一种高效节能稳定型钢渣裂解炉的制作方法

本发明涉及钢渣综合利用技术领域，尤其是一种高效节能稳定型钢渣裂解炉。

背景技术：

我国粗钢产量已经超过8亿吨/年，每生产一吨粗钢会产生120kg左右的钢渣，自炼钢炉排出的炽热钢渣温度在1300℃～1500℃之间而呈现液态，炽热钢渣中不仅包裹有约10%的金属铁，而且每吨炽热钢渣的显热不少于60kg标煤的发热量，年产粗钢8亿吨就意味着有约1亿吨钢渣产生，其中有约1000万吨/年金属铁需要回收，相当于600万吨/年标煤的钢渣显热有待于回收利用。

目前，我国炽热钢渣的处理方法主要有热焖法（焖罐法）、热泼法、浅盘法、水淬法、风淬法、滚筒法及粒化轮法等，其中热焖法和热泼法在大中型钢铁企业中的占比超过了80%，其他处理方法的占比不足20%。

以上钢渣处理方法均以回收利用其中的金属铁为主，炽热钢渣的显热回收利用率均为零，且各种处理方法都存在有重大缺陷，有的投资大，自动化程度低，运行费用高，安全可靠性差；有的环境污染严重，资源利用率低。

发明专利“一种炽热钢渣裂解方法”（专利号：ZL200910037022.4），是对炽热钢渣处理方法的颠覆性改进，这种方法不仅能够有效回收利用钢渣显热，而且具有投资少、自动化程度高、运行费用低、处理过程安全可靠、资源利用率高，处理环境好等诸多优势，为了应用上述方法进行钢渣处理，发明人也申请了实用新型专利“一种钢渣裂解炉”（专利号：ZL200920050893.5），该实用新型专利提供的一种钢渣裂解炉，包括炉体，在炉体顶部或上部设有引气装置和加料门，在炉体中部设有导气梁和喷雾装置，在炉体底部设有锥形斗和出料装置。但是采用上述钢渣裂解炉进行钢渣处理的效果并不十分理想，究其原因，是因为上述钢渣裂解炉的结构过于简单，可实施性较差，因此，研发一种新的钢渣裂解炉，成为目前炽热钢渣处理亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对目前现有的钢渣裂解炉结构过于简单，在进行炽热钢渣处理时，处理效果不理想的问题，提供一种高效节能稳定型钢渣裂解炉。

本发明的技术方案是：一种高效节能稳定型钢渣裂解炉，具有炉体，炉体由内向外依次设有工作衬、隔热层及炉壳，炉体的顶部装有炉盖，炉盖中心设有进料管，炉体底部设有炉体支撑台，炉体支撑台下方装有炉底出料装置，特别是：

A.所述炉盖上方还装有炉顶加料装置，所述炉顶加料装置是由加料斗及其下方的出料管组成，出料管伸入进料管内80～150mm，并与进料管之间留有10～100mm的间隙，进料管上位于出料管的下方装有插板阀，所述加料斗是由加料斗支架支撑固定，加料斗支架固定安装在炉体的炉壳上；这样的结构可以防止渣罐中的炽热钢渣倾倒入炉时产生的振动和冲击对炉盖造成损坏；

B.所述炉盖为中空的箱体结构，箱体内装有井字型承重梁，炉盖中心的进料管穿过箱体内部井字型承重梁中心的口字并与箱体焊接一体，在进料管的插板阀下方与箱体之间还焊装有一环形钢板环绕进料管一周与进料管形成一环形水道，所述环形钢板上设有进水管外接水循环系统，在环形钢板与进料管之间的箱体上开有若干进水孔，箱体的侧面设有2～8个出水管；

C.所述炉体内部自上而下依次为蒸气浴冷带、喷雾速冷带、热焖裂解带，上述三带所对应的工作衬分别由上、下两个托梁圈分隔开，所述托梁圈的径向尺寸与工作衬径向尺寸相同，上托梁圈位于蒸气浴冷带工作衬和喷雾速冷带工作衬之间，下托梁圈位于喷雾速冷带工作衬和热焖裂解带工作衬之间，上托梁圈和下托梁圈上分别安装有上、下两层十字型承重梁，所述上层十字型承重梁的十字交点上方安装有分料锥，下层十字型承重梁的十字交点处为空心圆环，上、下两层十字型承重梁相互错位布置；所述上、下两层十字型承重梁内部为中空的连通结构，在十字型承重梁的底面上均匀安装有8～24个雾化喷头，上、下两层十字型承重梁分别通过各自1～4个端头与炉盖箱体侧面的出水管对应连接；在炉体内部蒸气浴冷带工作衬上端设有蒸汽出口，钢渣裂解炉外部的净化水经由环形水道进入炉盖箱体，并通过炉盖箱体侧面的出水管供给上、下两层承重梁的雾化喷头进行喷水，雾化喷头喷出的水与炽热钢渣进行换热后变成蒸汽经由炉体上部的蒸汽出口引出，进入出炉蒸汽保温除尘装置；

D.所述炉底出料装置是由一个过渡料斗和过渡料斗下方的出料机组成，过渡料斗固定安装在钢渣裂解炉的炉体支撑台上，过渡料斗下方设有出料口，出料口上方的过渡料斗上设有事故处理孔。

本发明中所述箱体包括顶板、底板和侧板，所述顶板、底板及侧板均是采用耐热钢材质并焊接成一个整体结构，箱体侧面的出水管装在侧板上，所述箱体侧面的出水管为八根，与炉体内部上、下两层十字型承重梁的八个端头一一对应连接。

本发明中所述井字型承重梁是由工字钢或槽钢焊接而成，井字型承重梁的上、下翼板分别与箱体的顶板和底板焊接一体，并在井字型承重梁的腹板上均匀开设有4～16个通水孔，通水孔的直径为10～60mm。

本发明中所述上、下两层十字型承重梁均由耐热钢焊接或整体铸造而成，上、下两层十字型承重梁的间距为1～5m，上、下两层十字型承重梁相互错位30～60°布置，优选为45°布置。

本发明中所述十字型承重梁的底部对应每个雾化喷头开设有螺孔，雾化喷头螺装在螺孔中。

本发明中所述炉体的横断面为圆形或矩形，其内径或短边的长度≥1m。

本发明中所述炉体的横断面为圆筒形结构，所述工作衬是采用高铝质或粘土质耐火浇注料预制成型，预制块高度为200～500mm等高，径向尺寸为350～500mm等长，弧度按预制件大小，每环20～50块等分360°，预制件采用吊装砌筑，使炉内各横断面的同心度高度一致，窑内工作面光滑无错台形成直筒型结构。这样的结构有利于物料均匀下沉，并减少对工作衬的损坏。

本发明中所述蒸汽浴冷带、喷雾速冷带和热焖裂解带的高度均为1～8m。

本发明中所述分料锥是由耐热钢或铸铁整体铸造而成，并通过焊接或螺杆固定在上层十字型承重梁十字交点上方，分料锥底部直径为600～1200mm，高度为600～1200mm。

本发明中所述空心圆环的直径为600～1200mm。

本发明中所述上、下两层十字型承重梁上的分料锥及空心圆环同处于钢渣裂解炉的轴心线上。

本发明中所述加料斗为一上大下小的圆台形或棱台形结构，其材质为耐热钢或铸铁中的任意一种，所述加料斗支架为钢结构或钢筋混凝土结构。

本发明中所述过渡料斗下方的出料口为圆形或矩形结构，圆形的直径≥1200mm，矩形的短边长度≥1200mm，所述事故处理孔为圆形或矩形结构，圆形的直径≥800mm，矩形的短边长度≥800mm；所述出料机为往复式出料机或振动式出料机或链板式出料机或皮带式出料机或圆盘式出料机中的任意一种。

本发明的钢渣裂解炉，可以采用两台以上配合使用，以达到钢渣的连续交替装料及卸料工作，提高生产效率。

本发明的工作过程是：

（1）首先打开钢渣裂解炉的炉底出料装置，使炉内物料卸出1～3m，露出上层十字型承重梁上的分料锥；然后打开进料管上的插板阀，关闭蒸汽出口上的阀门，来自炼钢厂的装有炽热钢渣的渣罐由天车吊起后，将炽热钢渣缓慢倾倒入装料漏斗中，在重力作用下炽热钢渣经进料管自动落入钢渣裂解炉的蒸汽浴冷带，钢渣倾倒完成后，关闭进料管上的插板阀，打开蒸汽出口上的阀门；

（2）落入蒸汽浴冷带的1000℃以上的炽热钢渣被分料锥打散后分布到分料锥周边的上层承重梁上方，并在上层承重梁下方和分料锥下方分别形成V型和倒锥形料面，在出料时窑内钢渣在重力作用下向下移动被下层十字型承重梁翻转，并在下层十字型承重梁下方形成新的V型料面；在向上下两层承重梁的V型和倒锥形料面雾化喷水的过程中，炽热钢渣被来自热焖裂解带和喷雾速冷带的低温蒸汽冷却至800℃以下，低温蒸汽则被炽热钢渣加热升温至300℃以上，经蒸汽出口引出后进行热能回收利用；

（3）上层十字型承重梁和分料锥上方800℃以下的中温钢渣进入喷雾速冷带，与来自上层十字型承重梁的喷雾进行换热，钢渣温度急速冷却至500℃左右，同时喷雾速冷带的喷雾被中温钢渣加热汽化、蒸汽上升进入蒸汽浴冷带与刚进炉的炽热钢渣进行热交换；

（4）在出料时窑内钢渣在重力作用下继续坠落被下层十字型承重梁搅动、翻转、破碎后进入热焖裂解带，并在下层承重梁下方形成新的V型料面，钢渣与下层十字型承重梁的喷雾进行换热，使钢渣温度继续下降至200℃以下，喷雾则与钢渣换热后升温变成蒸汽上升参与上层钢渣换热冷却；经过一定时间的热焖裂解后，重复上述步骤（1）。

在上述周期性的装料出料过程中，炽热钢渣在自身重力作用下，从钢渣裂解炉内自上而下先后通过蒸汽浴冷带、喷雾速冷带、热焖裂解带，依次被冷却至80℃以下，并完成钢渣降温裂解过程，经由炉底出料装置卸出后送到钢渣粒度分级、磁选系统；炉内上、下两层十字型承重梁的雾化喷头喷出的水与钢渣换热后变成蒸汽上升，依次被升温至炉顶达到300℃以上，经由蒸汽出口引入余热回收系统进行热能回收利用。

在上述过程中，来自水循环系统的净化水连续不断地进入环形水道，经水冷炉盖上方的进水孔进入水冷炉盖中，再经炉盖侧面的八根出水管分别通过上、下两层十字型承重梁各自的四个端头进入上、下层十字型承重梁中，经由上下两层十字型承重梁下方的雾化喷头对承重梁下方的倒锥形料面和V型料面进行雾化喷水，实现对钢渣由上至下的均匀喷雾冷却，同时承重梁内流动的水可对炉盖和承重梁进行降温冷却，使炉盖和承重梁可长期安全运行。

本发明相对于现有技术，其发明点在于：

（1）在炉顶加设炉顶加料装置，使渣罐中的炽热钢渣能够快速、安全地倾倒入钢渣裂解炉中，同时保证炉顶的密封性；

（2）将炉盖设计为水冷炉盖，使炽热钢渣对炉盖的热辐射被循环水流吸收，从而使水冷炉盖可在较低温度下长期安全运行，同时也使钢渣显热得以充分转化、回收；

（3）在炉体内部设计两层十字型承重梁，并且两层十字型承重梁错位布置，梁底加装有雾化喷头，使炽热钢渣在落入炉内后自上而下经历两次搅动、翻转、破碎，有助于钢渣裂解完全和均匀降温；十字型承重梁内部为中空结构，流动的水可以对梁体起到降温作用，增长承重梁的寿命；

（4）炉体内部的工作衬由上、两个托梁圈分隔开，使钢渣裂解炉三带相对独立，并满足均衡工作衬负荷和下沉的需要；

（5）在炉体下部设计炉底出料装置和事故处理孔，有利于大块钢渣的顺利卸出及事故处理。

本发明的有益效果是：炽热钢渣在钢渣裂解炉内经历蒸气浴冷、喷雾速冷、热焖裂解后，其中的游离氧化钙和游离氧化镁可完全水化膨胀而使钢渣得到完全裂解，与此同时，钢渣温度由1000℃以上缓慢降低至80℃以下，雾化喷入的净化水则被逐渐加热升温形成过热蒸汽，并源源不断地从炉顶排出，而进入蒸汽热能回收系统，从而可稳定、高效地回收钢渣显热；本发明钢渣裂解炉是一个保温密封结构，且炉内呈正压，没有空气进入炉内与蒸汽混合，可使钢渣裂解炉和蒸汽热能回收系统在安全可靠的条件下长期稳定运行，并实现安全事故为零，钢渣显热回收率由30%提高到60%，即一条年处理量50万吨炽热钢渣的热焖裂解线年可回收的钢渣显热由一万吨标煤提高到2万吨标煤的发热量；本发明钢渣裂解炉内的重要组件均采用水冷结构，加上炉衬的特殊设计，很有利于热能回收和钢渣裂解炉的长寿命运行，使其一次性炉龄达到10年以上。

本发明钢渣裂解炉具有很强的可实施性，来自炼钢厂的炽热钢渣从倾倒入炉到出炉的全过程都可实现自动化控制，且不论炼钢炉的数量、产能有多大，只要按炽热钢渣产生量量身定制出两个以上的钢渣裂解炉，就可以对其进行高效安全的热焖裂解与余热回收。

附图说明

图1是本发明的主剖示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的A-A剖面图；

图4是图1的B-B剖面图；

图5是图1的C-C剖面图。

图中，1—炉体，2—工作衬，3—隔热层，4—炉壳，5—炉盖，6—进料管，7—炉体支撑台，8—炉底出料装置，9—炉顶加料装置，10—加料斗，11—出料管，12—插板阀，13—加料斗支架，14—井字型承重梁，15—环形钢板，16—环形水道，17—进水管，18—进水孔，19—出水管，20—蒸汽浴冷带，21—喷雾速冷带，22—热焖裂解带，23—上托梁圈，24—下托梁圈，25—上层十字型承重梁，26—下层十字型承重梁，27—分料锥，28—空心圆环，29—雾化喷头，30—蒸汽出口，31—过渡料斗，32—出料机，33—出料口，34—事故处理孔，35—通水孔。

具体实施方式

实施例1

本实施例以200m³，即日处理900吨/炉的钢渣裂解炉为例，来详细解释本发明的技术方案，但是本实施例不以任何形式限制本发明。

参见图1～5，本发明的技术方案是：一种高效节能稳定型钢渣裂解炉，具有炉体1，炉体1由内向外依次设有工作衬2、隔热层3及炉壳4，炉体1的顶部装有炉盖5，炉盖5中心设有进料管6，炉体1底部设有炉体支撑台7，炉体支撑台7下方装有炉底出料装置8，特别是：

A.所述炉盖5上方还装有炉顶加料装置9，所述炉顶加料装置9是由加料斗10及其下方的出料管11组成，出料管11伸入进料管6内80～150mm，并与进料管6之间留有10～100mm的间隙，进料管6上位于出料管11的下方装有插板阀12，所述加料斗10是由加料斗支架13支撑固定，加料斗支架13固定安装在炉体1的炉壳4上；本实施例中具体所述出料管11伸入进料管6内100mm，出料管与进料管之间的间隙为60mm；

B.所述炉盖5为中空的箱体结构，箱体内装有井字型承重梁14，炉盖中心的进料管6穿过箱体内部井字型承重梁14中心的口字并与箱体焊接一体，在进料管6的插板阀12下方与箱体之间还焊装有一环形钢板环15绕进料管6一周与进料管形成一环形水道16，所述环形钢板15上设有进水管17外接水循环系统，在环形钢板15与进料管6之间的箱体上开有若干进水孔18，箱体的侧面设有2～8个出水管19；本实施例中具体箱体侧面的出水管为8个；

C.所述炉体1内部自上而下依次为蒸气浴冷带20、喷雾速冷带21、热焖裂解带22，上述三带所对应的工作衬分别由上、下两个托梁圈23和24分隔开，所述托梁圈的径向尺寸与工作衬径2向尺寸相同，上托梁圈23位于蒸气浴冷带20工作衬和喷雾速冷带21工作衬之间，下托梁圈24位于喷雾速冷带21工作衬和热焖裂解带22工作衬之间，上托梁圈23和下托梁圈24上分别安装有上、下两层十字型承重梁25和26，所述上层十字型承重梁25的十字交点上方安装有分料锥27，下层十字型承重梁26的十字交点处为空心圆环28，上层十字型承重梁25和下层十字型承重梁26相互错位布置；所述上、下两层十字型承重梁内部为中空的连通结构，在十字型承重梁的底面上均匀安装有8～24个雾化喷头29（本实施例中具体为16个雾化喷头），上、下两层十字型承重梁分别通过各自1～4个端头与炉盖5箱体侧面的出水管19对应连接（本实施例中上下两层十字型承重梁的八个端头均分别与炉盖箱体侧面的八根出水管对应连接）；在炉体1内部蒸气浴冷带20工作衬上端设有蒸汽出口，钢渣裂解炉外部的净化水经由环形水道16进入炉盖5箱体，并通过炉盖5箱体侧面的出水管19供给上、下两层承重梁25和26的雾化喷头29进行喷水，雾化喷头29喷出的水与炽热钢渣进行换热后变成蒸汽经由炉体1上部的蒸汽出口30引出，进入出炉蒸汽保温除尘装置；

D.所述炉底出料装置8是由一个过渡料斗31和过渡料斗下方的出料机32组成，过渡料斗31固定安装在钢渣裂解炉的炉体支撑台7上，过渡料斗31下方设有出料口33，出料口33上方的过渡料斗32上设有事故处理孔34。

本实施例中所述箱体包括顶板、底板和侧板，所述顶板、底板及侧板均是采用耐热钢材质并焊接成一个整体结构，箱体侧面的出水管装在侧板上，与炉体内部上、下两层十字型承重梁的八个端头一一对应连接。

本发明中所述井字型承重梁14是由工字钢或槽钢焊接而成（本实施例中是采用工字钢），井字型承重梁14的上、下翼板分别与箱体的顶板和底板焊接一体，并在井字型承重梁的腹板上均匀开设有8个通水孔35，通水孔35的直径为30mm。

本发明中所述上、下两层十字型承重梁25和26均由耐热钢焊接或整体铸造而成，上、下两层十字型承重梁的间距为1～5m（本实施例中具体为4m），上、下两层十字型承重梁相互错位30～60°布置，本实施例中具体是选择45°布置。

本实施例中所述十字型承重梁25和25内部为封闭的中空三角形结构，三角形的底部对应每个雾化喷头29均开设有直径为16mm的螺孔，雾化喷头29是螺装在螺孔中的。

本发明中所述炉体1的横断面为圆形或矩形，其内径或短边的长度≥1m，本实施例中所述炉体的横断面为圆筒形，其内径为4m，所述炉壳4是用18mm厚的钢板卷制而成。

本发明中所述工作衬2是采用高铝质或粘土质耐火浇注料预制成型，预制块高度为200～500mm等高，径向尺寸为350～500mm等长，弧度按预制件大小，每环20～50块等分360°，预制件采用吊装砌筑，使炉内各横断面的同心度高度一致，窑内工作面光滑无错台形成直筒型结构。本实施例中具体所述预制块高度为350mm，径向尺寸为400mm，弧度按每环30块等分360°,炉内呈直筒型纵断面，炉内工作衬光滑无错台，以利于物料均匀下沉，并减少对工作衬的损坏。

本发明中所述蒸汽浴冷带20、喷雾速冷带21和热焖裂解带22的高度均为1～8m。本实施例中具体蒸汽浴冷带和喷雾速冷带高度均为4m，热焖裂解带高度为6m。

本发明中所述分料锥27是由耐热钢或铸铁整体铸造而成，并通过焊接或螺杆固定在上层十字型承重梁25十字交点上方，分料锥27底部直径为600～1200mm，高度为600～1200mm。本实施例中具体分料锥底部直径为800mm，高度为1200mm。

本发明中所述空心圆环28的直径为600～1200mm。本实施例中具体空心圆环的直径为800mm。

本实施例中所述上、下两层十字型承重梁25和26上的分料锥27及空心圆环28同处于钢渣裂解炉的轴心线上。

本实施例中所述加料斗10为一上大下小的圆台形或棱台形结构，其材质为耐热钢或铸铁的任意一种，所述加料斗支架13为钢结构或钢筋混凝土结构。本实施例中加料斗是采用耐热钢制成的棱台形结构，加料斗支架为钢结构。

本发明中所述过渡料斗31下方的出料口为圆形或矩形结构，圆形的直径≥1200mm，矩形的短边长度≥1200mm，所述事故处理孔34为圆形或矩形结构，圆形的直径≥800mm，矩形的短边长度≥800mm；所述出料机32为往复式出料机或振动式出料机或链板式出料机或皮带式出料机或圆盘式出料机中的任意一种。本实施例中具体出料口具体为矩形，其长度为1500mm，宽度为1250mm，过渡料斗上方为圆形，与钢渣裂解炉的内径相同，为4000mm，所述事故处理孔为矩形，宽度为800mm，高度为1000mm，所述过渡料斗下方的出料机为K4型往复式出料机。

本实施例不以任何形式限制本发明，任何人在依照本发明权利要求原理的基础上所做的变形，结构的等同变化等均应视为落入本发明的权利要求保护范围，本实施例中的炉体1，工作衬2，隔热层3，炉壳4，炉盖5，进料管6，炉体支撑台7，炉底出料装置8，炉顶加料装置9，加料斗10，出料管11，插板阀12，加料斗支架13，井字型承重梁14，环形钢板15，环形水道16，进水管17，进水孔18，出水管19，蒸汽浴冷带20，喷雾速冷带21，热焖裂解带22，上托梁圈23，下托梁圈24，上层十字型承重梁25，下层十字型承重梁26，分料锥27，空心圆环28，雾化喷头29，蒸汽出口30，过渡料斗31，出料机32，出料口33，事故处理孔34和通水孔35的大小、规格以及材料的选择根据实际需要可进行调整，这些调整并无实质性原理的改变，都属于本发明的保护范围。