统之间设有换热锅炉。
7.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述收粉系统包括布袋式除尘器。
8.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述电弧炉本体外侧设有全水冷炉壁，全水冷炉壁内部设有水冷盘管或水冷夹层。
9.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：该电弧炉装置还包括热态钢渣倒运装置，热态钢渣倒运装置包括保温渣盆、渣盆吊运行车，保温渣盆用于接收来自转炉的热态钢渣，渣盆吊运行车用于将保温渣盆转运至电弧炉本体上方，并完成保温渣盆倾倒操作。
10.根据权利要求1所述的一种用于热态钢渣还原改性处理的电弧炉装置，其特征在于：所述电极喷吹孔通过电极煤粉喷吹管连接煤粉喷吹系统，炉顶干灰喷吹管连接干灰喷吹系统。
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