本發(fā)明涉及一種熔渣處理工藝和裝置，特別是涉及一種熔渣熱能利用方法和裝置，應用于二次能源回收和熔渣處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從目前全國來看，我國現(xiàn)高爐渣處理全部采用水淬法，高爐渣熱能利用率極低，所謂的利用就是部分企業(yè)在高爐渣水淬冷卻過程中產(chǎn)生的熱水進行冬季取暖。根據(jù)資料介紹，鞍鋼高爐渣鐵比300kg/t，本鋼高爐渣鐵比400kg/t，北臺鋼鐵廠2006年平均高爐渣鐵比460kg/t?！稛掕F學》爐渣焓熱430Kcal/kg計算，如按本鋼每煉1t生鐵渣焓熱為400×430×4.18＝718960kJ，由于高爐渣的主要成分是CaO、SiO2、MgO等，渣生成化學成分、結(jié)構(gòu)沒有變化，因此可將渣的焓熱視為顯熱計算。如果標準煤按照發(fā)熱值按照29260KJ/kg計算，全國生鐵年產(chǎn)量按7億t計算，渣鐵比按400kg/t計算，每年因高爐渣帶走熱量相當于4435.4萬t標準煤，價值547.2億元，當然還有銅冶煉、鋁冶煉及其它金屬冶煉過程中的渣。
目前國內(nèi)外高爐渣顯熱利用的研究不少。重慶大學200620110985.4專利公開了一種高爐渣熱回收裝置。該方法采用液渣直接入安裝有旋轉(zhuǎn)輪的蜜蜂容器里，紅的熱渣落到旋轉(zhuǎn)輪上被電機帶動的高速旋轉(zhuǎn)輪拋出，開始粒化并冷卻，同時空氣被加熱，熱的空氣經(jīng)風機引出進入熱交換器，熱交換器交換出的空氣再加以利用。俄羅斯RU2018494專利公開了一種《渣處理方法及實驗裝置》。該方法是高溫液態(tài)爐渣被注入放置的滾筒內(nèi)，當爐渣與置于滾筒內(nèi)的鋼球接觸時被急冷，爐渣由液態(tài)轉(zhuǎn)成脆狀可塑態(tài)并凝固在球體表面，由于球體的彼此運動和彼此碰撞，爐渣被破碎成700℃左右粒狀固態(tài)渣，固態(tài)渣連續(xù)輸送到氣渣交換器內(nèi)與循環(huán)氣體進行熱交換。北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司200810229364.1專利公開了一種蒸汽循環(huán)法高爐渣熱能利用及實驗裝置。該處理是高爐渣由渣溝直接經(jīng)喂料機拋到密閉容器沸騰釜內(nèi)，經(jīng)過拋射、反射及噴水或入水冷卻，再經(jīng)過低溫循環(huán)蒸汽冷卻等過程使渣冷卻、?；?，過程中產(chǎn)生的過熱蒸汽經(jīng)風機循環(huán)輸出加以利用。這些渣處理及熱回收方法歸結(jié)起來基本都是利用空氣或者水蒸氣作為冷卻介質(zhì)，需要冷卻空氣用量大，設(shè)備復雜，風機功率大，或者由于密封壓力問題，蒸汽溫度難以上升，熱利用受到限制。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種爐渣處理及熱能利用方法及裝置，能進行爐渣處理和渣熱能回收的功能集成，即浮法爐渣熱能利用。該方法能使爐渣由渣溝流入錫液槽內(nèi)，由于爐渣密度小，浮在錫液表面，并向錫液放熱，錫液吸收熱量。通過控制熔渣流速，使其冷卻至渣熔點開始凝固，再經(jīng)過軋輥碾碎成所需大小收集保溫起來，可用作二次熱能利用。
為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
一種爐渣處理及熱能利用方法，分階段進行液態(tài)熔渣的熱量的回收利用，具體步驟如下：
a.熔渣的第二階段熱量回收過程：
首先利用錫液浮法收集液態(tài)的熔渣的熱量，具體使熔渣流入錫液槽內(nèi)，熔渣浮在錫液表面上，在錫液槽內(nèi)形成分層的高溫熔體，熔渣向錫液放熱，錫液吸收熔渣的熱量，利用熱交換器，將錫液中儲存的熱能進行熱能回收利用，使錫液成為熔渣和熱交換器的熱端之間進行熱量輸送的熱橋，進行熔渣的第一階段熱量回收，即完成液態(tài)渣的熱能收集；特別適用于對溫度高于300℃的冶金熔渣進行熱能回收利用；尤其適用于對高爐冶金熔渣進行熱能回收利用；
b.固態(tài)渣的?；幚恚?/p>
通過控制熔渣流速，使熔渣完成在步驟a的第一階段熱量回收過程后，使熔渣冷卻至渣熔點后，渣熔開始凝固，再將凝固后的固態(tài)渣進行破碎粒化，破碎成所需大小的粒狀固態(tài)渣，將粒狀固態(tài)渣收集起來，并進行保溫；優(yōu)選利用軋輥碾碎凝固渣，進行破碎；在固態(tài)渣的?；幚磉^程中，優(yōu)選通過調(diào)整軋輥間距，獲得所需要粒度尺寸的粒狀固態(tài)渣；
c.熔渣的第二階段熱量回收過程：
利用另外的熱交換器，將經(jīng)過步驟b制備的粒狀固態(tài)渣中剩余的熱能進行二次熱能利用，使固態(tài)渣冷卻，進行固態(tài)渣的熱能收集，即完成熔渣的第二階段熱量回收過程。
一種爐渣處理及熱能利用裝置，主要由熔渣熱量初步回收系統(tǒng)、破碎裝置和余熱回收系統(tǒng)組成，熔渣熱量初步回收系統(tǒng)以錫液作為冷卻介質(zhì)，液態(tài)熔渣由熔煉爐的渣口通過渣溝流入錫液槽內(nèi)，使熔渣浮在錫液的表面上，在錫液槽內(nèi)形成分層的高溫熔體，熔渣向錫液放熱，錫液則吸收熔渣的熱量，利用熱交換器將錫液中儲存的熱能進行再回收和輸送，使錫液成為熔渣和熱交換器的熱端之間進行熱量輸送的熱橋部分，構(gòu)成熔渣熱量初步回收系統(tǒng)；通過控制熔渣流速，使熔渣流經(jīng)熔渣熱量初步回收系統(tǒng)，熔渣的溫度逐漸降低，在靠近錫液槽的排放口處，將熔渣冷卻至渣熔點，熔渣開始凝固，再將凝固后的固態(tài)渣從錫液槽的排放口中傳送到破碎裝置中，利用破碎裝置進行破碎?；瑢⒋髩K或成片的固態(tài)渣破碎成所需粒度大小的粒狀固態(tài)渣；然后利用渣槽將粒狀固態(tài)渣收集起來，并進行保溫，接著將粒狀固態(tài)渣再通過余熱回收系統(tǒng)進行剩余熱能收集，余熱回收系統(tǒng)主要包括換熱器，通過換熱器進一步使粒狀固態(tài)渣冷卻，進行余熱回收。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，在錫液槽的上方還設(shè)有上蓋，上蓋將錫液槽內(nèi)的熔體表面遮蓋起來。
作為上述方案的進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，破碎裝置采用軋輥，經(jīng)過軋輥碾碎凝固渣，將凝固渣進行破碎制成粒狀固態(tài)渣。
作為上述方案的進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，軋輥的軋輥間距可調(diào)，通過改變軋輥間距，對破碎制成粒狀固態(tài)渣的粒度進行調(diào)整。
作為上述方案的進一步優(yōu)選的技術(shù)方案，軋輥的內(nèi)部也設(shè)有熱能回收裝置或冷卻裝置，使軋輥表面形成被軋輥碾壓的固態(tài)渣吸熱面。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點：
1.傳統(tǒng)的熱交換裝置采用風冷和水冷方法，如以重慶大學、東北大學、NKK公司、俄羅斯RU2018494專利為代表的渣熱能利用方法，都是采用的先破碎渣，而后用空氣為載體帶走渣熱，經(jīng)過鍋爐換熱實現(xiàn)渣熱能利用，這些傳統(tǒng)的熱量回收方法為風冷型；水的比熱為4.2KJ/kg，過熱蒸汽的比熱1.98-2KJ/kg，而錫液的比熱在0.22×103KJ/kg，在介質(zhì)密度變化不大的情況下，本發(fā)明采用錫液吸收渣熱比用空氣、水、水蒸汽換熱效率要高的多；
2.本發(fā)明采用錫液作為冷卻介質(zhì)，錫的金屬活潑性很小，燒損少，熔點為231.89℃，低于大多數(shù)熔渣的凝固點，錫價格便宜且無毒，利用錫液浮法處理爐渣，能得到平整的固態(tài)高爐渣片，并可通過軋輥控制厚度及碎片大小，實現(xiàn)爐渣處理和渣熱能回收的功能集成；本發(fā)明采用的錫液槽能通過長度、深度和寬度調(diào)整實現(xiàn)不同的處理能力，錫液中的熱量能用不同方式進行導出，采用軋輥進行破碎時，能通過直徑和長度調(diào)整實現(xiàn)不同的破碎處理效率，實現(xiàn)有效的爐渣處理過程和高效的二次能源回收利用；
3.本發(fā)明得到的爐渣碎片溫度通常在1200℃左右，含有的熱量較大，可靈活轉(zhuǎn)移再二次利用；
4.本發(fā)明爐渣的處理方法能處理各類其他冶煉爐渣，能推廣應用本發(fā)明余熱回收工藝，具有顯著的工業(yè)價值，對節(jié)能降耗具有重要意義。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例一爐渣處理及熱能利用裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下：
實施例一：
在本實施例中，參見圖1，一種爐渣處理及熱能利用裝置，主要由熔渣熱量初步回收系統(tǒng)、破碎裝置8和余熱回收系統(tǒng)組成，熔渣熱量初步回收系統(tǒng)以錫液5作為冷卻介質(zhì)，液態(tài)熔渣4由熔煉爐1的渣口通過渣溝2流入錫液槽3內(nèi)，使熔渣4浮在錫液5的表面上，在錫液槽3內(nèi)形成分層的高溫熔體，熔渣4向錫液5放熱，錫液5則吸收熔渣4的熱量，利用熱交換器6將錫液5中儲存的熱能進行再回收和輸送，熱交換器6采用由蛇形熱管組成的導熱裝置，蛇形熱管的吸熱區(qū)域浸入到錫液5中進行吸熱，使錫液5成為熔渣4和熱交換器6的熱端之間進行熱量輸送的熱橋部分，構(gòu)成熔渣熱量初步回收系統(tǒng)；通過控制熔渣4流速，使熔渣4流經(jīng)熔渣熱量初步回收系統(tǒng)，熔渣4的溫度逐漸降低，在靠近錫液槽3的排放口處，將熔渣4冷卻至渣熔點，熔渣4開始凝固，再將凝固后的固態(tài)渣從錫液槽3的排放口中傳送到破碎裝置8中，利用破碎裝置8進行破碎?；?，將大塊或成片的固態(tài)渣破碎成所需粒度大小的粒狀固態(tài)渣10；然后利用渣槽9將粒狀固態(tài)渣收集起來，并進行保溫，接著將粒狀固態(tài)渣10再通過余熱回收系統(tǒng)進行剩余熱能收集，余熱回收系統(tǒng)主要包括換熱器，通過換熱器進一步使粒狀固態(tài)渣10冷卻，進行余熱回收。
在本實施例中，參見圖1，在錫液槽3的上方還設(shè)有上蓋7，上蓋將錫液槽3內(nèi)的熔渣4表面上方遮蓋起來，減少熱量散失，并防止煙塵泄露。本實施例熔煉爐1為高爐。本實施例利用錫液浮法進行高爐渣熱能利用，1600℃的高爐渣由渣溝2流入錫液槽9內(nèi)，由于高爐渣密度小，浮在錫液5表面，并向錫液5放熱，錫液5吸收熱量。通過控制熔渣4流速，使其冷卻至1200℃的渣熔點開始凝固，再經(jīng)過軋輥碾碎成所需大小收集保溫起來，用作二次熱能利用。
在本實施例中，參見圖1，破碎裝置8采用軋輥，經(jīng)過軋輥碾碎凝固渣，將凝固渣進行破碎制成粒狀固態(tài)渣10。軋輥的軋輥間距可調(diào)，通過改變軋輥間距，對破碎制成粒狀固態(tài)渣10的粒度進行調(diào)整。通過控制軋輥的轉(zhuǎn)速，進而控制破碎凝固渣的速度，從而間接控制錫液槽3內(nèi)的熔渣4流速，使錫液槽3內(nèi)的大塊或成片的固態(tài)渣被不斷輸送出來，由高爐的渣口通過渣溝2流入錫液槽3內(nèi)的熔渣4不斷浸入錫液槽3，填補大塊或成片的固態(tài)渣從錫液槽3排出后在錫液5表面空出的表層空區(qū)，從而實現(xiàn)熔渣4的勢能流動。
本實施例爐渣處理及熱能利用方法，分階段進行液態(tài)的熔渣的熱量的回收利用，具體步驟如下：
a.熔渣的第二階段熱量回收過程：
首先利用錫液浮法，收集液態(tài)的高爐熔渣4的熱量，具體使熔渣4流入錫液槽3內(nèi)，熔渣3浮在錫液4表面上，在錫液槽3內(nèi)形成分層的高溫熔體，熔渣3向錫液4放熱，錫液4吸收熔渣3的熱量，利用熱交換器6，將錫液4中儲存的熱能進行熱能回收利用，使錫液4成為熔渣3和熱交換器6的熱端之間進行熱量輸送的熱橋，進行熔渣3的第一階段熱量回收，即完成液態(tài)渣的熱能收集；
b.固態(tài)渣的粒化處理：
通過控制熔渣3流速，使熔渣3完成在步驟a的第一階段熱量回收過程后，使熔渣3冷卻至渣熔點后，渣熔3開始凝固，再將凝固后的固態(tài)渣進行破碎?；?，破碎成所需大小的粒狀固態(tài)渣10，將粒狀固態(tài)渣10收集起來，并進行保溫；
c.熔渣的第二階段熱量回收過程：
利用另外的熱交換器，將經(jīng)過步驟b制備的粒狀固態(tài)渣10中剩余的熱能進行二次熱能利用，使固態(tài)渣冷卻，進行固態(tài)渣的熱能收集，即完成熔渣的第二階段熱量回收過程。
在本實施例中，參見圖1，本實施例改變了現(xiàn)有爐渣處理的水淬、水冷及熱能利用方式，也不同于機械破碎風冷渣的工藝方法及裝置，本實施例拋棄了傳統(tǒng)的空氣、水作為冷卻介質(zhì)，而采用錫液5冷卻，得到的固態(tài)高爐渣相對平整，碾碎的大小可根據(jù)需要調(diào)整軋輥間距。并且使大部分熱量得以保存，可供轉(zhuǎn)移和二次熱能利用以及回收高爐渣的成分。本實施例工藝上解決了渣處理、熱能回收的兩個關(guān)鍵問題。一是渣的碎片化，二是渣的熱能回收，熱回收效率高。碎片化的高爐渣可靈活地進行二次熱能利用。
實施例二：
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于：
在本實施例中，軋輥的內(nèi)部也設(shè)有熱能回收裝置，使軋輥表面形成被軋輥碾壓的固態(tài)渣吸熱面，吸收軋輥進行碾壓作業(yè)時產(chǎn)生的熱量和固態(tài)渣中的部分熱量，通過熱能回收裝置對回收的熱量進行輸送或儲存，同時通過對固態(tài)渣進行降溫，提高固態(tài)渣的冷脆性，提高破碎的效率，并提高軋輥的使用壽命，降低固態(tài)渣的破碎成本。
實施例三：
本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：
在本實施例中，軋輥的內(nèi)部也設(shè)有冷卻裝置，使軋輥表面形成被軋輥碾壓的固態(tài)渣吸熱面，使與軋輥表面直接接觸的固態(tài)渣進行降溫，提高固態(tài)渣的冷脆性，提高破碎的效率，并提高軋輥的使用壽命，降低固態(tài)渣的破碎成本。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明爐渣處理及熱能利用方法及裝置的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。