基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法与流程

本发明涉及一种冶金渣处理技术，尤其涉及一种热态铸余渣处理方法。

背景技术：

铸余渣是指铸钢后钢包内的钢渣和残余钢水的总称，又叫钢包渣。一般情况下，铸余渣量相对较少，约占铸钢总量的2-3wt%。鉴于浇钢控制技术的差异和高品质钢材质量的要求，铸余渣中残留钢水占到40-70%甚至更多，浇钢结束时渣和钢水的温度分别在1500℃和1550℃左右，流动性尚好。除少数钢厂尝试着将少量的铸余渣直接返回生产工序进行热态回收利用外，绝大部分的铸余渣是经过冷却后再破碎、磁选处理，回收其中的金属。由于铸余渣内金属含量高，残余钢水的凝固点较高，很容易冷却固结。当残余钢水和铸余渣从钢包内被倒出来的过程中，二者常常互相混合，在渣罐内或沙坑中形成大渣坨，分离和回收非常困难。鉴于铸余渣具有“点多、量少、金属含量高”的特点，收集和处理比较困难，最终的处理仍然停留在以下几种工艺：

沙坑式热泼：将铸钢后的高温熔渣直接热泼到沙坑中，自然冷却。因熔渣与钢水混合易形成大的渣钢坨，后续处理时需要氧气切割和锤砸，场地大，劳动强度高，污染严重，金属收得率低。

渣罐配格栅：为解决大块渣钢坨问题，中国专利CN200510047315.2及CN01201699.3提出了在渣罐中放置格栅的方法，通过形状各异的格栅将渣罐的有效空间分隔成多个小空间。当铸余熔渣倒入渣罐时自动被格栅分隔成众多小块，避免了大钢坨的出现，提高了渣处理效率。但格栅制造、填装费时，价格也不菲；后续的破碎、磁选仍然困难、复杂，回收渣钢品位较低。

滚筒工艺：专利CN200810035081.3提出了利用快速滚动的钢球处理铸余渣的技术方案。利用金属球导热系数高、传热面积大，高速滚动的钢球具有冲击破碎作用的原理，实现钢水和熔渣快冷、碎化，再通过工艺水冷却金属球和颗粒渣，实现铸余渣的滚筒法处理。该工艺占地小、尾气集中处理后排放、尾渣小而均匀，粒径集中在10mm以下，尾渣和冷钢分离彻底，经济效益和环保效益非常突出，不足之处在于进料漏斗易粘钢、堵塞，清理困难，更换频率高，同时因钢水会聚、冷却在滚筒内，超大块的冷钢数量大，停机清理频率高，严重影响滚筒的处理能力。

气碎工艺：专利CN 201210074140.4提供了一种利用气力将高温熔融铸余渣流击碎成小钢珠和小渣粒的工艺方法。鉴于铸余渣易凝固的特点，该工艺设置了一个液化升温装置，浇钢完毕后的铸余渣先倒入液化升温装置内通电升温，保证其良好的流动性，流股可控。熔融铸余渣从液化升温装置内均匀流出，由中间流槽调整流股宽度和流速后，气力粒化器喷出压缩气体从侧面将熔渣流击碎成小液滴，小液滴在飞行过程中被控冷雾化器喷出的气水混合物强行冷却凝固成钢粒和小渣球，实现铸余渣的冷却、破碎功能。工艺简单但需要二次补热，气碎过程噪音大，气体夹带粉尘需要收集处理。

现有处理铸余渣的滚筒工艺的工作过程描述如下：参见图1，浇铸完毕后，由行车1将钢包2调运至旋转着的滚筒装置6的进料溜槽4上部，缓慢倾翻钢包2将其中的铸余熔渣3可控的倒入进料溜槽4内，铸余熔渣3经过进料溜槽4的导流后进入滚筒腔体内滚动的钢球11上表面，被滚动钢球快速冷却、破碎，然后进入水冷区被冷却水喷淋系统5所喷入的工艺冷却水冷却、换热，钢球降温后重新参与熔渣的冷却、换热，固态渣被水进一步冷却后降温、变脆，在钢球冲击作用下破碎成小于设定尺寸的颗粒状铸余渣9，从滚筒内排出，由成品渣输送、存储系统8导出、存储，然后经卡车出厂送用户。熔渣处理过程中产生的废蒸汽由尾气收集排放系统7收集、净化后达标排放。实际生产中发现：铸余熔渣3倒入进料溜槽的过程中飞溅严重，飞溅起来的熔渣和钢水碰到进料溜槽的内壁上特别是喉口部位就冷却、粘结在上面，渣中有钢，钢中带渣，很难清理，同时粘结速度快，一般处理3-5包铸余渣后溜槽基本上就被堵死，需要更换新的进料溜槽。另一方面，钢水熔点高、导热系数大，进入滚筒后很快就凝固，因此很容易结成大钢坨10，甚至将钢球包裹起来形成球、钢混合体，清理频率高，生产效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法，该方法能减少滚筒装置进料漏斗的粘渣和堵塞现象，延长进料漏斗使用寿命，避免大钢坨的产生，提高滚筒装置的作业率。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法，在进料溜槽上沿口设置主喷嘴，进料溜槽下部出口端设置导向喷嘴；

所述主喷嘴喷出的压缩氧气直接冲击自钢包倒入滚筒进料溜槽的铸余渣熔体，氧气与铸余渣熔体中的部分钢水接触、反应，生成氧化亚铁的同时放出大量热量，铸余渣熔体温度升高，粘度降低，流动性变好；主喷嘴起到熔渣补热作用；

主喷嘴喷出的上部气体协同进料溜槽下端导向喷嘴喷出的压缩空气同时对铸余渣熔体进行初步的冲击破碎，使铸余渣熔体分散成数个相对独立的小流股；导向喷嘴起到熔渣导向和分散作用；

铸余渣熔体细流股进入滚筒内被钢球和冷却水喷淋系统喷出的冷却水依次冷却、破碎后，达到符合要求的粒度后排出滚筒，颗粒状铸余渣由成品渣输送、存储系统导出、存储，然后经卡车出厂送用户；熔渣处理过程中产生的废蒸汽由尾气收集排放系统收集、净化后达标排放。

所述进料溜槽背部设置辅助喷嘴，辅助喷嘴喷出的压缩气体与铸余渣熔体流股成一定角度，用于截击熔体，协助前端气流输送熔体流股到达指定冷却区域；辅助喷嘴起到熔渣补热辅助和导向作用。

所述辅助喷嘴喷出的压缩气体为氧气或空气。

所述主喷嘴、导向喷嘴和辅助喷嘴为矩形喷嘴或风刀。

所述压缩氧气或压缩空气的压力设定在0.1－0.3MPa，主喷嘴和导向喷嘴出口风速50-70m/s，辅助喷嘴的出口风速15-30m/s。

所述颗粒状铸余渣由板式输送机送到振动筛上，初步筛选出高品位的渣钢于渣钢料斗内，定期返炼钢工序利用；经过振动筛初步除去大块渣钢的铸余渣经斗提机提升到设定高度后由振动给料机均匀的送到成品渣临时料仓内，在振动给料机的尾部设置有吸铁器，将铸余渣中的金属粒铁吸出并送入渣钢料仓，成品渣临时料仓内的尾渣和渣钢料仓中的渣钢由卡车定期送用户加工利用。

一种基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法，在进料溜槽上沿口设置主喷嘴，进料溜槽背部设置辅助喷嘴；

所述主喷嘴喷出的压缩气体改变熔渣流的流动方向和流股大小，迫使其从竖直向下改变为平行于溜槽内壁走向的斜下方，在不接触进料溜槽内壁的情况下直接进入滚筒内，同时大的流股被撕裂分散成数个小流股；主喷嘴起到熔渣导向和分散作用；

所述辅助喷嘴喷出的压缩气体起到截击流股的作用，压迫进入滚筒内的细流股直接落在安全区的钢球表面，被钢球直接冷却；辅助喷嘴起到熔渣导向作用；

铸余渣熔体细流股进入滚筒内被钢球和冷却水喷淋系统喷出的冷却水依次冷却、破碎后，达到符合要求的粒度后排出滚筒，颗粒状铸余渣由成品渣输送、存储系统导出、存储，然后经卡车出厂送用户；熔渣处理过程中产生的废蒸汽由尾气收集排放系统收集、净化后达标排放。

所述主喷嘴和辅助喷嘴喷出的压缩气体为氧气或空气。

所述主喷嘴和辅助喷嘴为矩形喷嘴或风刀。

所述压缩气体的压力设定在0.1－0.3MPa，主喷嘴出口风速50-70m/s，辅助喷嘴的出口风速15-30m/s。

所述颗粒状铸余渣由板式输送机送到振动筛上，初步筛选出高品位的渣钢于渣钢料斗内，定期返炼钢工序利用；经过振动筛初步除去大块渣钢的铸余渣经斗提机提升到设定高度后由振动给料机均匀的送到成品渣临时料仓内，在振动给料机的尾部设置有吸铁器，将铸余渣中的金属粒铁吸出并送入渣钢料仓，成品渣临时料仓内的尾渣和渣钢料仓中的渣钢由卡车定期送用户加工利用。

本发明基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法采用在进料溜槽上沿口设置主喷嘴和在进料溜槽下部出口端设置导向喷嘴的结构，以及在进料溜槽背部设置辅助喷嘴结构，或者在进料溜槽上沿口设置主喷嘴和在进料溜槽背部设置辅助喷嘴结构，可以减少滚筒装置进料漏斗的粘渣和堵塞现象，减少清渣时间，延长进料漏斗的使用寿命；避免钢水在滚筒内凝结成大块冷钢的机会，减少停机清理、检修的频率和时间，提高滚筒装置的作业率。实现高温铸余渣不换包、不落地前提下的快速、安全、环保化滚筒工艺处理。

本发明基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法在多个喷嘴定向喷出的压缩氧气或空气的联合作用下，离开钢包的铸余渣流股被氧化升温并初步撕裂破碎和定向输送到滚筒内预定的冷却区域，然后再被钢球和冷却水依次冷却、破碎。经过压缩气体、钢球和冷却水三种介质的耦合作用，安全、可控的实现铸余熔渣的环保化处理。本发明的处理方法能减少滚筒装置进料漏斗的粘渣和堵塞现象，延长进料漏斗使用寿命，避免大钢坨的产生，提高滚筒装置的作业率。

本发明的成功实施将解决钢铁企业在铸余渣处理时所面临的流程长、污染大、费用高困境，不仅提高钢铁企业的经济效益而且带来巨大的社会效益，推广前景广阔。

附图说明

图1为现有处理铸余渣的滚筒工艺示意图；

图2为本发明的热态铸余渣处理工艺示意图（实施例1）；

图3为本发明的热态铸余渣处理工艺示意图（实施例2）；

图4为主喷嘴结构示意图。

图中，1行车，2钢包，3铸余熔渣，4进料溜槽，5冷却水喷淋系统，6滚筒装置，7尾气收集排放系统，8成品渣输送、存储系统，9颗粒状铸余渣，10大块冷钢，11钢球；12导向喷嘴，13辅助喷嘴，14主喷嘴；801板式输送机，802振动筛，803渣钢料斗，804斗提机，805振动给料机，806吸铁器，807成品渣临时料仓，808渣钢料仓，809卡车。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图2，一种基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法，在进料溜槽上沿口设置主喷嘴14，进料溜槽下部出口端设置导向喷嘴12，在进料溜槽背部设置辅助喷嘴13。

铸余熔渣3倒入进料溜槽4的过程中，开启主喷嘴14、辅助喷嘴13和导向喷嘴12，主喷嘴14通氧气起到熔渣补热和导向作用，辅助喷嘴13通氧气起到熔渣辅助补热和定向输送作用，导向喷嘴12通压缩空气起到熔渣导向和分散作用，所述主喷嘴14、导向喷嘴12和辅助喷嘴13为矩形喷嘴或风刀，参见图4，图4为主喷嘴结构示意图。所述压缩氧气或压缩空气的压力设定在0.1－0.3MPa，主喷嘴14和导向喷嘴12出口风速50-70m/s，辅助喷嘴13的出口风速15-30m/s。

所述主喷嘴14喷出的压缩氧气直接冲击自钢包2倒入滚筒进料溜槽4的铸余渣3熔体，氧气与铸余渣3熔体中的部分钢水接触、反应，生成氧化亚铁的同时放出大量热量，铸余渣3熔体温度升高，粘度降低，流动性变好，避免熔体特别是钢水因降温而粘结溜槽内壁；辅助喷嘴13喷出的氧气一方面与铸余渣3熔体中的部分钢水接触、反应，另一方面氧气与铸余渣3熔体流股成一定角度，用于截击熔体，协助前端气流输送铸余渣熔体流股到达指定冷却区域。

所述主喷嘴14和辅助喷嘴13喷出的氧气协同进料溜槽4下端导向喷嘴12喷出的压缩空气同时对铸余渣3熔体进行初步的冲击破碎，使铸余渣3熔体分散成数个相对独立的小流股，避免大量钢水在滚筒内会聚、凝结成大钢坨的可能性。

铸余渣3熔体细流股进入滚筒6内被钢球11和冷却水喷淋系统5喷出的冷却水依次冷却、破碎后，达到符合要求的粒度后排出滚筒，颗粒状铸余渣9由板式输送机801送到振动筛802上，初步筛选出高品位的渣钢于渣钢料斗803内，定期返炼钢工序利用。经过振动筛802初步除去大块渣钢的铸余渣经斗提机804提升到设定高度后由振动给料机805均匀的送到成品渣临时料仓807内，在振动给料机805的尾部设置有吸铁器806，将铸余渣中的金属粒铁吸出并送入渣钢料仓808，成品渣临时料仓807内的尾渣和渣钢料仓808中的渣钢由卡车809定期送用户加工利用。熔渣处理过程中产生的废蒸汽由尾气收集排放系统7收集、净化后达标排放。

实施例2

参见图3，一种基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法，在进料溜槽上沿口设置主喷嘴14，进料溜槽背部设置辅助喷嘴13。

铸余熔渣3倒入进料溜槽4的过程中，开启主喷嘴14和辅助喷嘴13，主喷嘴14通压缩气体起到熔渣导向和分散作用，辅助喷嘴13通压缩气体起到熔渣导向作用，所述主喷嘴14和辅助喷嘴13为矩形喷嘴或风刀，参见图4，图4为主喷嘴结构示意图。所述压缩气体为氧气或空气，本实施例中主要以压缩空气为主，因压缩空气中也含有较大的氧气成分，利于铸余熔渣3的补热，压缩气体的压力设定在0.1－0.3MPa，主喷嘴14出口风速50-70m/s，辅助喷嘴13的出口风速15-30m/s。

所述主喷嘴14喷出的压缩气体改变熔渣流3的流动方向和流股大小，迫使其从竖直向下改变为平行于溜槽内壁走向的斜下方，在不接触进料溜槽4内壁的情况下直接进入滚筒6内，同时大的流股被撕裂分散成数个小流股，参见图4，避免钢水会聚后结成大的冷钢团；

所述辅助喷嘴13喷出的压缩气体起到截击流股的作用，压迫进入滚筒内的细流股直接落在安全区的钢球表面，被钢球11直接冷却，而不至于飞溅到筒体内的其它部位，造成不必要的粘结和响爆。

铸余渣3熔体细流股进入滚筒6内被钢球11和冷却水喷淋系统5喷出的冷却水依次冷却、破碎后，达到符合要求的粒度后排出滚筒，颗粒状铸余渣9由板式输送机801送到振动筛802上，初步筛选出高品位的渣钢于渣钢料斗803内，定期返炼钢工序利用。经过振动筛802初步除去大块渣钢的铸余渣经斗提机804提升到设定高度后由振动给料机805均匀的送到成品渣临时料仓807内，在振动给料机805的尾部设置有吸铁器806，将铸余渣中的金属粒铁吸出并送入渣钢料仓808，成品渣临时料仓807内的尾渣和渣钢料仓808中的渣钢由卡车809定期送用户加工利用。熔渣处理过程中产生的废蒸汽由尾气收集排放系统7收集、净化后达标排放。

本发明基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法，其进料溜槽粘堵几率小，一代溜槽使用寿命长，清理和更换频率低；滚筒内大块渣钢少，停机清钢的频率低，劳动强度大幅度降低，装置的工作效率高，处理成本低。整个处理过程渣不落地、渣与钢自动分离，流程短、占地少，自动化水平高、环境友善。

本发明基于多介质耦合的热态铸余渣处理方法是基于下述分析和试验得到的：

现有知识和技术显示，当压力达到0.5-0.8MPa时，压缩气体通过喷嘴后的射流速度可达300-500m/s。气流离开喷嘴后虽然快速衰减，但射程300-500mm左右时仍具有巨大的冲击力，氧枪利用这一原理可以将氧气吹入转炉底部的钢水中进行脱碳冶炼，气碎（风淬）工艺利用这一原理将熔渣流股击碎到5mm以下。当然，为了将氧气吹入钢水中或将熔渣流股击碎到5mm以下，需要压缩气体的压力和流量要足够大，噪音随之升高。当气体压力下降到一定程度，比如0.1-0.3MPa，从同样喷嘴喷出气体的气速和气量会随之下降，气体的冲击力虽然不能将熔渣流击碎到微粒级，但足够推动熔渣流（实际上从钢包口流出的铸余渣流类似瀑布流）向设定方向飘流，同时将熔渣母流撕裂分散成多股细流，直接飘向滚筒内指定的冷却区域，熔渣细流被冷却区域内的钢球快速冷却。在气流与熔渣流接触的过程中，部分钢水被气流中的氧气氧化，放出大量热量，熔渣流温度升高，流动性变好，同时熔渣流在气流的推动下改变了原来的流动方向，不再接触溜槽内壁或只有少量直接接触溜槽内壁，就能避免或减少熔渣粘结溜槽内壁亦或冲刷溜槽内壁现象，大幅度的提高溜槽的使用寿命，减轻清理、检修溜槽的劳动强度。同时，因熔渣母流在进入滚筒内的过程中被气流撕裂分散成多股细流，避免了大量钢水汇集凝结成大块冷钢的机会，直径小于70mm的冷钢块都可以直接从滚筒内排出，被后续筛分和磁选机构分离出去直接返生产利用，可以延长清理滚筒内大块冷钢的周期5-10倍，提高滚筒的作业率，减轻工人的劳动强度。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。