CN105300825B - 一种测试高炉渣冷却强度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测试高炉渣冷却强度的装置及测试方法，其工艺***主要采用热交换***和数据采集***，本发明将高炉渣加热至1600℃后，首先打开调节阀，使冷却水由进水总管经流量计由进水管分别进入上水冷箱和下水冷箱中，水流量15g/s～75g/s，然后将熔融高炉渣倒至下水冷箱的高炉渣槽中，快速将上水冷箱覆盖在下水冷箱上至完全耦合，高炉渣槽内的高温熔渣与上、下水冷箱中的冷却水进行热交换，待熔融高炉渣降到80℃～120℃时，试验停止。同时记录熔融高炉渣的温降ΔT渣、热交换时间τ及玻璃化率ε。本发明可快速测试高炉渣玻璃化所需的冷却强度，为高炉渣的余热回收利用提供数据支撑，有效指导高炉渣的余热回收和再利用。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金过程二次能源的回收利用领域，具体涉及用于高炉渣玻璃化所需的测试高炉渣冷却强度的装置及测试方法。
背景技术
高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的副产品，随着我国钢铁需求量的增长和钢铁工业的发展，高炉渣的排放量日益增大。液态高炉渣蕴含着很高的热能，每吨高炉液态渣的热量约为64kg标准煤，属于高品位的余热资源，具有很高的回收利用价值。同时高炉渣也是一种性能良好的硅酸盐材料，可以作为生产建筑材料、化肥及水泥原料。目前高炉渣的利用方式都是将其作为一种材料的形式来加以利用，对于高炉渣所含的丰富热量却还没有能够得到充分的利用。主要是因为高炉渣余热回收技术还不成熟，现有的处理方法都有自己的优缺点，但是每种方法的核心是液态渣的破碎和破碎后的热回收，即高炉渣的余热回收***分为两个热过程，熔融高炉渣的相变热回收和固化高炉渣的显热回收。
因此高炉渣余热的高效回收和资源化利用是高炉渣研究的两个方面，二者缺一不可，而高炉渣的玻璃化率是判断其资源化利用与否和余热回收效果的重要判定指标。通过资料显示，高炉渣形成玻璃相的过程需要在其凝固的过程中，提供足够的冷却强度才能实现。冷却强度超过高炉渣玻璃化所需，则降低回收能源介质的品质，进而降低了热回收的效率；冷却强度低于高炉渣玻璃化所需能量，则生产出废渣，不能满足水泥生产的需要。
目前国内外各研发机构在高炉渣余热回收和资源化利用方面已做了大量的试验和相关研究，主要包括湿式粒化和干式粒化两个方面。前者以INBA法为主，也是目前各钢铁厂所普遍采用的方法；后者主要以转杯法为主，也是目前各研发机构争相研究的方向。但无论那种方法，对高炉渣玻璃化所需的冷却强度没有进行相关的研究，因此需要对液态高炉渣玻璃化所需的冷却强度进行测定，以指导高炉渣显热的高效回收及其资源化利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试高炉渣冷却强度的装置及测试方法，确定其达到水泥要求的玻璃化率，以指导高炉渣显热高效地回收与利用技术的研究，而且粒化后的高炉渣可满足制造水泥的要求。
本发明的一种测试高炉渣冷却强度的装置及测试方法，其特点是通过控制进入上、下水冷箱的水量，使水与高温熔渣产生间壁式热交换，根据热交换时间和熔渣温降得出高炉渣的冷却强度，同时对冷却的高炉渣进行玻璃化检验，得出高炉渣的玻璃化率，进而确定高炉渣的冷却强度。
为实现本发明目的，本发明的工艺***主要采用热交换***和数据采集***，其中热交换***包括由上水冷箱、保温材料、高炉渣槽、出水管、进水管、进水总管、下水冷箱组成，数据采集***由流量计、调节阀、进水测温电偶、出水测温电偶、熔渣测温电偶、数字记录仪及玻璃化率检测仪组成。上水冷箱位于下水冷箱的上部，上水冷箱与下水冷箱对应设有高炉渣槽，且两者完全耦合，上下水冷箱之间用保温材料密封，以减少热量的散失，进水总管、进水管、出水管分别安装在热交换***的端部；数据采集***位于上、下水冷箱的端部，玻璃化率检测仪位于热交换***的另一端，为上、下水冷箱提供数据记录，确定高炉渣的冷却强度是否达到玻璃化率>95％的要求。
上述所述的保温材料可以是含锆纤维毯或石棉。
本发明可快速测试高炉渣玻璃化所需的冷却强度，避免了在高炉渣余热回收利用过程中的盲目性，为高炉渣的余热回收利用提供数据支撑，有效指导高炉渣的余热回收和再利用。
本发明具体测试方法如下：
将15g～25g的高炉渣加热至1600℃后，首先打开调节阀，使冷却水由进水总管经流量计由进水管分别进入上水冷箱和下水冷箱中，水流量15g/s～75g/s，然后将熔融高炉渣倒至下水冷箱的高炉渣槽中，快速将上水冷箱覆盖在下水冷箱上至完全耦合，高炉渣槽内的高温熔渣与上水冷箱和下水冷箱中的冷却水与进行间壁式热交换，进水测温电偶、出水测温电偶、熔渣测温电偶分别将冷却水的进水温度、出水温度和熔渣温度通过数字记录仪记录下来，待熔融高炉渣降到80℃～ 120℃时，试验停止。同时记录熔融高炉渣的温降ΔT渣、热交换时间τ及玻璃化率ε，根据公式ξ＝ΔT渣/τ计算高炉渣的冷却强度，
公式中：
ΔT渣：熔融高炉渣在时间τ内的温降，℃；
τ：热交换时间，s；
ξ：冷却强度，℃/s。
若玻璃化率ε大于95％，则该冷却强度ξ可使高炉渣充分冷却，并使高炉渣达到资源化再利用的要求，若玻璃化率ε小于95％，则该冷却强度ξ不能达到高炉渣充分冷却的要求，则需要调节进水管上的调节阀，改变由进水总管经流量计分别进入上水冷箱和下水冷箱中的冷却水量，从而改变熔融高炉渣的冷却时间τ，然后根据玻璃化率ε检测仪中的显示值和上述公式对冷却强度ξ进行重新计算。
采用本发明具有可以实现以下明显效果：
1、本发明通过测定满足高炉渣玻璃化率的冷却强度，避免了在高炉渣余热回收利用过程中的盲目性，为高炉渣的余热回收利用提供数据支撑，有效指导高炉渣的余热回收和再利用试验。
2、本发明可以在实验室对不同高炉渣进行快速试验，简单易操作，可减少高炉渣高效余热回收的中试试验次数，减少水资源的浪费，同时节约物力和财力。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：
1上水冷箱、2保温材料、3高炉渣槽、4出水管、5进水管、6流量计、7调节阀、8进水总管、9进水测温电偶、10下水冷箱、11出水测温电偶、12数字记录仪、13玻璃化率检测仪、14熔渣测温电偶
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明：
如图所示，本发明的工艺***主要由热交换***和数据采集***组成，其中热交换***包括由1上水冷箱、2保温材料、3高炉渣槽、 4出水管、5进水管、8进水总管、10下水冷箱组成，数据采集***由6流量计、7调节阀、9进水测温电偶、11出水测温电偶、12数字记录仪、13玻璃化率检测仪、14熔渣测温电偶组成。
本发明的技术方案为：将熔渣量为15g～25g的高炉渣加热至 1600℃后，首先打开调节阀7，使冷却水由进水总管8经流量计6由进水管5分别进入上水冷箱1和下水冷箱10中，水流量15g/s～75g/s，然后将熔融高炉渣倒至高炉渣槽3中，并迅速将上水冷箱1盖在下水冷箱10上，在上水冷箱1和下水冷箱10中使冷却水与高炉渣槽3内的高温熔渣进行间壁式热交换，经热交换的冷却水升温后经出水管4 排出。并事先用保温材料2对上水冷箱1和下水冷箱10进行填充，以减少高炉渣的散热。进水测温电偶9、出水测温电偶11和熔渣测温电偶14分别将冷却水的进水温度、出水温度、熔渣温度通过数字记录仪12记录下来，玻璃化率ε由玻璃化检测仪13记录，待熔渣温度降到80℃～120℃时，试验停止。同时记录熔融高炉渣的温降ΔT渣、热交换时间τ。根据公式ξ＝ΔT渣/τ计算高炉渣的冷却强度。
若玻璃化率ε大于95％，则该冷却强度ζ可使高炉渣充分冷却，并使高炉渣达到资源化再利用的要求，若玻璃化率ε小于95％，则该冷却强度ζ不能达到高炉渣充分冷却的要求，则需要改变由进水总管 8经流量计6分别进入上水冷箱1和下水冷箱10中的冷却水量，从而改变熔融高炉渣在时间τ内的温降ΔT渣，然后根据玻璃化率检测仪中ε的显示值和上述公式对冷却强度ζ进行重新计算。
下面通过几个本发明的实施例以说明本发明的实施效果：
具体实施例如下表所示。
分别以上述实施例1和3为例，对本发明的实施效果加以说明。
实施例1：高炉渣为自然冷却渣，其主要成分为CaO：44.24％、 SiO2：40.24％、Al2O3：6.95％、MgO：6.17％、TFe：0.59％。
将18.7g的高炉渣加热至1600℃，首先打开调节阀7使冷却水由进水总管8经流量计6由进水管5分别进入上水冷箱1和下水冷箱10内，然后用坩埚将熔融渣倾倒至高炉渣槽3内，并迅速将上水冷箱1盖在下水冷箱10上，上水冷箱1和下水冷箱10内的冷却水与高炉渣槽3内的高温液态高炉渣进行间壁式换热，经换热的冷却水升温后由出水管4排出。同时用保温材料2将上水冷箱1和下水冷箱10 之间的缝隙填满，避免热量散失。此时，进水测温电偶9、出水测温电偶11和熔渣测温电偶14将实时数据呈现在数字记录仪12的画面上，玻璃化率ε亦在玻璃化检测仪13上显示，同时记录试验时间，冷却水的流量呈现在流量计6中。根据数字记录仪12的显示数据，出水测温电偶11和进水测温电偶9相差13℃，试验时间τ为27.2s，流量计6的冷却水量为16.9g/s，熔融高炉渣的温降ΔT渣为1515℃，玻璃化率检测仪上的ε值为84.7％，故不能满足高炉渣资源化再利用的要求。
因此通过改变调节阀7的开度使冷却水增至26g/s，此时冷却水温差为15℃，试验时间τ为15.3s，熔融高炉渣的温降ΔT渣为1500℃玻璃化检测仪上的ε值为97.3％。根据换热公式ξ＝ΔT渣/τ可得出高炉渣的冷却强度为98℃/s。
实施例3：高炉渣为水淬渣，其主要成分为CaO：41.64％、SiO2： 34.49％、Al2O3：11.93％、MgO：7.56％、TFe：0.32％。
将21.2g的高炉渣加热至1600℃，首先打开调节阀7使冷却水由进水总管8经流量计6由进水管5分别进入上水冷箱1和下水冷箱 10内，然后用坩埚将熔融渣倾倒至高炉渣槽3内，并迅速将上水冷箱1盖在下水冷箱10上，上水冷箱1和下水冷箱10内的冷却水与高炉渣槽3内的高温液态高炉渣进行间壁式换热，经换热的冷却水升温后由出水管4排出。同时用保温材料2将上水冷箱1和下水冷箱10 之间的缝隙填满，避免热量的散失。此时，提前连接好的进水测温电偶9、出水测温电偶11和熔渣测温电偶14将实时数据呈现在数字记录仪12的画面上，玻璃化率ε亦在玻璃化检测仪13上显示，同时记录试验时间，冷却水流量呈现在流量计6中。根据数字记录仪12的显示数据，出水测温电偶11和进水测温电偶9相差10℃，试验时间τ为14.5s，流量计6的冷却水量为45g/s，熔融高炉渣温降ΔT渣为1494 ℃，玻璃化检测仪上的ε值为98.1％，因此可以满足高炉渣资源化再利用的要求。
根据换热公式ξ＝ΔT渣/τ可得出高炉渣的冷却强度为103℃/s。
对比实施例1～4可以看出，冷却强度过小，将造成冷却后的高炉渣不能满足资源化利用的要求，如实施例1；冷却强度过大，将造成水资源的浪费，同时降低高炉渣的余热回收利用效率，如实施例4，此时应调节水流量以达到最佳冷却强度。
本发明通过实验室得出达到玻璃化率的最佳冷却强度用于指导现场熔融高炉渣余热回收与再利用。
Claims (1)
1.一种高炉渣冷却强度的测试方法，其特征在于，测试该方法的装置包括采用热交换***和数据采集***，其中热交换***包括由上水冷箱、保温材料、高炉渣槽、出水管、进水管、进水总管、下水冷箱组成，数据采集***由流量计、调节阀、进水测温电偶、出水测温电偶、熔渣测温电偶、数字记录仪及玻璃化率检测仪组成，上水冷箱位于下水冷箱的上部，上水冷箱与下水冷箱对应设有高炉渣槽，且两者完全耦合，上下水冷箱之间用保温材料密封；进水总管、进水管、出水管分别安装在热交换***的端部；数据采集***位于上、下水冷箱的端部，玻璃化率检测仪位于热交换***的另一端；具体测试方法如下：
将15g～25g的高炉渣加热至1600℃后，首先打开调节阀，使冷却水由进水总管经流量计由进水管分别进入上水冷箱和下水冷箱中，水流量15g/s～75g/s，然后将熔融高炉渣倒至下水冷箱的高炉渣槽中，快速将上水冷箱覆盖在下水冷箱上至完全耦合，高炉渣槽内的高温熔渣与上水冷箱和下水冷箱中的冷却水进行间壁式热交换，进水测温电偶、出水测温电偶、熔渣测温电偶分别将冷却水的进水温度、出水温度和熔渣温度通过数字记录仪记录下来，待熔融高炉渣降到80℃～120℃时，试验停止，同时记录熔融高炉渣的温降ΔT渣、热交换时间τ及玻璃化率ε，根据公式ξ＝ΔT渣/τ计算高炉渣的冷却强度，
公式中：
ΔT渣：熔融高炉渣在时间τ内的温降，℃；
τ：热交换时间，s；
ξ：冷却强度，℃/s。
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