一种熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的系统和方法

技术领域

本发明属于粒化生产及余热回收技术领域，特别涉及一种熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的系统和方法。

背景技术

粒化工艺是一种有助于产品储存、运输和使用的生产工艺，在冶金、化工、医药等行业都有需求。以主要用作钢铁冶炼添加剂的铁合金为例，优质的铁合金成分均匀、杂质少，且在使用时有一定的粒度要求，较小的粒度有助于快速熔化和均匀添加，但过小的粒度会使铁合金无法穿过熔渣层。目前普遍采用的铁合金粒化生产方式是将铁合金熔液直接浇铸于铸模或沙坑中，静置至熔液冷却凝固后，采用机械或人力进行破碎，所得颗粒收集后进行储存或二次加工。此方法因工艺简单而得到普及，但在浇铸后存在熔液偏析现象，产品品质不均匀，在破碎工序费时费力，产品粉化损失率高，噪音及污染严重，而且铁合金熔液温度在1300℃以上，静置冷却造成严重的余热浪费。

为改进铁合金粒化生产方式，国内外研究人员开发出了一些粒化工艺，如：连铸连破工艺，合金熔液经由连铸工艺拉拔为铸坯，当其传送到破碎区时，连辊将凝固的铸坯破碎成颗粒，此法可制得硬度高、粉化率较低的合金粒，生产效率高，但存在拉拔及破碎成功率的问题，也有破碎磨损及噪音污染的缺点；直接浇铸工艺，将熔液直接浇铸于一定尺寸的锭模中，由传送带运送到冷却区域，经风冷和水冷凝固为颗粒，此法便于控制生产的颗粒尺寸且粉化率低，但仍存在一定的成分偏析，且为应对熔液溢出及粘黏，所铸颗粒尺寸较大；Blobulator工艺，熔液流入倾斜水槽中，在表面张力及槽中水流的作用下破碎并冷却凝固，颗粒随水流至分离机构中进行脱水收集，此法可制得直径为20～50mm的饼状颗粒，粉化率低，但无法高效回收合金余热；离心粒化工艺，熔液流入转杯或开孔转筒中，在离心力的作用下，熔液被铺展甩出，分裂成细小的熔滴，在飞行过程中冷却凝固成颗粒，此法生产效率高、粒度控制好，但采用转杯时生产颗粒集中于1～5mm，采用转筒时生产颗粒集中于4～13mm，颗粒尺寸小，并且采用转筒时存在孔洞堵塞及孔间壁裂纹现象；GRANSHOT工艺，熔液由喷口流出，撞击下方的耐火陶瓷喷头，铺展破碎成熔滴，落于水池中冷却凝固，此法工艺简单，粒度控制好、粉化率低，生产效率高，但没有高效回收合金余热。

综上所述，需要一种粒化效果好，生产效率高，低污染，且利于高效回收余热的粒化生产及余热回收的系统和方法，此系统和方法可应用在具有相似粒化生产需求的各个行业，而不仅限于冶金行业内应用。

发明内容

针对现有粒化生产工艺中的问题，本发明提供一种熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的系统和方法，可以实现熔体低成本低污染的破碎粒化，并能高效回收颗粒余热。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的系统，包括破碎粒化装置和余热回收装置两部分；

所述破碎粒化装置包括粒化筒仓、破碎粒化组件、熔液储存组件和水雾冷却组件；所述粒化筒仓包括内筒以及设置在内筒外侧的收集仓，所述内筒由底面和侧壁组成，内筒侧壁上设有环形颗粒出口，所述收集仓呈漏斗状结构；所述破碎粒化组件包括设在内筒中轴处的支撑柱以及安装在支撑柱上的冲击圆盘；所述熔液储存组件设置在冲击圆盘上方，包括中间包，所述中间包底部设有向下的喷口；所述水雾冷却组件包括依次连接的水管、水箱、水泵以及雾化喷头，所述水管连接内筒与水箱，所述雾化喷头呈环形设置在粒化筒仓的上部，用于向粒化筒仓的内筒内喷射水雾；所述收集仓上部与内筒侧壁连接，底部设置有高温颗粒出口；

所述余热回收装置包括移动床换热器、鼓风机和余热锅炉；所述移动床换热器顶部的高温颗粒入口连接收集仓的高温颗粒出口，底部为颗粒出口，侧壁上分别设有冷风入口及热风出口；所述冷风入口连接鼓风机，所述热风出口连接余热锅炉。

进一步地，所述粒化筒仓装置侧壁的环状颗粒出口的宽度为0.2～1.5m。

进一步地，所述中间包喷口直径为20～200mm。

进一步地，所述支撑柱包括可调高度柱以及与可调高度柱连接的固定高度柱，中间包喷口与冲击圆盘间的高度差为0.2～1.5m，采用可调高度柱调节。

进一步地，所述冲击圆盘直径为50～500mm，圆盘表面与水平面的内倾夹角为0～45°。

进一步地，所述冲击圆盘表面为如下结构中的任意一种：

A.所述冲击圆盘表面布置1～5条同心环状突起，突起宽度为2～20mm，高度为2～20mm；

B.所述冲击圆盘表面布置1～5条同心环状凹陷，凹陷宽度为2～20mm，深度为2～20mm；

C.所述冲击圆盘表面布置沿1～5条同心圆分布的点状突起，突起宽度为2～20mm，高度为2～20mm；

D.所述冲击圆盘表面布置沿1～5条同心圆分布的点状凹陷，凹陷宽度为2～20mm，深度为2～20mm。

进一步地，所述移动床换热器内布置有与高温颗粒进行换热的换热水管。

进一步地，所述移动床换热器的冷风入口设置在一侧壁的下部，热风出口设置在对向侧壁的上部。

本发明另一方面提供一种基于上述系统的熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的方法，包括：熔体从中间包喷口流出下落冲击圆盘，在盘上铺展成液膜，液膜脱离圆盘边缘后在空中继续铺展，同时液膜逐渐失稳并最终破碎成直径为2～50mm的熔滴，熔滴在飞行过程中被水雾冷却，从外向内凝固成厚度占直径1/10～1/3的薄外壳，高温颗粒从颗粒出口落入移动床换热器中进行换热。

与现有工艺相比，本发明的有益效果为：

本发明的熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的系统以及利用所述系统进行熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的方法中，使原料在处于熔液状态时下落冲击形成液膜，进而失稳破碎为球形颗粒，所制颗粒成分均匀、粒度易控制、粉化率很低，破碎过程无额外能源消耗，运行流程简单迅速，对环境友好，同时所制颗粒以高温状态直接进入换热器中，可高效回收大量的颗粒余热，明显降低了生产运营成本，增强了行业竞争力。

附图说明

图1为熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的系统结构示意图；

图2为平面圆盘结构示意图；

图3为内倾圆盘结构示意图；

图4为环状突起圆盘结构示意图；

图5为环状凹陷圆盘结构示意图；

图6为点状突起圆盘结构示意图；

图7为点状凹陷圆盘结构示意图；

其中，1-中间包；2-支撑柱；3-冲击圆盘；4-粒化筒仓；5-雾化喷头；6-水管；7-水箱；8-水泵；9-移动床换热器；10-换热水管；11-鼓风机；12-余热锅炉；13-平面圆盘；14-内倾圆盘；15-环状突起圆盘；16-环状凹陷圆盘；17-点状突起圆盘；18-点状凹陷圆盘。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，以硅铁合金为例，一种熔体冲击圆盘破碎粒化及余热回收的系统，包括破碎粒化装置和余热回收装置两部分；

所述破碎粒化装置包括粒化筒仓4、破碎粒化组件、熔液储存组件和水雾冷却组件；所述粒化筒仓包括内筒以及设置在内筒外侧的收集仓，所述内筒由底面和侧壁组成，内筒侧壁上设有环形颗粒出口，所述收集仓呈漏斗状结构；内筒的底部与收集仓内壁间可设置多根支撑棍以支撑内筒，支撑棍的数量、位置都可根据具体情况布置，所述破碎粒化组件包括设在内筒中轴处的支撑柱2以及安装在支撑柱上的冲击圆盘3；所述熔液储存组件设置在冲击圆盘上方，包括中间包1，所述中间包底部设有向下的喷口；所述水雾冷却组件包括依次连接的水管6、水箱7、水泵8以及雾化喷头5，所述水管连接内筒与水箱，用于循环输水，所述雾化喷头呈环形设置在粒化筒仓的上部，用于向粒化筒仓的内筒内喷射水雾，冷却熔滴使其凝固成薄外壳，以及冷却受热的支撑柱；所述收集仓上部与内筒侧壁连接，底部设置有高温颗粒出口；

所述余热回收装置包括移动床换热器9、鼓风机11和余热锅炉12；所述移动床换热器顶部的高温颗粒入口连接收集仓的高温颗粒出口，底部为颗粒出口，侧壁上分别设有冷风入口及热风出口；所述冷风入口连接鼓风机，所述热风出口连接余热锅炉。

其中，所述移动床换热器内布置有与高温颗粒进行换热的换热水管10。

其中，所述移动床换热器的冷风入口设置在一侧壁的下部，热风出口设置在对向侧壁的上部。鼓风机向换热器内鼓入冷风与高温颗粒进行换热，所得热风从换热器侧上方的热风出口进入余热锅炉内回收余热。

其中，所述粒化筒仓装置侧壁的环状颗粒出口的宽度为1m。

其中，所述中间包喷口直径为60mm。

其中，所述支撑柱包括可调高度柱以及与可调高度柱连接的固定高度柱，中间包喷口与冲击圆盘间的高度差为0.6m，采用可调高度柱调节。

其中，所述冲击圆盘3为内倾圆盘14，结构示意图参见图3，圆盘直径为150mm，圆盘表面与水平面的内倾夹角为30°。

作为本发明的另一个实施例，与实施例1不同的是，所述冲击圆盘3为平面圆盘13，结构示意图参见图2。

作为本发明的另一个实施例，与实施例1不同的是，所述冲击圆盘3为环状突起圆盘15，结构示意图参见图4。

作为本发明的另一个实施例，与实施例1不同的是，所述冲击圆盘3为环状凹陷圆盘16，结构示意图参见图5。

作为本发明的另一个实施例，与实施例1不同的是，所述冲击圆盘3为点状突起圆盘17，结构示意图参见图6。

作为本发明的另一个实施例，与实施例1不同的是，所述冲击圆盘3为点状凹陷圆盘18，结构示意图参见图7所示。

熔体冲击在不同结构的冲击圆盘上，产生的熔滴直径及铺展情况不同，可根据实施情况选择，利用上述系统对硅铁合金熔液进行破碎粒化及余热回收的方法包括：

1400℃的硅铁合金熔液从中间包1的喷口中流出，下落冲击至冲击圆盘3上，熔液在盘上变形铺展为液膜，液膜脱离圆盘后在空中继续铺展，随着液膜不稳定性的发展，液膜破碎成直径为2～35mm的熔滴，熔滴在粒化筒仓4内继续飞行，经过由雾化喷头5喷出形成的水雾区域，在该区域中迅速冷却，从外向内凝固成厚度占直径1/10～1/3的薄外壳，脱离水雾区域后，降温至800～1000℃的颗粒从粒化筒仓4的颗粒出口飞出，滚落进移动床换热器9中，高温颗粒受重力驱动向下流动并逐步换热降温，经过充分换热后降温至70～130℃的颗粒从移动床换热器9的下方出口排出，落于收集容器内或传送带上运走。移动床换热器9内布置换热水管10，侧下方有鼓风机11向其中鼓风一同换热，换热所得热风从移动床换热器9侧上方的热风出口进入余热锅炉12内回收余热。雾化喷头5所喷出的水雾中未蒸发的部分积聚于粒化筒仓4底部，经水管6流回水箱7内，由水泵8泵出供给雾化喷头5继续使用。

以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。