一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置及方法与流程

本发明涉及熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置及方法，特别是一种钢铁企业生产过程中产生的熔融钢渣出渣冷却过程在线调质的装置及方法。

背景技术：

我国是钢铁生产大国，近年来钢产量超过9亿吨，占全球的一半以上。钢渣是炼钢过程的必然产物，每冶炼一吨钢往往产生钢渣120～140kg，全国年产生量总量超过1亿吨。钢渣的主要化学成分有cao、sio2、feo、fe2o3等氧化物，一般转炉钢渣中cao含量在40％左右，sio2在15～20％，铁氧化物含量为20～25％，此外还有10％左右的残钢等物质。可见，钢渣中含有大量的硅酸钙类和铁元素两类物料，具有重大的资源化利用价值。

钢渣中残钢往往可以通过破碎筛分磁选进行部分回收，回收所得废钢和磁选粉返回冶炼工序，但剩余近80％的钢渣无法高附加值利用。这些无法利用的钢渣除部分以极低的价格流入水泥等建材领域，绝大部分仍要丢弃或堆存处理，占用土地、污染土壤和水系，严重威胁生态环境和居民生活安全。大量钢渣无法有效利用堆弃不仅严重污染环境，更是资源的重大浪费，迫切需要开发新技术对其资源化利用价值进行提升，实现全部资源化利用。

钢渣资源化利用主要有钢渣粉和钢渣混合料两个方面。钢渣混合料主要是道路、制砖等建筑领域利用，用于替代砂石混合料。由于钢渣的安定性问题无法彻底解决，当前钢渣混合料仅能少量的替代砂石，且无法用作混凝土，因此钢渣的资源化利用主要还是钢渣粉。钢渣粉主要是利用钢渣中硅酸二钙、硅酸三钙等水硬胶凝性物质，用作水泥和混凝土掺合料，能够减少水泥用量，降低建筑成本，是当前钢渣大规模资源化利用的主要途径。

当前我国钢渣粉有关生产线产能超过1000万吨，但受限于钢渣活性、生产成本等问题，相关生产线基本没有达产，实际产量仅数百万吨。影响钢渣粉生产应用的主要原因在于钢渣硬度高粉磨生产成本高和钢渣活性低销售价格低两个方面。钢渣中铁元素是影响钢渣粉磨生产成本高和活性低的主要原因。钢渣经磁选后仍含有超过1％的金属铁，这些金属铁是导致钢渣难粉磨、能耗高的关键因素。钢渣中存在约20％的铁氧化物含量，导致硅酸二钙、硅酸三钙比例远低于水泥，且结晶致密，活性往往仅约70％。

为了降低钢渣粉磨能耗，提高钢渣活性有关研究机构开展了大量工作，主要包括工艺装备优化、药剂开发、调质改性三个方面。在工艺装备上有开发立磨、卧辊磨等钢渣粉磨工艺装备，通过设备和工艺的改进，如强化磁选降低金属铁含量，高效超细磨提高比表面积等措施。在药剂开发方面如开发助磨剂降低钢渣粉磨能耗，开发活性激发剂提高钢渣粉磨强度等方法。目前通过工艺设备优化和药剂开发两个方面工作对钢渣粉生产成本降低和活性的提高均改善效果并不显著。调质改性是在向钢渣中加入改性剂，对钢渣化学成分进行调整，对矿相组成进行重构，从而改变钢渣的矿物组成，从根源上改善钢渣的性质。调质改性处理可降低钢渣中铁元素含量，提高钢渣中活性物质含量，改善钢渣易磨性，大幅度提高钢渣活性指数，具有较高的技术开发价值。

现有调质改性处理往往是在实验室条件下进行的还原、加改性剂调质。调质改性操作基本是将钢渣、还原剂、改性剂等物料在冷态条件下破碎到一定粒度混匀，然后加热至1300℃以上的高温条件，并保温提供一定反应均化时间。但采用该改性处理方式在实际工业条件下进行生产估计能源成本过高，不具备经济可行性。因此，迫切需要开发熔融钢渣在线改性处理的工艺技术，利用钢渣出渣高达1600℃的温度条件，在较低的能源成本条件下实现钢渣的高效调质改性，实现钢渣的全部资源化利用。

本发明在熔融钢渣出渣过程中添加改性剂，在不提供外在热源的条件下对钢渣进行调质改性，充分利用熔融钢渣余热资源。采用专用调质改性装置对物料进行调质均化处理，协同利用钢渣预处理破碎设备进行二次均化，保障调质改性反应的充分进行。本方法从根源上对钢渣成分进行调控，可提高钢渣中金属铁的回收率，降低尾渣中金属铁含量，大幅度改善钢渣易磨性，显著提高钢渣的活性指数，有利于实现全部钢渣的资源化利用，具有重大的经济和社会效益。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置，所述熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置包括：炼钢炉(1)、出渣口(2)、钢渣罐(3)、还原剂仓(4)、钙剂仓(5)、硅剂仓(6)、混料仓(7)、给料器(8)、混料床(9)、进料口(10)、混料机(11)、喷水口(12)、出料口(13)、接渣罐(14)和热闷罐(16)；出渣口(2)设置在炼钢炉(1)侧部上方；还原剂仓(4)、钙剂仓(5)、硅剂仓(6)并列放置在混料仓(7)上方，混料仓(7)下方设置有给料器(8)，用于将还原剂仓(4)、钙剂仓(5)和硅剂仓(6)中物料经混料仓(7)混合后送入给料器(8)中，钢渣罐(3)可在第一位置和第二位置之间移动，其中第一位置为钢渣罐(3)位于给料器(8)和出渣口(2)下方的位置，用于使得炼钢炉(1)中的熔融钢渣经出渣口(2)倒入钢渣罐(3)同时将给料器(8)中的物料送入钢渣罐(3)；其中第二位置为钢渣罐(3)位于混料床(9)上方的位置，用于使得钢渣罐(3)中熔融钢渣和物料的混合物经进料口(10)倒入混料床(9)中，进料口(10)设置在混料床(9)前端上方，喷水口(12)设置在混料床(9)内部上方，混料机(11)设置在混料床(9)中，用于对混料床(9)中熔融钢渣和物料的混合物进行搅拌混匀，出料口(13)设置在混料床(9)后端下方；接渣罐(14)可在出料口(13)下方的位置和放置在热闷罐(16)中的位置之间移动，用于将通过混料床(9)冷却后的改性钢渣送入热闷罐(16)中进行闷渣处理。

其中，所述熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置还包括出罐车(15)，接渣罐(14)可坐在出罐车(15)上，用于将接渣罐(14)经出罐车(15)运出混料床(9)。钢渣罐(3)和接渣罐(14)为铸钢结构渣罐。还原剂仓(4)、钙剂仓(5)、硅剂仓(6)、混料仓(7)为钢结构料仓。给料器(8)为螺旋给料机，螺旋转速10-100转/分钟，最大输送物料粒径50mm。混料床(9)为密闭式箱体结构，混料床(9)外面设置保温隔热层，保温材料厚度不低于5mm，进料口(10)和出料口(13)直径均不低于1m。混料机(11)为单齿辊结构，外部搅拌齿采用耐热钢材，混料机(11)转速3-30转/分钟。

本发明涉及一种优选采用上述的装置对熔融钢渣出渣冷却过程在线调质的方法，包括如下步骤：

(1)炼钢炉(1)将熔融钢渣经出渣口(2)倒入钢渣罐(3)，倒渣过程中还原剂仓(4)、钙剂仓(5)、硅剂仓(6)中物料经混料仓(7)和给料器(8)均匀随熔融钢渣一同倒入钢渣罐(3)；

(2)优选采用天车，将钢渣罐(3)中钢渣经进料口(10)倒入混料床(9)，采用混料机(11)对其进行搅拌混匀，搅拌到一定改性时间结束后打开喷水口(12)对改性钢渣进行打水冷却至一定温度；

(3)冷却后的改性钢渣经出料口(13)卸入接渣罐(14)中，接渣罐(14)经出罐车(15)运出混料床(9)，而后优选经天车，吊入热闷罐(16)进行闷渣处理。

其中，还原剂仓(4)中还原改性剂的碳元素含量超过30％，吨钢渣处理还原改性剂添加量为30-150kg；钙剂仓(5)中增钙改性剂的氧化钙元素含量超过70％，吨钢渣处理增钙改性剂添加量不超过80kg；硅剂仓(6)中增硅改性剂的氧化硅元素含量超过70％，吨钢渣处理增硅改性剂添加量不超过100kg。

其中，采用混料机(11)对钢渣的搅拌改性时间为10-30分钟。优选，喷水口(12)对改性钢渣打水冷却时间为5-15分钟，吨钢渣打水量为50-250kg，处理后改性钢渣温度为500-800℃。优选，装有改性钢渣的接渣罐(14)在热闷罐(16)中进行闷渣处理，闷渣时间1-5小时。优选，改性处理后钢渣的铁回收率超过85％，钢渣活性指数超过90％优选，本发明的技术方案如下：一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置，其包括：炼钢炉、出渣口、钢渣罐、还原剂仓、钙剂仓、硅剂仓、混料仓、给料器、混料床、进料口、混料机、喷水口、出料口，接渣罐、出罐车、热闷罐。出渣口在炼钢炉侧部上方；还原剂仓、钙剂仓、硅剂仓并列放置在混料仓上方；混料仓下方是给料器；钢渣罐在给料器和出渣口下方；进料口在混料床前端上方，喷水口在混料床内部上方，混料机在混料床中，出料口在混料床后端下方；接渣罐在出料口下方，坐在出罐车上，最后接渣罐放置在热闷罐中。

一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质的方法，在不提供外在热源的条件下对钢渣进行调质改性，充分利用熔融钢渣余热资源。该方法采用混料床，混料机等专用调质改性装置对物料进行调质改性处理，从根源上改变了钢渣的组分，生产操作简单易行，钢渣性能提升显著。

优选，一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质的方法，包括如下步骤：(1)炼钢炉将熔融钢渣经出渣口倒入钢渣罐，倒渣过程中还原剂仓、钙剂仓、硅剂仓中物料经混料仓、给料器均匀随熔融钢渣一同倒入钢渣罐。(2)采用天车将钢渣罐中钢渣经进料口倒入混料床，采用混料机对其进行搅拌混匀，搅拌到一定改性时间结束后打开喷水口对改性钢渣进行打水冷却至一定温度。(3)冷却后的改性钢渣经出料口卸入接渣罐中，接渣罐经出罐车运出混料床，而后经天车吊入热闷罐进行闷渣处理。

其中，还原剂仓中还原改性剂的碳元素含量超过30％，吨钢渣处理还原改性剂添加量为30-150kg；钙剂仓中增钙改性剂的氧化钙元素含量超过70％，吨钢渣处理增钙改性剂添加量不超过80kg；硅剂仓中增硅改性剂的氧化硅元素含量超过70％，吨钢渣处理增硅改性剂添加量不超过100kg。三种改性剂只要求主要成分含量，改性剂成本控制在较低水平，比如还原改性剂可以为多种物料，所提出碳含量超过30％，可以选择高炉灰、兰碳等低成本物料，且其他成分含量波动大；同样增钙改性剂、增硅改性剂也是从这个角度考虑的。

本发明优点是装置上和方法上实现熔融钢渣出渣冷却过程的在线改性处理，生产装备简单，处理过程流程短效率高，通过改性反应促进了钢渣中铁氧化物的还原，从根本上提高钢渣金属铁回收率，大幅度改善了钢渣的活性指数，可望大幅度提高钢渣的资源化利用价值，具有显著的经济效益。

附图说明

图1熔融钢渣出渣冷却过程在线调质示意图。

具体实施方式

一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置如图1所示，一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质装置，其包括：炼钢炉1、出渣口2、钢渣罐3、还原剂仓4、钙剂仓5、硅剂仓6、混料仓7、给料器8、混料床9、进料口10、混料机11、喷水口12、出料口13，接渣罐14、出罐车15、热闷罐16。出渣口2在炼钢炉1侧部上方；还原剂仓4、钙剂仓5、硅剂仓6并列放置在混料仓7上方；混料仓7下方是给料器8；钢渣罐3在给料器8和出渣口2下方；进料口10在混料床9前端上方，喷水口12在混料床9内部上方，混料机11在混料床9中，出料口13在混料床9后端下方；接渣罐14在出料口14下方，坐在出罐车15上，最后接渣罐14放置在热闷罐16中。钢渣罐3、接渣罐14为铸钢结构渣罐。还原剂仓4、钙剂仓5、硅剂仓6、混料仓7为钢结构料仓。给料器8为螺旋给料机，螺旋转速10-100转/分钟，最大输送物料粒径50mm。混料床9为密闭式箱体结构，混料床外面设置保温隔热层，保温材料厚度不低于5mm，进料口10、出料口13直径均不低于1m。混料机11为单齿辊结构，外部搅拌齿采用耐热钢材，混料机11转速3-30转/分钟。

一种熔融钢渣出渣冷却过程在线调质的方法，包括如下步骤：(1)炼钢炉1将熔融钢渣经出渣口2倒入钢渣罐3，倒渣过程中还原剂仓4、钙剂仓5、硅剂仓6中物料经混料仓7、给料器8均匀随熔融钢渣一同倒入钢渣罐3。(2)采用天车将钢渣罐3中钢渣经进料口10倒入混料床9，采用混料机11对其进行搅拌混匀，搅拌到一定改性时间结束后打开喷水口12对改性钢渣进行打水冷却至一定温度。(3)冷却后的改性钢渣经出料口13卸入接渣罐14中，接渣罐14经出罐车15运出混料床9，而后经天车吊入热闷罐16进行闷渣处理。

其中，还原剂仓4中还原改性剂的碳元素含量超过30％，吨钢渣处理还原改性剂添加量为30-150kg；钙剂仓5中增钙改性剂的氧化钙元素含量超过70％，吨钢渣处理增钙改性剂添加量不超过80kg；硅剂仓6中增硅改性剂的氧化硅元素含量超过70％，吨钢渣处理增硅改性剂添加量不超过100kg。采用混料机11对钢渣的搅拌改性时间为10-30分钟。喷水口12对改性钢渣打水冷却时间为5-15分钟，吨钢渣打水量为50-250kg，处理后改性钢渣温度为500-800℃。装有改性钢渣的接渣罐14在热闷罐16中进行闷渣处理，闷渣时间1-5小时。改性处理后钢渣的铁回收率超过85％，钢渣活性指数超过90％。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。