专利名称：液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢铁冶金过程的节能、二次能源的回收利用技术，尤其是应用于高炉炼铁过程所产生的副产品--高温液态高炉渣的热量回收技术，具体涉及一种液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法及其装置。
背景技术：
钢铁工业是一个能源和资源消耗巨大的行业。在炼铁过程中，消耗的大量焦炭等的热量进入铁水和钢液、煤气或烟气、液态高炉渣中。其中液态渣所含有的物理热占有的比例较大。对高温液态高炉渣，由于温度高，积存的热量大，其物理热的利用是目前钢铁企业最重要的节能方向之一。对冶金二次资源和能源进行充分的和高附加值的利用，是冶金工业可持续发展的关键之一，也是降低环境污染的有效措施[1]。
以2002年年产400万吨钢的济南钢铁公司为例，其排放的高炉渣72万吨，出渣时液态高炉渣的温度为1450℃左右，其可回收的余热每年达4.28万吨标准煤。可见，高温液态高炉渣中含有大量的能量。但是由于高炉渣的数量最大，出渣的时间短、出渣速度大，热量回收的难度较大。
目前，国内外对高温渣热量利用的研究主要集中在燃煤锅炉的高温灰渣等方面，几乎没有高温液态高炉渣热量利用方面的文献发表[2]。对燃煤电厂等用煤作燃料的锅炉燃烧过程所排放的高温灰渣，国内刚刚开始进行风(空气)等冷却和热量回收技术的研究。国内外的研究主要集中在灰渣的风冷、风或烟气和水联合冷却、冷渣器的设计和实验研究、数值仿真及如何提高锅炉的热效率等方面[3-8]。也可以用向前推进的螺旋叶轴以及壳体夹套内的冷却水带走渣的热量，并回收冷却水带走的热来完成对渣中热量的回收[9]。
在炼铁炼钢过程产生的冶金渣热量的利用方面，研究表明高温液态的高炉渣可作为热源，可用于煤的气化[10]。可对液态渣在电炉内的流动和传热进行三维数值模拟研究，以探讨电炉冶炼的热效率和热量利用[11]。由于液态钢铁渣含有大量的能源，可用熔盐介质进行回收其热量[12]。
目前，在冶金企业中，回收热量唯一成功的例子是干法熄焦。此法普遍采用的是用惰性气体(CO2、N2)作为吸收炽热焦炭的介质。即在一个密闭装置里，大约经过2.5h的冷却，N2将1000℃左右的高温焦炭冷却到250℃左右，再由废热锅炉回收提高了温度的惰性气体的热量。经降温和除尘后的气体，继续循环用于干法熄焦。
而我国高炉渣全部采用水淬，还没有采用空冷(或惰性气体冷却)的企业；对转炉钢渣有2-3个厂家进行气碎，但没有对液态炉渣的大量热量进行回收利用。并且炉渣采用水淬，将耗费大量的水量，其水渣比在8-15∶1左右。国外(主要是日本)在转炉钢渣方面有风冷方法的研究，并能同时进行热量的回收(冷却的主要目的是渣的粒化)，但其技术没有公开；对高炉渣还未开展相关的研究工作。
由于液态高炉渣能量利用存在相当的难度和其它方面的原因，从国内外已发表的文献和已申报的专利看，对高温炉渣显热的利用，国内还没有开展此方面的研究工作，没有成熟的和可资借鉴的技术；国外对此方面的研究也未见相关报道。即在世界范围内，对高炉炼铁产生的高温液态高炉渣含有的物理热和相变热等均没有有效的工业化回收方法。对液态高炉渣的热量回收，存在两个关键问题一是液渣的粒化；二是如何最有效地进行高温炉渣与冷却气体的热交换，使回收的热效率最高。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法，以达到有效回收、利用高温液态高炉渣的物理热的目的。
本发明的另一个目的是为实现上述方法所提供一种对液态高炉渣粒化的装置。
本发明的目的是这样实现的液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法，其特征在于高炉排出的液渣在下流过程中，通过粒化装置高速旋转的离心力作用，将液态高炉渣沿粒化装置的旋转体上部运动甩出，在运动甩出及碰撞过程中破碎成粒状；具体包括如下步骤1)高温液态高炉渣从高炉下部渣口流出，进入热量回收密闭装置上的浇口；2)从浇口内流入到旋转的粒化装置上，通过粒化装置的高速旋转和离心力作用，将液渣气碎成粒状。
一种液态高炉渣粒化装置，其特征在于主体为轮辐式圆盘结构，中心部位为实心圆盘；圆盘四周呈辐射状往外设置菱条；相邻两菱条之间留有渣粒通过的缝隙，圆盘在整个轮辐菱条中心下凹；圆盘的底部通过传动轴与电机连接；圆盘的外沿设置挡板。
液态高炉渣粒化装置的另一种形式是主体为罩杯式结构，中心部位为一个上大下小的圆台状罩杯，底部与侧壁呈钝角；罩杯的侧壁上均匀设有出料孔；罩杯外环呈辐射状往外设置菱条；相邻两菱条之间留有渣粒通过的缝隙，罩杯在整个轮辐菱条中心下凹；罩杯的底部通过传动轴与电机连接。
进一步的发明是所述轮辐菱条的断面为三角形，菱条上间隔横向和向上布置5-7个刺。液渣粒化装置通过电机和传动系统控制其旋转的速度。
采用本发明方法，具有如下优点1、在较短的时间范围内使液渣粒化成较小的颗粒，是保证回收液渣热量效果的关键之一。采用本发明方法能够在较短的时间范围内获得比较均匀、细小的颗粒渣。颗粒越细，渣与气体进行有效热交换的时间就越短，颗粒渣内部的热量就越容易传出到颗粒的表面而与气体进行热交换。颗粒越细小，颗粒被急冷的速度就越快，颗粒渣的质量(包括强度、活性等指标。强度越高；粒渣储存的表面能越大，活性越好)就越好。
2、本发明采用气冷技术冷却液态高炉渣，经热交换后的高温气体用作余热锅炉发电、用于热风炉等，气体经补充一部分新的气体后循环对高炉渣进行冷却。
3、本发明能回收大量的能源，同时将液态高炉渣等的冷却由水冷改为气冷，显著节省冷却水量，可节约大量的水资源；可消除冷却水的二次污染，保证冷却后渣的物化性质与水淬的渣相似或更好，并可在国内各冶金企业推广应用。
4、实现本发明方法的两种粒化装置，结构简单、设计合理，均能保证在线有效地对液态高炉渣进行粒化，从而保证能够对液态高炉渣的热量进行有效的回收。
图1是本发明粒化装置的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本发明粒化装置另一实施例的结构示意图；图4是图3的俯视图；图5是液态高炉渣粒化实验过程的照片。
具体实施例方式
研究发现，液态高炉渣热量的回收，有两个关键的问题需要解决一是液渣的粒化问题，二是粒化后渣的热量如何最有效地交换给冷却气体。本发明是解决前一问题。
本发明液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法，具体步骤如下1)高温液态高炉渣从高炉下部渣口流出；2)通过炉前渣沟流动到高炉平台边缘；3)进入热量回收密闭装置上的浇口；4)从浇口内流入到旋转的粒化装置上；5)通过粒化装置的高速旋转和离心力作用，将液渣气碎成粒状。
图5给出了罩杯式粒化装置的粒化过程照片(为了照相和观看方便，粒化时在密闭容器外进行。当然对图中的液渣未进行热量回收)。实验及其照片表明高温液态高炉渣的粒化效果很好。液渣粒化装置通过电机和传动系统控制其旋转的速度，旋转的速度是可调的。对传动系统采用电动机带动齿轮传动，传动系统位于密闭装置的内部或外部，如在内部需要对传动系统进行密封隔热保护，其详细内容见同时申请的“热量回收装置及方法”部分。
本发明液渣粒化原理就是液渣在下流过程中，通过粒化装置的高速旋转的离心力作用，将液态高炉渣沿粒化装置的旋转体上部运动甩出，在运动甩出及碰撞过程中破碎成粒状。影响颗粒粒度的因素有粒化装置的旋转速度、液渣的粘度(即流动性。与液渣的温度及化学组成相关)、粒化装置的结构(包括形状、结构和设置的菱条、菱条上的刺等、本发明优化设计的两种粒化装置的种类。
实施方案1如图1、图2所示，轮辐式粒化装置其轮辐的中心部位为实心圆盘1，圆盘1四周呈辐射状往外设置菱条2；相邻两菱条2之间留有渣粒通过的缝隙，圆盘1在整个轮辐菱条2中心下凹；圆盘1的底部通过传动轴3与电机连接；圆盘的最外沿设置挡板4，其主要目的是防止粒化后的高温渣打向容器的内壁，而与壁面粘连。实心圆盘1到轮辐部分光滑过渡。这样设计的目的有两个一是对下部转轴进行保护，避免液渣或高温粒渣对转轴的损坏；二是通过旋转，与实心圆盘和轮辐在同一个水平位置的结构比较，可以更好地破碎液渣。
轮辐部分设置菱条数十根，菱条的断面尺寸是三角形的，菱条呈辐射状往外布置，菱条上间隔横向和向上布置5-7个刺7，以加强破碎作用。刺的长度为5mm左右为宜。
轮辐方案的特点是对液态高炉渣的处理能力大，效率更高；但粒度也相应较大。适于使用于出渣流量(单位时间内的出渣量)较大的高炉。
实施方案2如图3、图4所示，罩杯式粒化装置主体为罩杯式结构，中心部位为一个上大下小的圆台状罩杯5，罩杯5底部与侧壁呈钝角；罩杯5的侧壁上均匀设有出料孔6；罩杯5外环呈辐射状往外设置菱条2，相邻两菱条2之间留有渣粒通过的缝隙；菱条2的断面呈三角形，菱条2上间隔横向和向上布置2-3个刺7，以加强破碎作用。刺的长度为5mm左右。
罩杯5在整个轮辐菱条2中下凹；罩杯5的底部通过传动轴3与电机连接。罩杯可加工成整体式的，也可以加工成分离式的。
罩杯的高度过高可能使大块的粘稠的渣或固态渣皮不容易被从罩杯的上部甩出去，过低处理能力小，根据处理量的需要具体设计。
罩杯的高度和直径对生产率均有很大的影响。高度和直径越大，单位时间内的生产量就越大。对不同大小的高炉，应对高度和直径等参数进行优化。
罩杯的上部延伸平面部分有一定的长度，在这一平面上设置有菱条，便于部分粘度较高的液渣和固渣破碎。罩杯的材料采用高质量耐热钢。为提高气体的热量回收率和不影响旋转，罩杯不宜用水冷却。
此装置的特点是A.罩杯对液渣粒化处理的能力较大，生产效率较高。B.对少量固态的液渣渣皮，可通过离心力的作用，沿罩杯上部甩出，并通过碰撞破碎。
本发明的创新在于A.两种液态高温高炉渣的粒化装置均能较好地实现液渣粒化。B.两种粒化装置能够根据液渣流量的不同(不同高炉容量和出渣方式的不同，液渣的流量不同)、粒渣能有效进行热交换及粒渣利用对其粒度的要求的不同，而选择和调整合适的结构参数和工艺参数而达到要求。C.为回收热量，对高温液态高炉渣的机械粒化装置，以前还未有相关文件和专利。
按本发明方法设计的装置及其相关技术，可以在国内外相关企业的高炉的排渣沟出口附近建设相关装置，并结合渣的热量回收装置及技术，实现有效地回收液态高炉渣所含有的相变热和物理热，热量回收后的粒渣的质量与现有的高炉炉前水冲渣的质量相当或更好。本发明经在实验室进行了相关的实验研究，实验中的粒化效果良好。
权利要求
1.液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法，其特征在于高炉排出的液渣在下流过程中，通过粒化装置高速旋转的离心力作用，将液态高炉渣沿粒化装置的旋转体上部运动甩出，在运动甩出及碰撞过程中破碎成粒状；具体包括如下步骤1)高温液态高炉渣从高炉下部渣口流出，进入热量回收密闭装置上的浇口；2)从浇口内流入到旋转的粒化装置上，通过粒化装置的高速旋转和离心力作用，将液渣气碎成粒状。
2.一种液态高炉渣粒化装置，其特征在于主体为轮辐式圆盘结构，中心部位为实心圆盘(1)；圆盘(1)四周呈辐射状往外设置菱条(2)，相邻两菱条(2)之间留有渣粒通过的缝隙，圆盘(1)在整个轮辐菱条(2)中心下凹；圆盘(1)的底部通过传动轴(3)与电机连接；圆盘的外沿设置挡板(4)。
3.一种液态高炉渣粒化装置，其特征在于主体为轮辐式罩杯结构，中心部位为一个上大下小的圆台状罩杯(5)，底部与侧壁呈钝角；罩杯(5)的侧壁上均匀设有出料孔(6)；罩杯(5)外环呈辐射状往外设置菱条(2)；罩杯(5)在整个轮辐菱条(2)中心下凹；罩杯(5)的底部通过传动轴(3)与电机连接。
4.根据权利要求2或3所述的粒化装置，其特征在于所述轮辐菱条(2)的断面为三角形，菱条上间隔横向和向上布置5-7个刺(7)。
全文摘要
本发明提供一种液态高炉渣热量回收过程中渣的粒化方法及其粒化装置，其特征在于高炉排出的液渣在下流过程中，通过粒化装置高速旋转的离心力作用，将液态高炉渣沿粒化装置的旋转体上部运动甩出，在运动甩出及碰撞过程中破碎成粒状。采用本发明能够在较短的时间范围内获得比较均匀、细小的颗粒渣，保证渣与气体进行有效热交换。粒化装置为轮辐式圆盘结构或轮辐式罩杯结构，均能保证在线有效地对液态高炉渣进行粒化，从而保证了能够对液态高炉渣的热量进行有效的回收。
文档编号F24J3/00GK1888081SQ20061005446
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者陈登福, 温良英, 邱贵宝, 刘清才, 佐祥均, 白晨光, 孙善长, 董凌燕 申请人:重庆大学