CN111471817A - 一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，属于冶金行业固废处置、二次资源再利用等环保技术领域。技术方案是：利用钢铁企业产生的大量煤气中的CO2对气淬室内的熔态钢渣进行气淬，并经磨细磁选分离后得到高质量的富铁粉和尾渣粉，二次资源富铁粉可以多种途径全部利用，尾渣可作为优质的二次资源被高效利用。而在气淬过程，冷态的CO2和熔渣进行快速热交换，熔渣物理热转化为CO2的物理热，经热交换装置进行余热回收利用，经除尘后的净CO2循环利用。该发明综合解决了钢渣游离活性物质对再利用的困扰、钢渣物理热回收利用等问题，以及煤气中部分捕集CO2的使用问题，实现安全、高效、环保的钢渣淬化、分选和再利用过程。

Description

一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法
技术领域
本发明涉及一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，属于冶金行业固废处置、二次资源再利用等环保技术领域。
背景技术
钢渣是钢铁行业产生的大宗固废，其资源化利用一直受到社会的强烈关注。从最开始的直接倾倒、热泼、浅盘、选铁、堆存等粗放式处置方式，到现在流行的热焖、滚筒、多道破碎和分选，以及气淬、旋转杯粒化等新工艺的出现；从粗放处理造成的大量土地被占用，到精细化的再利用技术，钢渣处理和再利用已经发生了质的变化。但是，目前的处置方式还是不同程度的存在一些问题。比如，钢渣热焖，不管何种给水冷却方式，需要大量用水，同时高温条件下，水蒸汽分解产生的氢气遇到空气后容易产生强烈***，存在非安全因素；热焖后的钢渣需要进行多道破碎和分选，电耗比较高，甚至其它超细磨的尾渣在不同程度还是存在一些游离氧化钙或氧化镁；有的工艺渣中夹杂的金属含量仍比较高。空气气淬也是目前比较流行的气淬方式，为了降低游离氧化钙或氧化镁，必须辅助加水进行淬化，同样存在上述安全问题；有的技术采用氮气气淬，同时回收熔渣物理热，但是氮气成本高，需对钢渣进行预改性以增加其安定性，还没有大规模工业化应用；滚筒法也存在热焖工艺类似的流程较长、尾渣再利用不彻底等问题。旋转杯粒化是近些年研发投入较多的新工艺，靠旋转杯的离心力作用使钢渣淬化，目前还是在实验室或中试规模的层面，实现规模化处置有一定的难度，一些技术缺陷还未完全呈现。
国内外有利用石灰水和二氧化碳反应生产碳酸钙，提取碳酸钙作为大理石基材料的技术。也有人借鉴该技术提出将二氧化碳通入钢渣和水蒸汽或水的乳化液，使游离氧化钙生成碳酸钙，提高钢渣的安定性，并实现了二氧化碳的固化，该类技术的关键也必须有水的作用，而且在较低温度下需要较长的反应时间。
发明内容
本发明目的是提供一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，利用二氧化碳使钢渣气淬成比较均匀的细颗粒，同时也是热载体和反应剂，实现热量回收和提高钢尾渣安定性，解决背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，按照以下步骤进行操作：
步骤Ⅰ，将熔融钢渣从转炉炼钢***用渣罐运送到液态钢渣包中；
步骤Ⅱ，将液态钢渣包中的熔态钢渣经钢渣溜槽流向气淬室，并且将CO2从高压储罐经管路进入气淬室进行气淬，气淬压力为0.25-0.65MPa，气液质量比为1:6～1:12；熔态钢渣迅速冷却，并且大部分熔态钢渣被淬成3mm以下的颗粒，熔态钢渣和低温CO2进行热交换，同时钢渣中的游离CaO、MgO和CO2生成极细颗粒的稳定的不溶于水的CaCO3和MgCO3；
步骤Ⅲ，气淬室内掺杂金属铁、渣细颗粒即含铁钢渣的气-固混合物经气力作用，从气淬室上部排出，并通过沉降装置进入余热回收装置，从而实现熔态钢渣物理热的回收利用，同时，冷却后的CO2经除尘器除尘净化后循环利用；
步骤Ⅳ，气淬室和沉降装置中的含铁钢渣经筛分装置筛分后，大于等于3mm的粗颗粒进入机械破碎或细磨装置破碎成小于3mm的颗粒；筛分后小于3mm的颗粒、余热回收装置回收的粉末和除尘器收集的粉末一起进入细颗粒钢渣收集装置，这些细颗粒粉末和机械破碎装置的粉末一起通过磁选分离器，分选成合格金属铁或废钢和合格的钢尾渣。
所述步骤Ⅱ中熔态钢渣被淬化成小于3mm的细颗粒为85%以上；经破碎或磨细后的粒径100%不大于3mm。
所述步骤Ⅰ液态钢渣包（2）中的熔融钢渣气淬开始温度大于钢渣熔点温度20℃以上。
本发明的有益效果是：
1）该发明选择科学精简、环保可控的工艺技术路线，充分利用熔态钢渣的物理热、钢铁行业低阶煤气含有的二氧化碳、钢渣的综合利用为一体，全***安全、环保、高效。
2）该发明提出的低阶煤气含有的二氧化碳再利用，是基于比如高炉煤气等钢铁企业产生的低热值煤气捕集二氧化碳、提高煤气热值并实现更高利用价值为基础，解决大宗CO2就地消化利用问题，这也是目前钢铁行业降低碳排放的热门课题；
3）该发明提出的二氧化碳在***内的作用，不仅仅是使钢渣气淬成比较均匀的细颗粒，同时也是热载体和反应剂，在***内同时实现热量回收和提高钢尾渣安定性，提高钢尾渣的适用范围；
4）该发明提出的精细破碎和分选，以及过程产生的高含铁资源可以作为废钢加入电炉或高炉，或作为冷却剂给转炉使用；还可根据实际需要，加设超细粉磨和精细化分选设备。
5）该发明提出的利用二氧化碳取代水或空气气淬，避免水淬存在的不安全因素，避免空气气淬金属铁的二次氧化等问题；同时二氧化碳热焓高，带走同样热量的气体量小，过程动力消耗低，加上净气体的循环利用，二氧化碳气体的额外消耗相对较低，可提高***经济性；
6）该发明提出***的环保技术选型和设计理念，以过程无扬尘、粉尘超低排放为基本原则。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图中：1. CO2储罐；2. 液态钢渣包； 3. 钢渣溜槽； 4. 气淬室； 5. 沉降装置；6. 余热回收装置； 7. 除尘器；8. 细颗粒钢渣收集装置； 9. 金属收集器；10. 钢渣尾渣； 11.磁选分离器； 12. 破碎或细磨装置； 13. 筛分装置；14. CO2补加装置；15. 气淬CO2加压送入装置；16.CO2补加管路。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
参照附图1 ，一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，按照以下步骤进行操作：
步骤Ⅰ，将熔融钢渣从转炉炼钢***用渣罐运送到液态钢渣包2中；
步骤Ⅱ，将液态钢渣包2中的熔态钢渣经钢渣溜槽3流向气淬室4，并且将CO2从高压储罐经管路进入气淬室4进行气淬，气淬压力为0.35MPa，气液质量比为1:10；熔态钢渣迅速冷却，并且大部分熔态钢渣被淬成3mm以下的颗粒，熔态钢渣和冷的CO2进行热交换，同时钢渣中的游离CaO、MgO和CO2生成极细颗粒的稳定的CaCO3和MgCO3；
步骤Ⅲ，气淬室4内掺杂金属铁、渣细颗粒即含铁钢渣的气-固混合物经气力作用，从气淬室4上部排出，并通过沉降装置5进入余热回收装置6，从而实现熔态钢渣物理热的回收利用，同时，冷却后的CO2经除尘器7除尘净化后循环利用；
步骤Ⅳ，气淬室4和沉降装置5中的含铁钢渣经筛分装置13筛分后，大于等于3mm的粗颗粒进入机械破碎或细磨装置12破碎成需要的粒级即小于-3mm或更细；筛分后的小于3mm颗粒、余热回收装置6回收的粉末和除尘器7收集的粉末一起进入细颗粒钢渣收集装置8，这些细颗粒粉末和机械破碎装置12的粉末一起通过磁选分离器11，分选成合格金属铁9或废钢和合格的钢尾渣10。
在本实施例中，参照附图1 ，钢渣溜槽3、气淬室4、沉降装置5、余热回收装置6、除尘器7、细颗粒钢渣收集装置8、金属收集器9、 磁选分离器11、破碎装置12、筛分装置13、CO2补加装置14和气淬CO2加压送入装置15均为本技术领域公知技术内容，需要进一步强调的是气淬室5和钢渣溜槽3，气淬室5包括气淬喷嘴、CO2压力和流量控制和CO2补加装置等，该气淬室5能够确保熔态钢渣被淬化成小于3mm的细颗粒在85%以上；其次能够确保充分的热交换，钢渣物理热大部分转移到气-固相内；同时，气淬室的结构、细颗粒粒径控制确保CO2和游离氧化物CaO和MgO的反应。
钢渣溜槽3需要必要的保温，而且型式上可以采用溜槽的方式，角度在一定范围内可调；也可设置成类似连铸中间包的水口浇注的模式，缩短渣流距离和时间，有利于熔渣的顺利流动。
一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，按照以下方法进行操作：
（1）钢渣运输和温度控制：转炉出钢后，熔融钢渣从转炉炼钢***用渣罐运送到具有保温、自动升温和控温功能的接收罐，在线测定熔渣成分和温度，利用Factage商业软件计算其渣相熔点并分析流动性特点，根据渣的成分和淬化粒度要求，在不低于熔点温度35℃的条件下气淬，确保钢渣流动性；
（2）钢渣气淬：流动性好的熔态钢渣经钢渣溜槽流向气淬室，CO2从高压储罐经管路至气淬喷嘴，喷嘴压力为0.35MPa，进入到常压气淬室进行气淬，熔态钢渣和低温的CO2进行热交换，其中气液比1:10，将钢渣迅速冷却，同时将钢渣淬成3mm以下的颗粒.另外，钢渣中的游离CaO、MgO和CO2生成极细颗粒的稳定的CaCO3和MgCO3。该气淬室设置了CO2补加装置，用于补偿由于气体不足造成的热交换偏低的问题。
有关CO2和游离氧化物CaO或MgO的反应，反应机理是相似的。比如，CaO反应吉布斯自由能变为：ΔGCaO = -177860+160.44T-8.314RTlnPCO2。如在1大气压、小于836℃的条件下，CaO和CO2的反应能够进行。随着压力提高理论反应能够进行的温度相应提高，有利于在较高温度下反应的进行。为此，根据试验研究结果和实际操作条件，考虑经济性等因素，设置气淬室的压力范围在0.1~0.5MPa（即1~5大气压）。本实施例选取的是常压状态。
（3）余热回收：掺杂金属铁、渣细颗粒的气-固混合物经气力作用，从气淬室上部排出，通过沉降室进入余热回收装置，高温CO2的热量被媒介交换，热媒介的热量可以被再利用，从而实现熔态钢渣物理热的回收利用。同时，冷却后的净CO2循环利用；***内由于漏风或化学反应造成CO2损失，专门设置新的CO2补加管路。
（4）渣-铁分离：气淬室、沉降装置会有少量粗颗粒含铁钢渣，经筛分装置筛分后，大颗粒进入机械破碎装置破碎成需要的粒级，通过细磨和渣、金属铁分离***，以进一步提高渣铁分离效率；筛分后-3mm的颗粒、余热回收装置回收的粉末、除尘器收集的粉末一起进入细颗粒钢渣收集装置，所有这些细颗粒粉末和前述机械破碎的-3mm粉末一起通过磁选分离器，分成合格废钢和合格的钢渣。钢渣和废钢可以作为产品外售或钢铁生成***内再利用。尾渣含铁≤2%，可用于建材等多种途径。废钢可根据铁的品位分级利用，如含铁85%以上，满足钢铁流程炼钢冷却剂的需要，压块后直接作为废钢或冷却剂使用；品位低的可以直接给烧结使用。
另外，为了达到环保对无组织排放控制的需要，该实施例设置环境除尘等辅助***，生产过程严格控制粉尘污染，实现生产过程粉尘排放达标。

Claims (3)

1.一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，其特征在于：按照以下步骤进行操作：
步骤Ⅰ，将熔融钢渣从转炉炼钢***用渣罐运送到液态钢渣包（2）中；
步骤Ⅱ，将液态钢渣包（2）中的熔态钢渣经钢渣溜槽（3）流向气淬室（4），并且将CO2从高压储罐经管路引入气淬室（4）进行气淬，气淬压力为0.25-0.65MPa，气液质量比为1:6～1:12；熔态钢渣迅速冷却，并且大部分熔态钢渣被淬成3mm以下的颗粒，熔态钢渣和低温CO2进行热交换，同时钢渣中的游离CaO、MgO和CO2生成极细颗粒的稳定的不溶于水的CaCO3和MgCO3；
步骤Ⅲ，气淬室（4）内掺杂金属铁、渣细颗粒即含铁钢渣的气-固混合物经气力作用，从气淬室（4）上部排出，并通过沉降装置（5）进入余热回收装置（6），从而实现熔态钢渣物理热的回收利用，同时，冷却后的CO2经除尘器（7）除尘净化后循环利用；
步骤Ⅳ，气淬室（4）和沉降装置（5）中的含铁钢渣经筛分装置（13）筛分后，大于等于3mm的粗颗粒进入机械破碎或细磨装置（12）破碎成小于3mm的颗粒；小于3mm颗粒、余热回收装置（6）回收的粉末和除尘器（7）收集的粉末一起进入细颗粒钢渣收集装置（8），这些细颗粒粉末和机械破碎装置（12）的粉末一起通过磁选分离器（11），分选成合格金属铁或废钢（9）和合格的钢尾渣（10）。
2.根据权利要求1所述的一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，其特征在于：所述步骤Ⅱ中熔态钢渣被淬化成小于3mm的细颗粒为85%以上。
3.根据权利要求1所述的一种改善钢渣安定性同时回收熔融钢渣物理热的气淬方法，其特征在于：所述步骤Ⅰ：液态钢渣包（2）中的熔融钢渣气淬开始温度大于钢渣熔点温度20℃以上。
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