本发明涉及高炉炉渣资源化利用技术领域，更具体地说，涉及一种用于高炉渣热装热送的渣罐。
背景技术：
随着人们对建筑保温、舒适度等要求的不断提高，保温隔热材料的使用越来越广泛，目前保温隔热材料主要包括泡沫塑料(聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等)和矿物纤维(矿渣棉、岩棉、硅酸铝纤维棉等)两大类，而无机矿物纤维型的保温隔热材料因其具有突出的节能、耐火以及隔音效果受到研究人员的关注。另一方面，随着钢铁工业的迅速发展，冶炼生铁过程中排出的高炉渣也越来越多。冶炼废渣的无害化、资源化处理成为中国乃至世界各国十分重视的焦点，也成为推进循环经济的中心内容之一。
高炉是钢铁联合企业的重要组成部分，高炉技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，其生产的生铁占世界铁总产量的95％以上。高炉渣是高炉炼铁的主要副产物，排出温度在1400℃以上。一般情况下，1t高炉熔渣含有显热1675mj，约相当于57kg标准煤燃烧时放出的热量。目前高炉渣大多采用水淬法处理，需消耗大量的水，且高炉渣的高温显热白白排放难以回收，而水淬时又产生h2s、so2等有害气体污染环境，因此高炉渣干法处理工艺的开发成为国内外钢铁企业研究的热点。
矿棉是一种由硅酸盐熔融物制得的蓬松状短细纤维，具有质轻、导热系数小、不燃烧、防蛀、价廉、耐腐蚀、化学稳定性好、吸声性能好等特点。可用于建筑物的填充绝热、吸声、隔声、制氧机和冷库保冷及各种热力设备填充隔热等。按所用的原料可分为岩棉和矿渣棉两大类。岩棉是以天然岩石如玄武岩、辉长岩、白云石、铁矿石、铝矾土等为主要原料，经高温熔化、纤维化而制成的无机质纤维。该方法需要大量开采天然岩石，易造成植被破坏，水土流失、占用土地等环境问题。而且，天然岩石要经过高温熔化，需要消耗大量的能源。矿渣棉是以工业废料矿渣如高炉渣、磷矿渣、粉煤灰等为主要原料，经高温熔化、采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维，尤其是利用高炉渣制矿渣棉，该工艺过程不需要水，且高温熔渣直接制棉时可回收显热80％以上，对于钢铁企业来说，是一种经济可行的干法处理工艺。
但是在利用高炉渣生产矿渣棉的过程中，当高炉生产车间和矿渣棉生产车间之间的距离较远时，需要将高炉渣通过渣罐装运的方式运输至矿渣棉生产车间。目前高炉渣渣罐的结构主要有两种：一种为耐火材质(粘土砖、高铝砖、镁质)内衬加钢外壳材质的双层结构，另一种为铸铁、普碳钢材质的单层结构。双层结构的高炉渣渣罐导热性较差，其的渣罐内衬与高温熔渣之间不易形成渣壳，且耐火材料(粘土砖、高铝砖、镁质)与高温熔渣之间的粘结能力较强，导致高温熔渣容易粘结在渣罐内壁上，不方便后续高温熔渣的倒出，而且使得后续渣罐的清洁处理过程变得繁琐，降低高炉渣的利用率；单层结构的高炉渣渣罐导热性较好，铸铁、普碳钢与高温熔渣之间易形成渣壳，且铸铁、普碳钢与高温熔渣之间的粘结能力较弱，从而渣罐内壁不易粘结高温熔渣，方便高温熔渣的倒出，但是如果运输过程时间较长，渣罐内壁以及高温熔渣的上表面会形成过厚的渣壳，降低高炉渣的利用率，并且过厚渣壳难以破碎，进而影响生产节奏。所以现亟需一种内壁和高温熔渣之间不易粘结且不易形成过厚渣壳的高炉渣渣罐。
经检索，发明创造的名称为：一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法(申请号：201510250252.4，申请日：2015-09-16)，该申请案中公开了一种液态高炉渣生产矿渣棉的熔制方法，该方法中所提到使用的渣罐为上大下小的倒圆锥台形；渣罐外壳为钢板，内壁为耐火保温罐衬，其中保温罐衬包括保温内层和耐火工作层，保温内层采用轻质粘土砖或粘土耐火砖；耐火工作层采用酸性捣打材料。该申请案中提到的渣罐在一定程度上可以提高渣罐的使用寿命，但是该渣罐依然存在其内壁容易与高温熔渣相粘结的问题。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明解决的技术问题在于，针对使用渣罐装运高炉渣过程中高温熔渣很难形成适当的渣壳的问题，提供了一种用于高炉渣热装热送的渣罐，渣罐罐体设置有空腔层，该空腔层在高温熔渣装入初期，可以对熔渣进行快速冷却，而后在对高温熔渣进行保温，从而使得高温熔渣在渣罐罐体内形成适当的渣壳。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐，包括渣罐罐体、进水管道和出水管道；渣罐罐体包括内罐层和外罐层，内罐层和外罐层之间的设置有空腔层，内罐层为铸铁层；进水管道贯穿设置于外罐层上，进水管道与空腔层相连通，出水管道贯穿设置于外罐层上，出水管道与空腔层相连通，冷却水由进水管道进入空腔层后由出水管道排出。
优选地，内罐层的内罐罐身段的壁厚由上到下逐渐减小，内罐层的内罐罐底段的壁厚均匀相同。
优选地，进水管道与内罐罐身段和内罐罐底段的连接处对应设置。
优选地，出水管道包括上出水管道和下出水管道，其中上出水管道设置于外罐层的顶部，下出水管道设置于外罐层的底部。
优选地，空腔层的顶端与渣罐罐体的顶端之间的距离为h，h的范围为60-120mm。
优选地，进水管中心线经过内罐罐身段和内罐罐底段的连接处。
优选地，上出水管道与空腔层的顶端之间的距离为10-20mm。
优选地，进水管中心线与内罐罐身段外壁之间的夹角为a，进水管中心线与内罐罐底段外壁在连接处的切线之间的夹角为b，且a＞b。
优选地，空腔层的罐身段空腔的厚度由上到下逐渐减小。
高炉渣热装热送的渣罐的使用方法为：在使用前向空腔层中通入冷却水，而后向渣罐罐体内加入高温熔渣，高温熔渣与内罐层之间快速形成渣壳，而后再将空腔层中的冷却水排空，排空后的空腔层形成空腔隔热层。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐，包括渣罐罐体、进水管道和出水管道；渣罐罐体包括内罐层和外罐层，内罐层和外罐层之间的设置有空腔层；进水管道和出水管道分别贯穿设置于外罐层上；进水管道向空腔层内注入冷却水，冷却水可以对刚刚装入的高温熔渣进行快速冷却形成渣壳，并使得快速形成的渣壳与内罐层分离，防止熔渣与渣罐罐体发生粘结，并且具有保温的作用；而后空腔层通过出水管道排出水后，充满气体的空腔层可以对渣罐罐体内的高温熔渣进行保温，避免内罐层内壁形成过厚的渣壳，从而保证高温熔渣的流动性，提高高炉渣的利用率；
(2)本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐，空腔层可以对高温熔渣进行有效地保温，避免高温熔渣过多的散热，使得在后期资源化利用的过程中，高温熔渣的显热得到充分利用，避免了高炉渣显热资源的浪费；
(3)本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐，内罐层为铸铁层，铸铁高温熔渣之间的粘结系数较小，使得内罐层与渣壳之间不易发生粘结，进而在后续高温熔渣的倒出过程中，方便渣壳与内罐层进行分离；
(4)本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐，通过将内罐层的内罐罐身段的壁厚由上到下设置为逐渐减小，将内罐层的内罐罐底段的壁厚均匀设置，空腔层的罐身段空腔的厚度由上到下设置逐渐减小，调整冷却水的在不同区域的冷却程度，整体上促进渣壳形成厚度的均匀化；
(5)本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐，进水管道与内罐罐身段和内罐罐底段的连接处对应设置，而且进水管中心线经过内罐罐身段和内罐罐底段的连接处，可以强化该连接处部位高温熔渣的冷却效果，促进该连接处快速形成渣壳，使得快速形成的渣壳与内罐层分离，避免高温熔渣与该连接处发生粘结，使得倒渣后该处不易残留高温熔渣。
附图说明
图1为本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐结构示意图；
图2为本发明的一种用于高炉渣热装热送的渣罐进水管道的放大图；
图3为本发明实施例2的结构示意图。
示意图中的标号说明：
100、渣罐罐体；110、内罐层；111、内罐罐身段；112、内罐罐底段；
120、空腔层；121、罐身段空腔；122、罐底段空腔；
130、外罐层；131、外罐保温层；
140、连接段；
210、进水管道；211、进水管中心线；221、上出水管道；222、下出水管道。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的“、“水平的“、“左“、“右“以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
实施例1
结合图1和图2，本实施例的一种用于高炉渣热装热送的渣罐，包括渣罐罐体100、进水管道210和出水管道；渣罐罐体100包括内罐层110和外罐层130，内罐层110和外罐层130之间的设置有空腔层120，内罐层110为铸铁层；进水管道210贯穿设置于外罐层130上，进水管道210与空腔层120相连通，出水管道贯穿设置于外罐层130上，出水管道与空腔层120相连通，冷却水由进水管道210进入空腔层120后由出水管道排出。在将高温熔渣装入渣罐罐体100之前，进水管道210持续地向空腔层120内注入冷却水，而后冷却水通过出水管道流出空腔层120，使得整个过程中空腔层120内充满不断流动的冷却水；因为内罐层110为铸铁层，其导热性较好，当渣罐罐体100装入来自高炉的高温熔渣后，高温熔渣的热量容易通过内罐层110向外传导，空腔层120中的冷却水在热传导的作用下，吸收来自内罐层110热量，再通过冷却水的流动作用将热量带走，实现内罐层110的快速冷却；在内罐层110的内部，靠近内罐层110的熔渣在快速冷却作用下迅速凝固，进而沿内罐层110的内壁会快速冷却形成渣壳，并使得快速形成的渣壳与内罐层110分离，防止高温熔渣与渣罐罐体100发生粘结。值得说明的是，来自高炉的高温熔渣又可以简称高炉渣。
上述经过冷却形成的渣壳，一定程度上可以对液态的高温熔渣进行保温，而且内罐层110为铸铁层，铸铁与高温熔渣之间的粘结系数较小，从而内罐层110与渣壳之间不易发生粘结，进而在后续高温熔渣的倒出过程中方便渣壳与内罐层110进行分离；但是内罐层110内壁与高温熔渣之间形成的渣壳也不宜过厚，渣壳过厚会导致高炉渣利用率的降低，并且过厚的渣壳难以破碎，进而影响高炉渣资源化生产的快速进行。
值得说明的是，内罐层110的内罐罐身段111的壁厚由上到下逐渐减小，内罐罐身段111顶部的壁厚为内罐罐身段111底部壁厚的两倍，内罐层110的内罐罐底段112的壁厚为均匀设置，且内罐罐底段112的壁厚与内罐罐身段111底部壁厚相同，进而提高了使用寿命。在高度方向上，内罐层110内的高温熔渣距离液面越远，高温熔渣的散热条件越差，所以在内罐罐身段111的壁厚从上到下可以适当的减小其厚度，使得下方的高温熔渣得到更快的冷却，改善内罐层110的内罐罐身段111各部分高温熔渣的散热条件；与此同时，内罐层110的内罐罐底段112为圆弧形，使得内罐层110的内罐罐底段112内部高温熔渣的散热条件基本相同，可以通过内罐罐底段112向外均匀散热，所以内罐层110的内罐罐底段112的壁厚可以均匀设置。
另外，空腔层120的罐身段空腔121的厚度由上到下逐渐减小，一方面内罐层110内的高温熔渣散热条件随高度降低而变差；另一方面，冷却水在相同流量的情况下，流通截面越小其流速越快，进而可以加快冷却水带走热量的速度。空腔层120的罐身段空腔121的厚度由上到下逐渐减小可以使得下层空腔层120内冷却水流速加快，进而加强下层空腔层120对内罐层110的冷却效果。另外，罐底段空腔122的厚度均匀设置，其厚度不大于罐身段空腔121最底端处的厚度，本实施例中罐底段空腔122的厚度等于罐身段空腔121最底端处的厚度，使得罐身段空腔121内流动的冷却水均匀冷却内罐层110中内罐罐底段112的高温熔渣，高温熔渣在内罐罐底段112形成均匀的渣壳，在将高温熔渣从渣罐罐体100倾倒出来时，底部的渣壳可以更容易的与内罐罐底段112分离；因为内罐罐底段112的高温熔渣向上散热条件最差，渣壳形成难度较大，所以罐底段空腔122的厚度设置较小，从而加快冷却水的流动速度，强化内罐层110中内罐罐底段112的冷却效果，促进该部位处内罐层110内壁与高温熔渣之间渣壳的形成。
本实施例中进水管道210与内罐罐身段111和内罐罐底段112的连接处对应设置，而且进水管中心线211经过内罐罐身段111和内罐罐底段112的连接处。在内罐层110内，内罐罐身段111和内罐罐底段112的连接处因为折转较大，粘度较大的高温熔渣容易残留于该连接处，将进水管道210与内罐罐身段111和内罐罐底段112的连接处对应设置，可以改善该连接处部位高温熔渣的冷却效果，促进该连接处渣壳的快速形成，使得倒渣后内罐罐身段111和内罐罐底段112连接处不易残留高温熔渣。
值得说明的是，进水管中心线211与内罐罐身段111外壁之间的夹角为a，进水管中心线211与内罐罐底段112外壁在连接处的切线之间的夹角为b，且a＞b，内罐罐底段112外壁与竖直方向的夹角为c，在本实施例中，通过模拟以及多次实际制作经验得到该关系式：a＝b+0.12×c，a和b角度的大小通过该式计算得到，进水管中心线211通过按照上述角度的布置，使得进水管道210的进水方向稍微朝内罐罐身段111外壁的方向倾斜。在重力的作用下，通过进水管道210进入空腔层120的冷却水有向下运动的趋势，为避免内罐罐身段111外壁处不能及时得到冷却水的冷却，将进水管道210的进水方向稍微朝内罐罐身段111外壁的方向倾斜，使得更多的冷却水可以向内罐罐身段111外壁处运动，对内罐层110的内罐罐身段111中的高温熔渣进行及时冷却，促进该部位处内罐层110内壁与高温熔渣之间渣壳的形成。上述的进水管道210至少设置有3个，本实施例中设置有4个，其沿渣罐罐体100周边均匀分布。
需要说明的是，渣罐罐体100顶部设置有连接段140，内罐层110和外罐层130之间通过连接段140固定连接，空腔层120的顶端与渣罐罐体100的顶端之间的距离为h，h的范围为60-120mm，本实施例中h＝100mm，因为内罐层110内靠近顶部的高温熔渣散热条件较好，所以空腔层120的顶端与渣罐罐体100之间设置一定的距离，避免空腔层120中的冷却水对靠近内罐层110顶部的高温熔渣进行冷却，防止内罐层110顶部的内罐层110内壁上以及熔渣液面上形成过厚的渣壳。
本实施例中，出水管道包括上出水管道221和下出水管道222，其中上出水管道221设置于外罐层130的顶部，下出水管道222设置于外罐层130的底部。上出水管道221设置于外罐层130的顶部，可以保证流动状态的冷却水对内罐罐身段111进行冷却，值得一提的是，上出水管道221与空腔层120的顶端之间的距离为10-20mm，本实施例中上出水管道221与空腔层120的顶端之间的距离为15mm；冷却水进入该段距离的空腔层120时，其流动性较差导致其导热性较差，进而降低冷却水对靠近内罐层110顶部的高温熔渣的冷却作用，避免上部熔渣形成过厚的渣壳。
下出水管道222设置于外罐层130的底部，一方面，可以保证流动状态的冷却水对内罐罐底段112进行冷却，使得内罐层110的内罐罐底段112内部形成一定厚度的渣壳；另一方面，下出水管道222设置于外罐层130的底部时，当空腔层120中的冷却水液面下降时，空腔层120内以从上到下的顺序形成无冷却水的气体保温层，可以先对上方的内罐层110内的高温熔渣进行保温，避免散热条件较好的上层高温熔渣形成过厚的渣层；内罐层110内下层的高温熔渣可以继续冷却一段时间，使得冷却条件较差的下层高温熔渣继续形成渣壳，从而促进渣壳形成厚度的均匀化。
当冷却一段时间后，空腔层120通过下出水管道222将空腔层120内的冷却水排空，此时的空腔层120内充满气体，虽然内罐层110为铸铁层导热性较好，但是此时充满气体的空腔层120的导热性较差，可以阻止大部分的热量继续从内罐层110向外传导，从而实现了空腔层120的保温作用，避免内罐层110内壁形成过厚的渣壳，进而形成适当厚度的渣壳；保证高温熔渣的流动性，方便高温熔渣的倒出，提高高炉渣的利用率，另外高炉渣良好的流动性可以让高炉渣得到更好的资源化生产处理；通过对高温熔渣的保温，还使得高炉渣的显热得到充分利用，避免了高炉渣显热资源的浪费。
实施例2
结合图3，本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：外罐层130的内壁上设置有外罐保温层131，当渣罐罐体100完成冷却过程进行保温过程时，外罐保温层131可以进一步提高渣罐罐体100对高温熔渣的保温效果。外罐保温层131的制作材料为粘土砖或者高铝砖或者镁质，本实施例中外罐保温层131的材料为粘土砖。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：连接段140的顶端高度沿渣罐罐体100内沿到外沿的方向逐渐增加，连接段140的顶端截面为圆弧形，圆弧方向朝上，使得渣罐罐体100进行倒渣时，高温熔渣可以通过圆弧形的导向作用向外倒渣，避免粘度较大的高温熔渣在倒出过程中粘结到渣罐罐体100外壁上，导致渣罐罐体100以及倒渣车间难以清理，并且降低了高炉渣的损失量。
以上实施例提到的一种用于高炉渣热装热送的渣罐的使用方法为：
步骤一、冷却处理
在渣罐罐体100装入高温熔渣之前，通过进水管道210向空腔层120内注入冷却水，再将高温熔渣装入渣罐罐体100中，冷却水对渣罐罐体100中的高温熔渣进行冷却，使得高温熔渣在渣罐罐体100的内罐层110内壁上快速冷却形成渣壳；冷却处理的冷却制度为：
(1)0-5min时，冷却水的流量为q1，时间从高温熔渣倒入渣罐罐体100时开始算起；
(2)5-10min时，冷却水的流量为q2，q2＝k·q1，k取值为0.2～0.3，本实施例中取0.25。
步骤二、保温处理
高温熔渣在渣罐罐体100的内罐层110内壁上形成渣壳后，出水管道将空腔层120内的冷却水排空，空腔层120内充满气体形成气体隔层，空腔层120对内罐层110内的高温熔渣进行保温处理。
步骤三、倒渣
前期通过冷却在内罐层110内壁形成了渣壳，所以液态的高温熔渣不易在内罐层110内壁上发生粘结，进而可以方便地将高温熔渣倾倒出来；并且冷却后及时对内罐层110进行保温，使得内罐层110内壁上不会形成过厚的渣壳，方便倒渣后对内罐层110内壁上形成的渣壳进行破碎。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。