本發(fā)明涉及熔渣干法?；夹g(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鋼廠固廢熔融還原的泡沫渣稀相干法?；椒?。

背景技術(shù)：

高爐煉鐵過程中噸鐵渣量為300～500kg，排渣溫度為1400-1500℃，每噸渣帶走的熱量相當(dāng)于60kg標(biāo)準(zhǔn)煤。為了利用高爐渣，目前一般采取水淬方式處理高爐渣，不僅無法回收高爐渣的物理熱，還造成水的大量損失。

高爐渣的導(dǎo)熱率極低，采取氣固干法換熱時(shí)換熱強(qiáng)度較低，增大換熱氣體流量則會(huì)造成介質(zhì)溫度較低，回收的余熱品質(zhì)較差，因此通常采取粒化的方式降低熔渣顆粒的尺寸、增大換熱面積。到目前為止，?；绞蕉喾N多樣，但?；蟮念w粒尺寸一般為4-5mm，進(jìn)一步降低尺寸難以實(shí)現(xiàn)，并且造粒裝置對(duì)耐熱抗磨損性能要求較高，價(jià)格昂貴，使用成本高。另外，高爐渣導(dǎo)熱率低的本質(zhì)沒有改變，限制了換熱效果的進(jìn)一步提升。

因此，采用干法換熱工藝取代傳統(tǒng)水淬方式，同時(shí)提高高爐渣的導(dǎo)熱率，增加熔渣與氣體的換熱強(qiáng)度，并獲得顆粒細(xì)小的?；蔀楸厝弧；谝陨舷敕ǎ景l(fā)明提出利用鋼廠固廢還原后形成金屬鐵顆粒提高熔渣的導(dǎo)熱率，同時(shí)，在熔融還原末期采取底吹惰性氣體的方式使熔渣泡沫化，且通過溢流方式將泡沫渣轉(zhuǎn)移至?；覂?nèi)進(jìn)行高壓惰性風(fēng)淬粒化及換熱，該方法能夠省略機(jī)械?；b置，降低熔渣?；韪邏簹怏w流量，提高熔渣的換熱強(qiáng)度及玻璃相的含量，具有良好的粒化效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種基于鋼廠固廢熔融還原的泡沫渣稀相干法?；椒ǎ摲椒軌蚴÷詸C(jī)械?；b置，降低熔渣?；韪邏簹怏w流量，提高熔渣的換熱強(qiáng)度及換熱后爐渣的玻璃相含量，具有良好的?；Ч?/p>

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，基于鋼廠固廢熔融還原的泡沫渣稀相干法粒化方法，具體包括以下步驟：

1)將含碳球團(tuán)加入液態(tài)高爐渣中，混合進(jìn)行熔融還原；

2)底吹氣體使熔渣形成均質(zhì)化的泡沫渣，并使泡沫渣稀相涌入?；?；

3)采用高壓氣流沖擊泡沫渣?；⑼瓿梢淮物L(fēng)淬換熱；

4)?；M(jìn)入流化床，通入氣體完成粒化渣的二次對(duì)流換熱后，排出粒化渣；

5)研磨破碎；

6)干式磁選。

其中所述含碳球團(tuán)由鋼廠固廢制成，所述鋼廠固廢主要包括：高爐除塵灰、高爐重力灰、轉(zhuǎn)爐除塵灰和轉(zhuǎn)爐泥；

其中含碳球團(tuán)的全鐵含量為15-70％。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中的的含碳球團(tuán)至少包含高爐除塵灰、高爐重力灰、轉(zhuǎn)爐除塵灰或轉(zhuǎn)爐泥中的一種，所述高爐除塵灰的主要組成為，全鐵含量15-30％，所述高爐重力除塵灰的主要組成為，全鐵含量20-30％，固定碳含量51-55％，所述轉(zhuǎn)爐除塵灰的主要組成為，全鐵含量15-68％，所述轉(zhuǎn)爐泥的主要組成為，全鐵含量50-60％。

更近一步地，所述步驟1)中的含碳球團(tuán)由高爐灰與轉(zhuǎn)爐泥混合制備，每百份含碳球團(tuán)中，高爐灰的質(zhì)量比為20-45％，轉(zhuǎn)爐泥的質(zhì)量比55-80％，所述高爐灰的主要組成為，全鐵含量25-28％，金屬鐵含量0.5-0.7％，亞鐵含量2.1-2.5％，固定碳含量51-55％，所述轉(zhuǎn)爐泥的主要組成為，全鐵含量55-59％，金屬鐵含量10-13％，亞鐵含量45-48％。

金屬鐵的導(dǎo)熱率遠(yuǎn)高于爐渣的導(dǎo)熱率，兩者相差百倍，以鋼廠固廢為原料制備的含碳球團(tuán)，與高爐渣熔融還原時(shí)能夠獲得金屬鐵顆粒，金屬鐵顆粒彌散在熔融高爐渣內(nèi)提高熔渣的導(dǎo)熱率，有利于提高熔渣與氣體的換熱強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述熔融還原后的熔渣中金屬鐵的含量為1-60％。

更近一步地，所述熔融還原后的熔渣中金屬鐵的含量為15-30％。

熔融還原后熔渣中金屬鐵的含量優(yōu)選為1-60％，特別優(yōu)選為15-30％。當(dāng)還原后的熔渣中金屬鐵含量達(dá)到15～30％時(shí)，粒化渣的平均尺寸小于4mm，且粒化渣中玻璃相的含量接近100％。當(dāng)金屬鐵含量提高至60％以上時(shí)，由于金屬比重較大且粘度較低，熔渣中金屬鐵含量太高導(dǎo)致熔渣泡沫化難度增加，無法形成泡沫渣，不適用于泡沫化稀相干法?；椒āＨ墼蠪eO含量低于一定含量后還原過程結(jié)束。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中底吹氣體為N₂，氣體流速為0.1-0.3m³/(min·t)。

底吹氣體能夠使熔渣形成均質(zhì)化泡沫，熔渣泡沫化之后體積可以提升至原體積的幾倍甚至十幾倍，形成熔渣與氣泡共存的泡沫渣疏松熔體，底吹氣體能夠維持熔渣的泡沫化且通過溢流方式將泡沫渣轉(zhuǎn)移至粒化室內(nèi)，同時(shí)通過氣體攪拌能夠防止鐵的聚合沉降。泡沫渣體積為熔渣本身體積的10～20倍，泡沫渣因具有較高的氣孔率形成稀相，使熔渣得到初次“分散”。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中高壓氣流為N₂，氣體流速為0.3-0.8MPa，氣體流量為8-12m³/min，?；瘯r(shí)間為1-10min。

經(jīng)高壓氣流沖擊淬冷后粒化效果好，粒化渣的平均粒度小于4mm，玻璃相含量達(dá)到95％以上。泡沫化的熔渣具有較高的氣孔率形成稀相，已經(jīng)過初次“分散”，降低了所需高壓氣體流量，進(jìn)入?；液笈菽跉怏w高速?zèng)_擊以及自身氣泡的破裂能夠形成粒徑小于4mm的小顆粒，能夠省略機(jī)械?；b置。由于熔渣內(nèi)具有一定含量的金屬鐵，顯著提高了熔渣的導(dǎo)熱性，增強(qiáng)了熔渣換熱效果，提高了渣與氣體之間的換熱強(qiáng)度，熔渣在較小換熱氣量下就能夠?qū)崿F(xiàn)快速降溫。為了防止粒化渣中玻璃相的晶型轉(zhuǎn)變，?；鼫囟刃杞抵?00℃以下再進(jìn)入流化床。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中對(duì)流換熱的氣體為N₂，氣體壓力為0.1-0.5Mpa，氣體流量為80-120m³/min。。

為了防止熔渣中金屬鐵顆粒的氧化，?；枰诹骰矁?nèi)進(jìn)行二次對(duì)流換熱，以提高干式磁選后鐵的回收率及鐵品位。

完成?；瘬Q熱后的爐渣在完成二次換熱后，?；鼫囟鹊陀?00℃時(shí)從流化床底部排出，能夠防止金屬鐵被氧化，然后通過運(yùn)輸皮帶送至密閉式振蕩研磨機(jī)上進(jìn)行研磨破碎，研磨制成粒度小于200目的?；勰?，便于干式磁選回收金屬鐵，?；勰軌蛴糜谥苽渌唷?/p>

通過干式磁選對(duì)?；勰┻M(jìn)行處理，得到得到鐵精粉和非晶態(tài)爐渣，其中鐵的回收率高于85％，鐵品位高于70％，選后的渣粉非晶態(tài)含量高于95％，可以作為水泥配料。

進(jìn)一步地，當(dāng)熔渣中不含有鋼廠固廢含碳球團(tuán)時(shí)，底吹氣體、一次風(fēng)淬換熱氣體和二次換熱氣體均可替換為空氣，同時(shí)取消干式磁選過程。

當(dāng)熔渣中含有鋼廠固廢含碳球團(tuán)時(shí)，為了防止金屬鐵被氧化，?；瘬Q熱過程中的底吹氣體、一次風(fēng)淬換熱氣體和二次換熱氣體均為N₂。當(dāng)熔渣中不含有鋼廠固廢含碳球團(tuán)時(shí)，無需擔(dān)心金屬鐵被氧化，因此底吹氣體、一次風(fēng)淬換熱氣體和二次換熱氣體均可替換為空氣，同時(shí)無需對(duì)粒化渣粉末進(jìn)行干式磁選回收金屬鐵，取消干式磁選過程。

本發(fā)明有益效果如下：

彌散在熔融高爐渣內(nèi)的一定含量的金屬鐵，顯著增大了熔渣的導(dǎo)熱系數(shù)，增強(qiáng)了換熱效果；底吹氣體能夠維持熔渣的泡沫化且通過溢流方式將泡沫渣轉(zhuǎn)移至?；覂?nèi)，同時(shí)通過氣體攪拌能夠防止鐵的聚合沉降；形成的泡沫渣具有較高的氣孔率形成稀相，能夠初次“分散”熔體，降低熔渣?；韪邏簹怏w流量；經(jīng)過氣體高速?zèng)_擊以及自身氣泡的破裂能夠形成粒徑小于4mm的小顆粒，省略了機(jī)械?；b置，同時(shí)增大了換熱面積；在流化床內(nèi)進(jìn)行的二次換熱過程能夠防止熔渣中金屬鐵顆粒的氧化，提高干式磁選后鐵的回收率及鐵品位，本發(fā)明中通過干式磁選后鐵的回收率高于85％，鐵品位高于70％，選后的渣粉非晶態(tài)含量高于95％。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分可從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。

圖1是泡沫渣稀相干法粒化方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

實(shí)施例1

國內(nèi)典型高爐渣，SiO₂含量35％，CaO含量39％，MgO含量8.5％，Al₂O₃含量14.5％，還有其它少量雜質(zhì)元素。

將150kg高爐渣裝入容量為5t的電爐內(nèi)熔化，熔化溫度為1450℃，保溫60min待高爐渣完全熔化后，熔渣通過渣口流入?；?，在?；覂?nèi)以0.5MPa的高速空氣沖擊形成小顆粒并換熱，?；瘯r(shí)間約為1min，空氣流量為50m³/(min·t)；粒化后的爐渣從溜槽進(jìn)入流化床通入空氣對(duì)流換熱，空氣壓力為0.2MPa，空氣流量為100m³/(min·t)，直至?；繌牧骰蚕路匠鲈谂懦觥?/p>

將冷卻后的?；ㄟ^方孔篩進(jìn)行篩分，渣的粒度范圍為2～13mm，小于5mm部分高于74％。將?；诿荛]式振蕩研磨機(jī)上進(jìn)行破碎研磨至小于200目的粉末，通過XRD衍射結(jié)合非晶計(jì)算軟件，測(cè)定渣中非晶相含量約為78％。

實(shí)施例2

將上述相同的高爐渣150kg裝入容量為5t的電爐內(nèi)熔化，熔化溫度為1450℃，保溫60min待高爐渣完全熔化后，從爐體底部以0.15m³/(min·t)的流量鼓入空氣，約1min后出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，2min后熔渣開始泡沫化體積迅速膨脹，并通過爐體側(cè)口通道涌入粒化室。泡沫渣在粒化室內(nèi)以0.5MPa的高速空氣擊打并換熱，由于泡沫渣為稀相，流動(dòng)速率較慢，?；瘯r(shí)間延長至5min，空氣流量為10m³/(min·t)；?；蟮臓t渣進(jìn)入流化床通入空氣對(duì)流換熱，空氣壓力為0.2MPa，空氣流量為100m³/(min·t)，直至?；繌南路匠鲈谂懦?。

冷卻后的?；鼜南路皆谂懦觯ㄟ^方孔篩進(jìn)行篩分，渣的粒度范圍為1～6mm，小于5mm部分高于95％，小于4mm部分高于88％。將?；诿荛]式振蕩研磨機(jī)上進(jìn)行破碎研磨至小于200目的粉末，通過XRD衍射結(jié)合非晶計(jì)算軟件，測(cè)定渣中非晶相含量約為95％。

對(duì)比實(shí)施例1與實(shí)施例2可知，泡沫化后的熔渣體積大幅增加，進(jìn)入?；业牧魉俳档?，?；璧母邏簹饬髁繙p少，經(jīng)高壓氣流擊打后?；Ч@著改善，渣粒的非晶相含量大幅提高，這表明，采取熔渣泡沫化的方式對(duì)提高風(fēng)淬效率效果顯著。

實(shí)施例3

高爐重力除塵灰，全鐵含量26.8％，金屬鐵含量0.6％，亞鐵含量2.3％，固定碳含量53.4％。轉(zhuǎn)爐泥，全鐵含量57.8％，金屬鐵含量11.2％，亞鐵含量46.6％。將轉(zhuǎn)爐泥與高爐灰按質(zhì)量比73:27混合均勻制備含碳球團(tuán)。

將上述相同的高爐渣112.5kg在容量為5t的電爐內(nèi)熔化，熔化溫度為1450℃，待高爐渣完全熔化后，將制備好的含碳球團(tuán)37.5kg加入進(jìn)行熔融還原。最初熔池反應(yīng)激烈發(fā)生噴濺現(xiàn)象，隨著反應(yīng)過程中產(chǎn)生的CO氣體的減少，噴濺現(xiàn)象逐漸消失，反應(yīng)進(jìn)行約3min后泡沫渣開始形成，維持約2min后泡沫渣開始萎縮，此時(shí)開始以0.15m³/(min·t)的流速底吹N₂，泡沫急劇增加，并通過側(cè)口涌入?；摇Ｅ菽诹；覂?nèi)以0.5MPa的高速N₂擊打并換熱，N₂流量為10m³/(min·t)；?；蟮臓t渣經(jīng)流化床通入N₂對(duì)流換熱，氣體壓力為0.2MPa，氣體流量為100m³/(min·t)，直至粒化渣全部從下方出渣口排出。

冷卻后的粒化渣通過方孔篩進(jìn)行篩分，渣的粒度均小于4mm。將粒化渣在密閉式振蕩研磨機(jī)上進(jìn)行破碎研磨至小于200目的粉末，通過化學(xué)滴定分析，確定粒化渣鐵混合物的全鐵含量為17％，金屬化率為88％。之后進(jìn)行干式磁選，得到全鐵含量為74％，金屬化率為89％，收得率為87％的鐵精粉，渣中全鐵含量3％。通過XRD衍射結(jié)合非晶計(jì)算軟件，測(cè)定渣中非晶相含量約為95％，去除鐵相的影響，渣的實(shí)際非晶相含量約為97％。

對(duì)比實(shí)施例2與實(shí)施例3可知，增加熔渣中金屬鐵含量后渣粒的尺寸進(jìn)一步降低，且金屬鐵顆粒提高了渣的導(dǎo)熱率與換熱效果，渣中玻璃相含量進(jìn)一步提升。

實(shí)施例4

將上述相同的高爐渣75kg在容量為5t的電爐內(nèi)熔化，熔化溫度為1450℃，待高爐渣完全熔化后，將制備好的含碳球團(tuán)75kg加入進(jìn)行熔融還原，與上述相同的操作過程及參數(shù)，直至粒化及流化換熱過程結(jié)束。

冷卻后的?；ㄟ^方孔篩進(jìn)行篩分，渣的粒度均小于4mm。將?；诿荛]式振蕩研磨機(jī)上進(jìn)行破碎研磨至小于200目的粉末，通過化學(xué)滴定分析，確定?；F混合物的全鐵含量為33.4％，金屬化率為87％。之后進(jìn)行干式磁選，得到全鐵含量為72％，金屬化率為89％，收得率為85.8％的鐵精粉，渣中全鐵含量3.78％。通過XRD衍射結(jié)合非晶計(jì)算軟件，結(jié)合金屬鐵含量的影響，測(cè)定渣中非晶相含量約為99％。

實(shí)施例5

將上述含碳球團(tuán)150kg加入電爐在1450℃進(jìn)行熔融還原泡沫渣形成維持約3min后開始萎縮，此時(shí)開始以0.15m³/(min·t)的流速底吹N₂，泡沫沒有大量形成，無法通過側(cè)口涌入?；?。這表明，由于金屬比重較大且粘度較低，熔渣中金屬鐵含量太高時(shí)無法形成泡沫渣。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。