一种熔融钢渣的高质化多效利用系统及方法

本发明涉及高温液态钢渣处理，具体涉及一种熔融钢渣的高质化多效利用系统及方法。

背景技术：

1、钢渣是炼钢过程中形成的高温熔融副产物(>1500℃)，其主要化学成分为cao、sio2、fe2o3、a12o3、mgo等金属氧化物。2021年我国全年生产的粗钢产量约为10.3亿吨，占全球粗钢产量的一半以上，位居世界首位，每吨粗钢产生150kg左右的钢渣，截止2021年，我国堆积的钢渣量已超过10亿吨，占据大量的土地资源，给生态环境带来严重威胁。每吨钢渣所含热量折合标煤约60kg，有效的余热回收技术能够借此减少我国其他产业的能耗。现阶段我国的钢渣处理工艺有热泼法、热闷法、风淬法、滚筒法等。现有工艺如风淬法、热泼法、水淬法等存在水资源浪费、处理周期长、钢渣自由氧化钙难以消除、热回收效率低等问题，且我国整体钢渣利用率仅为30％左右，导致钢渣中大量可回收热资源浪费严重。

2、钢渣除了具有巨大的“热”回收价值，还具备优良的“碳”利用前景。我国2020年碳排放总量为322.8亿吨，已成为全球碳排放总量第一的国家。钢渣中蕴含的丰富的诸如cao、mgo等活性物质，可与co2反应形成碳酸盐，既解决了钢渣安定性问题，又实现了co2的固定封存。我国可通过钢渣等实现直接固碳约75mt，间接固碳约935mt，减排量约占钢铁行业碳排放总量10％。合理的钢渣矿化处理过程，能够大大减缓我国的碳排放压力。

3、随着我国“双碳”目标的提出，基于可再生能源的储能技术得到显著发展。热能存储具有巨大的应用前景且市场对于热能存储材料的需求日益增大。钢渣具备良好的热稳定性和热性能，将改质钢渣颗粒按粒径筛分后，大颗粒用作为固态储热材料，小颗粒进行研磨后与熔盐混合作为相变储热材料。该思路可为市场提供廉价、高性能的储热材料，助力我国实现碳中和。

4、综上所述，钢渣处理现有工艺热回收效率低、自由氧化钙残留、资源化利用方式有限，尚无将钢渣与高炉渣进行调质改性、进而结合矿化固碳及余热回收、再进行筛分作为相变储热材料的大型钢渣处理工艺。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种熔融钢渣的高质化多效利用系统及方法，解决钢渣处理现有工艺热回收效率低、自由氧化钙残留、资源化利用方式有限的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，包括：

4、钢渣调质改性装置，其用于将熔融钢渣和液态高炉渣按比例混合形成熔融态的混合熔渣；

5、钢渣制粒装置，其用于将混合熔渣进行粒化和冷却形成凝固或半熔融的熔渣颗粒；

6、余热回收装置，用于对凝固或半熔融的熔渣颗粒进行冷却，进而将冷却后的固体颗粒和高温气流进行分离、回收；余热回收装置包括旋转冷却器，旋转冷却器的一端设有进口，另一端设有排出高温气流的排气口和排出固体颗粒的排渣口，排气口和排渣口分别位于旋转冷却器同一端部的顶部和底部；及

7、梯度孔式超临界矿化仓，所述梯度孔式超临界矿化仓的顶部设有进料仓口，梯度孔式超临界矿化仓的底部设有出料仓口，梯度孔式超临界矿化仓的一侧底部设有进气仓口，用于向梯度孔式超临界矿化仓内部注入超临界co2，另一侧顶部设有排气仓口，用于co2气体的排出。

8、上述熔融钢渣的高质化多效利用系统，

9、进一步地，钢渣调质改性装置包括进渣器、辅热单元和均混单元，进渣器设有多个，在多个进渣器中，一部分数量的进渣器用于盛放熔融钢渣，另一部分数量的进渣器用于盛放液态高炉渣，均混单元位于多个进渣器的出液口的下方，辅热单元设置在均混单元上，用于对均混单元内盛放的由熔融钢渣和液态高炉渣形成的混合熔渣进行辅助加热。

10、进一步地，进渣器上设有保温层，进渣器的出液口设置有加热模块，进渣器底部设置重量传感器和执行器，重量传感器将分流器内重量信号实时传输至控制器，控制器分析信号将发送指令至执行器，执行器则依据指令对调整进渣器倾斜角度。

11、进一步地，均混单元为均混器，辅热单元包括若干微波加热阵列，若干微波加热阵列沿均混器长度方向均匀布置。

12、进一步地，均混器内设有保温层，均混器内部设有机械搅拌机构，用于对混合熔渣进行搅拌。

13、进一步地，钢渣制粒装置包括粒化器、叶片式气流分布器和倾斜式重力出渣仓，倾斜式重力出渣仓的顶部设有进料口，粒化器设置在倾斜式重力出渣仓的内部顶部，且粒化器位于进料口的下方，叶片式气流分布器分布在进料口处，用于从进料口处向倾斜式重力出渣仓内部吹入高速回旋气流。

14、进一步地，倾斜式重力出渣仓内部的相对两侧壁均为内倾式结构且对称设置，倾斜式重力出渣仓内部的底部设有倾斜式重力板，倾斜式重力板且位于低端的位置设有出料口。

15、进一步地，旋转冷却器的内部沿长度方向设有可转动的转轴，每个转轴上均规定设有旋转桨。

16、进一步地，梯度孔式超临界矿化仓的内部从上到下依次设有间隔的第一筛网和第二筛网，第一筛网的孔径大于第二筛网的孔径。

17、一种熔融钢渣的高质化多效利用方法，基于上述熔融钢渣的高质化多效利用系统，所述熔融钢渣的高质化多效利用系统方法包括以下步骤：

18、(1)钢渣调质改性装置将熔融钢渣和液态高炉渣按一定比例进行混合形成混合熔渣；

19、(2)将混合熔渣运输至改性钢渣制粒单元，将混合熔渣倒入钢渣制粒装置内部进行粒化和冷却，之后改性钢渣制粒单元排出凝固或半熔融的熔渣颗粒以及高温气流

20、(3)将凝固或半熔融的熔渣颗粒以及高温气流倒入旋转冷却器的进口进行冷却，旋转冷却器将冷却后的固体颗粒从排渣口排出，将高温气流从排气口排出进行回收利用；

21、(4)将固体颗粒倒入梯度孔式超临界矿化仓的进料仓口，同时通过进气仓口向梯度孔式超临界矿化仓内部注入超临界co2气体，使得超临界co2气体和固体颗粒发生矿化反应，实现co2固定的同时进一步消除改性钢渣颗粒中可能存在的残留自由氧化钙；

22、(5)将梯度孔式超临界矿化仓排出的小颗粒改性碳酸化钢渣与熔盐混合，之后磨制为细粉后再加入粘合剂压制为复合相变储热颗粒，将梯度孔式超临界矿化仓排出的大颗粒改性碳酸化钢渣直接作为固态储热颗粒。

23、本发明的有益效果：本熔融钢渣的高质化多效利用系统通过将液态钢渣与液态高炉渣进行调质改性，形成改性钢渣，将液态改性钢渣破碎形成均匀颗粒，通过对改性钢渣熔融颗粒进行冷却，之后通过冷却后固体钢渣颗粒与超临界co2发生矿化反应，实现co2固定的同时进一步消除改性钢渣颗粒中可能存在的残留自由氧化钙，将排出的大颗粒改性碳酸化钢渣直接作为固态储热颗粒，小颗粒改性碳酸化钢渣进行研磨后与熔盐配制为复合相变材料，从而实现熔融钢渣的高质化多效利用；而且旋转冷却器排出的高温气流，作为热资源回收利用，提高了钢渣处理工艺的热回收效率。

技术特征：

1.一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述钢渣调质改性装置包括进渣器、辅热单元和均混单元，所述进渣器设有多个，在多个进渣器中，一部分数量的进渣器用于盛放熔融钢渣，另一部分数量的进渣器用于盛放液态高炉渣，所述均混单元位于多个进渣器的出液口的下方，所述辅热单元设置在均混单元上，用于对均混单元内盛放的由熔融钢渣和液态高炉渣形成的混合熔渣进行辅助加热。

3.根据权利要求2所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述进渣器上设有保温层，所述进渣器的出液口设置有加热模块，所述进渣器底部设置重量传感器和执行器，重量传感器将分流器内重量信号实时传输至控制器，控制器分析信号将发送指令至执行器，执行器则依据指令对调整进渣器倾斜角度。

4.根据权利要求2或3所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述均混单元为均混器，所述辅热单元包括若干微波加热阵列，若干微波加热阵列沿均混器长度方向均匀布置。

5.根据权利要求4所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述均混器内设有保温层，所述均混器内部设有机械搅拌机构，用于对混合熔渣进行搅拌。

6.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述钢渣制粒装置包括粒化器、叶片式气流分布器和倾斜式重力出渣仓，所述倾斜式重力出渣仓的顶部设有进料口，所述粒化器设置在倾斜式重力出渣仓的内部顶部，且粒化器位于进料口的下方，所述叶片式气流分布器分布在进料口处，用于从进料口处向倾斜式重力出渣仓内部吹入高速回旋气流。

7.根据权利要求6所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述倾斜式重力出渣仓内部的相对两侧壁均为内倾式结构且对称设置，所述倾斜式重力出渣仓内部的底部设有倾斜式重力板，所述倾斜式重力板且位于低端的位置设有出料口。

8.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述旋转冷却器的内部沿长度方向设有可转动的转轴，每个所述转轴上均规定设有旋转桨。

9.根据权利要求1所述的一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，其特征在于：所述梯度孔式超临界矿化仓的内部从上到下依次设有间隔的第一筛网和第二筛网，所述第一筛网的孔径大于第二筛网的孔径。

10.一种熔融钢渣的高质化多效利用方法，其特征在于：基于权利要求1-7任意一项所述的熔融钢渣的高质化多效利用系统，所述熔融钢渣的高质化多效利用系统方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种熔融钢渣的高质化多效利用系统，包括钢渣调质改性装置、钢渣制粒装置、余热回收装置和梯度孔式超临界矿化仓，钢渣调质改性装置用于将熔融钢渣和液态高炉渣按比例混合形成熔融态的混合熔渣，钢渣制粒装置将混合熔渣进行粒化和冷却形成凝固或半熔融的熔渣颗粒，通过余热回收装置对凝固或半熔融的熔渣颗粒进行冷却，进而将冷却后的固体颗粒和高温气流进行分离、回收，通过在梯度孔式超临界矿化仓内，使超临界CO<subgt;2</subgt;气体和固体颗粒发生矿化反应，实现CO<subgt;2</subgt;固定的同时进一步消除改性钢渣颗粒中可能存在的残留自由氧化钙，最后将梯度孔式超临界矿化仓排出的大颗粒改性碳酸化钢渣用作为固态储热材料，从而实现熔融钢渣的高质化多效利用。

技术研发人员：吴君军,朱恂,廖强,王宏
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14