一种冷热双混高炉液态渣处理装置

技术领域

本发明属于冶金行业高炉渣处理技术领域，更具体地说，涉及一种冷热双混高炉液态渣处理装置。

背景技术

高炉熔渣是高炉炼铁的主要副产物，在高炉中各种原料及助溶剂经过冶炼后产生铁水和渣的混合物液，通过铁口排出高炉，在撇渣器作用下铁水和高炉渣分离，一般其温度在1350～1450℃。高炉渣中高温显热是钢铁工业中高品质的能源，每吨高炉渣所含热量达1.8GJ，折合标煤60kg，且每生产一吨生铁产生300～600kg高炉渣，2019年生铁产量为8.1亿吨，产生高炉渣约为2.43～4.86吨，回收高炉渣中高品质能源可极大促进我国节能减排工作的进行。

高炉熔渣的处理方法主要为湿法水淬法，该法采用高压水快速冷却破碎高炉熔渣，得到的非晶态高炉渣是良好的水泥熟料替代物，但是湿法处理过程中大量水资源被浪费，无法回收高品质能源，此外成品渣含水量过大需要经过烘干才能利用，过程中增加了能源消耗。由于湿法存在上述的缺点，因此目前主要技术是开发干法处理技术工艺，代表性的为风淬法和离心粒化法。风淬法利用收缩喷嘴获得高速空气来冲击液态熔渣，熔渣被喷吹成细小颗粒随着气流向前运动，过程中空气与熔渣换热将热量储存在空气中，随后通过换热器；风淬法获得的颗粒渣粒径小、玻璃化率高，但其消耗较大的空气量才能完成上述目的，这使得热回收效率较低，此外该装置设备复杂能源消耗大。离心粒化法研究时间已久，半工业化试验也在多地实施，但运行中产生的颗粒渣粘黏在壁面导致无法连续运作，影响装置的效益。高炉渣处理方面如果一直采用水淬工艺，不仅会浪费大量的显热资源，而且随着对环境保护意识的加强水淬法产生的蒸汽白色污染会受到约束。

干法为余热回收处理高炉渣的主要方向，其研究在于离心粒化法、风淬法等；离心粒化法虽然能够回收高温熔渣中热量但其设备连续运作能力差，风淬法能源回收效率低，这都限制了干法处理高炉渣。

现有文献中，中国专利申请号为：200910019727.3，公开号为：2010-09-22的“高炉液态渣的处理与能量回收方法及其用途”，其包括管网的设置、控制装置的设置等，设置密闭空间；使高炉液态渣进入密闭空间内；在密闭空间内，将进入密闭空间内的高炉液态渣粒化，并使用流态水使其凝固；凝固后的固体渣的排渣温度≥密闭空间内的水的沸点；从密闭空间内，排出产生的固体渣；从密闭空间内，收集产生的流态水并加以利用。其主要用于解决高炉渣处理系统耗水量高的问题、针对现有的渣处理系统对高炉液态渣所蕴含的热量不能回收利用和/或回收利用率极低的问题、以及提高回收所得的能量的品质的问题等，提出相应的解决方案。

中国专利申请号为：201310656436.1，公开号为：2014-03-19的“液态高炉渣粒化及多滚筒余热回收系统”，其包括一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓、三级滚筒冷却器以及余热回收系统，一级汽化滚筒粒化仓的进料口设置有液态渣流槽以及粒化器，一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓、三级滚筒冷却器串联连接；一级汽化滚筒粒化仓、二级汽化滚筒存储仓以及三级滚筒冷却器上均设置有汽水进出口；余热回收系统包括通过输水管道连通的给水泵、除氧器以及汽包。其通过多级滚筒的方式，通过固态渣的快速冷却提高废渣利用品位，一定程度上提高了渣产品的品位。

中国专利申请号为：201210394882.5，公开号为：2013-01-23的“高炉炉渣粒化与余热回收装置”，其主要由溜渣口、液渣斗、速冷腔、星形卸渣轮、风冷腔组成；速冷腔又分为上部的粒化轮组部分和下部的水淬部分；速冷腔与风冷腔之间由星形卸渣轮联结。其能够在一定程度上节约水资源的耗用，降低周边环境的污染，采用了机械破碎和水淬工艺保证了颗粒渣的质量。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有水淬高炉渣，余热能级太低回收效益太差，水耗量大造成严重的环境污染的问题，本发明提供一种冷热双混高炉液态渣处理装置。使得装置有良好的冷却效率，进而冷却后的渣玻璃体含量高且将水淬渣中水分烘干，而后得到了优质的水泥熟料，并且回收了高炉熔渣中显热资源。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种冷热双混高炉液态渣处理装置，包括冷渣送料单元、热渣送料单元、固化单元和渣料运输单元，所述冷渣送料单元和热渣送料单元分别位于固化单元上方，所述冷渣送料单元包括冷渣出料口，所述冷渣出料口设置为两个，所述热渣送料单元设置在两个冷渣出料口之间，所述渣料运输单元设置在固化单元下方。通过热渣两侧的冷渣对热渣形成两侧的覆盖，形成“温度夹心饼”式高温渣，这样既解决了冷却速度过慢玻璃化率不足，又解决了冷却速度过快难以实现余热回收的问题。同时，这种处理方法很好的解决了以往双滚筒直接冷却造成的熔渣粘辊问题，使得滚筒壁面不会被熔渣粘连。经过该装置处理的渣既能满足优质水泥熟料的性能要求又能为高温渣余热回收提供高能级热源，同时节约了大量的水资源。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述固化单元包括第一滚筒和第二滚筒，所述第一滚筒和第二滚筒之间留有缝隙，所述冷渣出料口分别设置在第一滚筒和第二滚筒的上方，所述热渣送料单元设置在第一滚筒和第二滚筒之间缝隙的上方。通过两个滚筒实现将冷渣和热渣之间的压合。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述第一滚筒为主动滚筒，所述第二滚筒为从动滚筒，所述第一滚筒和第二滚筒之间的缝隙宽度为L，L的取值范围为5～15mm。缝隙的宽度直接影响冷渣和热渣之间压合的状态，缝隙过宽，冷渣与热渣之间结合不紧密，不能有效的对热渣进行换热，缝隙过窄，则影响热渣的处理效率，容易造成热渣的堆积。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述固化单元还包括挡板和下落通道，所述挡板设置在第一滚筒和第二滚筒上方，所述下落通道设置在第一滚筒和第二滚筒之间缝隙的下方。挡板主要防止由于设备故障引起的熔渣溢出现象，在第一滚筒和第二滚筒上方设置挡板，在冷渣和热渣运送速度过快或者由于设备故障引起的熔渣溢出，挡板能够对溢出的熔渣进行有效的阻挡，避免熔渣污染设备，挡板可设置成包覆式，设置成一定形状的框架围在第一滚筒和第二滚筒的上方。下落通道主要起到保温的作用，在下落通道上可设置余热回收的装置或设备回收熔渣的热能。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述冷渣送料单元包括冷渣送料带和冷渣出料槽，所述冷渣送料带的一端设置在冷渣出料槽的上方，所述冷渣出料槽分别设置在第一滚筒和第二滚筒的上方，冷渣出料槽底端为冷渣出料口。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述冷渣出料口呈扁平状。扁平状的冷渣出料口能够控制冷渣下落的大概形状，不至于使得冷渣在第一滚筒和第二滚筒上堆积。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述冷渣出料槽的中心轴线与竖直方向的夹角为a，a的取值范围为10～30°，冷渣出料口距滚筒表面的距离为H，H的取值范围为5～20mm。冷渣出料口倾斜设置，能够使得冷渣更容易进入第一滚筒和第二滚筒之间的缝隙，但倾斜角度过大，一方面不利于控制冷渣出料口与第一滚筒和第二滚筒之间的距离，容易引起冷渣溅射，另一方面不利于控制冷渣的流速。冷渣出料口距滚筒表面的距离过大，容易引起冷渣溅射，距离过小，不便于安放，容易影响滚筒的运行。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述热渣送料单元包括热渣罐和出渣槽，所述热渣罐设置在出渣槽上方，所述出渣槽设置在第一滚筒和第二滚筒之间的缝隙上方。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述出渣槽底部呈扁平状。

作为本发明进一步可能实施的方案中，所述渣料运输单元包括传送带，所述传送带一端设置在第一滚筒和第二滚筒之间的缝隙下方。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种冷热双混高炉液态渣处理装置，高温熔渣经出渣槽落入双滚筒缝隙位置，两侧冷渣出料槽中水淬渣随滚筒转动在滚筒中心处形成湿渣薄膜，在中心缝隙处两侧湿渣将熔融炉渣包裹起来，形成“夹心饼”式处理渣，使得滚筒壁面不会被熔渣粘黏，从而使得装置有良好的冷却效率，进而冷却后的渣玻璃体含量高且将水淬渣中水分烘干，而后得到了优质的水泥熟料；

(2)本发明的一种冷热双混高炉液态渣处理装置，在双滚筒上方设有冷渣出料槽，出料槽为扁平口状其出口在滚筒正上方圆心向内处，滚动过程中冷渣落在两侧滚筒靠近夹缝处表面上，向两滚筒中心处转动，在中心缝隙处形成保护膜防止熔渣与滚筒粘连进而影响冷却速率，滚筒夹缝两端设有挡板可防止渣料溢满；

(3)本发明的一种冷热双混高炉液态渣处理装置，其冷渣为水淬渣，经过高压水淬后高炉渣粒度小含水量大，水淬渣通过进料输送带装入出料槽中，转筒转动中将出料槽出口下落的水淬渣带到中心缝隙处，熔融炉渣在中心缝隙粗与水淬渣接触，由于水淬渣中含有水分且粒度小因而熔融炉渣会被快速冷却，且水淬渣中水分被烘干从而得到优质的水泥熟料；

(4)本发明的一种冷热双混高炉液态渣处理装置，冷渣送料机构与热渣送料机构协同进行，热渣出渣阶段将水淬渣运送至冷渣出料槽内，并打开出料槽，冷热渣在滚筒中心缝隙处接触；有双滚筒处理后的“夹心饼”渣落入处于正下方的渣料输送带，经过传送带运至换热装置；热渣停止输送时关闭冷渣输送带，闭合冷渣出料槽，可实现装置间歇性运作，符合高炉生产特性。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明的一种冷热双混高炉液态渣处理装置的整体结构位置示意图；

图2为出渣槽或冷渣出料槽的一种结构示意图；

附图中：10、冷渣送料单元；11、冷渣送料带；12、冷渣出料槽；13、冷渣出料口；

20、热渣送料单元；21、出渣槽；

30、固化单元；31、第一滚筒；32、第二滚筒；33、挡板；34、下落通道；

40、渣料运输单元；41、传送带。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的一种冷热双混高炉液态渣处理装置，包括冷渣送料单元10、热渣送料单元20、固化单元30和渣料运输单元40，冷渣送料单元10和热渣送料单元20分别位于固化单元30上方，热渣送料单元20设置在两个冷渣出料口13之间，渣料运输单元40设置在固化单元30下方。通过热渣两侧的冷渣对热渣形成两侧的覆盖，形成“温度夹心饼”式高温渣，这样既解决了冷却速度过慢玻璃化率不足，又解决了冷却速度过快难以实现余热回收的问题。同时，这种处理方法很好的解决了以往双滚筒直接冷却造成的熔渣粘辊问题，使得滚筒壁面不会被熔渣粘连。经过该装置处理的渣既能满足优质水泥熟料的性能要求又能为高温渣余热回收提供高能级热源，同时节约了大量的水资源。

固化单元30包括第一滚筒31和第二滚筒32，第一滚筒31和第二滚筒32可安装在用于支撑的支撑架上，第一滚筒31和第二滚筒32之间留有缝隙，热渣送料单元20设置在第一滚筒31和第二滚筒32之间缝隙的上方，通过两个滚筒实现将冷渣和热渣之间的压合。第一滚筒31为主动滚筒，主动滚筒与电机相接，第二滚筒32为从动滚筒(两个滚筒之间形成主动带动从动的关系，并不限定哪一侧为主动，哪一侧为从动)，第一滚筒31和第二滚筒32之间的缝隙宽度为L，L的取值范围为5～15mm，具体可为5mm、8mm、10mm、12mm、14mm、15mm。缝隙的宽度直接影响冷渣和热渣之间压合的状态，缝隙过宽，冷渣与热渣之间结合不紧密，不能有效的对热渣进行换热，缝隙过窄，则影响热渣的处理效率，容易造成热渣的堆积。

冷渣送料单元10包括冷渣送料带11、冷渣出料槽12，冷渣送料带11的一端设置在冷渣出料槽12的上方，冷渣出料槽12为两个，分别设置在第一滚筒31和第二滚筒32的上方，冷渣出料槽12底端为冷渣出料口13。冷渣出料口13分别设置在第一滚筒31和第二滚筒32的上方，如图2所示，冷渣出料口13呈扁平状。扁平状的冷渣出料口13能够控制冷渣下落的大概形状，不至于使得冷渣在第一滚筒31和第二滚筒32上堆积。冷渣出料槽12的中心轴线与竖直方向的夹角为a，a的取值范围为10～30°，具体可为10°、13°、15°、18°、20°、22°、25°、28°、30°，冷渣出料口13距滚筒表面的距离为H，H的取值范围为5～20mm，具体可为5mm、8mm、10mm、12mm、14mm、15mm、18mm、20mm。冷渣出料口13倾斜设置，能够使得冷渣更容易进入第一滚筒31和第二滚筒32之间的缝隙，但倾斜角度过大，一方面不利于控制冷渣出料口13与第一滚筒31和第二滚筒32之间的距离，容易引起冷渣溅射，另一方面不利于控制冷渣的流速。冷渣出料口13距滚筒表面的距离过大，容易引起冷渣溅射，距离过小，不便于安放，容易影响滚筒的运行。

热渣送料单元20包括热渣罐和出渣槽21，热渣罐设置在出渣槽21上方，出渣槽21设置在第一滚筒31和第二滚筒32之间的缝隙上方。如图2所示，出渣槽21底部呈扁平状。

渣料运输单元40包括传送带41，传送带41一端设置在第一滚筒31和第二滚筒32之间的缝隙下方。

另外还需要进行说明的是，当辊间距离L一定时，不改变其他设置下随着电机转速提高，处理后的高温固态渣温度增大、玻璃化率下降，电机转速对本发明是否能正常运行有很大影响，当电机转速过快时冷渣下落过快没有充分时间与下落的高温液态熔渣接触换热进而会导致处理后高炉渣玻璃化率无法达到国标要求，电机转速过慢时液态熔渣会在辊间堆积导致无法快速冷却高温液态渣影响玻璃化率；当辊间距离L一定时，不改变其他设置下随着出口高度H增大，处理后的高温固态渣厚度减小、温度降低，冷渣出口高度影响冷热渣质量比，当出口高度提高时冷渣占比提高，换热效率提高玻璃化率也得到提高，但当冷渣量超出限定值后会因冷渣量过大处理后高温固态渣温度过低没有余热回收的价值。辊间距离为5～10mm时，冷渣出口距离电机转速在6～9r/min，出口距离H为5～10mm装置运行最佳。

具体实施例中，从高炉运送来的高炉渣储存在热渣罐内，经出渣槽21流入到第一滚筒31和第二滚筒32中间，下落的高炉渣在滚筒中间堆积；与此同时，滚筒驱动电机驱动主动滚筒由同径齿轮带动从动滚筒，主从动滚筒以相同转速向中间转动，将滚筒中间高炉渣向中间缝隙处挤压，高温熔融高炉渣在挤压过程中与滚筒壁面快速换热同时在冷区过程中受滚筒挤压应力的作用被冷却的高炉渣被破碎，随后下落至传动带；值得说明的是，熔融高炉渣在滚筒中间堆积的过程中，熔渣与滚筒之间的粘滞性较强，在转动过程中滚筒表面会形成一层渣膜，长时间运行后渣膜会会越来越厚，不利于熔渣的冷却，这使得熔渣无法急速冷玻璃化率不高达不到资源化利用。

需要说明的是，传统双滚筒高炉渣处理装置由于渣膜粘滞在滚筒表面的问题对高炉渣冷却有很大影响；熔融高炉渣需要在急速冷却的条件下才能形成玻璃体，而国标规定矿渣作水泥原料玻璃体含量必须≥85％，滚筒表面渣膜越厚，高炉渣与滚筒之间的换热系数越小越不利于熔融高炉渣的冷却，得到的高炉渣玻璃体含量越低，无法满足后续高炉渣的资源化利用。

钢厂中水淬破碎的高炉渣经冷渣送料带11运往冷渣出料槽12中，冷渣出料槽12将冷渣向第一滚筒31和第二滚筒32之间的缝隙中倾倒，滚筒驱动电机驱动主动滚筒由同径齿轮带动从动滚筒，主从动滚筒以相同转速向中间转动，转动过程中冷渣出料槽12中冷渣受摩擦力作用随滚动向内转动，形成一层冷渣膜；此时，熔融炉渣下落至滚筒中间与冷渣接触进行换热，该过程中两侧冷渣膜将熔渣裹住，在缝隙中间被挤压冷却后破碎，换热后将热渣运送至换热器进行余热回收。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，固化单元30还包括挡板33，挡板33设置在第一滚筒31和第二滚筒32上方，挡板33主要防止由于设备故障引起的熔渣溢出现象，在第一滚筒31和第二滚筒32上方设置挡板33，在冷渣和热渣运送速度过快或者由于设备故障引起的熔渣溢出，挡板33能够对溢出的熔渣进行有效的阻挡，避免熔渣污染设备，挡板33可设置成包覆式，设置成一定形状的框架围在第一滚筒31和第二滚筒32的上方。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，固化单元30还包括下落通道34，下落通道34设置在第一滚筒31和第二滚筒32之间缝隙的下方。下落通道34主要起到保温的作用，在下落通道34上可设置余热回收的装置或设备回收熔渣的热能。出渣槽21外部设有保温装置，出渣槽21同时具有流量调节功能，上述熔融液渣由渣罐中流入出渣槽21中，为了使冷渣与热渣比例合适需对热渣流量进行控制，出渣口出设置流量调节装置可根据运行过程中高温固态渣温度值对熔融液态渣流量调节。实施过程中如下：打开电机主动滚筒转动，冷渣送料带11将冷渣运送至冷渣出料槽12中，冷渣随滚筒转动在表面形成流动层，此时打开出渣槽21开关熔融液态高炉渣流下，在滚筒缝隙处与两侧冷渣接触，在滚筒的挤压下冷渣渗入熔渣内部，高温熔渣与冷渣间发生强烈的导热急速降温，温度降至700～800℃通过装置形成的高温固态渣落入传送带41上被用来余热发电。在输送带上方设有红外热成像仪，对形成的高温固态渣进行温度监控，当温度过低时反馈给上端调节熔渣出口槽熔渣流量，并同时降低滚筒转速，从而使得高温固态渣温度上升。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，从动滚筒轴与齿轮连接中间有万向联轴器，在运行过程中可对从动滚筒进行平移。运行中，熔融液渣落入滚筒缝隙处与冷渣流动层接触，缝隙宽度对冷渣挤压渗入熔渣量有大影响，根据高温固态渣温度及厚度可以调节缝隙宽度使得获得的高温固态渣有良好的成品利用价值。运行过程中挤压冷却后的高温固态渣温度过低且厚度偏低时，通过万向联轴器将从动轴向外平移增大滚筒间隙，同时增大电机转速，使得冷渣与熔渣接触时间缩短且获得由一定厚度的高温固态渣。