CN115261554A - 一种利用二氧化碳气体进行转炉渣水淬的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用二氧化碳气体进行转炉渣水淬的方法，将高温钢渣使用高压二氧化碳雾化水进行水淬，实现了钢渣水淬过程快随固化和钢渣分离，避免直接热闷法由于液渣或液态钢水造成的爆炸隐患；通过雾化过程汽水比及压力调控，实现钢渣粒度和温度控制，将粒度控制在5mm左右、温度控制在600℃以下，有利于实现钢渣中氢氧化物转化成碳酸盐，同时通过粒度的控制扩大了钢渣热闷过程的反应界面，有利于加速钢渣热闷过程处理速度；利用高压二氧化碳给热闷罐快速升压，减少了常规热闷罐升压过程，加快了钢渣有压热闷快速粉化的速度，同时在水蒸气作用下，实现了氢氧化物转化成碳酸盐，提高了钢渣处理后的稳定性，同时实现了二氧化碳固化。
Description
技术领域
本发明属于转炉炼钢技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳气体进行转炉渣水淬的方法。
背景技术
钢渣作为炼钢生产过程副产品，成分主要包括金属原料中的杂质、助熔剂、炉衬等工业废弃物，其化学成分主要决定于它的碱度，并直接影响它的矿物组成。钢渣的矿相主要为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。国内钢渣处理较为成熟的工艺包括风淬法、热泼法、水淬法、热闷法和轮法粒化等，综合考虑钢渣的综合利用途径、节能环保效果和投资效益等因素。
相比其他钢渣处理方法，水淬法的处理费用低，劳动强度低，生产操作较为安全，处理周期短，并有利于转炉产能发挥。钢渣在水淬过程不会产生新的污染，处理后的钢渣可用于生产水泥或筑路，但钢渣中的游离态氧化钙，导致处理后的钢渣在水泥和筑路行业使用量受限，大量的钢渣还需长期堆存，造成资源浪费。
发明专利：钢渣水淬处理系统(CN201410023830.6)，该发明钢渣水淬处理系统，包括渣罐，设置在所述渣罐出渣口外的钢渣分离装置，所述钢渣分离装置包括斜坡结构的中间容器和设置在所述容器平台底部的滤嘴，所述系统还包括二次水淬池，设置在所述二次水淬池上方的高架式抽蒸汽罩，所述抽蒸汽罩通过抽蒸汽管道与抽蒸汽离心风机相连。通过上述装置本发明很好地解决了钢渣中大块度钢渣与液态钢渣的有效分离，安全可靠，并能将成品粒度小于5mm的钢渣成品控制在90%以上，在实现钢渣的高度粒化的同时，钢渣粒化过程产生的蒸汽则通过抽蒸汽离心风机抽走，对环境不造成污染，但同样无法消除钢渣中的游离态氧化钙。
综上所述，直接水淬工艺简单，对环境不造成影响，但由于水淬后的钢渣相对粒度较大，内部的游离态氧化钙、氧化镁无法固化，造成处理后钢渣的用途受限；单纯的热闷法虽然能够将游离态氧化钙、氧化镁转化成氢氧化物，但整个热闷周期较长，对于工业生产要求来说，只能通过扩大投资增加热闷罐数量来解决上述问题，造成项目实施成本高，钢渣整个处理周期长等问题。
基于上述原因，有必要提供一种利用CO2雾化水水淬-热闷钢渣固碳的方法，同时钢渣快速有效处理及项目投资问题，并通过钢渣处理过程实现钢厂的固碳问题，使钢渣中的游离态氧化钙、氧化镁转化成碳酸盐类，一并解决了钢渣处置及利用钢渣固碳问题，从真正意义上实现了钢渣的高效利用问题。
发明内容
为了解决钢渣水淬法处理后钢渣游离态氧化钙、氧化镁处理不彻底、热闷法建设投资大、处理周期厂等问题，并有效利用钢渣实现固碳减碳效果，本发明提供了一种利用二氧化碳气体进行转炉渣水淬的方法；本发明的具体技术方案如下：
一种利用二氧化碳气体进行转炉渣水淬的方法，包括以下步骤：
1）雾化淬化：转炉冶炼结束将热态钢渣倒入渣罐，将渣罐吊运至工作平台位置，打开高压水及二氧化碳气体，调整流量阀，保证雾化水出口压力在0.4～0.8kpa之间；利用吊运装置将转炉渣均匀倒入浇注漏斗中，钢渣在高压雾化水作用下，水淬成5mm以内的钢渣颗粒；
2）固液分离：钢渣在重力作用下，经浇注漏斗落入下方钢渣溜槽中，溜槽下方设带有筛孔的水渣分离系统，钢渣携带的多余水分通过筛孔流入下方的收集器后进入沉淀池；
3）钢渣分离：钢渣通过钢渣溜槽转移至斜向上的搬运带，在搬运带上方设置横向的钢渣磁选装置，钢渣中的钢及高含钢的钢渣在磁力作用下被吸向上方皮带，同时在横向运动惯性的作用下，钢及高含钢的渣钢被抛离，实现了钢渣的分离；
4）钢渣热闷：将水淬后的钢渣装入热闷罐，钢渣温度为580-620℃，关闭热闷罐的密封装置，将高压二氧化碳气体通入热闷罐中，快速将热闷罐内压力为提升至不低于0.4kpa；在钢渣自身温度作用下，热闷罐中的温度及压力逐步升高，通过泄压阀保证罐内压力不高于0.5kpa；钢渣中的结晶水在钢渣余热作用下转成水蒸气，钢渣中存在fCaO、fMgO遇水发生反应生成氢氧化钙、氢氧化镁，随即转化成碳酸钙、碳酸镁。
fCaO+H2O=Ca(OH)2+Q（放热） （1）
fMgO+H2O=Mg(OH)2+Q(放热) （2）
同时体积膨化98%～148%，随即与二氧化碳反应生成碳酸钙、碳酸镁。
Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O （3）
Mg(OH)2+CO2=MgCO3+H2O （4）
通过水雾化水淬后热闷的渣粒整体粒度小于5mm，单个渣粒碎裂粉化时间较原有热闷工艺15小时左右的时间大幅度缩短，单罐处理时间控制在5小时左右，热闷所需的设备投资将大幅度下降；另外通过本发明将渣中的氢氧化物转化成碳酸盐，扩大钢渣的使用范围、提升了钢渣使用量，使处理后的钢渣性质更为稳定；同时将部分二氧化碳实现固化，减少了二氧化碳排放。
本发明的原理是：
将热态钢渣通过浇注口进行连续浇注，钢渣通过浇注下口垂直流出，与水平方向高压的CO2雾化水相遇，在高速流体作用下，钢渣被击碎成形状各异的颗粒，初步凝固的钢液形成块状无法被击碎，全部以抛物线方向落入前方的漏斗仓内。漏斗仓下端设置固液分离装置，多余的雾化水通过弧面段上面的小孔流入沉淀池。钢渣通过弧面下滑至斜向上的搬运带，在搬运带上方设置横向的钢渣磁选装置，钢渣中的钢及高含钢的钢渣在磁力作用下被吸向上方皮带，同时在横向运动惯性的作用下，钢及高含钢的渣钢被抛离，实现了钢渣的分离。淬化过程产生的水蒸气及二氧化碳气体通过设置在漏斗料仓上方的收集，并通过增压泵送入系统回用。钢渣通过搬运带再次进行固液分离，保证落入高压热门罐内的钢渣无游离态水存在；多余的水进出沉淀池沉淀后，上清液继续循环使用。
本发明的有益效果在于：
1.本发明用二氧化碳雾化水作为水淬射流源，通过调整气源压力可实现水淬后钢渣的粒度，通过调整水气比可以控制水淬后钢渣的温度，解决了钢渣热闷入罐前的温度和粒度控制；
2.本发明通过雾化水淬，在钢渣热闷前实现了初步的钢渣分离，将大于5mm以上的钢或钢渣混合物全部剔除，减少了热闷处理总渣量，解决了热门后钢渣分离工作量较大的问题；
3.本发明通过雾化水淬，有效控制了入热闷罐前钢渣粒度，避免粒度过大造成中间液渣混入造成爆炸的问题，有效解决了钢渣热闷过程存在的安全隐患；
4.本发明通过雾化水淬，有效控制钢渣入热闷罐的温度，并在水淬和热门过程实现了氢氧化钙、氢氧化镁向碳酸盐转化，使处理后钢渣的稳定性更强，有利于扩大钢渣用量；
5.通过水雾化水淬后热闷的渣粒整体粒度小于5mm，单个渣粒碎裂粉化时间较原有热闷工艺15小时左右的时间大幅度缩短，单罐处理时间控制在5小时左右，热闷所需的设备投资将大幅度下降；另外通过本发明将渣中的氢氧化物转化成碳酸盐，扩大钢渣的使用范围、提升了钢渣使用量，使处理后的钢渣性质更为稳定；同时将部分二氧化碳实现固化，减少了二氧化碳排放；
6.将粒度控制在5mm左右、温度控制在600℃左右，有利于实现钢渣中氢氧化物转化成碳酸盐，同时通过粒度的控制扩大了钢渣热闷过程的反应界面，有利于加速钢渣热闷过程处理速度；利用高压二氧化碳给热闷罐快速升压，减少了常规热闷罐升压过程，加快了钢渣有压热闷快速粉化的速度，同时在水蒸气作用下，实现了氢氧化物转化成碳酸盐，提高了钢渣处理后的稳定性，同时利用钢渣处理工艺实现了二氧化碳固化，符合当前碳减排的发展方向，具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明作进一步说明：
本发明过程所涉及原料包括转炉热钢渣、二氧化碳、水，设备主要包括高温液渣渣罐、高低压二氧化碳供气系统、汽水雾化喷射装置、固液分离器、永磁钢渣分离器、链篦搬运带、高压热闷系统。
其中热钢渣为转炉直接产出的高温液渣，为保证水淬过程浇注均匀，高温渣罐装至容积的3/4为宜。将装有液态钢渣的渣罐吊至浇注漏斗上方，通过吊具配合将液态钢渣均匀注入浇注漏斗，钢渣通过下方浇注孔流出，与高压雾化喷嘴喷出的二氧化碳雾化水相遇，被击碎成5mm左右的渣粒，凝固或半凝固的钢被快速冷却，最终落入钢渣溜槽，通过固液分离器将多余的水与淬化后的钢渣实现分离。淬化后钢渣最终落至链篦搬运带上，钢渣沿斜向上方向运行，在搬运带上方横向设置永磁钢渣分离器，将钢或高含量钢渣磁选并抛离钢渣，最终淬化后的钢渣进入钢渣暂存仓。
通过倒运罐将钢渣转入高压热闷罐中，加装热闷密封盖后，打开低压二氧化碳供气系统，快速将罐内压力升至不低于0.4kpa，关闭进气阀门。在钢渣自身温度作用下，热闷罐中的温度及压力逐步升高，通过泄压阀保证罐内压力不高于0.5kpa，渣中的结晶水在钢渣余热作用下转成水蒸气，钢渣中存在fCaO、fMgO遇水发生反应，转化成氢氧化钙、氢氧化镁，同时体积膨化98%～148%，随即与二氧化碳反应生成碳酸钙、碳酸镁。
通过水雾化水淬后热闷的渣粒整体粒度小于5mm，单个渣粒碎裂粉化时间较原有热闷工艺15小时左右的时间大幅度缩短，单罐处理时间控制在5小时左右，热闷所需的设备投资将大幅度下降；另外通过本发明将渣中的氢氧化物转化成碳酸盐，扩大钢渣的使用范围、提升了钢渣使用量，使处理后的钢渣性质更为稳定；同时将部分二氧化碳实现固化，减少了二氧化碳排放。
本发明通过高压雾化水淬，在消除液态钢渣的安全前提下，实现钢渣高温进入高压热闷罐；同时在入热闷罐前实现了钢渣中的残钢与钢渣的分离，并将入热闷罐钢渣粒度控制在5mm以下，有效增大热闷过程的反应界面，为后续热闷作业提高效率创造了原料条件；在淬化和热闷过程利用二氧化碳，使钢渣中的游离氧化钙、氧化镁在有水的条件下转化成碳酸盐类，实现了钢渣物性的进一步稳定，为在其他行业提升使用比例创造条件；同时利用钢渣处理过程实现了部分二氧化碳固化，减少了二氧化碳的排放。
实施例1
一种利用CO2雾化水水淬-热闷钢渣固碳的方法，转炉冶炼结束将1650℃的热态钢渣倒入渣罐，转炉渣装满渣罐2/3后，吊运至工作平台位置，打开高压水及二氧化碳气体，按照汽水比1:1调整流量阀，雾化水出口压力调整为0.4kpa，将转炉渣均匀倒入浇注漏斗中，钢渣被水淬成5mm以内的钢渣颗粒，落入下方钢渣溜槽中，通过水渣分离系统后，钢渣通过弧面下滑至斜向上的搬运带，利用搬运带上方设置的钢渣磁选装置，将钢渣中的钢及高含钢的钢渣抛离。水淬后的钢渣装入热闷罐，钢渣温度620℃，利用高压二氧化碳气体将热闷罐快速升压至0.4kpa，关闭进气阀，通过泄压阀保证罐内压力不高于0.5kpa，热闷5小时后完成钢渣热闷作业，处理后的钢渣游离态氧化物全部转化为碳酸盐，钢渣固化二氧化碳量比例为0.06。
实施例2
一种利用CO2雾化水水淬-热闷钢渣固碳的方法，转炉冶炼结束将1550℃的热态钢渣倒入渣罐，转炉渣装满渣罐2/3后，吊运至工作平台位置，打开高压水及二氧化碳气体，按照汽水比1:0.7调整流量阀，雾化水出口压力为0.6kpa，将转炉渣均匀倒入浇注漏斗中，钢渣被水淬成5mm以内的钢渣颗粒，落入下方钢渣溜槽中，通过水渣分离系统后，钢渣通过弧面下滑至斜向上的搬运带，利用搬运带上方设置的钢渣磁选装置，将钢渣中的钢及高含钢的钢渣抛离。水淬后的钢渣装入热闷罐，钢渣温度605℃，利用高压二氧化碳气体将热闷罐快速升压至0.4kpa，关闭进气阀，通过泄压阀保证罐内压力不高于0.5kpa，热闷5小时后完成钢渣热闷作业，处理后的钢渣游离态氧化物全部转化为碳酸盐，钢渣固化二氧化碳量比例为0.06。
实施例3
一种利用CO2雾化水水淬-热闷钢渣固碳的方法，转炉冶炼结束将1450℃的热态钢渣倒入渣罐，转炉渣装满渣罐2/3后，吊运至工作平台位置，打开高压水及二氧化碳气体，按照汽水比1:0.5调整流量阀，雾化水出口压力为0.8kpa，将转炉渣均匀倒入浇注漏斗中，钢渣被水淬成5mm以内的钢渣颗粒，落入下方钢渣溜槽中，通过水渣分离系统后，钢渣通过弧面下滑至斜向上的搬运带，利用搬运带上方设置的钢渣磁选装置，将钢渣中的钢及高含钢的钢渣抛离。水淬后的钢渣装入热闷罐，钢渣温度580℃，利用高压二氧化碳气体将热闷罐快速升压至0.4kpa，关闭进气阀，通过泄压阀保证罐内压力不高于0.5kpa，热闷5小时后完成钢渣热闷作业，处理后的钢渣游离态氧化物全部转化为碳酸盐，钢渣固化二氧化碳量比例为0.06。
Claims (2)
1.一种利用二氧化碳气体进行转炉渣水淬的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）雾化淬化：转炉冶炼结束将热态钢渣倒入渣罐，将渣罐吊运至工作平台位置，打开高压水及二氧化碳气体，调整流量阀，保证雾化水出口压力在0.4～0.8kpa之间；利用吊运装置将转炉渣均匀倒入浇注漏斗中，钢渣在高压雾化水作用下，水淬成5mm以内的钢渣颗粒；
2）固液分离：钢渣在重力作用下，经浇注漏斗落入下方钢渣溜槽中，溜槽下方设带有筛孔的水渣分离系统，钢渣携带的多余水分通过筛孔流入下方的收集器后进入沉淀池；
3）钢渣分离：钢渣通过钢渣溜槽转移至斜向上的搬运带，在搬运带上方设置横向的钢渣磁选装置，钢渣中的钢及高含钢的钢渣在磁力作用下被吸向上方皮带，同时在横向运动惯性的作用下，钢及高含钢的渣钢被抛离，实现了钢渣的分离；
4）钢渣热闷：将水淬后的钢渣装入热闷罐，钢渣温度为580-620℃，关闭热闷罐的密封装置，将高压二氧化碳气体通入热闷罐中，快速将热闷罐内压力为提升至不低于0.4kpa；在钢渣自身温度作用下，热闷罐中的温度及压力逐步升高，通过泄压阀保证罐内压力不高于0.5kpa；钢渣中的结晶水在钢渣余热作用下转成水蒸气，钢渣中存在fCaO、fMgO遇水发生反应生成氢氧化钙、氢氧化镁，随即转化成碳酸钙、碳酸镁。
2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳气体进行转炉渣水淬的方法，其特征在于，所述渣罐中盛放钢渣的高度不超过渣罐高度的2/3。
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