一种钢渣砂生产工艺及系统的制作方法

本发明涉及钢渣砂技术领域，尤其涉及一种钢渣砂生产工艺及系统。

背景技术：

我国是钢材消耗大国。钢材生产过程中会产生大量的钢渣，其比例为粗钢的10-20％。伴随钢材产量的增加，我国钢渣产量已经储存超过2亿吨。钢渣是炼钢过程的副产品，钢渣是在1500-1700℃高温下形成的，外号“过烧硅酸盐熟料”。钢铁工业固废转炉钢渣每年产1亿吨以上，但其综合利用率不到30％。钢渣大量堆积，会侵占耕地、污染水源，造成严重的环境污染。为了提高资源利用率，减少空间占用和环境污染，有必要采取措施对钢渣进行资源化利用。

与此同时，随着建筑以及基建行业的迅猛发展，用于水泥砂浆的天然矿砂资源逐渐减少，进而开发机制砂(经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒)和钢渣砂。我国每年用于道路、预制混凝土构件、管筒制品和建筑等各个领域的砂需求量巨大，因此钢渣砂是对钢渣一种有效的利用方式，可以最大程度地对钢渣进行减量化和资源化利用。目前，传统钢渣在水泥砂浆中的使用方式为直接对钢渣进行磨粉，添加到水泥砂浆中，有些技术提出将钢渣磨细后除铁，然后加改性剂改性后替代矿粉制作钢渣微粉混凝土。

然而，传统的钢渣砂膨胀率较大，造成含钢渣砂的混凝土存在较严重的稳定性缺陷。目前，钢渣砂仍无法取代天然砂或机制砂，因而在许多建筑场合的应用受到限制。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种钢渣砂生产工艺及系统，使生产的钢渣钢渣砂具有极小的膨胀率，能够取代天然砂和机制砂，避免因传统钢渣砂膨胀引起的混凝土的稳定性缺陷，实现对钢渣的资源化利用和由于大体量钢渣存放带来的环境污染问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种钢渣砂生产工艺，其包括如下步骤：

s1、钢渣破碎筛分：将钢渣原渣破碎过筛，以10mm筛孔进行筛分，筛下部分进入下一道工序，筛上部分返回再次破碎过筛；

s2、除铁；

s3、喷淋，加原料质量8-12％的水；

s4、高温高压消解，压力≥2.0mpa，温度≥215℃，保温时间≥3h(优选3.5h以上)；

s5、降温筛分：将高温高压消解后的钢渣降温，再依据粒径进行多级筛分，得到不同规格的钢渣砂产品。

其中对钢渣加水，然后进行高温高压消解，温度超过水的沸点以后，钢渣内部发生充分反应，消除导致传统钢渣砂膨胀率大的有害因素。实际生产中时，压力不低于2.0mpa、温度不低于215℃、保温时间不低于3h，其中任一条件不满足要求均无法制得膨胀率低于0.5％的钢渣砂。

根据本发明的较佳实施例，其中，s1中，包含定量喂料器、细鄂破碎机和制砂机；所述定量喂料器用于将钢渣原料定量输入到细鄂破碎机中，经所述细鄂破碎机破碎后的钢渣，被输送到制砂机中进一步破碎处理。

根据本发明的较佳实施例，其中，s1中，所述制砂机设有料筛，该料筛为具有10mm筛孔的料筛，通过该料筛得到10mm以下的钢渣筛分和10mm以上的钢渣筛分；10mm以上的钢渣筛分返回制砂机再次破碎，10mm以下的钢渣筛分被送往下一道工序。

根据本发明的较佳实施例，其中，s2中，所述除铁是采用中性磁滚进行除铁。

根据本发明的较佳实施例，其中，s2中，所述中性磁滚安装在送料皮带的一端；所述送料皮带的另一端对应设在所述制砂机的料筛下方；使该料筛的筛下部分落入该送料皮带上，送料皮带上的钢渣在经过中性磁滚时得到除铁处理。

优选地，所述中性磁滚的磁力为2000-2500高斯；此时，钢渣中金属铁含量低于0.5％。

根据本发明的较佳实施例，s3中，喷淋是采用喷洒装置对钢渣进行加水，加水量为钢渣质量的8-12％。

上述，经过s2的除铁后的钢渣进入料仓中暂存。

根据本发明的较佳实施例，s4中，采用蒸压釜进行钢渣的高温高压消解处理。

根据本发明的较佳实施例，s3与s4之间，在采用轨道车盛装和运输钢渣；所述轨道车仓体顶部为开口；在轨道车的行走路径上方设有喷洒装置，当轨道车经过该喷洒装置下方时，水被喷淋到轨道车的仓体内以将钢渣润湿；轨道车进入蒸压釜内并在蒸压釜内停留预定时间，在该段时间内实现对钢渣的高温高压消解处理。

根据本发明的较佳实施例，所述轨道车的仓体内插入若干两端开口的管筒，所述管筒横向穿过该仓体的侧壁，所述管筒的部分区段位于该轨道车的仓体内。

优选地，所述轨道车还具备侧翻卸料功能。

根据本发明的较佳实施例，所述管筒位于该轨道车的仓体总深度的2/5～3/5的位置处；优选为1/2的位置处。

根据本发明的较佳实施例，s4中，所述蒸压釜的容积为可以同时容纳多个轨道车，例如可以同时容纳10个轨道车或更多个轨道车，以便提高制砂效率和保证钢渣砂的产量。

根据本发明的较佳实施例，s4中，所述蒸压釜包括以管道连接的两个蒸压釜，当一个蒸压釜完成一次高温高压消解的任务后，将其内部的压力和热量卸入到另一个蒸压釜内，由此可节约能耗以及节省加热时间。

经实际应用发现，当一个蒸压釜体积200立方、压力为2.0-3.0mpa、温度为215-250℃时，该蒸压釜完成对钢渣的高温高压消解的任务后，将其压力和热量卸入另一个与之相连的蒸压釜内(蒸压釜初始温度为室温，压力为基本大气压)，可使蒸压釜的温度在无其他热量输入的情况下瞬间提高80℃，压力达到2.0mpa以上；经综合计算，一次卸压可节省燃气成本500元以上。

根据本发明的较佳实施例，s5中，包括降温库和分级筛分机；s4中高温高压消解的钢渣卸入降温库进行降温，降至预定温度后输送到筛分机，分出不同粒径等级的多种规格钢渣砂产品。例如，可分选出5-10mm、2-5mm、0-2mm三种规格的钢渣砂产品，分别包装或入库。

根据本发明的较佳实施例，s5中，在筛分机上装设有收尘系统，以便在筛分过程中将扬起的钢渣粉尘吸出收集到钢渣微粉仓中，一方面避免对周围环境的粉尘污染问题，另一方面可以提高钢渣砂产品的质量，避免过细的钢渣粉末进入到产品中。

第二方面，本发明提供一种钢渣砂生产系统，其包括:破碎单元、除铁单元、装料单元、喷淋装置、高温高压消解单元和降温分级单元；

其中，所述装料单元包括多个轨道车，所述轨道车具有仓体；所述轨道车沿轨道移动，在轨道上方设有喷淋装置，该喷淋装置用于喷出水雾，对轨道车中盛装的钢渣进行加湿；所述轨道车的仓体内插入若干两端开口的管筒，所述管筒横向穿过该仓体的侧壁，所述管筒的部分区段位于该轨道车的仓体内；

所述高温高压消解单元包括至少两个蒸压釜；所述两个蒸压釜之间以管道相连通，使一个蒸压釜完成一次高温高压消解的任务后，将其内部的压力和热量卸入到另一个蒸压釜内；

所述轨道装载钢渣连同轨道车进入所述蒸压釜内，将蒸压釜密封后，采用高温高压对钢渣进行消解，以获得膨胀率低的钢渣砂。

根据本发明的系统，所述每个轨道车的仓体中横向插入多根管筒(例如10根以上)，以保证仓体中间位置的物料受热受压均匀。

根据本发明的系统，所述多根管筒均匀分布在该轨道车的仓体总深度的2/5～3/5的位置处；优选为1/2的位置处。

根据本发明的系统，其中所述破碎单元包括定量喂料器、细鄂破碎机和制砂机，所述细鄂破碎机将钢渣原渣(10-50mm)的钢渣破碎至20mm以下，所述制砂机将钢渣破碎至10mm以下；所述制砂机设有料筛，所述料筛

将10mm以下的钢渣筛分分离出来，输送到除铁单元。

根据本发明的系统，所述除铁单元包含中性磁滚，所述中性磁滚的磁力为2000-2500高斯。

根据本发明的系统，所述定量喂料器与细鄂破碎机之间以送料皮带连接，以将钢渣原渣送入细鄂破碎机；所述细鄂破碎机的出料以送料皮带输送到制砂机。

根据本发明的系统，所述制砂机的料筛下方设有送料皮带，所述料筛的筛下部分落入到该送料皮带上，该送料皮带的末端安装有所述中性磁滚，使经过该中性磁滚的钢渣得到除铁处理；经除铁后的钢渣进入料仓中暂存。

根据本发明的系统，所述料仓包含多个自动装料口，每个装料口对应所述轨道车的仓体，仓体顶部为开口，便于装料和喷淋。所述轨道车的俯视面为椭圆形，直径为2m，长3m，深度2m，每个轨道车的仓体容纳体积为10立方米，盛装钢渣约18t。

根据本发明的系统，所述蒸压釜的可同时容纳多个轨道车，例如可容纳10个或10以上的轨道车。

根据本发明的系统，所述轨道车设有侧翻机构，可在需要卸料时侧翻快速卸料。

根据本发明的系统，所述降温分级单元包含降温库和分级筛分机，所述轨道车从所述蒸压釜内出来后，进入到降温库，将经过高温高压消解的钢渣运输到所述降温库后侧翻卸料，降温库内的钢渣物料经过送料皮带进入分级筛分机，由分级筛分机将钢渣依据粒径进行多级筛分，得到不同规格的钢渣砂产品，分别包装或库存。

(三)有益效果

按照本发明的工艺使用钢渣原渣为原料制砂，可以得到膨胀率低于0.5％的钢渣砂，可以完全取代天然砂和机制砂，应用于道路、预制混凝土构件、管筒制品和建筑等各个应用领域，消除了传统掺钢渣砂的混凝土所存在的稳定性缺陷。

本发明可实现对钢渣近100％的资源化利用，所制钢渣砂的各项指标均符合市场要求。本发明还涉及用于钢渣砂的生产系统，整个生产系统资金投资小、运营成本低、节省能耗、输出的产品质量性能稳定。

附图说明

图1为本发明的钢渣砂工艺基本步骤流程图。

图2为本发明较佳实施例的钢渣砂工艺流程图。

图3为本发明较佳实施例的钢渣砂生产系统的组成框图。

图4为本发明的钢渣砂系统的轨道车、喷淋装置及蒸压釜示意图。

图5为本发明的钢渣砂系统的双蒸压釜示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

经发明人单位与高校团队联合研究，发现导致传统钢渣砂膨胀率大、易导致混凝土不良体积的主要原因在于：随着炼钢技术的成熟，冶炼时间逐渐缩短，导致氧化钙和氧化镁不能和二氧化硅等成分充分发生反应，从而形成游离态的氧化钙(f-cao)和氧化镁(f-mgo)，而这些游离态的氧化钙(f-cao)和氧化镁(f-mgo)是造成钢渣砂膨胀率大、混凝土稳定性缺陷的主要原因。

本发明通过破碎、筛分、除铁、喷淋、蒸压釜内高温高压消解处理，可以将钢渣中影响膨胀率的全部有害因素消除，得到体积温度、膨胀系数低的钢渣砂，可用于取代天然砂和机制砂，获得满足市场需求和相关行业规定的砂制品，从而应用于道路、预制混凝土构件、管筒制品和建筑等各个应用领域，扩大钢渣砂的应用领域。

以下结合附图进一步说明本发明的工艺及生产系统及其特点。

如图1所示，为本发明本发明的钢渣砂工艺基本步骤流程图，其基本流程为：s1、钢渣破碎筛分；s2、钢渣除铁；s3、喷淋加湿；s4、高温高压消解；s5、降温多级筛分等步骤。其中，钢渣破碎筛分是指将10-50mm钢渣原渣破碎，并过筛取10mm以下的组分用于制砂。钢渣除铁是除去钢渣中的单质铁或包裹有单质铁的渣粉，使铁含量低于0.5％。此时的钢渣砂的膨胀率约1540-150％。喷淋加湿为使用喷洒水雾的喷头向钢渣中加入8-12％的水分。高温高压消解是将湿润的钢渣在压力≥2.0mpa、温度≥215℃下保持3h以上(优选为3.5h)，以消除导致钢渣膨胀的各种有害因子，得到体积温度、膨胀率＜0.5％的钢渣砂，可用于替代天然砂和机制砂，使钢渣砂可应用于道路、预制混凝土构件、管道制品和建筑等各种水泥混凝土中，而不会引起稳定性缺陷。

结合图2所示，为本发明较佳实施例的钢渣砂工艺流程图，是在图1上的进一步具体化。如图所示，10-50mm的钢渣原渣首先经过20mm细鄂破碎机破碎至20mm后，再输送到10mm制砂机进行破碎，之后经制砂机的筛分机筛分，将＜10mm的细钢渣输送到中性磁滚除铁机，否则返回至10mm制砂机中再次进行破碎。经过中性磁滚除铁机进行吸附除铁，中性磁滚的磁力为2500高斯左右，使细钢渣中铁含量低于0.5％，除铁后，钢渣被输送到料仓中暂存。

其中，优选地，在细鄂破碎机之前还设有定量喂料器，可以将钢渣原渣(粗钢渣)按照一定质量速度输送到细鄂破碎机中。细鄂破碎机的出料口与制砂机的入料口之间以送料皮带连接，破碎机的出料口与筛分机以送料皮带连接。筛分机位于送料皮带的上方，送料皮带的末端连接到料仓，且在皮带的一端设有中性磁滚，达到对送料皮带上的输送的细钢渣(粒径＜10mm)进行除铁的功效。

料仓中的暂存的细钢渣采用多轨道自动装料机进行运输。多轨道自动装料机包含多个沿轨道运行的装料车，装料车设有顶部开口的仓体，装料车对准料仓所设置的出料口，以承接从料仓中出来的细钢渣，然后沿轨道进入蒸压釜内。其中，在轨道的上方设有一组喷淋装置，对经过的轨道车进行喷水，该喷淋装置可以定量喷水，使轨道车内的钢渣被喷洒钢渣质量8-12％的水。由于细钢渣为砂状物质，因此在轨道车表面喷水后，水会渗透至下方，使仓体内的细钢渣都被润湿。其中，喷淋装置设于料仓和蒸压釜之间。

其中，蒸压釜连接高温高压炉，通过高温高压炉对蒸压釜进行加热、加压、保温和保压。高温高压炉是天然气炉。轨道车经由轨道可进入该蒸压釜内。在蒸压釜内，轨道车连通其运输的细钢渣在215℃以上，压力达到2.0mpa恒温恒压3小时以上(优选3.5h)。在本发明中，设置有两个蒸压釜，且两个蒸压釜之间连通，蒸压釜的容积足够大，可一次性容纳多台轨道车，例如10台轨道车，以此保证生产效率。

设置两个连通的蒸压釜的效果是，当一个蒸压釜完成一批次的高温高压消解工作后，在打开该蒸压釜之前，可将该蒸压釜的压力和热气卸入到另一个蒸压釜内，以提高另一个蒸压釜的温度和压力。据实际测试，当蒸压釜容积为200立方，温度为215℃、压力为2.0mpa时，其压力和气体卸入另一个相同体积和常温常压的蒸压后，瞬时使另一个蒸压釜的压力达到2.0mpa左右，温度升高80℃。因此，两个连通的蒸压釜有利于直接地节省能耗和提高生产速度。

经蒸压釜处理的细钢渣，被轨道车运输出来，进入降温库。轨道车具有侧翻卸料机构，可以将直接细钢渣卸料到降温库降温。待细钢渣温度降至80℃后，由多级筛分机进行多级筛分，根据细钢渣的粒径分成多个等级，例如包括5-10mm的粗砂、2-5mm的中砂和0-2mm的细砂，分别包装入库，作为不同规格的产品进行销售和使用。其中，多级筛分机上方设有收尘系统，收尘系统包含抽风机和钢渣微粉仓，在筛分过程中的超细钢渣会产生严重的粉尘问题，通过收尘系统将粉尘收集到钢渣微粉仓内。一方面防止粉尘引起的环境污染，另一方面可以保证钢渣砂产品的质量，避免过多过细的钢渣粉掺入其中。

基于本发明的钢渣砂生产工艺，本发明还涉及一种钢渣砂的生产系统，其组成结构如图3所示。所述系统具体依次设有破碎单元、除铁单元、装料单元、喷淋装置、高温高压消解单元和降温分级单元。

破碎单元包括定量喂料器(也可以省略)、细鄂破碎机和制砂机。增加细鄂破主要是能够有效且高效地破碎钢渣，降低钢渣破碎成本，提升钢渣的破碎能力。定量喂料器和细鄂破碎机，细鄂破碎机和制砂机之间可以用送料皮带连接。制砂机包括一个料筛，可以进行筛选，满足破碎细度的钢渣落入到送料皮带上，不满足细度的钢渣继续返回到制砂机破碎。

除铁单元主要包括中性磁滚，其磁力为2000-2500高斯，优选为2500高斯，其设于送料皮带的一端，送料皮带的另一端在制砂机的料筛下方。送料皮带运转过程中经过中性磁滚，中性磁滚恰可对送料皮带上摊铺的钢渣进行吸附除铁。除铁后，送料皮带将钢渣送入料仓中暂存起来，以便集中由装料单元运输到蒸压釜内进行高温高压处理。

装料单元包括多个轨道车。如图4所示，为钢渣砂系统的轨道车、喷淋装置及蒸压釜示意图。轨道车10具有仓体，可沿轨道11移动。轨道11的一端连接料仓，另一端连接蒸压釜20。蒸压釜20是高温高压消解单元的主要部件。在高温高压处理时，轨道车10要整体进入圆形的蒸压釜20内，为了使蒸压釜20内部尽可能一次性容纳更多的轨道车，本发明将轨道车10设计为椭圆形(俯视面为椭圆)，以适应圆形的蒸压釜20。轨道车10首先在料仓处盛装钢渣，之后沿轨道11进入蒸压釜20。蒸压釜20关闭后，加热和升压，轨道车10在蒸压釜内停留4-5h，其中升温阶段1.5h，升温到215℃升压至2.0mpa保持3h以上。在轨道车10进入到蒸压釜20之前，先沿轨道11来到喷淋区，即在轨道11上方设有一组喷淋装置30，该喷淋装置30用于喷洒水雾到轨道车10的仓体内，湿润钢渣。喷淋的目的是使钢渣具有一定含水率，在蒸压釜20内水分达到沸点后使钢渣发生沸腾现象，在沸腾过程中发生快速的物理及化学反应，消除掉导致钢渣膨胀率较大的各种有害因子。

其中轨道车10的仓体具有一定深度，一般为2-3米。仓体表层及与仓体侧壁接触的那一部分钢渣都可以在蒸压釜20受热受压，而仓体中心部位的钢渣则难以均衡受热受压。为了解决这个问题，本发明对轨道车10进行了改造，即由轨道车10的仓体侧壁横向植入多根管筒12，管筒12的两端为开口，可与外部形成连通，如此一来，当轨道车10在蒸压釜20内时，其仓体中间部位的钢渣也可以借助管筒12受热受压。其中，管筒12采用与轨道车10的仓体相同的材质制成。其中，每台轨道车10可植入10根管筒，且管筒位置位于仓体总深度的2/5～3/5的位置处；优选为1/2的位置处。在实际生产中，轨道车10的仓体直径2米、长度3米、高度2米、容积为10立方、装物料18吨。而蒸压釜20一次性可容纳10台轨道车，一次性可以生产180t钢渣砂。

如图5所示，蒸压釜20包括两台且之间形成管道连通，管道上设有卸压阀21；借此，当一个蒸压釜完成一次高温高压消解的任务后，将其内部的压力和热量卸入到另一个蒸压釜内，可让卸入热量和压力的蒸压釜在短时间迅速增压和升温，节省时间同时节省能耗。经实际应用发现，当一个蒸压釜体积200立方、压力为2.0-3.0mpa、温度为215-250℃时，该蒸压釜完成对钢渣的高温高压消解的任务后，将其压力和热量卸入另一个与之相连的蒸压釜内(蒸压釜初始温度为室温，压力为基本大气压)，可使蒸压釜的温度在无其他热量输入的情况下瞬间提高80℃，压力达到2.0mpa以上；经综合计算，一次卸压可节省燃气成本500元以上。单釜日反应在4～5次，可节省燃气成本4000-5000元/天。

最后是降温分级单元，该降温分级单元包括降温库和分级筛分机。轨道车10在蒸压釜20停留预定时间后，蒸压釜20卸压并开启，轨道车10从蒸压釜20出来进入到降温库，将钢渣卸料到降温库内。轨道车10具有侧翻卸料功能，可快速卸料。在降温库内，钢渣温度下降到80℃后，再使用分级筛分机进行分级筛分，分出不同粒径等级的多种规格钢渣砂产品。例如，可分选出5-10mm、2-5mm、0-2mm三种规格的钢渣砂产品，分别包装或入库。在筛分机上装设有收尘系统，以便在筛分过程中将扬起的钢渣粉尘吸出收集到钢渣微粉仓中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。