一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法

《一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法》涉及冶煉行業(yè)熔融鋼渣的處理方法，屬于固體廢棄物處理領(lǐng)域，特別是熔融鋼渣的熱悶處理領(lǐng)域。

截至2011年4月，鋼渣處理方法很多，相對(duì)成熟的工業(yè)化方法有熱潑法、熱悶法、水淬法以及風(fēng)淬法等。熱潑法能處理各種形態(tài)鋼渣，但處理周期長(zhǎng)，占地大，環(huán)境污染嚴(yán)重。池式熱悶法經(jīng)歷三代改進(jìn)后，從當(dāng)初的800℃左右固態(tài)鋼渣入池到現(xiàn)在的液態(tài)渣直接入池，處理鋼渣的適應(yīng)性擴(kuò)大，同時(shí)，處理后的鋼渣穩(wěn)定性好；但是，池式熱悶處理法以工程機(jī)械作業(yè)為主，自動(dòng)化作業(yè)程度低，崗位作業(yè)環(huán)境差。風(fēng)淬法與水淬法相似，只是冷卻介質(zhì)不同。風(fēng)淬法與水淬法只能處理液態(tài)鋼渣，同時(shí)，經(jīng)風(fēng)淬法與水淬法處理后的鋼渣粉磨功耗高。

圖1為《一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法》的俯視圖。

圖2為圖1中的主視圖。

附圖主要符號(hào)說(shuō)明：1、鋼渣預(yù)處理室；2、渣罐傾翻車(chē)裝置；3、輥壓破碎裝置；4、余熱有壓熱悶罐；5、轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車(chē)；6、排蒸汽除塵裝置。

2016年12月7日，《一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法》獲得第十八屆中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)。 2100433B

實(shí)施例1（鋼渣溫度為1600℃）

1）啟動(dòng)渣罐傾翻車(chē)裝置3將盛有熔融鋼渣的渣罐送入鋼渣預(yù)處理室1內(nèi)，傾倒熔融鋼渣后退出，此時(shí)鋼渣溫度為1600℃，鋼渣為熔融液態(tài)；

2）對(duì)熔融液態(tài)鋼渣進(jìn)行打水冷卻，液態(tài)鋼渣表面迅速結(jié)殼，冷卻水汽化后經(jīng)排蒸汽除塵系統(tǒng)6排出；

3）停止噴水，啟動(dòng)輥壓破碎裝置3對(duì)鋼渣表面硬殼進(jìn)行初次破碎；

4）初次破碎完畢后，硬殼下的液態(tài)鋼渣再次被暴露，停止輥壓破碎，二次打水，使液態(tài)鋼渣再次結(jié)殼；

5）啟動(dòng)輥壓破碎裝置2進(jìn)行二次破碎，如此重復(fù)步驟2）-5），經(jīng)4次噴水與破碎后，此時(shí)鋼渣溫度為800℃，粒度小于150毫米；

6）再次啟動(dòng)輥壓破碎裝置3將破碎完畢的固態(tài)鋼渣推入渣槽并通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車(chē)5送入余熱有壓熱悶罐4；

7）余熱有壓熱悶罐4對(duì)高溫固態(tài)鋼渣進(jìn)行有壓熱悶處理。

具體操作是：?jiǎn)?dòng)熱悶罐噴水裝置對(duì)罐內(nèi)鋼渣進(jìn)行噴水，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)罐內(nèi)蒸汽壓力變化自動(dòng)調(diào)整噴水流量，壓力變化作為控制變量，噴水流量作為被控變量，控制方式采用模糊-PID串級(jí)控制，蒸汽壓力≥0.1兆帕的消解時(shí)間為1.5小時(shí)，待罐內(nèi)溫度小于100℃時(shí)，停止噴水霧，打開(kāi)罐門(mén)出渣。

實(shí)施例2（鋼渣溫度為1100℃）

1）啟動(dòng)渣罐傾翻車(chē)裝置2將盛有熔融鋼渣的渣罐進(jìn)入鋼渣預(yù)處理室1內(nèi)，傾倒熔融鋼渣后退出，此時(shí)鋼渣溫度為1100℃，鋼渣為固液混合態(tài)；

2）對(duì)熔融液態(tài)鋼渣進(jìn)行打水冷卻，液態(tài)鋼渣表面迅速結(jié)殼，冷卻水汽化后經(jīng)排蒸汽除塵系統(tǒng)6排出；

3）停止噴水，啟動(dòng)輥壓破碎裝置3對(duì)鋼渣表面硬殼進(jìn)行初次破碎；

4）初次破碎完畢后，硬殼下的液態(tài)鋼渣再次被暴露，二次打水，使液態(tài)鋼渣再次結(jié)殼；

5）啟動(dòng)輥壓破碎裝置3進(jìn)行二次破碎，如此重復(fù)步驟2）-5），經(jīng)3次噴水與破碎后，此時(shí)鋼渣溫度為600℃，粒度小于200米；

6）再次啟動(dòng)輥壓破碎裝置3將破碎完畢的固態(tài)鋼渣推入余熱有壓熱悶罐4；

7）余熱有壓熱悶罐4對(duì)高溫固態(tài)鋼渣進(jìn)行有壓熱悶處理。

具體操作是：?jiǎn)?dòng)熱悶罐噴水裝置對(duì)罐內(nèi)鋼渣進(jìn)行噴水，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)罐內(nèi)蒸汽壓力變化自動(dòng)調(diào)整噴水流量，壓力變化作為控制變量，噴水流量作為被控變量，控制方式采用模糊-PID串級(jí)控制，蒸汽壓力≥0.1兆帕的消解時(shí)間為1.3小時(shí)，待罐內(nèi)溫度小于100℃時(shí)，停止噴水霧，打開(kāi)罐門(mén)出渣。

實(shí)施例3（鋼渣溫度為850℃）

1）啟動(dòng)渣罐傾翻車(chē)裝置2將盛有熔融鋼渣的渣罐送入鋼渣預(yù)處理室1內(nèi)，傾倒熔融鋼渣后退出，此時(shí)鋼渣溫度為850℃；

2）對(duì)熔融鋼渣同時(shí)進(jìn)行打水冷卻及輥壓破碎，冷卻水汽化后經(jīng)排蒸汽除塵系統(tǒng)6排出；

3）噴水及輥壓破碎10分鐘后，停止預(yù)處理，此時(shí)鋼渣溫度為300℃，粒度小于250毫米；

4）再次啟動(dòng)輥壓破碎裝置3將破碎完畢的固態(tài)鋼渣推入余熱有壓熱悶罐4；

5）余熱有壓熱悶罐4對(duì)高溫固態(tài)鋼渣進(jìn)行有壓熱悶處理。

具體操作是：?jiǎn)?dòng)熱悶罐噴水裝置對(duì)罐內(nèi)鋼渣進(jìn)行噴水，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)依據(jù)罐內(nèi)蒸汽壓力變化自動(dòng)調(diào)整噴水流量，壓力變化作為控制變量，噴水流量作為被控變量，控制方式采用模糊-PID串級(jí)控制，蒸汽壓力≥0.1兆帕的消解時(shí)間為1.1小時(shí)，待罐內(nèi)溫度小于100℃時(shí)，停止噴水霧，打開(kāi)罐門(mén)出渣。

一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法專(zhuān)利目的

《一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法》的目的是提供一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法。

一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法技術(shù)方案

《一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法》的實(shí)施步驟為：

1）傾倒熔融鋼渣，將溫度為800℃-1600℃的熔融鋼渣傾倒于鋼渣預(yù)處理室中；

2）輥壓破碎，對(duì)鋼渣預(yù)處理室內(nèi)的熔融鋼渣表面噴水霧冷卻并通過(guò)輥壓破碎裝置進(jìn)行輥壓破碎至一定的溫度、粒度，所述的輥壓破碎裝置包括破碎輥與行走臺(tái)車(chē)，所述一定的溫度為200-800℃，所述一定的粒度為300毫米以下，所述的噴水霧與輥壓破碎為交替進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行；

3）推渣，輥壓破碎裝置將預(yù)處理室內(nèi)已冷卻的塊狀高溫鋼渣推至卸料口入渣槽內(nèi)；

4）轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車(chē)將盛有所述塊狀高溫鋼渣的渣槽轉(zhuǎn)運(yùn)至余熱有壓熱悶罐；

5）消解，對(duì)所述的塊狀高溫鋼渣表面噴水產(chǎn)生蒸汽且在交變的蒸汽壓力下消解f-CaO、f-MgO使鋼渣自解粉化，噴水流量隨熱悶罐內(nèi)的蒸汽壓力變化而自動(dòng)調(diào)整。在某一噴水流量下，當(dāng)蒸汽壓力隨時(shí)間呈正相關(guān)時(shí)，增大噴水流量；反之，減小噴水流量，蒸汽壓力≥0.1兆帕的消解時(shí)間為1-1.5小時(shí)。

6）出渣，待罐內(nèi)溫度小于100℃時(shí)，停止噴水霧，打開(kāi)罐門(mén)出渣。

一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法改善效果

《一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法》占地空間小，無(wú)污染，自動(dòng)化程度高，鋼渣水冷破碎效率高，鋼渣經(jīng)余熱有壓自解后性能穩(wěn)定，適用于建材行業(yè)。

1.《一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法》特征在于，包括以下步驟：

1）傾倒熔融鋼渣，將熔融鋼渣傾倒于鋼渣預(yù)處理室中；

2）輥壓破碎，對(duì)鋼渣預(yù)處理室內(nèi)的熔融鋼渣表面噴水霧冷卻并通過(guò)輥壓破碎裝置進(jìn)行輥壓破碎至一定的溫度、粒度；

3）推渣，輥壓破碎裝置將鋼渣預(yù)處理室內(nèi)已冷卻的塊狀高溫鋼渣推至卸料口入渣槽內(nèi)；

4）轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車(chē)將盛有所述塊狀高溫鋼渣的渣槽轉(zhuǎn)運(yùn)至余熱有壓熱悶罐：

5）消解，對(duì)所述的塊狀高溫鋼渣表面噴水產(chǎn)生蒸汽且在交變的蒸汽壓力下消解f-CaO、f-MgO使鋼渣自解粉化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，在所述的步驟1）中，所述的熔融鋼渣的溫度為800℃-1600℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，在所述的步驟2）中，所述的噴水霧與輥壓破碎為交替進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，在所述的步驟2）中，所述一定的溫度為200-800℃，所述一定的粒度為300毫米以下。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，在所述的步驟2）、步驟3）中，所述的輥壓破碎裝置包括破碎輥與行走臺(tái)車(chē)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，在所述的步驟5）中，噴水流量隨熱悶罐內(nèi)的蒸汽壓力變化而自動(dòng)調(diào)整。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，在所述的步驟5）中，在某一噴水流量下，當(dāng)蒸汽壓力隨時(shí)間呈正相關(guān)時(shí)，增大噴水流量；反之，減小噴水流量。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，在所述的步驟5）中，蒸汽壓力≥0.1兆帕的消解時(shí)間為1-1.5小時(shí)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔融鋼渣余熱有壓熱悶處理方法，其特征在于，還包括步驟6）：出渣，待罐內(nèi)溫度小于100℃時(shí)，停止噴水霧，打開(kāi)罐門(mén)出渣。

汽碎淺悶余熱回收法可回收轉(zhuǎn)爐熔融渣所含全部資源。它是在結(jié)合傳統(tǒng)風(fēng)碎原理和傳統(tǒng)熱悶原理的基礎(chǔ)上，采用高壓蒸汽代替壓縮空氣，用淺悶池代替深?lèi)灣?，并整合熱管余熱回收系統(tǒng)，從而達(dá)到全部回收廢鋼、顯熱、廢渣的目的。汽碎淺悶余熱回收的原理主要包括熔渣冷卻原理、渣鐵分層原理、汽碎原理、淺悶原理及熱原理

（1）熔渣冷卻原理：關(guān)于高溫液態(tài)渣從1600℃冷卻到100℃以下室溫的過(guò)程，根據(jù)所選擇的冷卻工藝的不同，最后的終渣成分也十分不同。因此，為了獲得高品位的可供水泥行業(yè)使用的終渣，必須對(duì)熔渣的冷卻過(guò)程實(shí)行嚴(yán)格控制，這樣就必須對(duì)冷卻過(guò)程中所發(fā)生的內(nèi)涵有所了解。基本上，在不同溫度段，有如下關(guān)鍵反應(yīng)：　1600℃—液態(tài)渣　爐內(nèi)高溫形成穩(wěn)定熔融渣　1200℃—半液態(tài)渣　C3S分解成C2S800℃－700　℃　—固態(tài)渣　β－C2S分解　500℃以下—固態(tài)渣　活性穩(wěn)定，但安定性未定采用淬冷方式，數(shù)秒鐘之內(nèi)渣溫度從1600℃降到600℃，快速通過(guò)了兩個(gè)不穩(wěn)定溫度區(qū)，使分解反應(yīng)較少發(fā)生，因此渣成分基本上保持爐內(nèi)高溫渣成分（95%），活性成分得以保留。

（2）渣鐵分層原理：關(guān)于渣和鐵在液態(tài)下的存在狀態(tài)，有兩種不同的看法。傳統(tǒng)的看法，認(rèn)為液態(tài)渣鐵由于比重、粘度等物理特性的不同，在包內(nèi)存在一個(gè)分層接觸的界面。另一種看法認(rèn)為，實(shí)際上這一明顯界面并不存在，而是液態(tài)渣鐵相互混溶與共存。本文認(rèn)為，實(shí)際情況應(yīng)為拆衷情況：在倒渣初期，應(yīng)是混溶狀態(tài)；通過(guò)攪拌、靜置一段時(shí)間后，應(yīng)會(huì)分層，鐵沉于底部。由于鐵渣的重量比一般在10%左右，而鐵的密度比渣的密度大2－3倍，所以鐵的體積一般只占總?cè)墼w積的3%－5%，也即很薄的一層。渣鐵是否分層對(duì)于后續(xù)各工序都有影響，甚至與是否加磁選設(shè)備和能否渣鐵預(yù)分離都有重要關(guān)系。

（3）汽碎的原理比較簡(jiǎn)單，也是利用高壓蒸汽在空中將落下的高溫液態(tài)鋼渣流股迅速擊碎為細(xì)小液滴，液滴落下至篩板并與氣流介質(zhì)換熱以回收顯熱，該過(guò)程中渣溫被冷卻至400℃左右。　汽碎有4個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：1）高溫液態(tài)鐵極易氧化，采用蒸汽淬冷可減少氧化從而多回收廢鋼；2）同等條件下，蒸汽對(duì)渣粒的沖擊力優(yōu)于空氣和氮?dú)猓?）蒸汽的實(shí)質(zhì)是H2O，處理過(guò)程可參與改善廢渣成分；4）蒸汽便于自產(chǎn)自用。

（4）淺悶的原理類(lèi)似于傳統(tǒng)的熱悶渣工藝，也是利用水或帶壓蒸汽的作用穩(wěn)定化處理渣成分，但是將悶渣時(shí)間大大縮短，即淺悶。傳統(tǒng)的熱悶渣約需十幾個(gè)小時(shí)，而淺悶的時(shí)間盡量控制在一小時(shí)以?xún)?nèi)，以減小占地和投資。淺悶的原因如下：采用蒸汽淬冷方法，可使液態(tài)渣瞬間?；⒊煞只痉€(wěn)定。淬冷過(guò)后的渣粒徑約φ2mm左右，已經(jīng)達(dá)到普通熱悶的粉化效果；　蒸汽淬冷過(guò)后，主要活性物質(zhì)C2S和C3S含量高，活性好；f－CaO含量在1%上下，渣穩(wěn)定性好。風(fēng)碎或汽碎鋼渣的活性成分要優(yōu)于熱悶渣，而要加強(qiáng)穩(wěn)定性，只需淺悶即可。汽碎過(guò)后渣溫仍有400℃左右，從安全和余熱角度，需再降到常溫，因此需再悶，目的之一是換熱，因此淺悶即可。

（5）熱管原理：熱管是一種利用工質(zhì)的相變來(lái)實(shí)現(xiàn)高效傳熱的元件。在余熱回收?qǐng)龊希捎谟酂釤煔獾臏囟?、含塵、間歇與波動(dòng)等復(fù)雜性，使得換熱器的安全和壽命提到很重要的位置。熱管正適合這類(lèi)場(chǎng)合的應(yīng)用。

熱悶法：將液態(tài)的鋼渣運(yùn)至熱悶處理生產(chǎn)線(xiàn)，直接傾翻至熱悶裝置中，蓋上裝置蓋，自動(dòng)化控制噴水產(chǎn)生蒸汽對(duì)鋼渣進(jìn)行消解處理，8～12小時(shí)后裝置內(nèi)溫度降至60℃，打開(kāi)裝置蓋，用挖掘機(jī)將鋼渣鏟出放入振動(dòng)給料篩，<200mm的鋼渣輸送至篩分、磁選、提純加工生產(chǎn)線(xiàn)。

風(fēng)碎法：用高速氣流在空中將落下的高溫液態(tài)鋼渣流股迅速擊碎為細(xì)小液滴，并隨氣流定向飛行，在飛行過(guò)程中迅速冷卻為半固態(tài)渣粒，直徑2mm左右，然后分散落入水中，迅速冷卻至常溫。

其它方法：主要有渣山冷棄法、淺盤(pán)熱潑水淬法、渣箱熱潑法、滾筒法等。熔融渣的顯熱利用方法，分為熔融渣物理熱回收技術(shù)和熔融渣化學(xué)熱回收技術(shù)。

熔融渣物理熱回收技術(shù)主要有風(fēng)碎粒化余熱鍋爐熱能回收法、風(fēng)碎?；駝?dòng)流化床熱能回收法、連鑄式余熱鍋爐熱能回收法、雙內(nèi)冷轉(zhuǎn)筒?；療崮芑厥辗ā⑥D(zhuǎn)杯?；瘹饬骰矡崮芑厥辗?、液態(tài)錫做熱載體的熱能回收方法、滾筒鋼渣粒化及熱能回收法。熔融渣化學(xué)熱回收技術(shù)主要有生產(chǎn)礦棉、鋼渣熱態(tài)成型生產(chǎn)陶瓷產(chǎn)品、利用爐渣顯熱制氫技術(shù)、利用爐渣顯熱制煤氣技術(shù)等。

對(duì)于鋼渣處理，最完美的方案應(yīng)該是：鋼渣所含全部資源（廢鋼、顯熱、終渣）能夠100%回收利用，并對(duì)環(huán)境不造成二次污染。作為實(shí)際方案，還可以加上經(jīng)濟(jì)成本最低這一條。綜合分析國(guó)內(nèi)外技術(shù)，還沒(méi)有一種技術(shù)能同時(shí)回收高溫熔融渣的顯熱、廢鋼并提高廢渣附加值。而隨著節(jié)能環(huán)保的大趨勢(shì)日漸到來(lái)，正是研發(fā)這一代新技術(shù)的大好時(shí)機(jī)。從回收廢鋼的角度來(lái)說(shuō)，熱悶法也許是最合適的，最多可回收廢鋼10%，回收率90%以上；從有效回收熔融渣顯熱的角度來(lái)說(shuō)，?；夹g(shù)最便于回收高品位余熱；從提高廢渣附加值的角度來(lái)說(shuō)，熱悶法和風(fēng)碎法都比較合適，其廢渣產(chǎn)品穩(wěn)定性和活性較好，可作水泥原料使用，粒徑等物理化學(xué)成分可控。

液態(tài)鋼渣直接倒入熱悶裝置中，噴霧遇熱渣產(chǎn)生飽和蒸氣與鋼渣中游離的氧化鈣 f-CaO, 游離氧化鎂 f-MgO 發(fā)生如下反應(yīng)：

f-CaO H2O→Ca(OH)2 體積膨脹98%

f-MgO H2O→Mg(OH)2 體積膨脹148%

由于上述反應(yīng)致使鋼渣自解粉化

f-CaO H2O→Ca(OH)2 體積膨脹98%

f-MgO H2O→Mg(OH)2 體積膨脹148%

由于上述反應(yīng)致使鋼渣自解粉化