本发明涉及一种熔渣处理工艺和装置，特别是涉及一种熔渣热能利用方法和装置，应用于二次能源回收和熔渣处理技术领域。
背景技术：
从目前全国来看，我国现高炉渣处理全部采用水淬法，高炉渣热能利用率极低，所谓的利用就是部分企业在高炉渣水淬冷却过程中产生的热水进行冬季取暖。根据资料介绍，鞍钢高炉渣铁比300kg/t，本钢高炉渣铁比400kg/t，北台钢铁厂2006年平均高炉渣铁比460kg/t。《炼铁学》炉渣焓热430Kcal/kg计算，如按本钢每炼1t生铁渣焓热为400×430×4.18＝718960kJ，由于高炉渣的主要成分是CaO、SiO2、MgO等，渣生成化学成分、结构没有变化，因此可将渣的焓热视为显热计算。如果标准煤按照发热值按照29260KJ/kg计算，全国生铁年产量按7亿t计算，渣铁比按400kg/t计算，每年因高炉渣带走热量相当于4435.4万t标准煤，价值547.2亿元，当然还有铜冶炼、铝冶炼及其它金属冶炼过程中的渣。
目前国内外高炉渣显热利用的研究不少。重庆大学200620110985.4专利公开了一种高炉渣热回收装置。该方法采用液渣直接入安装有旋转轮的蜜蜂容器里，红的热渣落到旋转轮上被电机带动的高速旋转轮抛出，开始粒化并冷却，同时空气被加热，热的空气经风机引出进入热交换器，热交换器交换出的空气再加以利用。俄罗斯RU2018494专利公开了一种《渣处理方法及实验装置》。该方法是高温液态炉渣被注入放置的滚筒内，当炉渣与置于滚筒内的钢球接触时被急冷，炉渣由液态转成脆状可塑态并凝固在球体表面，由于球体的彼此运动和彼此碰撞，炉渣被破碎成700℃左右粒状固态渣，固态渣连续输送到气渣交换器内与循环气体进行热交换。北京中冶设备研究设计总院有限公司200810229364.1专利公开了一种蒸汽循环法高炉渣热能利用及实验装置。该处理是高炉渣由渣沟直接经喂料机抛到密闭容器沸腾釜内，经过抛射、反射及喷水或入水冷却，再经过低温循环蒸汽冷却等过程使渣冷却、粒化，过程中产生的过热蒸汽经风机循环输出加以利用。这些渣处理及热回收方法归结起来基本都是利用空气或者水蒸气作为冷却介质，需要冷却空气用量大，设备复杂，风机功率大，或者由于密封压力问题，蒸汽温度难以上升，热利用受到限制。
技术实现要素：
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种炉渣处理及热能利用方法及装置，能进行炉渣处理和渣热能回收的功能集成，即浮法炉渣热能利用。该方法能使炉渣由渣沟流入锡液槽内，由于炉渣密度小，浮在锡液表面，并向锡液放热，锡液吸收热量。通过控制熔渣流速，使其冷却至渣熔点开始凝固，再经过轧辊碾碎成所需大小收集保温起来，可用作二次热能利用。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种炉渣处理及热能利用方法，分阶段进行液态熔渣的热量的回收利用，具体步骤如下：
a.熔渣的第二阶段热量回收过程：
首先利用锡液浮法收集液态的熔渣的热量，具体使熔渣流入锡液槽内，熔渣浮在锡液表面上，在锡液槽内形成分层的高温熔体，熔渣向锡液放热，锡液吸收熔渣的热量，利用热交换器，将锡液中储存的热能进行热能回收利用，使锡液成为熔渣和热交换器的热端之间进行热量输送的热桥，进行熔渣的第一阶段热量回收，即完成液态渣的热能收集；特别适用于对温度高于300℃的冶金熔渣进行热能回收利用；尤其适用于对高炉冶金熔渣进行热能回收利用；
b.固态渣的粒化处理：
通过控制熔渣流速，使熔渣完成在步骤a的第一阶段热量回收过程后，使熔渣冷却至渣熔点后，渣熔开始凝固，再将凝固后的固态渣进行破碎粒化，破碎成所需大小的粒状固态渣，将粒状固态渣收集起来，并进行保温；优选利用轧辊碾碎凝固渣，进行破碎；在固态渣的粒化处理过程中，优选通过调整轧辊间距，获得所需要粒度尺寸的粒状固态渣；
c.熔渣的第二阶段热量回收过程：
利用另外的热交换器，将经过步骤b制备的粒状固态渣中剩余的热能进行二次热能利用，使固态渣冷却，进行固态渣的热能收集，即完成熔渣的第二阶段热量回收过程。
一种炉渣处理及热能利用装置，主要由熔渣热量初步回收系统、破碎装置和余热回收系统组成，熔渣热量初步回收系统以锡液作为冷却介质，液态熔渣由熔炼炉的渣口通过渣沟流入锡液槽内，使熔渣浮在锡液的表面上，在锡液槽内形成分层的高温熔体，熔渣向锡液放热，锡液则吸收熔渣的热量，利用热交换器将锡液中储存的热能进行再回收和输送，使锡液成为熔渣和热交换器的热端之间进行热量输送的热桥部分，构成熔渣热量初步回收系统；通过控制熔渣流速，使熔渣流经熔渣热量初步回收系统，熔渣的温度逐渐降低，在靠近锡液槽的排放口处，将熔渣冷却至渣熔点，熔渣开始凝固，再将凝固后的固态渣从锡液槽的排放口中传送到破碎装置中，利用破碎装置进行破碎粒化，将大块或成片的固态渣破碎成所需粒度大小的粒状固态渣；然后利用渣槽将粒状固态渣收集起来，并进行保温，接着将粒状固态渣再通过余热回收系统进行剩余热能收集，余热回收系统主要包括换热器，通过换热器进一步使粒状固态渣冷却，进行余热回收。
作为本发明优选的技术方案，在锡液槽的上方还设有上盖，上盖将锡液槽内的熔体表面遮盖起来。
作为上述方案的进一步优选的技术方案，破碎装置采用轧辊，经过轧辊碾碎凝固渣，将凝固渣进行破碎制成粒状固态渣。
作为上述方案的进一步优选的技术方案，轧辊的轧辊间距可调，通过改变轧辊间距，对破碎制成粒状固态渣的粒度进行调整。
作为上述方案的进一步优选的技术方案，轧辊的内部也设有热能回收装置或冷却装置，使轧辊表面形成被轧辊碾压的固态渣吸热面。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.传统的热交换装置采用风冷和水冷方法，如以重庆大学、东北大学、NKK公司、俄罗斯RU2018494专利为代表的渣热能利用方法，都是采用的先破碎渣，而后用空气为载体带走渣热，经过锅炉换热实现渣热能利用，这些传统的热量回收方法为风冷型；水的比热为4.2KJ/kg，过热蒸汽的比热1.98-2KJ/kg，而锡液的比热在0.22×103KJ/kg，在介质密度变化不大的情况下，本发明采用锡液吸收渣热比用空气、水、水蒸汽换热效率要高的多；
2.本发明采用锡液作为冷却介质，锡的金属活泼性很小，烧损少，熔点为231.89℃，低于大多数熔渣的凝固点，锡价格便宜且无毒，利用锡液浮法处理炉渣，能得到平整的固态高炉渣片，并可通过轧辊控制厚度及碎片大小，实现炉渣处理和渣热能回收的功能集成；本发明采用的锡液槽能通过长度、深度和宽度调整实现不同的处理能力，锡液中的热量能用不同方式进行导出，采用轧辊进行破碎时，能通过直径和长度调整实现不同的破碎处理效率，实现有效的炉渣处理过程和高效的二次能源回收利用；
3.本发明得到的炉渣碎片温度通常在1200℃左右，含有的热量较大，可灵活转移再二次利用；
4.本发明炉渣的处理方法能处理各类其他冶炼炉渣，能推广应用本发明余热回收工艺，具有显著的工业价值，对节能降耗具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例一炉渣处理及热能利用装置的主要部分的结构示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种炉渣处理及热能利用装置，主要由熔渣热量初步回收系统、破碎装置8和余热回收系统组成，熔渣热量初步回收系统以锡液5作为冷却介质，液态熔渣4由熔炼炉1的渣口通过渣沟2流入锡液槽3内，使熔渣4浮在锡液5的表面上，在锡液槽3内形成分层的高温熔体，熔渣4向锡液5放热，锡液5则吸收熔渣4的热量，利用热交换器6将锡液5中储存的热能进行再回收和输送，热交换器6采用由蛇形热管组成的导热装置，蛇形热管的吸热区域浸入到锡液5中进行吸热，使锡液5成为熔渣4和热交换器6的热端之间进行热量输送的热桥部分，构成熔渣热量初步回收系统；通过控制熔渣4流速，使熔渣4流经熔渣热量初步回收系统，熔渣4的温度逐渐降低，在靠近锡液槽3的排放口处，将熔渣4冷却至渣熔点，熔渣4开始凝固，再将凝固后的固态渣从锡液槽3的排放口中传送到破碎装置8中，利用破碎装置8进行破碎粒化，将大块或成片的固态渣破碎成所需粒度大小的粒状固态渣10；然后利用渣槽9将粒状固态渣收集起来，并进行保温，接着将粒状固态渣10再通过余热回收系统进行剩余热能收集，余热回收系统主要包括换热器，通过换热器进一步使粒状固态渣10冷却，进行余热回收。
在本实施例中，参见图1，在锡液槽3的上方还设有上盖7，上盖将锡液槽3内的熔渣4表面上方遮盖起来，减少热量散失，并防止烟尘泄露。本实施例熔炼炉1为高炉。本实施例利用锡液浮法进行高炉渣热能利用，1600℃的高炉渣由渣沟2流入锡液槽9内，由于高炉渣密度小，浮在锡液5表面，并向锡液5放热，锡液5吸收热量。通过控制熔渣4流速，使其冷却至1200℃的渣熔点开始凝固，再经过轧辊碾碎成所需大小收集保温起来，用作二次热能利用。
在本实施例中，参见图1，破碎装置8采用轧辊，经过轧辊碾碎凝固渣，将凝固渣进行破碎制成粒状固态渣10。轧辊的轧辊间距可调，通过改变轧辊间距，对破碎制成粒状固态渣10的粒度进行调整。通过控制轧辊的转速，进而控制破碎凝固渣的速度，从而间接控制锡液槽3内的熔渣4流速，使锡液槽3内的大块或成片的固态渣被不断输送出来，由高炉的渣口通过渣沟2流入锡液槽3内的熔渣4不断浸入锡液槽3，填补大块或成片的固态渣从锡液槽3排出后在锡液5表面空出的表层空区，从而实现熔渣4的势能流动。
本实施例炉渣处理及热能利用方法，分阶段进行液态的熔渣的热量的回收利用，具体步骤如下：
a.熔渣的第二阶段热量回收过程：
首先利用锡液浮法，收集液态的高炉熔渣4的热量，具体使熔渣4流入锡液槽3内，熔渣3浮在锡液4表面上，在锡液槽3内形成分层的高温熔体，熔渣3向锡液4放热，锡液4吸收熔渣3的热量，利用热交换器6，将锡液4中储存的热能进行热能回收利用，使锡液4成为熔渣3和热交换器6的热端之间进行热量输送的热桥，进行熔渣3的第一阶段热量回收，即完成液态渣的热能收集；
b.固态渣的粒化处理：
通过控制熔渣3流速，使熔渣3完成在步骤a的第一阶段热量回收过程后，使熔渣3冷却至渣熔点后，渣熔3开始凝固，再将凝固后的固态渣进行破碎粒化，破碎成所需大小的粒状固态渣10，将粒状固态渣10收集起来，并进行保温；
c.熔渣的第二阶段热量回收过程：
利用另外的热交换器，将经过步骤b制备的粒状固态渣10中剩余的热能进行二次热能利用，使固态渣冷却，进行固态渣的热能收集，即完成熔渣的第二阶段热量回收过程。
在本实施例中，参见图1，本实施例改变了现有炉渣处理的水淬、水冷及热能利用方式，也不同于机械破碎风冷渣的工艺方法及装置，本实施例抛弃了传统的空气、水作为冷却介质，而采用锡液5冷却，得到的固态高炉渣相对平整，碾碎的大小可根据需要调整轧辊间距。并且使大部分热量得以保存，可供转移和二次热能利用以及回收高炉渣的成分。本实施例工艺上解决了渣处理、热能回收的两个关键问题。一是渣的碎片化，二是渣的热能回收，热回收效率高。碎片化的高炉渣可灵活地进行二次热能利用。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，轧辊的内部也设有热能回收装置，使轧辊表面形成被轧辊碾压的固态渣吸热面，吸收轧辊进行碾压作业时产生的热量和固态渣中的部分热量，通过热能回收装置对回收的热量进行输送或储存，同时通过对固态渣进行降温，提高固态渣的冷脆性，提高破碎的效率，并提高轧辊的使用寿命，降低固态渣的破碎成本。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，轧辊的内部也设有冷却装置，使轧辊表面形成被轧辊碾压的固态渣吸热面，使与轧辊表面直接接触的固态渣进行降温，提高固态渣的冷脆性，提高破碎的效率，并提高轧辊的使用寿命，降低固态渣的破碎成本。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明炉渣处理及热能利用方法及装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。