含鐵熔渣的改質方法及其專用設備的製作方法

2023-10-09 04:40:19

含鐵熔渣的改質方法及其專用設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種含鐵熔渣的改質方法及其專用設備，該方法依次包括：(1)將改質劑和煤粉的混合物噴入改質爐的爐膛內，將改質劑熔化以高溫液態的形式進入到熔融態含鐵熔渣中；(2)將還原劑加入到熔渣中，對熔渣進行還原提鐵；(3)提鐵結束後繼續向改質爐的爐膛中噴吹改質劑和煤粉的混合物，對熔渣再次冶煉。本發明在兩次改質過程中，將改質劑和煤粉的混合物通過兩個對稱燃煤旋流噴嘴沿著改質爐爐壁切線方向噴入爐膛內，將改質劑加熱成熔融態，容易與熔融態渣混合均勻；改質後的渣可直接用於製備高附加值產品，避免了現有的渣處理利用方式存在的簡單、粗放以及高能耗等缺陷，具有利用方式多樣化、利用率高、經濟效益好、環境汙染少等特點。
【專利說明】含鐵熔渣的改質方法及其專用設備

【技術領域】
[0001] 本發明涉及冶金熔渣的利用方法，尤其涉及金屬的冶煉過程中產生的含鐵熔渣的 改質方法以及實現該方法的專用設備，屬於含鐵熔渣的改質領域。

【背景技術】
[0002] 在目前的黑色和有色金屬的冶煉過程中產生了大量的高溫熔融態渣，這些渣是 由冶煉需要故意加入的造渣劑或礦石中所夾雜的脈石等所組成，其主要成分為Si02、CaO、 MgO、A1203、FeO、Fe203等氧化物，由於這些氧化物及其所構成的複雜化合物的熔點都較高， 因此冶金過程中所排出的熔渣的溫度一般都高於1500°C，而目前對這些渣的處理利用幾乎 全部是針對冷態渣，而且利用的方式也比較簡單、粗放，一部分被製備水泥、免燒磚、鋪路骨 料等建築材料，一部分經簡單處理後又返回到冶煉工序中，還有很大一部分由於無法被處 理利用而被填埋、堆棄，因此存在利用率較低、經濟效益差、環境汙染嚴重等一系列問題。
[0003] 同時由於熔渣的溫度較高且其熱熔較大因而其蘊含了巨大的熱能，雖然國內外對 熔渣熱量的回收利用進行了大量的研究，但也主要集中在通過物理換熱或化學能轉化方式 單一的回收方式，幾乎都由於設備複雜、運營成本高、熱能回收率和經濟效益低等問題導致 沒能實現大規模的工業化。
[0004] 總之，目前對熔渣的利用存在以下幾個問題：
[0005] (1)對熔渣的利用都是針對"渣"和"熱"單獨利用，最終導致利用率低、經濟效益 差等。
[0006] (2)在對渣的利用過程中由於渣的成分很難滿足需要，一部分可通過冷態下調質 得到利用，因此需要對渣進行破碎磨粉，特別對於硬度較大的渣，該工藝過程效率很低、能 耗較高，而且製備出的產品附加值一般都較低。而絕大部分的渣由於其成分與目標材料的 成分需求差別較大或冷態下無法實現調質導致其只能被廢棄。
[0007] (3)熔渣的熱量幾乎全部被浪費，即使採用目前某一工藝回收一定的熱能，但也需 付出很高的成本。而且有時為了利用渣還需要對冷渣進行重新加熱熔化，極大的提高了利 用成本。
[0008] 為了有效的利用熔渣，需要對熔渣進行改質；目前，對熔融態渣改質過程中主要面 臨如下問題有待改進：①熔化物料的加熱方式：由於改質劑為冷料因而在改質過程中需要 加熱將其熔化，因而選用何種加熱方式則非常重要。②改質劑的加入方式：由於熔融態渣的 粘度較大，且粘度隨溫度的下降會迅速增大，因此如果直接將冷料加入到熔融態渣中將會 使渣迅速凝固，而再將其熔化則非常困難、代價很高。③熔融態渣和改質劑的混勻方式：如 果熔融態渣與固態改質劑直接混合則很難達到均勻，且改質劑會覆蓋於熔渣表面，使熔渣 結殼。


【發明內容】

[0009] 本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種處理成本低、熔渣 利用範圍寬的一種含鐵熔渣的改質方法。
[0010] 本發明首先提供了一種含鐵熔渣的改質方法，該方法依次包括一次改質、提鐵、二 次改質；其中，所述的一次改質包括：將含鐵冷渣在改質爐內熔化獲得熔融態含鐵熔渣；將 改質劑和煤粉的混合物噴入改質爐的爐膛內，利用煤粉燃燒放出的熱量使改質劑熔化以高 溫液態的形式進入到含鐵熔渣中；
[0011] 所述的提鐵包括：將改質爐的爐底與爐腰分開，將還原劑加入到熔渣中，向改質爐 的爐膛中噴入純煤粉燃燒放熱，維持改質爐的爐膛內還原提鐵的溫度；
[0012] 所述的二次改質包括：提鐵結束後繼續向改質爐的爐膛中噴吹改質劑和煤粉的混 合物，對熔渣再次冶煉。
[0013] 其中，所述的含鐵熔渣優選為熔融鋼渣。
[0014] 所述的改質劑優選為粉煤灰。在第一次改質以及第二次改質中，改質劑粉煤灰和 煤粉的體積比例優選為1:1。
[0015] 在提鐵步驟中所述的還原劑優選為煤粉。
[0016] 本發明採用了燃燒煤粉的方式對改質劑進行加熱熔化，主要考慮煤粉是一種較經 濟的燃料，燃燒溫度高且技術相對成熟，同時借鑑火力發電廠的液態排渣技術，將改質劑與 煤粉混合後同時噴吹，這樣可以非常高效的利用煤粉燃燒的熱量，將改質劑熔融成液態，而 液態的改質劑則非常容易與熔融態渣混合均勻，同時液態的改質劑攜帶有大量的熱量，可 對熔融態渣進行補熱。為了提高噴煤燃燒的熱量利用率，本發明在一次改質以及第二次改 質過程中，將改質劑和煤粉的混合物通過兩個對稱燃煤旋流噴嘴沿著改質爐爐壁切線方向 噴入爐膛內；當煤粉在爐膛內燃燒時，其燃燒火焰將在爐膛內形成旋流並沿著爐壁緩慢上 升，可以延長高溫氣體在爐內的停留時間，進而增強了煤粉燃燒的熱能利用率。
[0017] 本發明的另一目的是提供一種實現所述改質量方法的專用設備。
[0018] 本發明的另一目的是通過以下技術方案來實現的：
[0019] 一種實現所述改質量方法的專用設備，包括：改質爐爐體和噴吹裝置；所述的改 質爐爐體包括爐底、爐腰、爐頂三部分；爐底兩邊對稱設計了兩個耳軸，通過耳軸將爐底架 座於臺車之上；爐頂在其一側留有一煙道，在其上部留有一觀察孔，在煙道底部設計了一循 環水冷卻煙氣測試管；其中，在爐腰底稍高位置處為對稱的兩個燃煤旋流噴嘴，兩個燃煤旋 流噴嘴對稱的沿著爐壁切線方向進入爐膛，燃煤旋流噴與噴吹裝置連接；當煤粉在爐膛內 燃燒時，其燃燒火焰將在爐膛內形成旋流並沿著爐壁緩慢上升，可以延長高溫氣體在爐內 的停留時間，進而增強了煤粉燃燒的熱能利用率。
[0020] 其中，爐腰與爐底之間優選採用法蘭連接，方便爐腰與爐底分開，以便將還原劑加 入到熔渣中對熔渣進行還原。
[0021] 爐腰高度其為爐底高度的2倍，相對較長的爐腰有利於延長高溫煙氣在爐內的停 留時間；爐頂高度較小，基本為爐底的1/2。
[0022] 所述的煤粉和改質劑噴吹裝置由氣體進口，噴氣槍，入料流量控制閥，料倉，噴料 槍，料、氣混合物出口，料倉下料口、噴氣槍噴嘴組成；其中噴氣槍位於噴料槍的內部，噴氣 槍噴嘴的前方是料、氣混合物出口，料倉與噴料槍通過下料口相連通；下料口位於噴氣槍噴 嘴的後上方；入料流量控制閥設置於料倉下料口中。
[0023] 本發明採用兩個對稱燃煤旋流噴嘴沿著爐壁切線方向進入爐膛，其燃燒火焰將在 爐膛內形成旋流並沿著爐壁緩慢上升將改質劑加熱成熔融態，容易與熔融態渣混合均勻， 同時液熔融態的改質劑攜帶有大量的熱量，實現對熔融態渣的補熱。改質後的渣可直接用 於製備高附加值產品，避免了現有的渣處理利用方式形式的簡單、粗放，以及對冷渣進行重 熔過程所導致的高能耗，因此能夠實現對熔渣的"渣"和"熱"的雙利用，具有利用方式多樣 化、利用率高、經濟效益好、環境汙染少的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1改質爐爐體示意圖；
[0025] 圖示說明：1_熔池，2-爐底，3-爐腰，4一爐頂，5-觀察孔，6-煙道，7-煙氣測 試管，8-冷卻水進水口，9 一旋流噴口，10-耳軸，11 一臺車，12-耐火材料。
[0026] 圖2爐腰處旋流燃煤噴嘴橫截面示意圖；
[0027] 圖不說明：9一旋流噴口，13-旋流燃煤噴嘴，14一爐壁。
[0028] 圖3煤粉和改質劑噴吹裝置示意圖；
[0029] 圖示說明：15-氣體進口，16-噴氣槍，17-入料流量控制閥，18-料倉，19-噴料 槍，20-料、氣混合物出口，21-料倉下料口，22-噴氣槍噴嘴。
[0030] 圖4熔融鋼渣改質工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0031] 下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而 更為清楚。但這些實施例僅是範例性的，並不對本發明的範圍構成任何限制。本領域技術 人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和範圍下可以對本發明的細節和形式進行修改 或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護範圍內。
[0032] 以利用粉煤灰作為改質劑將熔融鋼渣改質成微晶玻璃原料為例對本發明實施方 式作進一步描述，根據製備微晶玻璃成分要求，對熔融鋼渣的改質包括提鐵改質和微晶玻 璃改質兩過程，提鐵改質為首先將鋼渣的二元鹼度利用粉煤灰調整為最佳提鐵鹼度1. 1，然 後加入還原劑煤粉進行還原，當還原結束後再將熔渣的鹼度利用粉煤灰調整為0. 7使熔渣 的成分滿足微晶玻璃的要求。
[0033] 為了能夠得到流動性較好的熔融鋼渣，在實施過程中首先將鋼渣磨成鋼渣微粉， 其成分如表1所示，然後將鋼渣微粉與煤粉的混合物通過氧氣噴入到改質爐內，利用煤粉 燃燒放出的熱量將鋼渣微粉熔化，從而獲得熔融態鋼渣，煤粉的工業分析如表2所示。
[0034] 表1鋼渣微粉中鐵含量
[0035]

【權利要求】
1. 一種含鐵熔渣的改質方法，依次包括一次改質、提鐵、二次改質；其特徵在於，所述 的一次改質包括：將含鐵冷渣在改質爐內熔化獲得熔融態含鐵熔渣；將改質劑和煤粉的混 合物噴入改質爐的爐膛內，利用煤粉燃燒放出的熱量使改質劑熔化以高溫液態的形式進入 到熔融態含鐵熔渣中； 所述的二次改質包括：提鐵結束後繼續向改質爐的爐膛中噴吹改質劑和煤粉的混合 物，對熔渣再次冶煉。
2. 按照權利要求1所述的改質方法，其特徵在於，所述的提鐵包括：將改質爐的爐底與 爐腰分開，將還原劑加入到熔渣中進行還原提鐵。
3. 按照權利要求2所述的改質方法，其特徵在於：所述的還原劑為煤粉。
4. 按照權利要求1所述的改質方法，其特徵在於：所述的含鐵熔渣為熔融鋼渣。
5. 按照權利要求1所述的改質方法，其特徵在於：所述的改質劑為粉煤灰；在第一次改 質以及第二次改質中，改質劑粉煤灰和煤粉的體積比例為1:1。
6. -種實現權利要求1所述改質方法的專用設備，包括改質爐爐體和噴吹裝置；所 述的改質爐爐體包括爐底（2)、爐腰（3)、爐頂（4)三部分；爐底兩邊對稱設計了兩個耳軸 (10)，通過耳軸（10)將爐底（2)架座於臺車（11)之上；爐頂（4)在其一側留有一煙道（6)， 在其上部留有一觀察孔（5)，在煙道底部設計了一循環水冷卻煙氣測試管（7);其特徵在 於：在爐腰（3)底稍高位置處為對稱的兩個燃煤旋流噴嘴（13)，兩個燃煤旋流噴嘴（13)對 稱的沿著爐壁（14)切線方向進入爐膛，燃煤旋流噴13與噴吹裝置連接。
7. 按照權利要求6所述的專用設備，其特徵在於：所述的煤粉和改質劑噴吹裝置由氣 體進口（15)，噴氣槍（16)，入料流量控制閥（17)，料倉（18)，噴料槍（19)，料、氣混合物出 口（20)，料倉下料口（21)、噴氣槍噴嘴（22)組成；其中，噴氣槍（16)位於噴料槍（19)的內 部，噴氣槍噴嘴（22)的前方是料、氣混合物出口（20)，料倉（18)與噴料槍（19)通過下料口 (21)相連通；下料口（21)位於噴氣槍噴嘴的後上方；入料流量控制閥（17)設置於料倉下 料口（21)中。
8. 按照權利要求6所述的專用設備，其特徵在於：爐腰（3)與爐底（2)之間採用法蘭 連接。
9. 按照權利要求6所述的專用設備，其特徵在於：爐腰（3)高度其為爐底（2)高度的2 倍。
10. 按照權利要求6所述的專用設備，其特徵在於：爐頂（4)為爐底（2)高度的一半。
【文檔編號】C21B3/06GK104141019SQ201410305578
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】楊志傑, 張戰軍, 苗瑞平 申請人:大唐國際發電股份有限公司高鋁煤炭資源開發利用研發中心