一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置及方法

技术领域

本发明涉及废弃物处理利用领域，具体涉及一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置及方法。

背景技术

近年来，我国每年钢产量超过8亿吨，占，每生产一吨钢约产生钢渣120～140kg，我国钢渣年产生量超过1亿吨。钢渣中含有铁金属资源以及硅酸钙等无机材料两种类型的资源，具备资源化利用的物质属性。长期以来，我国铁矿石主要依赖进口，资源十分紧缺。我国钢渣可望回收铁资源近2000万吨，无机材料达8000余万吨，具有重大的资源回收价值意义。

钢渣中金属铁和无机材料资源的高效回收首先要进行破碎分离，再采用磁选等方式实现两类物料的分离，从而得到针对性的资源化利用。钢渣的预处理工艺是钢渣的破碎磁选处理的前提条件，通过高温条件下的预处理实现钢渣更加高效的破碎筛分磁选。

目前钢渣的预处理工艺有热闷法、热泼法、滚筒法、风淬法等生产工艺，热泼法生产方式落后，处理过程简单粗放，存在环境污染严重，金属资源回收率低等问题，应尽快淘汰；滚筒法仅适用于流动性好的液态钢渣，钢渣处理率不到50％，且装备运行成本高，故障高，目前仅用于宝钢系内少数钢铁企业；风淬法采用采用大风量将液态钢渣吹散冷却成细小颗粒，仅适用于液态钢渣的处理，且钢金属铁资源回收率低，国内仅马钢有一套风淬装备。

国内主要钢渣处理方法为热闷法，该工艺具备适应性广，热闷后钢渣粉化效果好，渣铁分离效果好，金属铁回收率高，尾渣安定性合格等一系列的优点。目前热闷法分为池式热闷和有压热闷两种工艺。池式热闷法采用工程机械化操作的工艺方法，即使用挖掘机对倒入热闷池的高温钢渣进行扒渣破碎，需要进一步提高装备化水平和环境排放。有压热闷方式采用机械化的辊压破碎机对高温钢渣进行破碎，具有装备化、自动化程度高等优点，但投资相对较高，密闭性差且破碎过程采用水冷方式无法进行余热回收。

钢渣出渣温度高达1600℃，吨渣热值超过50kg标煤，其中蕴含了大量的余热资源。我国钢渣年产生量超过1亿吨，若其中余热资源全部回收利用可望每年新增经济效益达数十亿元，具有巨大的经济市场空间。目前围绕冶金渣等高温熔渣的余热回收还往往处于试验研究阶段，往往难以实现渣热两种资源的全部资源化利用。国内外针对风淬钢渣余热回收进行了大量的试验室及工业化中试试验研究，但往往因方法不当，铁资源的回收率低，生产不连续，综合经济效益差而无法生产应用。此外还有采用冶炼渣冷却产生水蒸汽或热水进行换热利用，但余热利用率低，不具备工业化运行的经济条件。

针对现有钢渣处理工艺及装备占地空间大，系统投资高，余热无法回收利用等问题，迫切需要开发新型钢渣处理工艺。因此研发新型的钢渣圆盘破碎风冷余热回收方法及设备，具有装备化自动化水平高，生产连续性强，作业效率搞，空间占地小，密闭性强，系统投资低，余热回收率高等优点。该技术在实现高温钢渣破碎预处理的同时，将实现钢渣余热回收利用的突破，是对现有钢渣处理工艺技术装备的跨越式升级。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置及方法，以取代了传统钢渣采用以水为冷却介质的方式，提高了钢渣处理装备化水平。

本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置，包括液态渣罐、倒渣机、高温渣、拔渣机、圆盘破碎床、破碎机、轨道、固态渣罐、接渣车、管道、风机、换热器、发电机，所述液态渣罐在倒渣机上，高温渣在液态渣罐中，拔渣机在倒渣机侧部，圆盘破碎床在倒渣机下方，破碎机贯穿圆盘破碎床设于轨道上方，破碎机的推渣部设于圆盘破碎床内，推渣部带动高温钢渣渣层由圆盘破碎床的入口向出口移动，固态渣罐在圆盘破碎床下方，固态渣罐固定在接渣车上，圆盘破碎床、风机、换热器、发电机经管道连接。

进一步地，所述破碎机包括破碎轴、破碎齿、水冷柱、旋转接头、齿圈、齿轮、底轮，破碎齿倾斜设置在破碎辊下方形成推渣部，水冷柱经旋转接头连接破碎机，齿圈在破碎轴外侧和齿轮连接，底轮在破碎轴外端下方，所述破碎机主体在圆盘破碎床内部，支撑及行走机构在圆盘破碎床外部。

进一步地，所述破碎齿为板体形状，板体上侧面固接于破碎辊下表面，破碎机相对于圆盘破碎床顺时针旋转时，板体沿长度方向的延伸面位于圆盘破碎床径向延伸面与圆盘破碎床周向切面相交的第一象限与第三象限，破碎机相对于圆盘破碎床逆时针旋转时，板体沿长度方向的延伸面位于圆盘破碎床径向延伸面与圆盘破碎床周向切面相交的第二象限与第四象限。

进一步地，板体沿长度方向的延伸面与圆盘破碎床径向延伸面的夹角为10-80度。

进一步地，所述圆盘破碎床包括倒渣口、密闭罩、圆盘壁、渣层、垫层、底床、风孔、鼓风膛、卸渣口、水封槽，所述倒渣口在圆盘破碎床上部密闭罩的顶部外缘，密闭罩非接触覆盖在圆盘破碎床顶部，圆盘壁在圆盘破碎床外侧一周，渣层、垫层、底床从上至下依次设置，底床中有风孔鼓风膛在底床下方，卸渣口在底床中间下方，水封槽在密闭罩、圆盘壁和底床之间连接处。

进一步地，述破碎轴为十字型钢结构筒体，破碎轴直径为300-800mm，长度为3-20m，破碎轴正下方布置破碎齿，破碎齿宽度为40-400mm，长度为400-2000mm。

进一步地，所述破碎机连接齿圈、齿轮，电机驱动齿轮使破碎机围绕圆盘破碎床旋转运行，所述圆盘壁连接在破碎轴上，随破碎机运行一同旋转。

本发明还提供了一种高温钢渣圆盘破碎余热回收方法，采用上述的高温钢渣圆盘破碎余热回收装置进行余热回收，包括以下步骤：

S1.将盛有高温渣的液态渣罐经行车吊运放置在倒渣机上，倒渣机按照一定速率倾翻将高温渣经倒渣口倒入圆盘破碎床，高温渣落在底床上的垫层上部形成渣层；

S2.在倒渣的同时，破碎机经齿轮驱动齿圈转动，破碎轴轴向方向和破碎齿不平行布置存在夹角，随破碎机旋转行进的破碎齿的能够带动高温钢渣渣层由倒渣口向卸渣口移动，渣层在移动行进过程中经破碎齿搅拌下不断破碎，直到满足破碎粒度要求；

S3.步骤S1至S2处理过程中，风机提供循环风依次穿过鼓风膛、底床中风孔、垫层和渣层实现对高温渣的对流换热，直到高温钢渣的冷却降温到一定温度；

S4.高温渣经步骤S1-S3冷却破碎后，经卸渣口进行卸料进入固态渣罐中，通过接渣车倒运至后续钢渣热闷处理；

S5.冷风和渣层经对流换热转变成热风，热风经管道进入换热器得到压力蒸汽，蒸汽经管道输送至发电机发电，热风经换热器降温后得冷风，冷风再经风机循环使用冷却高温渣。

进一步地，所述步骤S2中，高温渣经冷却破碎处理后颗粒粒度<200mm的钢渣质量比例超过80％，处理后的钢渣温度控制在300-1000℃。

进一步地，所述步骤S3-S5中，风机提供冷却风温为25-200℃，经高温渣形成的渣层对流换热形成的热风温度为250-600℃，热风经换热器换热降温至100-200℃。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明采用圆盘破碎床、破碎机作为高温钢渣冷却破碎核心装备，采用固定式圆盘破碎床作为钢渣处理载体，新型破碎机围绕圆盘破碎床进行旋转对钢渣高效破碎。破碎过程中，采用循环风对高温钢渣进行风冷，进而对风冷换热所得热风采用换热器和发电机发电，实现钢渣余热的有效利用。采用倒渣机进行自动倒渣操作，破碎机按照一定速率旋转，破碎齿随破碎机旋转一边破碎钢渣，同时实现推渣卸料作用。破碎机呈十字型设计，破碎轴筒体下设置多个破碎齿，装备破碎能力高，钢渣处理效率高。风冷换热所得高温烟气进行余热回收发电，吨渣发电量达15～40kWh，余热回收经济效益显著。

本发明取代了传统钢渣采用以水为冷却介质的方式，取消了采用水冷工艺产生的湿法烟气处理装置。工艺采用循环风进行高温钢渣冷却，无烟气外排。该工艺装备具有余热回收利用率高，处理效率高，密闭性好，空间占地小，自动化程度高等优点。该方法及装置大幅度提高了钢渣处理装备化水平，提高了钢渣处理效率，突破了钢渣余热回收利用的难题，彻底解决了钢渣处理过程排放难题，增大了钢渣综合利用收益，大幅度降低了水、除尘等公辅设施投资，有效降低钢渣生产运营成本，具有突出的经济和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置正视示意图；

图2为本发明所提供的一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置俯视示意图；

图3为本发明所提供的一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置的破碎轴布置示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种高温钢渣圆盘破碎余热回收装置如图1-3所示，所述高温钢渣圆盘破碎余热回收包括：液态渣罐1、倒渣机2、高温渣3、拔渣机4、圆盘破碎床5、破碎机9、轨道24、固态渣罐25、接渣车26、管道27、风机28、换热器29、发电机30。所述液态渣罐1在倒渣机2上，高温渣3在液态渣罐1中，拔渣机4在倒渣机2侧部；圆盘破碎床5在倒渣机2下方；破碎机9主体在圆盘破碎床5内部，支撑及行走机构在圆盘破碎床5外部，轨道24上方；固态渣罐25坐在接渣车26上，在圆盘破碎床5下方；圆盘破碎床5、风机28、换热器29、发电机30经管道27连接。

所述圆盘破碎床5包括：倒渣口6、密闭罩7、圆盘壁8、渣层12、垫层13、底床14、风孔15、鼓风膛16、卸渣口17、水封槽18。所述倒渣口6在圆盘破碎床5上部密闭罩7的一侧顶部。密闭罩7在圆盘破碎床5顶部覆盖，圆盘壁8在圆盘破碎床5外侧一周；渣层12在垫层13上方，垫层13在圆盘破碎床5底床14上方，底床14中有风孔15；鼓风膛16在底床14下方，卸渣口17在底床14中间下方；水封槽18在密闭罩7、圆盘壁8和底床14之间连接处。

所述破碎机9包括：破碎轴10、破碎齿11、水冷柱19、旋转接头20、齿圈21、齿轮22、底轮23。破碎齿11在破碎辊10下方连接；水冷柱19经旋转接头20连接破碎机9用于水冷保护；齿圈21在破碎轴10外侧和齿轮22连接；底轮23在破碎轴10外端下方。

所述破碎齿11为板体形状，板体上侧面固接于破碎辊10下表面，破碎机9相对于圆盘破碎床5顺时针旋转时，板体沿长度方向的延伸面位于圆盘破碎床5径向延伸面与圆盘破碎床5周向切面相交的第一象限与第三象限，破碎机9相对于圆盘破碎床5逆时针旋转时，板体沿长度方向的延伸面位于圆盘破碎床5径向延伸面与圆盘破碎床5周向切面相交的第二象限与第四象限。板体沿长度方向的延伸面与圆盘破碎床5径向延伸面的夹角为10-80度。

所述液态渣罐1用于盛高温渣3；倒渣机2可自动倾翻倒渣，最大倾翻角度不低于150度。所述倒渣口4上部内径为2000-5000mm，底部内径为1000-2000mm；倒渣口4外部筒体采用钢结构，筒体内侧安装耐火材料，耐火材料厚度为100-300mm。

所述卸渣口17内径800-1800mm。卸渣口17外部筒体为钢结构，筒体外侧安装无机保温材料，保温材料厚度不低于50mm。

所述破碎轴10为十字型钢结构筒体，破碎轴10直径为300-800mm，长度为3-20m；破碎轴10正下方布置破碎齿11，破碎轴10轴向方向和破碎齿11夹角为10-80度；破碎齿11宽度为40-400mm，长度为400-2000mm；破碎轴10采用耐热钢材，破碎齿11采用耐热、耐磨钢铁材料，破碎轴10和破碎齿11均采用通水冷却。

所述底床13为钢结构，低床13底部设置风孔14，风孔14直径为5-50mm。密闭罩7、管道27均采用钢结构，外部均采用无机保温材料，无机保温材料厚度为50-200mm。所述渣层12厚度为150-600mm，垫层13厚度为50-300mm，垫层13采用固态钢渣颗粒，固态钢渣颗粒直径为10-100mm。

所述破碎机11连接齿圈21、齿轮22，在齿轮22电机的驱动作用下，可实现破碎机9围绕圆盘破碎床5旋转运行，通过调节电机转子正反方向转动驱动破碎机9正反方向旋转。所述圆盘壁8连接在破碎轴10上，随破碎机9运行一同旋转。

圆盘壁8采用钢结构材料，圆盘壁8内侧安装耐火材料，耐火材料厚度为50-200mm。所述鼓风膛16一方面用于风机28向圆盘破碎床5进行鼓风冷却高温钢渣，同时对经底床13中风孔14落下的钢渣颗粒进行收集，鼓风膛16高度为500-5000mm。

所述水封槽18为钢结构水槽，水封槽18宽度为100-600mm，水封槽18深度为100-600mm，水封槽18面向圆盘破碎床5的一侧采用安装耐火材料，耐火材料厚度不低于50mm。所述风机28是耐高温风机，可耐热风温度不低于180℃。

根据本发明的另一种具体实施方式，提供另一种高温钢渣圆盘破碎余热回收方法，包括以下步骤：

(1)将盛有高温渣3的液态渣罐1经行车吊运放置在倒渣机2上，倒渣机2按照一定速率倾翻将高温渣3经倒渣口6倒入圆盘破碎床5，高温渣3落在底床14上的垫层13上部形成渣层12。

(2)在倒渣的同时，破碎机9经齿轮22驱动齿圈21转动，破碎轴10轴向方向和破碎齿11不平行布置存在夹角，随破碎机9旋转行进的破碎齿11的能够带动高温钢渣渣层12由倒渣口6向卸渣口17移动。渣层12在移动行进过程中经破碎齿11搅拌下不断破碎，直到满足破碎粒度要求。

(3)处理过程中风机28提供的循环风依次穿过鼓风膛16、底床14中风孔15、垫层13和渣层12实现对高温渣3的对流换热，直到高温钢渣的冷却降温到一定温度。

(4)高温渣3经上述(1)-(3)步骤冷却破碎后，经卸渣口17进行卸料进入固态渣罐25中，而后经接渣车26倒运至后续钢渣热闷处理工序。

(5)冷风和渣层12经对流换热转变成热风，热风经管道27进入换热器29得到压力蒸汽，蒸汽经管道27输送至发电机30发电。热风经换热器29降温后得冷风，冷风再经风机28循环使用冷却高温渣3。

其中，液态渣罐1倒渣时间为5-60分钟，处理周期为5-60分钟。破碎机9转速为3-60转/小时，可通过增大破碎机9旋转转速提高钢渣处理速率，反之降低钢渣处理速率。

其中，吨高温渣3冷却风量为1000-6000m

其中，高温渣3经冷却破碎处理后颗粒粒度<200mm的钢渣质量比例超过80％；处理后的钢渣温度控制在300-1000℃，可实现钢渣的冷却固化破碎，又能保留一定的热量用于后续热闷。

其中，风机28提供冷却风温为25-200℃，经高温渣3形成的渣层12对流换热形成的热风温度为250-600℃。热风经换热器29换热降温至100-200℃，然后再经风机28循环冷却高温渣3。热风经换热器29换热所得饱和水蒸汽输送至发电机30发电，吨钢渣发电量为15-40kWh。其中，对应流动性差的固态或半固态高温渣3采用拔渣机4进行拔渣操作，将固化的高温渣3均匀的拔入扒入圆盘破碎床5内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。