炼钢转炉渣的资源回收装置及方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种炼钢转炉渣的资源回收装置及方法。

背景技术：

转炉渣是炼钢工业的主要固体废料，每冶炼1t钢约产生100～130kg转炉渣，以我国现有炼钢产能计算，每年将产生转炉渣近7000万t。转炉渣中含有36～55％的Ca0和15～33％的FeO，同时渣中还含有Si、Mg、Al等有价元素，如果不加以利用，这些资源将白白浪费。堆积如山的转炉渣不仅占用大量的土地，而且污染空气，破坏水源，影响植被生长。转炉渣温度在1500～1650℃之间，具有丰富的热能，而现有的转炉渣处理技术基本未能利用该显热，热量全部散失。因此，做好转炉渣的处理和再利用，并有效回收炉渣余热，不仅有利于节能降耗、减少温室气体排放，同时也是钢铁行业发展循环经济，实现可持续发展的必由之路。

目前常见的转炉渣处理的方法有浅盘法、滚筒粒化法、热泼法、热焖法、风淬法和水淬法。浅盘法是上世纪80年代宝钢从日本新日铁引进的渣处理工艺，该工艺将液态炉渣倒入渣盘内喷水冷却至700℃，液态渣由于喷水激冷而快速凝固并开裂，将渣盘中已开裂的炉渣倒入排渣车，在排渣车内二次冷却至200℃后倒入泡渣池内三次冷却，最后送往渣场。滚筒法是宝钢自行开发的渣处理方法，炉渣在滚筒内水淬急冷，并被滚筒内的钢球碎化排出。热焖法通过控制喷水量和热焖温度，使渣灌内的钢渣开裂、碎化，用挖掘机出渣。水淬法是将流动的炉渣用高压水击碎，炉渣急冷收缩并碎化。风淬法将流动的炉渣用高速气流击碎，渣滴收缩凝固成球形颗粒，落入水池中。上述钢渣处理方法的目的均是冷却、分解钢渣，同时使钢渣中的游离氧化钙消解，以获得稳定性合格的钢渣产品。上述方法中除热焖法外，其余钢渣处理方法均需要钢渣具有较好的流动性能，而在钢厂实际生产过程中，由于诸多原因，钢渣流动性很难保证，此时需增设炉渣吹炼升温设备，增加了投资成本和能耗。而热焖法处理周期长，尾渣粒度不均匀。在设备复杂程度、投资和运营成本上，浅盘法工艺环节多，滚筒法设备复杂，维修难度高，均需较高的运行费用。水淬法操作不当容易引起爆炸，耗水量大，尾渣难处理。另外上述钢渣处理工艺均未对钢渣热能进行回收，钢渣显热全部散失。对于浅盘法和风淬法还存在水蒸气产生量大，腐蚀厂房及重工设备等问题。在处理后钢渣的活性和稳定性上，只有热焖法和风淬法处理得到的钢渣稳定性较好。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种炼钢转炉渣的资源回收装置及回收方法，还原回收转炉渣中的金属铁，实现转炉渣余热的回收，本装置结构简单，绿色环保，达到节能降耗、减少温室气体排放的目的，实现钢铁行业发展循环经济。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种炼钢转炉渣的资源回收装置，包括渣包、转炉渣输送装置、金属熔池和转炉渣收集斜槽，金属熔池内设有挡墙，挡墙将金属熔池的内腔分为左舱室和右舱室，左舱室和右舱室底部是联通的，左舱室的顶部设有转炉渣入口，右舱室的顶部设有转炉渣出口，金属熔池的底部设有斜坡，斜坡的上端设置于左舱室的下方，渣包的下部与转炉渣输送装置之间连接有排渣管道，转炉渣输送装置设置于金属熔池左舱室顶部的转炉渣入口，转炉渣输送装置的输出端设有粒化装置，转炉渣收集斜槽与金属熔池的右舱室顶部转炉渣出口连接，金属熔池内设有金属液。

按照上述技术方案，左舱室中的金属液密度小于粒化后的转炉渣的密度，右舱室中的金属液密度大于粒化后的转炉渣的密度。

按照上述技术方案，左舱室中的金属液密度小于粒化后的转炉渣的密度，金属熔池的右舱室的底部设有气孔，气孔朝上布置。

按照上述技术方案，渣包的底部设有铁水出口。

按照上述技术方案，所述的粒化装置包括粒化喷嘴。

按照上述技术方案，金属液包括多种金属或多种合金液。

按照上述技术方案，所述的合金液包括铝液、铜液、镁液和锡液中任意一种、两种、三种或四种金属液以任意比例混合的合金液。

按照上述技术方案，金属熔池的侧壁上设有冷却管道。

按照上述技术方案，所述的冷却管道中的冷却介质为水或水蒸汽。

按照上述技术方案，所述的金属熔池为封闭舱室。

按照上述技术方案，所述的金属熔池的左舱室的侧壁上设有气孔，左舱室侧壁的气孔沿斜坡朝下设置，金属熔池的右舱室的底部也设有气孔，右舱室底部的气孔朝上设置；气孔用于驱动转炉渣在金属熔池内改变运动方向。

采用以上所述的资源回收装置的回收方法，包括以下步骤：

1)将转炉渣输送至所述的资源回收装置，将转炉渣倒入渣包中；

2)利用含碳物料在渣包内对转炉渣进行氧化亚铁的还原回收，还原回收得到的铁水沉入渣包底部，经过还原回收后的转炉渣通过排渣管道进入转炉渣输送装置；

3)转炉渣输送装置通过粒化装置将转炉渣粒化成颗粒状，进入金属熔池的左舱室；

4)转炉渣凭借粒化产生的动能或自身重力在金属熔池内的金属液中下沉，形成强制对流换热，转炉渣热量以金属液为媒介传递给冷却管道；

5)转炉渣进入金属熔池的底部，沿斜坡进入金属熔池的右舱室；

6)在金属熔池右舱室底部，转炉渣继续被冷却，凭借自身浮力上浮至金属熔池表面，形成一定的高度，自金属熔池右舱室的输出口排出，进入转炉渣收集斜槽。

按照上述技术方案，所述的步骤3)中，转炉渣粒化后的颗粒度不超过100mm。

本发明具有以下有益效果：

通过渣包还原回收转炉渣中的金属铁，通过金属熔池内的金属液与转炉渣进行热交换和分离，实现转炉渣余热的回收，本装置结构简单，绿色环保，达到节能降耗、减少温室气体排放的目的，实现钢铁行业发展循环经济。

附图说明

图1是本发明实施例中资源回收装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图中，0-转炉渣，1-转炉渣输送装置，2-粒化装置，3-挡墙，4-气孔，5-侧壁，6-金属熔池，7-转炉渣收集斜槽，8-转炉渣出口，9-斜坡，10-渣包，11-液滴，20-铁水出口，30-排渣管道，100-显热回收装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的炼钢转炉渣的资源回收装置，包括渣包10、转炉渣输送装置1、金属熔池6和转炉渣收集斜槽7，金属熔池6内设有挡墙3，挡墙3将金属熔池6的内腔分为左舱室和右舱室，左舱室和右舱室底部是联通的，左舱室的顶部设有转炉渣入口，右舱室的顶部设有转炉渣出口8，金属熔池6的底部设有斜坡9，斜坡9的上端设置于左舱室的下方，渣包10的下部与转炉渣输送装置1之间连接有排渣管道30，转炉渣输送装置1设置于金属熔池6左舱室顶部的转炉渣入口，转炉渣输送装置1的输出端设有粒化装置2，转炉渣收集斜槽7与金属熔池6的右舱室顶部转炉渣出口8连接，金属熔池6内设有金属液；通过渣包10还原回收转炉渣中的金属铁，通过金属熔池6内的金属液与转炉渣进行热交换和分离，实现转炉渣余热的回收，本装置结构简单，绿色环保，达到节能降耗、减少温室气体排放的目的，实现钢铁行业发展循环经济。

进一步地，左舱室中的金属液密度小于粒化后的转炉渣的密度，右舱室中的金属液密度大于粒化后的转炉渣的密度。

进一步地，金属熔池的右舱室的底部设有气孔，气孔朝上布置，左舱室中的金属液密度小于粒化后的转炉渣的密度，右舱室中的金属液密度小于、等于或大于粒化后的转炉渣的密度。

进一步地，渣包10的底部设有铁水出口20。

进一步地，所述的粒化装置2包括粒化喷嘴。

进一步地，金属液包括多种合金液。

进一步地，所述的合金液包括铝液、铜液、镁液和锡液中任意一种、两种、三种或四种金属液以任意比例混合的合金液。

进一步地，金属熔池6的侧壁5上设有冷却管道。

进一步地，所述的冷却管道中的冷却介质为水或水蒸汽。

进一步地，所述的金属熔池6为封闭舱室。

进一步地，所述的金属熔池6的左舱室的侧壁5上设有气孔4，左舱室侧壁5的气孔4的喷口沿斜坡9朝下布置，对准左舱室和右舱室的通道，金属熔池6的右舱室的底部也设有气孔4，右舱室底部的气孔4的朝上设置；气孔4用于驱动转炉渣在金属熔池6内改变运动方向。

进一步地，转炉渣输送装置为转炉渣管道，装置本身没有动力，粒化装置2是通过压力将液化的转炉渣通过粒化喷头喷出，形成粒化颗粒状。

采用以上所述的资源回收装置的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将转炉渣输送至所述的资源回收装置，将转炉渣倒入渣包10中；

2)利用含碳物料在渣包10内对转炉渣进行氧化亚铁的还原回收，还原回收得到的铁水沉入渣包10底部，从铁水出口20排出，经过还原回收后的转炉渣通过排渣管道30进入转炉渣输送装置1；

3)转炉渣输送装置1通过粒化装置2将转炉渣粒化成颗粒状，进入金属熔池6的左舱室；

4)转炉渣凭借粒化产生的动能或自身重力在金属熔池6内的金属液中下沉，形成强制对流换热，转炉渣热量以金属液为媒介传递给冷却管道，热量被冷却管道回收利用；

5)转炉渣进入金属熔池6的底部，沿斜坡9进入金属熔池6的右舱室；

6)在金属熔池6右舱室底部，转炉渣继续被冷却，凭借自身浮力或气体动力上浮至金属熔池6表面，形成一定的高度，自金属熔池6右舱室的输出口排出，进入转炉渣收集斜槽7。

进一步地，所述的步骤3)中，转炉渣粒化后的颗粒度不超过100mm。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

利用含碳物料还原转炉渣中的氧化亚铁，形成金属铁回收，将剩余的转炉渣与金属液进行热交换和分离转炉渣并回收余热的方法，以及实现这种方法的装置。申请人发现1)部分液态金属或合金具有较高的热导率及沸点，当高温转炉渣进入金属液后，金属液不会因为温度的迅速上升而蒸发，同时可将转炉渣的热量迅速传导给外部热回收装置，实现转炉渣与金属液的快速热交换和余热回收；2)金属液与转炉渣的润湿角较大，接触过程中不会相互浸润，可利用金属或合金与转炉渣的密度差异形成转炉渣的下沉或上浮，实现转炉渣与金属液有效分离；3)转炉渣经过还原和金属冷却后，其铁资源、显热资源、炉渣资源得到充分回收利用。

转炉渣粒化后形成细小液滴11，表面积增大，同时形成表面与中心温度差，利于传热。本发明中优选粒化及驱动用气体为各种金属液或合金公知的任何一种保护性气体。本发明优选的金属液或合金液包括铝液、铜液、镁液、锡液以及以上任意两种、三种或四种金属液以任意比例混合的合金液，更优选的合金液为铝铜合金液(32.7wt.％Cu)，铝镁合金液(36.5wt.％Mg)。本发明优选的金属熔池6可为一种或多种金属或合金液的组合。本发明优选的侧壁5冷却管道内的冷却介质为任何公知的可流动的冷却介质，更为优选的冷却介质为水或水蒸气。本发明优选方式中，用于驱动转炉渣在金属熔池6内改变运动方向的气孔4是非必须的。

图1说明了本发明转炉渣资源回收装置的特征和运行。在典型的运行中，转炉渣0被输送到显热回收装置100，在渣包10内完成渣中氧化亚铁的还原回收，回收得到的铁水通过铁口20排出，转炉渣0通过排渣管道30进入转炉渣输送装置1，粒化装置2将转炉渣粒化成液滴11，液滴11在粒化动能和重力的作用下进入金属熔池6的左侧，金属熔池6由挡墙3部分分隔成底部连通的左右两侧。转炉渣液滴11在金属熔池6内向下运动至熔池底部斜坡9附近，被由气孔4进入的驱动气体驱动朝向金属熔池6右侧运动，进入金属熔池6右侧，又被由底部气孔4进入的驱动气体驱动朝向金属熔池6右侧上部运动，在转炉渣出口8处排出，进入转炉渣收集斜槽7。转炉渣液滴11在整个金属熔池内运动的过程中实现与金属液6的热交换过程，热量最终由设置于侧壁5内的冷却管道(未示出)内冷却介质(未示出)带走并回收。

影响转炉渣资源回收装置设计的重要因素包括：通过输送装置1的转炉渣的0的流动速度，转炉渣液滴11的尺寸、构成转炉渣0的材料本身物理、化学性质等。例如温度较高的转炉渣0需要粒化装置2粒化成更细小的液滴11，以提高传热速度，需要更长的金属熔池深度来冷却转炉渣液滴11。

粒状的转炉渣可用于任何用途，但是尤其可用于水泥和混凝土的制备。

转炉渣0以高温下(以下称作‘输送温度’)经过输送装置1被输送。转炉渣0的输送温度可为约1400℃至约1600℃。转炉渣0的流动速率是可变的并取决于显热回收装置100的其它部件的设计和运行条件。有代表性地，所述流动速率可从对于小型工厂或试验装置的小至约100千克/分钟到对于工业级工厂的几吨/分钟。该流动速率可称作出渣速率。

渣包10、侧壁5和隔墙3可由本领域公知的任何材料制造。优选的要求是成本低、耐金属溶液腐蚀、易于施工。例如可选耐火材料。

对于转炉渣液滴11，根据转炉渣的粒化后用途可大可小，最大不超过100mm，优选的粒化粒度为3mm～10mm之间。

金属熔池6的工作温度为金属溶液或合金熔点以上的任意温度。优选的应显著低于转炉渣的进入温度。优选的金属熔池工作温度为200℃-600℃之间。通过金属熔池6冷却的熔渣，排出资源回收装置的粒状材料的温度应低于800℃。

设置于侧壁5内的冷却管道(未示出)内冷却介质(未示出)冷却介质为本领域中公知的任何冷却介质，优选冷却介质为水或水蒸气。有代表性地，在熔渣的情况下，通过控制金属熔池温度使得冷却介质水直接气化，形成温度高于200℃，压力大于1MPa的饱和蒸汽或过热蒸汽排出，进行后续余热回收。对所述蒸汽的热能回收可采用本领域任何公知的方式，如用于发电、用于蒸汽供应等。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。