用于减少炉渣绒形成的干式粒化炉渣的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于减少炉渣绒形成的干式粒化炉渣的方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年6月3日提交的美国临时专利申请第62/007，284号的优先权和权益，该申请的内容以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本公开涉及粒化炉渣产品及其制备过程。
【背景技术】
[0004]炉渣是在冶金炉中进行的金属制备过程的副产物。虽然所制备的炉渣的组成和数量高度依赖于具体的过程，但炉渣通常包括金属氧化物与二氧化硅的混合物，并且以范围从由该过程制备的金属的量的大约10%至若干倍的范围内的量进行制备。
[0005]在金属制备期间，在冶金炉中存在熔融形式的炉渣。熔渣被从炉中周期性地导出并且可以被处理成粒化炉渣产品。粒化炉渣已被用作混凝土的骨料和胶凝材料，并且最近人们对使用粒化炉渣作为石油和天然气生产中的支撑剂、作为屋面粒料、研磨剂或作为催化剂载体产生兴趣。
[0006]炉渣粒化通常由使用水喷雾进行的湿式粒化过程来进行，水喷雾接触炉渣的料流，将其分散成小滴，小滴硬化成粒料，粒料沿着洗矿槽向下输送，然后到达工场，在那里落入池中以进行收集。
[0007]在湿式粒化过程中，大量的水被添加到炉渣以冷却熔渣。由该过程产生的废水通过与炉渣接触而被污染，并且其处置产生额外的成本。而且，水粒化常常导致具有高得不可接受的水含量并且被认为不适合许多用途的炉渣粒料的产生。湿炉渣粒料的干燥也产生额外的成本，并且在许多情况下不是经济上可行的。通过控制添加到粒化过程中的水的量来尝试解决此问题取得有限的成功。同样已经知道含硫炉渣的湿式粒化产生高得不可接受的含硫气体的排放。
[0008]炉渣的干式粒化克服了与湿式粒化过程相关联的问题中的一些。在干式粒化过程中，熔渣通常被加压气体流或被机械装置分散或雾化。虽然干式粒化使用比湿式粒化少的水并且通常产生干的产物，但干式粒化过程会产生大量的炉渣“绒”，其由当炉渣具有较差的小滴形成特性时产生的炉渣的低密度纤维组成。炉渣绒具有低密度和大体积，使得其搬运、运输和回收变得困难。在极端情况下，炉渣绒形成物的量可以高达90重量％。炉渣绒的产生对于具有高粘度的炉渣来说特别麻烦，并且将干式粒化(特别是气体雾化)的应用限制到具有产生炉渣绒的较低趋势的特定类型的炉渣。
[0009]另外，由于炉渣聚集成难以用空气分散的浓料流的趋势，在气体雾化设备中以高流量处理炉渣是困难的。此外，炉渣料流的厚度影响由空气雾化产生的颗粒的尺寸。因此，炉渣料流的厚度的不一致会导致对炉渣粒料的粒度的控制的缺乏，并且会导致具有非常宽的粒度分布的产物。为了避免这些问题，气体雾化过程趋于小规模操作，这限制了其可用性。
[0010]仍然需要用于炉渣粒化的简单、经济上可行的过程，该过程避免了与已知的湿式和干式粒化过程相关联的上述冋题。
【发明内容】
[0011]在一个方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的过程。该过程包括:(a)提供熔渣的料流，该料流可包括冶金炉渣；(b)将受控量的水添加至炉渣；(C)使熔渣的料流粒化，以制备固化的炉渣；其中，固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，由所述过程制备的炉渣绒的量小于在不添加受控量的水的情况下通过使熔渣的料流粒化而产生的炉渣绒的量。例如，由该过程制备的炉渣绒的量小于固化炉渣的约10重量％。
[0012]在一个实施例中，受控量的水小于约300kg水/吨炉渣，并且可以小于约10kgA/吨炉渣。例如，受控量的水可以使得基本上干燥的炉渣粒料具有小于约5重量％的水含量。
[0013]在另一个实施例中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使熔渣与可包括气体的雾化流体流接触来分散熔渣。
[0014]在又一个实施例中，在熔渣与雾化流体接触的同时，受控量的水的至少一部分被添加至炉渣，使得雾化流体还可包括受控量的水。
[0015]在又一个实施例中，在熔渣与雾化流体接触之前，受控量的水的至少一部分被添加至熔渣。
[0016]在又一个实施例中，紧接在熔渣与雾化流体接触之后，当分散的炉渣通过雾化室喷出时并且在炉渣到达雾化室的收集区域内之前，受控量的水的至少一部分被添加至熔渣。
[0017]在又一个实施例中，使熔渣的料流粒化的步骤包括通过使熔渣与旋转的机械元件接触来分散熔渣。
[0018]在另一方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备。该设备包括:(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的料流的下端；(b)分散装置，其在倾斜表面的下端处以用于分散从倾斜表面排出的熔渣的料流；(C)一个或多个水添加装置，其用于将受控量的水添加至熔渣；以及(d)邻近分散装置的收集区域，其用于沉积由熔渣的分散产生的固化炉渣，其中，固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料和炉渣绒，并且其中，炉渣绒的量小于在不添加受控量的水的情况下通过使熔渣的料流粒化而产生的炉渣绒的量。
[0019]在一个实施例中，分散装置包括雾化器，在雾化器中，熔渣与雾化流体流接触。例如，分散装置可包括气体雾化器，并且雾化流体可包括气体。
[0020]在另一个实施例中，所述水添加装置中的至少一个位于紧邻倾斜表面的下端处并且与气体雾化器相关联，使得气体和由所述至少一个水添加装置添加的受控量的水一起构成雾化流体。
[0021 ]在又一个实施例中，气体雾化器包括鼓风机，并且位于紧邻倾斜表面的下端处的所述至少一个水添加装置包括一个或多个喷嘴，所述喷嘴位于倾斜表面的下端的上方和/或其下方。
[0022]在又一个实施例中，分散装置包括第一旋转机械元件，并且其中，所述水添加装置中的至少一个位于倾斜表面的上端和第一旋转机械元件之间。
[0023]在又一个实施例中，炉渣流动方向被限定在倾斜表面的上端和下端之间，并且倾斜表面具有横向于炉渣流动方向的宽度;该设备还包括流分布元件，以用于横跨倾斜表面的宽度分布熔渣的流;并且流分布元件位于倾斜表面的上端和第一旋转机械元件之间。
[0024]在又一个实施例中，所述一个或多个水添加装置沿着炉渣流动方向定位在倾斜表面的上端和流分布元件之间。
[0025]在又一个实施例中，所述一个或多个水添加装置包括一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴设置在倾斜表面上方且向下指向倾斜表面。
[0026]在又一个实施例中，流分布元件包括第二旋转机械元件，其横跨倾斜表面的宽度延伸，能够围绕横向地横跨倾斜表面延伸的轴线旋转，并且横跨倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与倾斜表面间隔开一间隙。
[0027]在又一个实施例中，流分布元件为圆柱形的。
[0028]在另一方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的设备，该设备包括:(a)倾斜表面，其具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在倾斜表面的上端和下端之间，并且倾斜表面具有横向于炉渣流动方向的宽度；(b)气体雾化器，其紧邻倾斜表面的下端以用于利用雾化气体分散从倾斜表面排出的恪渣的料流；(c)流分布元件，其用于横跨倾斜表面的宽度分布恪渣的流，其中，流分布元件位于倾斜表面的上端和下端之间；以及(d)收集区域，其邻近气体雾化器，以用于沉积通过熔渣的分散而产生的固化炉渣，其中，固化的炉渣包括所述基本上干燥的炉渣粒料。
[0029]在一个实施例中，流分布元件包括旋转机械元件，该旋转机械元件横跨倾斜表面的宽度延伸，能够围绕横向地横跨倾斜表面延伸的轴线旋转，横跨倾斜表面的基本上整个宽度延伸，并且与倾斜表面间隔开一间隙。例如，流分布元件可以是圆柱形的。
[0030]在另一个实施例中，气体雾化器位于倾斜表面的下端下方。
[0031 ]在又一个实施例中，该设备还包括一个或多个水添加装置，所述一个或多个水添加装置紧邻倾斜表面的上表面、流分布元件和/或气体雾化器中的一个或多个定位，以用于在熔渣的粒化之前、期间和/或之后将水添加到熔渣的目的。
[0032]在又一方面，提供了一种用于制备基本上干燥的炉渣粒料的方法，该方法包括:(a)提供沿着倾斜表面流动的熔渣的料流，该倾斜表面具有用于接纳熔渣的料流的上端和用于排出熔渣的料流的下端，其中，炉渣流动方向被限定在倾斜表面的上端和下端之间，并且倾斜表面具有横向于炉渣流动方向的宽度；(b)利用位于倾斜表面的上端和下端之间的流分布元件横跨倾斜表面的宽度分布熔渣的流分布，以便在倾斜表面的下端