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一种高炉融渣的处理方法

发布时间:2019-05-31 01:28 来源:未知 编辑:admin

  【专利摘要】本发明涉及生铁冶炼中炉渣处理【技术领域】,特别是提供一种高炉融渣的处理方法。该处理方法利用高炉融渣处理装置,并对高炉融渣处理装置进行控制。通过该处理方法,既能满足高炉渣急冷、造粒和余热利用的处理要求,又能避免使用高压水蒸气或易燃有机物。

  [0001]本发明涉及生铁冶炼中炉渣处理【技术领域】,特别是提供一种高炉融渣的处理方法。

  [0002]炉渣是冶金工业生产中的副产品,其中生铁冶炼产生的高炉渣占有很大的比例。干法高炉渣处理技术需要解决两个主要问题:一是快速冷却以形成玻璃态组织并尽可能粒化,二是冷却过程中的余热利用。液态高炉渣的排出温度为1450°C左右,若在降温过程中,尤其在1200°C附近,能够满足急冷条件,则会形成玻璃态炉渣;炉渣温度小于850°C时成硬化状态,可以被破碎处理而不再粘接;玻璃态比例大于90%并有效粒化的炉渣可作为水泥的掺和料使用,利用价值高。高炉渣在冷却过程中释放大量的热,且由炉渣的热物理参数决定了热量的释放过程较慢,这就与高炉渣急冷要求产生了矛盾,在满足急冷的条件下尽可能地收集和利用炉渣释放的热能,是冶金行业节能降耗的有效途径。

  [0003]滚筒(转鼓)法被广泛用于各种冷却领域,在高炉渣处理中主要为内冷式。例如,美国专利US4050884设计了双滚筒法融渣余热锅炉装置,液态炉渣在两个滚筒和挡坝间形成融渣池,融渣在转动的滚筒上形成渣层冷却,热量传递到滚筒壁内的水管中,水被加热为高温高压蒸汽后利用。美国专利US4330264和US4420304同样使用双滚筒法设计了融渣的急冷与余热回收装置,与US4050884的主要区别在于冷却介质使用沸点为200°C以上的导热油,避免高压水蒸气的危险。对现有以滚筒法为冷却方式的高炉渣冷却技术进行分析,可以发现,不同专利间的主要区别在于机械结构的部分改进和冷却介质的改变。

  [0004]上述专利都有其各自的技术优势,我们以专利US4330264为例,对其存在的一些问题作一简述。专利US4330264采用沸点在200°C以上的导热油作为冷却介质,并使导热油变为饱和蒸汽进行余热回收,这种冷却介质和冷却形式使滚筒内的工作温度长期在200°C以上,降低了冷却介质与滚筒内壁的对流换热系数,使炉渣的冷却速率下降,高温也会使筒壁材料发生高温蠕变降低使用寿命;导热油及其蒸汽在使用过程中一旦发生泄漏,在高炉渣处理现场的高温条件和恶劣环境中是非常危险的。对专利US4330264的实施例进行分析可知,虽然用该装置处理的炉渣表面急冷速度很高,炉渣表面的玻璃态率很高,但渣层的内部并没有得到急冷,炉渣总体的玻璃态率不足80% ;且由于渣层内部没有充分冷却,机械剥离时未降低到850°C的硬化温度,剥落的渣层会继续粘接在一起形成块状渣,严重影响后期使用。双滚筒法采用两个结构相同的滚筒,在使用过程中若有一个出现故障就会使整个装置不能正常工作;旋转的筒体与不转动的设备间需使用防止液体和气体泄露的密封装置连接,对设备要求高,且需经常维护更换。

  [0005]冷渣机为技术成熟的设备,一般采用外冷滚筒式冷却方式,广泛用于冷却电站锅炉排出的固态热灰渣,灰渣的初始温度约为1000°c。随着冷渣机滚筒的转动,灰渣被滚筒内部螺旋状的叶片带动前进,热量被内筒和外筒间的冷却水管吸收。冷渣机无法处理液态高炉渣,因为融渣在冷却凝固过程中会粘在叶片上,使螺旋状叶片失效。冷渣机可用于处理已经硬化的高炉渣。

  [0006]如何利用工业水作为换热介质,且不产生高压水蒸气,既能满足高炉渣的急冷要求,又能满足炉渣粒化的工艺要求,也能有效利用余热是本发明要解决的问题。

  [0007]为了克服现有技术的缺陷,本发明提供一种高炉融渣的处理方法,它既满足高炉渣急冷、造粒和余热利用的处理要求,又避免使用高压水蒸气或易燃有机物。

  [0009]一种高炉融渣的处理方法,其特征在于,其利用高炉融渣处理装置,该装置包括滚筒急冷粒化系统、冷渣机和余热回收系统;滚筒急冷粒化系统包括一个内冷式单滚筒和两个碎渣副滚筒,内冷式单滚筒由外筒和内筒构成,外筒和内筒之间环形腔的上半部分设有冷却水管,冷却水管上设有喷嘴,下半部分为水腔并连有出水口 ;高炉融渣处理装置采用如下控制方法:

  [0014](5)设置冷却水管和喷嘴数量,保证在外筒内表面上半部分形成连续水雾,在有渣层一侧布置较密;

  [0015](6)高炉融渣在外筒表面上的落点所在直径与竖直方向夹角取为0° -40°。

  [0017]进一步的,内冷式单滚筒的内筒与外筒间隙优选为300-500mm。

  [0018]进一步的,内冷式单滚筒的外筒转速优选为1.5-4转/min。

  [0019]进一步的,所述喷嘴水压力优选为0.7_3bar,喷射角度优选为50° -70°,单个喷嘴流量一般优选为3-10L/min。

  [0020]进一步的,所述高炉融渣在外筒表面上的落点所在直径与竖直方向优选为5。 -15° 。

  [0021]进一步的,所述碎渣副滚筒外表面线速度取为内冷式单滚筒的外筒外表面线]进一步的,所述滚筒急冷粒化系统的碎渣副滚筒独立运行,内部通水冷却,其外表面可以是平整的,也可是各种沟槽状。

  [0023]进一步的,所述滚筒急冷粒化系统的内冷式单滚筒的外筒旋转而内筒不动,冷却水管固定在内筒上,外筒两端端口受内筒端口支撑。

  [0024]进一步的,所述滚筒急冷粒化系统的内冷式单滚筒的两端对称设置,均设有出水口、冷却水管进水口和支撑结构,且每一端的水路系统都可独立承担整个内冷式单滚筒的冷却要求。

  [0026](I)通过对高炉融渣装置的控制,在外筒与碎渣副滚筒接触点处,炉渣在被碎渣副滚筒压碎剥离前,渣层内最高温度不超过850°C,炉渣已全部被冷却到硬化温度以下;炉渣的最小冷却速率大于60°C /s,满足高炉渣急冷的要求,冷却后的炉渣几乎全部为玻璃态组织。

  [0027](2)经过下半圆周水腔内水的冷却,及随后近四分之一圆周的喷水冷却后,外筒最高温度不超过80°C。这样既可满足高炉融渣急冷的要求,又保证滚筒材料不发生高温蠕变。

  [0028](3)水的升温不会超过25°C,控制进水温度小于30°C,则整个内冷式单滚筒内水的状态基本为液态,故整个装置采用液态水作为冷却介质,避免了高温高压水蒸气带来的危险,也不使用易燃的有机物及其蒸汽。

  [0029](4)碎渣副滚筒在高炉渣变硬时将其挤压碾碎成渣粒,实现炉渣的粒化且不会再粘接成大块渣;采用单滚筒而非双滚筒方式,配以内冷式单滚筒的两端对称设置,以及碎渣副滚筒与内冷式单滚筒独立安装运行,省去了结构复杂的液体旋转连接设备,使整个滚筒急冷粒化系统便于维护和持续运行。

  [0030](5)内冷式单滚筒的内筒固定不动,既可用于固定冷却水管,又可支撑外筒,还可节省旋转时的动能;整个装置的进出水系统可封闭,冷却介质循环使用,既不浪费新水,同时又可有效进行余热回收。

  [0038]其中:1.流渣槽;2.外筒;3.内筒;4.冷却水管;5.喷嘴;6.渣层;7.碎渣副滚筒;8.刮渣器;9.挡渣板;10.渣粒;11.冷渣机;12.进料口 ;13.出料口 ;14_15.水泵;16.冷渣机进水管;17.冷渣机出水管;18.换热设备;19.冷却塔;20.支撑轴承;21.出水口 ;22.基座;23.支撑圈;24.支撑轮;25.限位对轮;26.电动机;27.电动机座;28.大链轮;29.支撑板。

  [0040]如图1-3所示,外筒2和内筒3形成内冷式单滚筒的环形腔,环形腔的上半部分布置有若干根冷却水管4,每根冷却水管4上设有若干喷嘴5,向外筒2的内表面喷水;从喷嘴5喷出的水顺外筒2的内壁流下,在环形腔的下半部分形成流动的水体,从外筒2和内筒3之间的出水口 21流出,经过水泵14提供给冷渣机进水管16。

  [0041]外筒2通过两个支撑圈23支撑在支撑轮24上,由电动机26和大链轮28驱动外筒2转动,两组限位对轮25阻止外筒2轴向窜动。电动机座27用于支撑电动机26及必要附设,支撑轮24和电动机座27等固定于基座22上。

  [0042]内筒3通过中心轴固定在基座22上,冷却水管4固定在内筒3上;在端口处,内筒3与外筒2通过冷却水管4、支撑轴承20和支撑板29连接,用于辅助支撑外筒2转动。

  [0043]碎渣副滚筒7设在大链轮28与支撑圈23之间,碎渣副滚筒7与外筒2之间间隙很小且转轴处于同一水平面。碎渣副滚筒7与电动机26分别设在外筒2的两侧。

  [0044]高炉融渣处理装置工作时,先用水泵14、15为整个装置供水,然后使外筒2、碎渣副滚筒7和冷渣机11转动。液态高炉渣从流渣槽I流到旋转的外筒2上,在外筒2外表面形成薄渣层。渣层被急冷后遇到碎渣副滚筒7,渣层被碾碎成渣粒10并从外筒2上剥离,外筒2和碎渣副滚筒7下方的刮渣器8将附着外筒2和碎渣副滚筒7表面的渣刮下,渣粒10顺着挡渣板9进入冷渣机11的进料口 12,被冷渣机11冷却后从出料口 13流出。从冷渣机出水管17流出的热水提供给换热设备18,经过换热降温后的水通过冷却塔19冷却后,由水泵15向冷却水管4和碎渣副滚筒7供水。

  [0045]下面以某试验项目的工程设计为例,对高炉融渣处理装置的控制要求进行详细描述。

  [0046]设计中,取外筒所用耐热钢比热容为550J/ (kg -K)、密度为7800kg/m3,导热系数为17ff/(m*K);高炉渣的比热容为1330J/(kg.Κ)、密度为2500kg/m3,高炉融渣落到内冷式单滚筒的外筒表面的平均温度为1400°C ;冷却水进水温度30°C,水与外筒的综合对流换热系数1000W/ (m2.K),空气与渣层的综合对流换热系数20W/ (m2.K),渣层表面平均辐射发射率0.8 ;内冷式单滚筒的有效冷却长度为6000_,配有两个每个长度为3000_的碎渣副滚筒。

  [0049]内冷式单滚筒的外筒外直径为1000mm,厚度为1mm,转速为3.5转/min ;内冷式单滚筒外直径为300臟,厚度为5臟,内筒与外筒间隙为350mm ;碎渣副滚筒外直径为400mm,壁厚50mm,转速为20转/min,外表面经过粗糙化处理;采用某型方形水雾喷嘴,喷嘴孔径15mm,进水压力为3bar,喷射角度为60°,流量为4.5L/min,喷嘴口距外筒内表面为250mm,冷却水管为5根,每根上配22个喷嘴,如图1所示,在有渣层一侧布置较密,保证在外筒内表面形成连续水雾;共需喷嘴110个,计算得到总进口水流量为495L/min。

  [0050]高炉融渣落到外筒表面上的接触点所在直径与竖直方向夹角5°,高炉融渣的流量为1.26m3/h,形成厚度为2mm的渣层,高炉渣在外筒上被冷却的时间约为4.5s。在外筒与碎渣副滚筒接触点处,渣层内厚度方向温度分布如图4所示,外筒厚度方向温度分布如图5所示。从图4可以看出,炉渣在被碎渣副滚筒压碎剥离前,渣层内最高温度为845°C,说明炉渣已全部被冷却到硬化温度以下;通过冷却时间计算可知,炉渣的最小冷却速率约为120°C /s,满足高炉渣急冷的要求,冷却后的炉渣几乎全部为玻璃态组织。从图5可以看出,外筒与渣层界面处温度最高为280°C,外筒内表面温度接近100°C。外筒经过下半圆周水腔内水的冷却,及随后近四分之一圆周的喷水冷却后,最高温度不超过80°C。通过热平衡计算,每小时炉渣冷却放出的热量约为3X 19J,每小时冷却水进水量约为29.7m3,若全部热量被冷却水吸收,水的升温不会超过25°C。

  [0053]内冷式单滚筒的外筒外直径为3000mm,厚度为20mm,转速为1.9转/min;内冷式单滚筒外直径为1400mm,厚度为15mm,内筒与外筒间隙为800mm ;碎渣副滚筒外直径为1000mm,壁厚100mm,转速为15转/min,夕卜表面沿轴向每隔2mm刻有宽度为0.5mm深为Imm的沟槽;采用某型实心长方形水雾喷嘴,喷嘴孔径25mm,进水压力为lbar,喷射角度为长边90°和短边60°,流量为5.8L/min,喷嘴口距外筒内表面为300mm,等间距布置的冷却水管共为8根,每根上配18个喷嘴,保证在外筒内表面形成连续水雾;共需喷嘴144个,计算得到总进口水流量为835L/min。

  [0054]高炉融渣落到外筒表面上的接触点所在直径与竖直方向夹角15°,高炉融渣的流量为1.85m3/h,形成厚度为1.8mm的渣层,高炉渣在外筒上被冷却的时间约为9.2s。在外筒与碎渣副滚筒接触点处,渣层内厚度方向温度分布如图6所示,外筒厚度方向温度分布如图7所示。从图6可以看出,炉渣在被碎渣副滚筒压碎剥离前,渣层内最高温度为840°C,说明炉渣已全部被冷却到硬化温度以下;通过冷却时间计算可知,炉渣的最小冷却速率约为61°C /s,满足高炉渣急冷的要求,冷却后的炉渣几乎全部为玻璃态组织。从图6可以看出,外筒与渣层界面处温度最高为192°C,外筒内表面温度接近70°C。外筒经过下半圆周水腔内水的冷却,及随后近四分之一圆周的喷水冷却后,最高温度不超过70°C。通过热平衡计算,每小时炉渣冷却放出的热量约为5.1 X 19J,每小时冷却水进水量约为50m3,若全部热量被冷却水吸收,水的升温不会超过25°C。

  1.一种高炉融渣的处理方法,其特征在于,其利用高炉融渣处理装置,该装置包括滚筒急冷粒化系统、冷渣机和余热回收系统;滚筒急冷粒化系统包括一个内冷式单滚筒和两个碎渣副滚筒,内冷式单滚筒由外筒和内筒构成,外筒和内筒之间环形腔的上半部分设有冷却水管,冷却水管上设有喷嘴,下半部分为水腔并连有出水口 ;高炉融渣处理装置采用如下控制方法: (1)内冷式单滚筒的外筒采用耐热钢材料,外直径为500-5000mm;厚度为5_40mm ; (2)内冷式单滚筒的内筒与外筒间隙为200-1000mm; (3)内冷式单滚筒的外筒转速为1-6转/min; (4)采用实心水雾喷嘴,喷嘴水压力为0.5-10bar,喷射角度为40° -110°,单个喷嘴流量为 l_60L/min ; (5)设置冷却水管和喷嘴数量,保证在外筒内表面上半部分形成连续水雾,在有渣层一侧布置较密; (6)高炉融渣在外筒表面上的落点所在直径与竖直方向夹角取为0°-40°。

  2.如权利要求1所述的高炉融渣的处理方法,所述内冷式单滚筒的外筒外直径优选为1000-3000mm ;厚度优选为 10_20mm。

  3.如权利要求1或2所述的高炉融渣的处理方法,内冷式单滚筒的内筒与外筒间隙优选为 300-500mm。

  4.如权利要求3所述的高炉融渣的处理方法,内冷式单滚筒的外筒转速优选为1.5-4转 /min。

  5.如权利要求1、2或4所述的高炉融渣的处理方法,所述喷嘴水压力优选为0.7-3bar,喷射角度优选为50° -70°,单个喷嘴流量一般优选为3-10L/min。

  6.如权利要求5所述的高炉融渣的处理方法,所述高炉融渣在外筒表面上的落点所在直径与竖直方向优选为5° -15°。

  7.如权利要求1、2、4或6所述的高炉融渣的处理方法,碎渣副滚筒外表面线速度取为内冷式单滚筒的外筒外表面线所述的高炉融渣的处理方法,所述滚筒急冷粒化系统的碎渣副滚筒独立运行,内部通水冷却,其外表面可以是平整的,也可是各种沟槽状。

  9.如权利要求7所述的高炉融渣的处理方法,所述滚筒急冷粒化系统的内冷式单滚筒的外筒旋转而内筒不动,冷却水管固定在内筒上,外筒两端端口受内筒端口支撑。

  10.如权利要求7所述的高炉融渣的处理方法,,所述滚筒急冷粒化系统的内冷式单滚筒的两端对称设置,均设有出水口、冷却水管进水口和支撑结构,且每一端的水路系统都可独立承担整个内冷式单滚筒的冷却要求。

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