專利名稱：液態(tài)高爐渣熱量回收過程中渣的?；椒捌溲b置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金過程的節(jié)能、二次能源的回收利用技術，尤其是應用于高爐煉鐵過程所產(chǎn)生的副產(chǎn)品--高溫液態(tài)高爐渣的熱量回收技術，具體涉及一種液態(tài)高爐渣熱量回收過程中渣的?；椒捌溲b置。
背景技術：
鋼鐵工業(yè)是一個能源和資源消耗巨大的行業(yè)。在煉鐵過程中，消耗的大量焦炭等的熱量進入鐵水和鋼液、煤氣或煙氣、液態(tài)高爐渣中。其中液態(tài)渣所含有的物理熱占有的比例較大。對高溫液態(tài)高爐渣，由于溫度高，積存的熱量大，其物理熱的利用是目前鋼鐵企業(yè)最重要的節(jié)能方向之一。對冶金二次資源和能源進行充分的和高附加值的利用，是冶金工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵之一，也是降低環(huán)境污染的有效措施[1]。
以2002年年產(chǎn)400萬噸鋼的濟南鋼鐵公司為例，其排放的高爐渣72萬噸，出渣時液態(tài)高爐渣的溫度為1450℃左右，其可回收的余熱每年達4.28萬噸標準煤。可見，高溫液態(tài)高爐渣中含有大量的能量。但是由于高爐渣的數(shù)量最大，出渣的時間短、出渣速度大，熱量回收的難度較大。
目前，國內外對高溫渣熱量利用的研究主要集中在燃煤鍋爐的高溫灰渣等方面，幾乎沒有高溫液態(tài)高爐渣熱量利用方面的文獻發(fā)表[2]。對燃煤電廠等用煤作燃料的鍋爐燃燒過程所排放的高溫灰渣，國內剛剛開始進行風(空氣)等冷卻和熱量回收技術的研究。國內外的研究主要集中在灰渣的風冷、風或煙氣和水聯(lián)合冷卻、冷渣器的設計和實驗研究、數(shù)值仿真及如何提高鍋爐的熱效率等方面[3-8]。也可以用向前推進的螺旋葉軸以及殼體夾套內的冷卻水帶走渣的熱量，并回收冷卻水帶走的熱來完成對渣中熱量的回收[9]。
在煉鐵煉鋼過程產(chǎn)生的冶金渣熱量的利用方面，研究表明高溫液態(tài)的高爐渣可作為熱源，可用于煤的氣化[10]?？蓪σ簯B(tài)渣在電爐內的流動和傳熱進行三維數(shù)值模擬研究，以探討電爐冶煉的熱效率和熱量利用[11]。由于液態(tài)鋼鐵渣含有大量的能源，可用熔鹽介質進行回收其熱量[12]。
目前，在冶金企業(yè)中，回收熱量唯一成功的例子是干法熄焦。此法普遍采用的是用惰性氣體(CO2、N2)作為吸收熾熱焦炭的介質。即在一個密閉裝置里，大約經(jīng)過2.5h的冷卻，N2將1000℃左右的高溫焦炭冷卻到250℃左右，再由廢熱鍋爐回收提高了溫度的惰性氣體的熱量。經(jīng)降溫和除塵后的氣體，繼續(xù)循環(huán)用于干法熄焦。
而我國高爐渣全部采用水淬，還沒有采用空冷(或惰性氣體冷卻)的企業(yè)；對轉爐鋼渣有2-3個廠家進行氣碎，但沒有對液態(tài)爐渣的大量熱量進行回收利用。并且爐渣采用水淬，將耗費大量的水量，其水渣比在8-15∶1左右。國外(主要是日本)在轉爐鋼渣方面有風冷方法的研究，并能同時進行熱量的回收(冷卻的主要目的是渣的粒化)，但其技術沒有公開；對高爐渣還未開展相關的研究工作。
由于液態(tài)高爐渣能量利用存在相當?shù)碾y度和其它方面的原因，從國內外已發(fā)表的文獻和已申報的專利看，對高溫爐渣顯熱的利用，國內還沒有開展此方面的研究工作，沒有成熟的和可資借鑒的技術；國外對此方面的研究也未見相關報道。即在世界范圍內，對高爐煉鐵產(chǎn)生的高溫液態(tài)高爐渣含有的物理熱和相變熱等均沒有有效的工業(yè)化回收方法。對液態(tài)高爐渣的熱量回收，存在兩個關鍵問題一是液渣的?；?；二是如何最有效地進行高溫爐渣與冷卻氣體的熱交換，使回收的熱效率最高。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種液態(tài)高爐渣熱量回收過程中渣的?；椒ǎ赃_到有效回收、利用高溫液態(tài)高爐渣的物理熱的目的。
本發(fā)明的另一個目的是為實現(xiàn)上述方法所提供一種對液態(tài)高爐渣粒化的裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的液態(tài)高爐渣熱量回收過程中渣的?；椒ǎ涮卣髟谟诟郀t排出的液渣在下流過程中，通過粒化裝置高速旋轉的離心力作用，將液態(tài)高爐渣沿?；b置的旋轉體上部運動甩出，在運動甩出及碰撞過程中破碎成粒狀；具體包括如下步驟1)高溫液態(tài)高爐渣從高爐下部渣口流出，進入熱量回收密閉裝置上的澆口；2)從澆口內流入到旋轉的粒化裝置上，通過?；b置的高速旋轉和離心力作用，將液渣氣碎成粒狀。
一種液態(tài)高爐渣粒化裝置，其特征在于主體為輪輻式圓盤結構，中心部位為實心圓盤；圓盤四周呈輻射狀往外設置菱條；相鄰兩菱條之間留有渣粒通過的縫隙，圓盤在整個輪輻菱條中心下凹；圓盤的底部通過傳動軸與電機連接；圓盤的外沿設置擋板。
液態(tài)高爐渣?；b置的另一種形式是主體為罩杯式結構，中心部位為一個上大下小的圓臺狀罩杯，底部與側壁呈鈍角；罩杯的側壁上均勻設有出料孔；罩杯外環(huán)呈輻射狀往外設置菱條；相鄰兩菱條之間留有渣粒通過的縫隙，罩杯在整個輪輻菱條中心下凹；罩杯的底部通過傳動軸與電機連接。
進一步的發(fā)明是所述輪輻菱條的斷面為三角形，菱條上間隔橫向和向上布置5-7個刺。液渣?；b置通過電機和傳動系統(tǒng)控制其旋轉的速度。
采用本發(fā)明方法，具有如下優(yōu)點1、在較短的時間范圍內使液渣?；奢^小的顆粒，是保證回收液渣熱量效果的關鍵之一。采用本發(fā)明方法能夠在較短的時間范圍內獲得比較均勻、細小的顆粒渣。顆粒越細，渣與氣體進行有效熱交換的時間就越短，顆粒渣內部的熱量就越容易傳出到顆粒的表面而與氣體進行熱交換。顆粒越細小，顆粒被急冷的速度就越快，顆粒渣的質量(包括強度、活性等指標。強度越高；粒渣儲存的表面能越大，活性越好)就越好。
2、本發(fā)明采用氣冷技術冷卻液態(tài)高爐渣，經(jīng)熱交換后的高溫氣體用作余熱鍋爐發(fā)電、用于熱風爐等，氣體經(jīng)補充一部分新的氣體后循環(huán)對高爐渣進行冷卻。
3、本發(fā)明能回收大量的能源，同時將液態(tài)高爐渣等的冷卻由水冷改為氣冷，顯著節(jié)省冷卻水量，可節(jié)約大量的水資源；可消除冷卻水的二次污染，保證冷卻后渣的物化性質與水淬的渣相似或更好，并可在國內各冶金企業(yè)推廣應用。
4、實現(xiàn)本發(fā)明方法的兩種?；b置，結構簡單、設計合理，均能保證在線有效地對液態(tài)高爐渣進行?；?，從而保證能夠對液態(tài)高爐渣的熱量進行有效的回收。


圖1是本發(fā)明?；b置的結構示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本發(fā)明?；b置另一實施例的結構示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是液態(tài)高爐渣?；瘜嶒炦^程的照片。
具體實施例方式
研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)高爐渣熱量的回收，有兩個關鍵的問題需要解決一是液渣的?；瘑栴}，二是?；笤臒崃咳绾巫钣行У亟粨Q給冷卻氣體。本發(fā)明是解決前一問題。
本發(fā)明液態(tài)高爐渣熱量回收過程中渣的?；椒?，具體步驟如下1)高溫液態(tài)高爐渣從高爐下部渣口流出；2)通過爐前渣溝流動到高爐平臺邊緣；3)進入熱量回收密閉裝置上的澆口；4)從澆口內流入到旋轉的?；b置上；5)通過粒化裝置的高速旋轉和離心力作用，將液渣氣碎成粒狀。
圖5給出了罩杯式?；b置的?；^程照片(為了照相和觀看方便，粒化時在密閉容器外進行。當然對圖中的液渣未進行熱量回收)。實驗及其照片表明高溫液態(tài)高爐渣的?；Ч芎谩Ｒ涸；b置通過電機和傳動系統(tǒng)控制其旋轉的速度，旋轉的速度是可調的。對傳動系統(tǒng)采用電動機帶動齒輪傳動，傳動系統(tǒng)位于密閉裝置的內部或外部，如在內部需要對傳動系統(tǒng)進行密封隔熱保護，其詳細內容見同時申請的“熱量回收裝置及方法”部分。
本發(fā)明液渣?；砭褪且涸谙铝鬟^程中，通過粒化裝置的高速旋轉的離心力作用，將液態(tài)高爐渣沿粒化裝置的旋轉體上部運動甩出，在運動甩出及碰撞過程中破碎成粒狀。影響顆粒粒度的因素有粒化裝置的旋轉速度、液渣的粘度(即流動性。與液渣的溫度及化學組成相關)、?；b置的結構(包括形狀、結構和設置的菱條、菱條上的刺等、本發(fā)明優(yōu)化設計的兩種粒化裝置的種類。
實施方案1如圖1、圖2所示，輪輻式?；b置其輪輻的中心部位為實心圓盤1，圓盤1四周呈輻射狀往外設置菱條2；相鄰兩菱條2之間留有渣粒通過的縫隙，圓盤1在整個輪輻菱條2中心下凹；圓盤1的底部通過傳動軸3與電機連接；圓盤的最外沿設置擋板4，其主要目的是防止粒化后的高溫渣打向容器的內壁，而與壁面粘連。實心圓盤1到輪輻部分光滑過渡。這樣設計的目的有兩個一是對下部轉軸進行保護，避免液渣或高溫粒渣對轉軸的損壞；二是通過旋轉，與實心圓盤和輪輻在同一個水平位置的結構比較，可以更好地破碎液渣。
輪輻部分設置菱條數(shù)十根，菱條的斷面尺寸是三角形的，菱條呈輻射狀往外布置，菱條上間隔橫向和向上布置5-7個刺7，以加強破碎作用。刺的長度為5mm左右為宜。
輪輻方案的特點是對液態(tài)高爐渣的處理能力大，效率更高；但粒度也相應較大。適于使用于出渣流量(單位時間內的出渣量)較大的高爐。
實施方案2如圖3、圖4所示，罩杯式?；b置主體為罩杯式結構，中心部位為一個上大下小的圓臺狀罩杯5，罩杯5底部與側壁呈鈍角；罩杯5的側壁上均勻設有出料孔6；罩杯5外環(huán)呈輻射狀往外設置菱條2，相鄰兩菱條2之間留有渣粒通過的縫隙；菱條2的斷面呈三角形，菱條2上間隔橫向和向上布置2-3個刺7，以加強破碎作用。刺的長度為5mm左右。
罩杯5在整個輪輻菱條2中下凹；罩杯5的底部通過傳動軸3與電機連接。罩杯可加工成整體式的，也可以加工成分離式的。
罩杯的高度過高可能使大塊的粘稠的渣或固態(tài)渣皮不容易被從罩杯的上部甩出去，過低處理能力小，根據(jù)處理量的需要具體設計。
罩杯的高度和直徑對生產(chǎn)率均有很大的影響。高度和直徑越大，單位時間內的生產(chǎn)量就越大。對不同大小的高爐，應對高度和直徑等參數(shù)進行優(yōu)化。
罩杯的上部延伸平面部分有一定的長度，在這一平面上設置有菱條，便于部分粘度較高的液渣和固渣破碎。罩杯的材料采用高質量耐熱鋼。為提高氣體的熱量回收率和不影響旋轉，罩杯不宜用水冷卻。
此裝置的特點是A.罩杯對液渣?；幚淼哪芰^大，生產(chǎn)效率較高。B.對少量固態(tài)的液渣渣皮，可通過離心力的作用，沿罩杯上部甩出，并通過碰撞破碎。
本發(fā)明的創(chuàng)新在于A.兩種液態(tài)高溫高爐渣的?；b置均能較好地實現(xiàn)液渣粒化。B.兩種粒化裝置能夠根據(jù)液渣流量的不同(不同高爐容量和出渣方式的不同，液渣的流量不同)、粒渣能有效進行熱交換及粒渣利用對其粒度的要求的不同，而選擇和調整合適的結構參數(shù)和工藝參數(shù)而達到要求。C.為回收熱量，對高溫液態(tài)高爐渣的機械?；b置，以前還未有相關文件和專利。
按本發(fā)明方法設計的裝置及其相關技術，可以在國內外相關企業(yè)的高爐的排渣溝出口附近建設相關裝置，并結合渣的熱量回收裝置及技術，實現(xiàn)有效地回收液態(tài)高爐渣所含有的相變熱和物理熱，熱量回收后的粒渣的質量與現(xiàn)有的高爐爐前水沖渣的質量相當或更好。本發(fā)明經(jīng)在實驗室進行了相關的實驗研究，實驗中的粒化效果良好。
權利要求
1.液態(tài)高爐渣熱量回收過程中渣的粒化方法，其特征在于高爐排出的液渣在下流過程中，通過?；b置高速旋轉的離心力作用，將液態(tài)高爐渣沿?；b置的旋轉體上部運動甩出，在運動甩出及碰撞過程中破碎成粒狀；具體包括如下步驟1)高溫液態(tài)高爐渣從高爐下部渣口流出，進入熱量回收密閉裝置上的澆口；2)從澆口內流入到旋轉的?；b置上，通過粒化裝置的高速旋轉和離心力作用，將液渣氣碎成粒狀。
2.一種液態(tài)高爐渣?；b置，其特征在于主體為輪輻式圓盤結構，中心部位為實心圓盤(1)；圓盤(1)四周呈輻射狀往外設置菱條(2)，相鄰兩菱條(2)之間留有渣粒通過的縫隙，圓盤(1)在整個輪輻菱條(2)中心下凹；圓盤(1)的底部通過傳動軸(3)與電機連接；圓盤的外沿設置擋板(4)。
3.一種液態(tài)高爐渣粒化裝置，其特征在于主體為輪輻式罩杯結構，中心部位為一個上大下小的圓臺狀罩杯(5)，底部與側壁呈鈍角；罩杯(5)的側壁上均勻設有出料孔(6)；罩杯(5)外環(huán)呈輻射狀往外設置菱條(2)；罩杯(5)在整個輪輻菱條(2)中心下凹；罩杯(5)的底部通過傳動軸(3)與電機連接。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的?；b置，其特征在于所述輪輻菱條(2)的斷面為三角形，菱條上間隔橫向和向上布置5-7個刺(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液態(tài)高爐渣熱量回收過程中渣的粒化方法及其?；b置，其特征在于高爐排出的液渣在下流過程中，通過?；b置高速旋轉的離心力作用，將液態(tài)高爐渣沿?；b置的旋轉體上部運動甩出，在運動甩出及碰撞過程中破碎成粒狀。采用本發(fā)明能夠在較短的時間范圍內獲得比較均勻、細小的顆粒渣，保證渣與氣體進行有效熱交換。粒化裝置為輪輻式圓盤結構或輪輻式罩杯結構，均能保證在線有效地對液態(tài)高爐渣進行粒化，從而保證了能夠對液態(tài)高爐渣的熱量進行有效的回收。
文檔編號F24J3/00GK1888081SQ20061005446
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權日2006年7月20日
發(fā)明者陳登福, 溫良英, 邱貴寶, 劉清才, 佐祥均, 白晨光, 孫善長, 董凌燕 申請人:重慶大學