一种用于液态熔渣粒化的粒化器系统的制作方法

本发明涉及液态熔渣粒化技术领域，特别涉及一种用于液态熔渣粒化的粒化器系统。

背景技术：

中国目前是全球最大的钢铁生产国，钢铁产量世界第一。2015年中国生铁产量达到6.91亿吨，约占世界总产量的60％。2016年10个月中国生铁产量为5.86亿吨，约占世界总产量的60％。在冶炼生铁的过程中会产生蕴含巨大热量的高炉渣，高炉渣的出炉温度一般在1400～1550℃之间，每吨渣含(1260～1880)×10³kJ的显热，相当于60kg标准煤。在我国现有的炼铁技术下，每生产1吨生铁副产0.3吨高炉渣，以目前我国生铁产量5.86亿吨进行计算，可折合产生1.75亿吨以上的高炉渣，其显热量相当于1050万吨标准煤。

干渣坑冷却法和水冲渣法是目前我国最常见的高炉渣处理方法。干渣坑冷却法将高温的液态熔渣直接排入干渣坑空冷，辅助水冷。该法降温时产生大量水蒸气，同时释放出大量的H₂S和SO₂气体，腐蚀建筑、破坏设备和恶化工作环境，一般只在事故处理时使用该法。我国90％的高炉渣都采用水冲渣法处理。水冲渣法是指利用低温的冷却水直接与高温的液态熔渣混合，使得液态熔渣温度迅速降低并形成玻璃体态炉渣颗粒。水冲渣法按照不同的工艺流程可分为因巴法、图拉法、底滤法、拉萨法、明特克法。尽管水冲渣工艺不断发展，但其技术的核心还是对高温液态熔渣进行喷水水淬，进而达到冷却和粒化的目的，然后进行水渣分离，冲渣的水经过沉淀过滤后再循环使用。尽管该法产生的玻璃体态熔渣可以应用于水泥工业进行资源化利用，但是处理过程浪费大量水资源，产生SO₂和H₂S等有害气体，也不能有效回收高温液态熔渣所含有的高品质余热资源。

在高炉渣干法离心粒化过程中，液态炉渣滴落到由高速旋转的转盘表面，在离心力和摩擦力的作用下被甩出，在液态熔渣表面张力的作用下形成小液滴，这些微小的液滴与空间中的传热介质(一般为空气)进行强制对流换热，与周围环境进行辐射换热，使小液滴温度迅速降低，进而发生相变，形成凝固层。随着温度进一步降低，液滴逐渐转变成固体小颗粒。对高炉渣离心粒化系统而言，粒化系统是整个系统的核心，而粒化器又是粒化系统的核心部件，同时也是保证粒化过程的稳定性及粒化效率的关键。目前干式粒化技术在液态高炉渣粒化过程中普遍存在着以下问题：

①未对粒化器进行良好的冷却。在液态高炉渣粒化过程中，粒化器在电机的带动下高速旋转。同时，熔融态的高炉渣不断地滴落到粒化器上。液态高炉渣的温度高达1450℃，在这样恶劣的工作环境下，如果粒化器没有进行良好的冷却，这样极容易使粒化器发生事故。

②粒化器的更换困难、更换成本大。高温的液态高炉渣的主要成分是MgO、CaO、SiO₂，温度高达1450℃，极容易对粒化器产生腐蚀磨蚀，粒化器需要定期更换。现有的粒化器结构粒化器和底座是一体化的设计，更换难度高、成本大。

③未在液态熔渣刚刚离开粒化器的时候未施加气流扰动。增强气流的扰动能使液态熔渣尽快破碎成小液滴，增强液态熔渣与空气的对流换热，使液态熔渣尽快凝固，加强粒化效果。以往的液态熔渣粒化系统未考虑在液态熔渣刚刚离开粒化器的时候未施加气流扰动，错过了增强粒化效果的好时机。

④没有能够有效阻断粒化器的热量传递到转轴上。粒化器和温度为1450℃的液态熔渣直接接触，温度在1400℃以上，传统的液态熔渣粒化系统粒化器和转轴之间直接连接，没有有效阻断粒化器的热量传递到转轴上。在高温条件下，钢制转轴的强度下降，会使粒化器的运行不稳定，影响粒化效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于液态熔渣粒化的粒化器系统，以确保粒化器得到良好冷却、便于更换，同时防止粒化器的热量传递到转轴上。本发明提供的粒化器及其固定装置还可以增加空气扰动，加速破碎液滴，增强换热。本发明能使粒化系统安全、稳定运行，更好的实现粒化效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于液态熔渣粒化的粒化器系统，包括粒化器和粒化器固定装置；粒化器为盘状或杯状，粒化器中心处设置导流锥；化器固定装置包括粒化器底座；粒化器侧面有一环形凹槽，粒化器底座的中心设有一个圆形粒化器安装槽，安装槽的侧壁设有一环形凹槽，粒化器通过环形卡箍与两个环形凹槽配合固定在粒化器底座上；粒化器底座由左右两部分组成，通过销钉与抱箍固定；粒化器底座下部为空心法兰，空心法兰通过销钉与转轴的法兰固定连接，在粒化器底座与转轴之间形成一段空气绝热层。

进一步的，粒化器底座侧壁开有环形对称布置的通风孔。

进一步的，粒化器边缘设有环形对称布置的辅助粒化空气喷嘴。

进一步的，还包括粒化器冷风控制单元；粒化器冷风控制单元包括转轴、电机和冷风供应单元；转轴与立式设置的电机固定；转轴上设有用于监测转轴温度的第二测温元件；电机通过密封罩密封，密封罩上开有密封罩风口，转轴外周套有轴套筒，电机密封罩上固定有风管内套筒；风管内套筒设置于轴套筒外周，轴套筒通过带通风口的轴承支撑在风管内套筒内部；电机密封罩的顶部与风管内套筒连通；轴套筒上开有环形对称布置的冷却风口；冷风供应单元分为轴冷却风道与环形冷却风道两路，冷风总管路上设有总控制阀，总控制阀的出口分为轴冷却风支路和环形冷却风支路两路；环形冷却风支路上设有环形冷却风支路控制阀，轴冷却风支路上设有流量计；轴冷却风道由风管内套筒与轴套筒组成；环形冷却风道由两个外径不同的风管内套筒和设置于风管内套筒外周的风管外套筒组成，在风管外套筒底部开有风管外套筒进风口，顶部有风帽；轴冷却风支路连接密封罩底部密封罩风口；环形冷却风支路连接风管外套筒底部风管外套筒进风口。

进一步的，冷却风口为长条状。

进一步的，若干风帽环形设置于粒化器下部外周，用于对从粒化器中飞出的熔渣进一步冷却并加强粒化。

进一步的，风管内套筒上部的出风口设置于粒化器下部，轴冷却风道的轴冷却风通过通风孔对转轴进行进一步的冷却，然后从风管内套筒上部出来，进入粒化器底座侧壁开设的通风孔对粒化器冷却。

进一步的，还包括供料单元；供料单元包含设置于粒化器正上方的落渣管；落渣管包括上、下两段，上端直径大于下端直径，下段设滑动水口，并配事故导流槽；落渣管中设有用于监测落渣管中液态熔渣温度的第一测温元件。

进一步的，环形冷却风道的风管外套筒外焊接楔形固定块，与滑动块相配合，滑动块与固定支架之间通过销钉固定，通过扭动销钉调节滑动块的位置进而调节粒化器与落渣管之间的间距，实现液态熔渣下落高度的上下调节。

相对于现有技术，本发明据有以下有益效果：

(1)本发明中粒化器下部的环形卡箍结构有利于在粒化器损坏时给其缓冲时间，便于更换粒化器，同时减少了一般粒化器因受损而更换整个粒化装置的费用。粒化器底座由左右两部分组成，通过销钉和抱箍固定，方便了带有环形卡箍的粒化器的安装。

(2)本发明中粒化器底座侧壁开有环形对称布置的通风孔，对粒化器底座进行一定的冷却，增加粒化器的使用寿命。

(3)本发明中粒化器底座下部为空心法兰，空心法兰与法兰通过销钉连接固定，空心法兰的存在，一定程度上减少了粒化器固定装置由上而下的热传导。

(4)本发明中粒化器边缘上部设有环形对称布置的辅助粒化空气喷嘴，将空气喷射到粒化器边缘用于辅助加强粒化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为包括粒化器与粒化器固定装置示意图；

图2为粒化器冷风控制单元和供料单元示意图。

1、粒化器；2、环形卡箍；3、粒化器底座；4、通风口；5、销钉；6、抱箍；7、空心法兰；8、销钉；9、法兰；10、转轴；11、辅助粒化空气喷嘴。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种用于液态熔渣粒化的粒化器系统，包括粒化器1与粒化器固定装置。

粒化器1为盘状或杯状，粒化器1中心设置导流锥；粒化器1上部边缘设有环形对称布置的辅助粒化空气喷嘴11；粒化器1侧面有一环形凹槽，粒化器底座3的中心设有一个圆形粒化器安装槽，安装槽的侧壁设有一环形凹槽，粒化器1通过环形卡箍2与两个环形凹槽配合固定在粒化器底座3上；粒化器底座3侧壁开有环形对称布置的通风孔4；粒化器底座3由左右两部分组成，通过销钉5、抱箍6固定；粒化器底座3下部为空心法兰7，空心法兰7通过销钉8与转轴10的法兰9固定连接。

针对粒化器需要定期更换这一问题，在本发明中，粒化器底座3由左右两部分组成，通过销钉5、抱箍6固定。粒化器损坏时，拆下销钉8，可以取下粒化器1和粒化器底座3，拆下销钉5、抱箍6，可以将粒化器底座3的左右两部分拆开，取下环形卡箍2后就可取下粒化器1。当粒化器出现开裂时，由于粒化器底座及固定装置的存在，开裂的粒化器不会被甩飞，同时液态熔渣不会直接滴落到传动装置和电机上，在停机检修之前保证系统安全。同时，只需更换粒化器就可以，减少了一般粒化器因受损而更换整个粒化装置的费用。

针对粒化器底座需要冷却这一问题，在本发明中，粒化器底座3侧壁开有环形对称布置的通风孔4；同时粒化器底座底面有一定的倾斜度，便于由粒化器底座下部送来的风进入到通风孔4，对粒化器底座3进行冷却，同时便于由粒化器底座送来的风吹到粒化器的边缘，以加强粒化。

针对阻断粒化器和转轴之间热量传递这一问题，本发明中，采用空心法兰7对转轴10和粒化器底座3进行连接，空心法兰7使粒化器底座和转轴10之间有一段空气绝热层，使粒化器底座的热量不至于传递到转轴上，保证粒化器能够安全、稳定运行，更好的实现粒化效果。

针对如何加速高炉渣凝固这一问题，在本发明中在粒化器的上部设置一辅助粒化空气喷嘴11。在粒化器的上部设置一辅助粒化空气喷嘴11喷出一股气流施加扰动，增强气流的扰动能使液态熔渣尽快破碎成小液滴，增强液态熔渣与空气的对流换热，使液态熔渣尽快凝固，加强粒化效果。

请参阅图2所示，进一步的，为了降低粒化器的问题，本发明还包括粒化器冷风控制单元；

粒化器冷风控制单元，包括转轴10、电机101和冷风供应单元。转轴10固定连接立式设置的电机101；转轴10上设有用于监测转轴温度的第二测温元件17；电机101与转轴10之间通过联轴器103相连接；电机101通过密封罩102密封，密封罩102上开有风口23，转轴10外周套有轴套筒15，电机密封罩102上固定有风管内套筒107；风管内套筒107设置于轴套筒15外周，轴套筒15通过带通风口的轴承支撑在风管内套筒107内部；电机密封罩102的顶部与风管内套筒107连通。轴套筒15上开有环形对称布置的冷却风口21，冷却风口为长条状。

冷风供应单元分为轴冷却风道与环形冷却风道两路，冷风总管路上设有总控制阀19，总控制阀的出口分为轴冷却风支路和环形冷却风支路两路；环形冷却风支路上设有控制阀18，轴冷却风支路上设有流量计22；轴冷却风道由风管内套筒107与轴套筒15组成；环形冷却风道由两个外径不同的风管套筒(风管内套筒107和风管外套筒108)组成，在风管外套筒108底部开有进风口20，顶部有风帽9。轴冷却风支路连接密封罩102底部风口23；环形冷却风支路连接风管外套筒108底部进风口20。

环形冷却风道的风管外套筒108外焊接楔形固定块104，与滑动块105相配合，滑动块105与固定支架106之间通过销钉固定，通过扭动销钉调节滑动块的位置进而调节整个粒化装置的高度，实现液态熔渣下落高度的上下调节，能够在一定程度上控制落入粒化器的渣温，从而控制传到转轴的温度。同时调节熔渣下落的高度也能够实现对粒径的调节，达到更好的粒化效果。

粒化器1上还设有供料单元，包含设置于粒化器1正上方的落渣管111。落渣管111分为上、下两段，上端直径大于下端直径，下段设滑动水口112，并配事故导流槽113。液态熔渣通过落渣管上、下段后落入旋转的粒化器1中，进行离心粒化。落渣管111中设有用于监测落渣管111中液态熔渣温度的第一测温元件110。

环形冷却风从进风口20进入，从顶部的风帽109出来，风帽109设置于粒化器下部外周，对从粒化器1中飞出的熔渣进一步冷却并加强粒化；轴冷却风从密封罩102下部的风口23进入，对电机进行一定的冷却，能够防止电机运行时产生的热量传递到转轴引起转轴温度的升高，提高电机运行的可靠性和电机的寿命；密封罩102中的轴冷却风通过通风孔进入轴冷却风道，轴套筒15上开有环形对称布置的长条状冷却风口21，能够更好的冷却转轴10，防止转轴过热产生变形，影响到所驱动的粒化器1的粒化效果；轴冷却风道的轴冷却风通过上部的通风孔对转轴进行进一步的冷却，然后从风管内套筒107上部出来，进入粒化器底座3侧壁开设的通风孔4对粒化器1冷却。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明而非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本发明已进行了详细说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。