一种高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法

技术领域

本发明涉及炉渣处理技术领域，特别涉及一种高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法。

背景技术

炉渣，又称溶渣。火法冶金过程中生成的浮在金属等液态物质表面的熔体，其组成以氧化物(二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁)为主，还常含有硫化物并夹带少量金属。根据冶金过程的不同，炉渣可分为熔炼渣、精炼渣、合成渣；根据炉渣性质，有碱性渣、酸性渣和中性渣之分。许多炉渣有重要用处。例如高炉渣可作水泥原料；高磷渣可作肥料；含钒、钛渣分别可作为提炼钒、钛的原料等。有些炉渣可用来制炉渣水泥、炉渣砖、炉渣玻璃等。

冶炼过程产生的弃渣数量很大，如生产1吨生铁产生约0.3～1吨高炉渣；由铜精矿产生1吨阳极铜产生冶炼渣约5～6吨。不返回基本冶炼流程的弃渣应加以综合利用。炉渣可以做铸石制品；水淬渣用于生产水泥，渣砖或可吹制成矿渣棉，作保温、隔热材料。炉渣还可以代替砂石做道碴。高炉渣亦可用作铜冶炼过程的熔剂或作浇铸钢锭时的保护渣原料。含P2O5高的炼钢渣用作农业磷肥。铜冶炼水淬渣可作表面处理用的喷吵材料。工厂锅炉排出的炉渣，常被视为废物，不仅占用田地，而且污染环境。世界上炉渣已被广泛用于工农业生产的各个领域。

炉渣在回收利用之前，往往存在极大的热能，任其自然冷却的话就造成了热能浪费，因此在炉渣回收之前，需要对其内部的热能进行回收和利用，现有的炉渣热能回收利用的方法往往存在以下缺陷：

1、炉渣的规格尺寸不固定，在回收利用前不进行预加工往往不利于进行后续的回收工作。

2、在对炉渣预加工时往往会产生能源流失，造成一部分的热量流失，降低了热量的回收率。

3、在炉渣热量的回收和利用过程中，换热材料与炉渣接触不够彻底，从而导致换热结束后仍有大部分的热量残留在炉渣中，换热效率低，容易造成能量的浪费和流失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，具有回收率高、换热效率高以及换热能量传递效率高的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，包括以下步骤：

S1、炉渣预处理：将炼铁高炉中的炉渣投入预处理组件的内部，预处理组件内部对炼铁炉渣进行搅拌和打碎，通过离心力将炉渣带动到预处理组件的内壁上，使打碎的炉渣与预处理组件的内壁充分接触；

S2、第一级换热：向一级换热组件的内部注入冷却水，冷却水充分吸收与预处理组件的内壁充分接触的炉渣的热量，进行第一次换热，换热后升温的冷却水，可直接做高炉炼铁使用；

S3、第二级换热：预处理组件内部的炉渣进入二级换热组件的内部，炉渣在二级换热组件内部滑动时，对二级换热组件内部进行鼓风，风力穿过活动的炉渣，升温后的热风通过管道导出，实现第二次换热；

S4、第三级换热：二级换热组件内部的炉渣进入三级换热组件，三级换热组件对内部的炉渣进行搅拌，搅拌的同时通过气泵进行充气，充分带动气流在炉渣之间的运动，换热完成的炉渣从三级换热组件内部排除，升温后的热风通过管道导出，实现第三次换热；

S5、热能转换：夹带炉渣余热热能的热气流进入余热锅炉的内部，在余热锅炉的工作下生成上升蒸汽，上升蒸汽带动涡轮管道和发电机组进行工作，实现热能至电能的转化，完成炉渣热能处理再利用；

采用上述步骤S1-S5的高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法在处理的过程中还具体涉及到一种处理再利用装置，包括用于预处理高炉炼铁炉渣的预处理组件、设置于预处理组件外部用于第一级换热的的一级换热组件、用于第二级换热的二级换热组件、用于第三级换热的三级换热组件、以及用于热能转换的余热锅炉、涡轮管道和发电机组，所述预处理组件、一级换热组件、二级换热组件以及三级换热组件的底部均设置有支撑立柱；其中；

预处理组件与二级换热组件相连接，二级换热组件与三级换热组件相连接，余热锅炉的侧面设置有连接管道，二级换热组件以及三级换热组件均通过连接管道与余热锅炉相连通，余热锅炉的顶部设置有涡轮管道，涡轮管道的顶部设置有发电机组。

进一步的，所述预处理组件包括有处理桶、炉渣入口、炉渣出口、处理内腔、旋转弹板、第一电机、第一旋转轴和第一搅拌轴，处理桶的内部开设有处理内腔，处理桶的顶部设置有炉渣入口，炉渣入口与处理内腔之间相连通，处理桶的底部设置有第一电机，第一电机的输出轴穿透处理桶的底面，处理内腔的内底面上设置有第一旋转轴，第一旋转轴的一端固定连接在第一电机的输出轴上，第一旋转轴远离第一电机的一端上固定连接有旋转弹板，第一旋转轴的侧壁上固定连接有第一搅拌轴，处理桶的侧面底部设置有炉渣出口，炉渣出口与处理内腔之间相连通。

进一步的，所述一级换热组件包括有环形水箱、冷水入口、热水出口、槽口和蓄水腔，环形水箱环绕设置于处理桶的外侧，环形水箱的内部开设有蓄水腔，环形水箱的顶部设置有冷水入口，冷水入口与蓄水腔的内部相连通，环形水箱的侧面底部设置有热水出口，热水出口与蓄水腔的内部相连通，环形水箱的底部开设有槽口，槽口的位置及尺寸均与炉渣出口相匹配，炉渣出口卡接在槽口的内部。

进一步的，所述冷水入口通过水管外接冷水泵，热水出口通过水管外接热水蓄水池。

进一步的，所述二级换热组件包括有下料筒、第一热气管、入料口、螺旋滑坡、出料口、入风斗和风机，下料筒侧面的顶部设置有入料口，入料口与下料筒的内部相连通，炉渣出口与入料口相连接，下料筒的内部设置有螺旋滑坡，下料筒侧面的底部设置有出料口，螺旋滑坡呈螺旋状自上而下连接入料口以及出料口，下料筒的底部设置有入风斗，入风斗的底部设置有风机，风机的出风口通过入风斗与下料筒的内部相连通，下料筒的顶部设置有第一热气管。

进一步的，所述螺旋滑坡上开设有透气网眼，入风斗与下料筒相接处设置有防尘挡网。

进一步的，所述三级换热组件包括有换热桶、导渣槽、出渣口、出气口、第二热气管、第二电机、第一入气端、第二入气端、换热腔、第二旋转轴、第二搅拌轴和入渣口，换热桶的内部开设有换热腔，换热腔的一侧开设有入渣口，入渣口的外部设置有导渣槽，导渣槽与出料口相连接，换热桶上与导渣槽相对的一面上设置有第二电机，第二电机的输出轴穿透换热桶的外壁，换热腔的内部设置有第二旋转轴，第二旋转轴的一端固定连接在第二电机的输出轴上，第二旋转轴的侧面上固定链接有第二搅拌轴，换热桶的底部设置有出渣口，换热桶的顶部设置有出气口，出气口的顶部连接有第二热气管。

进一步的，所述换热桶的两侧分别设置有第一入气端以及第二入气端，第一入气端以及第二入气端与换热腔的内部相连通，第一入气端以及第二入气端均与外接气泵相连通。

进一步的，所述余热锅炉包括有底座、仪表盘、余热入口、加强筋、连接顶板和蒸汽出口，余热锅炉的底部设置有底座，余热锅炉的正面设置有仪表盘，余热锅炉的侧面开设有余热入口，余热入口与连接管道相连接，余热锅炉的顶部设置有连接顶板，连接顶板的底部设置有加强筋，连接顶板的中部开设有蒸汽出口。

进一步的，所述涡轮管道包括有管道主体、第一涡轮、第二涡轮和连接底板，涡轮管道的底部设置有连接底板，连接底板固定连接在连接顶板上，管道主体的内部设置有第一涡轮以及第二涡轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提出的高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，预处理组件与二级换热组件相连接，二级换热组件与三级换热组件相连接，三级换热的设置使得对炉渣热能的回收再利用更加的彻底，回收率更高，避免能源浪费。

2.本发明提出的高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，下料筒的内部设置有螺旋滑坡，螺旋滑坡的设置降低了炉渣在下料筒内下滑的速度，增加了下滑的路径，使得气流可以更充分的与炉渣进行接触，提高了换热效率，提高了炉渣热能回收利用率。

3.本发明提出的高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，换热腔的内部设置有第二旋转轴，第二旋转轴的一端固定连接在第二电机的输出轴上，第二旋转轴的侧面上固定链接有第二搅拌轴，第二搅拌轴的设置可以对炉渣进行搅拌，使得气泵补充的气流可以更充分的与炉渣进行接触，提高了换热效率，提高了炉渣热能回收利用率。

4.本发明提出的高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，处理内腔104的内底面上设置有第一旋转轴107，第一旋转轴107的侧壁上固定连接有第一搅拌轴108，第一旋转轴107转动带动第一搅拌轴108对炉渣进行粉碎搅拌，更碎的炉渣使得散热效果更加的优秀，提高了热量收集的效率，在离心力的作用下，破碎的炉渣与处理内腔104的内壁紧密接触，提高了热量的传递效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的预处理组件结构示意图；

图3为本发明的预处理组件内部结构示意图；

图4为本发明的二级换热组件内部结构示意图；

图5为本发明的三级换热组件结构示意图；

图6为本发明的三级换热组件内部结构示意图；

图7为本发明的转换组件结构示意图；

图8为本发明的方法流程图。

图中：1、预处理组件；101、处理桶；102、炉渣入口；103、炉渣出口；104、处理内腔；105、旋转弹板；106、第一电机；107、第一旋转轴；108、第一搅拌轴；2、一级换热组件；201、环形水箱；202、冷水入口；203、热水出口；204、槽口；205、蓄水腔；3、二级换热组件；301、下料筒；302、第一热气管；303、入料口；304、螺旋滑坡；305、出料口；306、入风斗；307、风机；4、三级换热组件；401、换热桶；402、导渣槽；403、出渣口；404、出气口；405、第二热气管；406、第二电机；407、第一入气端；408、第二入气端；409、换热腔；410、第二旋转轴；411、第二搅拌轴；412、入渣口；5、余热锅炉；501、底座；502、仪表盘；503、余热入口；504、加强筋；505、连接顶板；506、蒸汽出口；6、涡轮管道；601、管道主体；602、第一涡轮；603、第二涡轮；604、连接底板；7、发电机组；8、支撑立柱；9、连接管道。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，一种高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，包括以下步骤：

S1、炉渣预处理：将炼铁高炉中的炉渣投入预处理组件1的内部，预处理组件1内部对炼铁炉渣进行搅拌和打碎，通过离心力将炉渣带动到预处理组件1的内壁上，使打碎的炉渣与预处理组件1的内壁充分接触；

S2、第一级换热：向一级换热组件2的内部注入冷却水，冷却水充分吸收与预处理组件1的内壁充分接触的炉渣的热量，进行第一次换热，换热后升温的冷却水，可直接做高炉炼铁使用；

S3、第二级换热：预处理组件1内部的炉渣进入二级换热组件3的内部，炉渣在二级换热组件3内部滑动时，对二级换热组件3内部进行鼓风，风力穿过活动的炉渣，升温后的热风通过管道导出，实现第二次换热；

S4、第三级换热：二级换热组件3内部的炉渣进入三级换热组件4，三级换热组件4对内部的炉渣进行搅拌，搅拌的同时通过气泵进行充气，充分带动气流在炉渣之间的运动，换热完成的炉渣从三级换热组件4内部排除，升温后的热风通过管道导出，实现第三次换热；

S5、热能转换：夹带炉渣余热热能的热气流进入余热锅炉5的内部，在余热锅炉5的工作下生成上升蒸汽，上升蒸汽带动涡轮管道6和发电机组7进行工作，实现热能至电能的转化，完成炉渣热能处理再利用；

采用上述步骤S1-S5的高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法在处理的过程中还具体涉及到一种处理再利用装置，包括用于预处理高炉炼铁炉渣的预处理组件1、设置于预处理组件1外部用于第一级换热的的一级换热组件2、用于第二级换热的二级换热组件3、用于第三级换热的三级换热组件4、以及用于热能转换的余热锅炉5、涡轮管道6和发电机组7，预处理组件1、一级换热组件2、二级换热组件3以及三级换热组件4的底部均设置有支撑立柱8；其中；

预处理组件1与二级换热组件3相连接，二级换热组件3与三级换热组件4相连接，余热锅炉5的侧面设置有连接管道9，二级换热组件3以及三级换热组件4均通过连接管道9与余热锅炉5相连通，余热锅炉5的顶部设置有涡轮管道6，涡轮管道6的顶部设置有发电机组7。

预处理组件1包括有处理桶101、炉渣入口102、炉渣出口103、处理内腔104、旋转弹板105、第一电机106、第一旋转轴107和第一搅拌轴108，处理桶101的内部开设有处理内腔104，处理桶101的顶部设置有炉渣入口102，炉渣入口102与处理内腔104之间相连通，处理桶101的底部设置有第一电机106，第一电机106的输出轴穿透处理桶101的底面，处理内腔104的内底面上设置有第一旋转轴107，第一旋转轴107的一端固定连接在第一电机106的输出轴上，第一旋转轴107远离第一电机106的一端上固定连接有旋转弹板105，第一旋转轴107的侧壁上固定连接有第一搅拌轴108，处理桶101的侧面底部设置有炉渣出口103，炉渣出口103与处理内腔104之间相连通，投入处理桶101内部的炉渣受到旋转弹板105的作用，被弹至处理内腔104的内壁上，第一旋转轴107转动带动第一搅拌轴108对炉渣进行粉碎搅拌，更碎的炉渣使得散热效果更加的优秀，提高了热量收集的效率，在离心力的作用下，破碎的炉渣与处理内腔104的内壁紧密接触，提高了热量的传递效率。

一级换热组件2包括有环形水箱201、冷水入口202、热水出口203、槽口204和蓄水腔205，环形水箱201环绕设置于处理桶101的外侧，环形水箱201的内部开设有蓄水腔205，环形水箱201的顶部设置有冷水入口202，冷水入口202与蓄水腔205的内部相连通，环形水箱201的侧面底部设置有热水出口203，热水出口203与蓄水腔205的内部相连通，环形水箱201的底部开设有槽口204，槽口204的位置及尺寸均与炉渣出口103相匹配，炉渣出口103卡接在槽口204的内部，冷水入口202通过水管外接冷水泵，热水出口203通过水管外接热水蓄水池，水泵注入冷却水，冷却水充分地吸收了炉渣内部的热量，继而冷却水的温度得到了提升，自此完成了第一级换热，炉渣的温度得到了一定的下降，完成第一级换热的炉渣通过炉渣出口103进入二级换热组件3的内部，升温的冷却水达到指定温度后，可以通过热水出口203直接导出做高炉炼铁时使用。

二级换热组件3包括有下料筒301、第一热气管302、入料口303、螺旋滑坡304、出料口305、入风斗306和风机307，下料筒301侧面的顶部设置有入料口303，入料口303与下料筒301的内部相连通，炉渣出口103与入料口303相连接，下料筒301的内部设置有螺旋滑坡304，下料筒301侧面的底部设置有出料口305，螺旋滑坡304呈螺旋状自上而下连接入料口303以及出料口305，下料筒301的底部设置有入风斗306，入风斗306的底部设置有风机307，风机307的出风口通过入风斗306与下料筒301的内部相连通，下料筒301的顶部设置有第一热气管302，螺旋滑坡304上开设有透气网眼，入风斗306与下料筒301相接处设置有防尘挡网，进入下料筒301内部的炉渣顺着螺旋滑坡304的方向下滑，风机307从下方对炉渣进行吹扫，使得气流充分与接触，吸收热量后生成的热流通过第一热气管302导出，炉渣通过出料口305排出，完成第二级换热，螺旋滑坡304的设置降低了炉渣在下料筒301内下滑的速度，增加了下滑的路径，使得气流可以更充分的与炉渣进行接触，提高了换热效率，提高了炉渣热能回收利用率。

三级换热组件4包括有换热桶401、导渣槽402、出渣口403、出气口404、第二热气管405、第二电机406、第一入气端407、第二入气端408、换热腔409、第二旋转轴410、第二搅拌轴411和入渣口412，换热桶401的内部开设有换热腔409，换热腔409的一侧开设有入渣口412，入渣口412的外部设置有导渣槽402，导渣槽402与出料口305相连接，换热桶401上与导渣槽402相对的一面上设置有第二电机406，第二电机406的输出轴穿透换热桶401的外壁，换热腔409的内部设置有第二旋转轴410，第二旋转轴410的一端固定连接在第二电机406的输出轴上，第二旋转轴410的侧面上固定链接有第二搅拌轴411，换热桶401的底部设置有出渣口403，换热桶401的顶部设置有出气口404，出气口404的顶部连接有第二热气管405，换热桶401的两侧分别设置有第一入气端407以及第二入气端408，第一入气端407以及第二入气端408与换热腔409的内部相连通，第一入气端407以及第二入气端408均与外接气泵相连通，经过二级换热的炉渣进入换热腔409的内部，第二旋转轴410旋转带动第二搅拌轴411对内部的炉渣进行搅拌，搅拌的同时使用气泵通过第一入气端407以及第二入气端408进行充气，充分带动气流在炉渣之间的运动，换热完成的炉渣从三级换热组件4内部排除，升温后的热风通过管道导出，实现第三次换热，第二搅拌轴411的设置可以对炉渣进行搅拌，使得气泵补充的气流可以更充分的与炉渣进行接触，提高了换热效率，提高了炉渣热能回收利用率。

余热锅炉5包括有底座501、仪表盘502、余热入口503、加强筋504、连接顶板505和蒸汽出口506，余热锅炉5的底部设置有底座501，余热锅炉5的正面设置有仪表盘502，余热锅炉5的侧面开设有余热入口503，余热入口503与连接管道9相连接，余热锅炉5的顶部设置有连接顶板505，连接顶板505的底部设置有加强筋504，连接顶板505的中部开设有蒸汽出口506，涡轮管道6包括有管道主体601、第一涡轮602、第二涡轮603和连接底板604，涡轮管道6的底部设置有连接底板604，连接底板604固定连接在连接顶板505上，管道主体601的内部设置有第一涡轮602以及第二涡轮603，夹带炉渣余热热能的热气流进入余热锅炉5的内部，在余热锅炉5的工作下生成上升蒸汽，上升蒸汽带动涡轮管道6和发电机组7进行工作，实现热能至电能的转化，完成炉渣热能处理再利用。

综上所述，本高炉炼铁炉渣热能处理再利用的方法，预处理组件1与二级换热组件3相连接，二级换热组件3与三级换热组件4相连接，三级换热的设置使得对炉渣热能的回收再利用更加的彻底，回收率更高，避免能源浪费，下料筒301的内部设置有螺旋滑坡304，螺旋滑坡304的设置降低了炉渣在下料筒301内下滑的速度，增加了下滑的路径，使得气流可以更充分的与炉渣进行接触，提高了换热效率，提高了炉渣热能回收利用率，换热腔409的内部设置有第二旋转轴410，第二旋转轴410的一端固定连接在第二电机406的输出轴上，第二旋转轴410的侧面上固定链接有第二搅拌轴411，第二搅拌轴411的设置可以对炉渣进行搅拌，使得气泵补充的气流可以更充分的与炉渣进行接触，提高了换热效率，提高了炉渣热能回收利用率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。