CN101891378A - 利用炼铁炉渣生产矿渣棉的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种利用炼铁炉渣生产矿渣棉的设备和方法，属于炼铁炉渣利用技术领域。设备包括炉渣槽、吹氧加温槽、喷吹槽、束状喷嘴、吹棉室、热交换器、布袋收集器、主抽风机和烟囱；炉渣槽、吹氧加温槽、喷吹槽、吹棉室、热交换器、布袋收集器、主抽风机和烟囱依次首尾连接，束状喷嘴位于喷吹槽下方，为喷吹高温溶渣提供气源；喷吹槽出口在吹棉室一端的上部，喷吹槽出口下部30-100厘米是下垂的扁嘴形状。工艺包括：炼铁炉渣的调制、矿渣棉的吹制、余热回收、矿渣棉的收集。优点在于，能将高炉炉渣合理利用，生产出高附加值的矿渣棉，并可有效回收高炉炉渣余热，节能、环保、经济效益明显。

Description

利用炼铁炉渣生产矿渣棉的设备和方法

技术领域

本发明属于炼铁炉渣利用技术领域，提供了一种利用炼铁炉渣生产矿渣棉的设备和方法，为利用冶金行业炼铁高炉炉渣生产高附加值产品矿渣棉并合理利用炼铁炉渣余热开辟了新途径，实现了节能环保。

背景技术

冶金行业炼铁高炉炉渣处理方法分为出干渣和水淬渣，由于出干渣环境污染较为严重，且资源利用率低，现已很少使用，一般只在事故处理时，设置干渣坑或渣灌出渣；目前高炉熔渣处理主要采用水淬渣工艺。水淬后得到水渣，水渣可用于制造渣砖、轻质混凝土砌块或将其干燥研磨后作为水泥原料，此方法虽将废渣进行了合理利用，但产品附加值较低，而且炉渣的余热未得到合理的利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用炼铁炉渣生产矿渣棉的设备和方法，能将高炉炉渣合理利用，生产出高附加值的矿渣棉，并可有效回收高炉炉渣余热，节能、环保、经济效益显著。

本发明的设备包括渣槽、吹氧加温槽、喷吹槽、束状喷嘴、吹棉室、热交换器、布袋收集器、主抽风机和烟囱。其连接方式是：渣槽、吹氧加温槽、喷吹槽、吹棉室、热交换器、布袋收集器、主抽风机和烟囱依次首尾连接，束状喷嘴位于喷吹槽下方，为喷吹高温溶渣提供气源。设备具体连接见图2。喷吹槽出口下部30-100厘米是下垂的扁嘴形状，扁嘴下垂角度与水平成5-45度，扁嘴口宽度5-50厘米，扁嘴口厚度3-7厘米，能达到最大每小时80吨的流量；吹氧加温槽为一长方体，吹氧加温部分在中部，后面有一个、两个或三个出口；吹棉室的形状为椭圆体，下部设锥形排料口3-5个。

喷吹槽和束状喷嘴描述：.高温熔渣从喷吹槽出口流出的形状和流量对矿渣棉的吹制具有重要影响。我们选择了喷吹槽出口为下垂的扁嘴形状，如图1所示。扁嘴下垂角度与水平成5-45度，最佳角度为15-30度(扁嘴下垂角度的选取以能保证流出高温溶渣形状为扁平流，即厚度在2-5厘米，且从喷吹槽出口流出时下落流速0.2-1.5米/秒。如果出口流速过高则应调整束状喷嘴供气压力增高。在正常0.6-1.0MPA的供气压力下，束状喷嘴流出高温溶渣扁平流厚度3-4厘米为最佳；流出时下落速度0.3-0.5米/秒最佳)。扁嘴口宽度5-50厘米(可适应每小时5-80吨流量状态下的矿渣棉生产，扁嘴与束状喷嘴配套使用。)，扁嘴口厚度3-7厘米(4-5厘米为最佳)。这样就保证了高温熔渣从喷吹槽流出时的形状，利于吹出高质量的矿渣棉。同时由于扁嘴口较宽且向下倾斜，高温熔渣的流速较快，能达到最大每小时80吨的流量。

束状喷嘴对矿渣棉的喷制质量至关重要。本发明中束状喷嘴上有40～100个喷气孔有规律排布，相邻气孔孔心间距15-40毫米，其中一部分喷气孔水平排成一行，另外喷气孔纵向排成两行，分别位于横向一排气孔的两侧，与横向一排气孔组成一个U字形。横向气孔的排列长度与喷吹槽扁嘴口宽度对应(略宽于喷吹槽扁嘴口宽度4-6厘米)，纵向气孔排列的高度15-50厘米。每个噴气孔的直径为5-10毫米(6-8毫米为最佳)，相邻两个喷气孔的孔心距为15-40毫米(25-30毫米最佳)。束状喷嘴大小应与喷吹槽出口的扁嘴口匹配，适应喷吹槽流出高温熔渣料流的宽度和厚度。

本发明的工艺流程为：

1、炼铁炉渣的调制：从高炉出铁炉前流出的渣铁经过渣铁分离器分离出的炼铁炉渣为1450-1550度的高温流体，碱度在1.05-1.15，加入碱度调整剂(硅石粉、玄武岩粉、安山岩粉或石灰)将其碱度调整到1.0-1.10之间，碱度调整剂从渣槽尾部均匀洒落到炉渣表面，加入碱度调整剂后，炉渣流入落差0.2-1.0米的吹氧加温槽，吹氧加温槽内煤粉管与吹氧管混和后吹入吹氧加温槽内渣流中，吹氧加温后渣流温度1450-1500度范围；

2、矿渣棉的吹制：用高压氮气或压缩空气，压力为0.6-1.0Mpa，喷吹高温熔渣制取矿渣棉；过程为：由吹氧加温槽流出的调配好的高温熔渣进入喷吹槽，经料流整形后从槽口流出，被喷吹料流从喷吹槽出口流出、下落，喷吹流量为每立方米炉渣2000-3500立方米氮气或空气；吹出的矿渣棉纤维直径6-8微米；吹棉室内矿渣棉浓度为400-700克/立方米，吹棉室压力为-0.3--1.5Kpa，吹棉室温度700-1200摄氏度；

3、余热回收：把吹棉室产生的高温矿棉和空气混合物的热量进行吸收，从热交换器产生高温蒸汽；使余热得到有效吸收，热交换完成后，交换器出口温度200-300摄氏度。

4、矿渣棉的收集：经余热回收后的气体和矿渣棉混合物，由布袋收集器将矿渣棉捕捉收集；

5、废渣循环利用：吹棉室内对融融原料进行吹制得到高温气棉混合物的同时，会有部分矿渣未被吹成絮状，落入吹棉室下部，在残渣口处聚集，定时取出残渣，以添加料形式加入渣槽中循环利用。

附图说明

图1为炼铁炉渣吹制矿渣棉工艺中喷吹槽出渣口的形状图

图2为炼铁炉渣吹制矿渣棉工艺流程图。其中1为渣槽，2为吹氧加温槽，3为喷吹槽，4为束状喷嘴，5为吹棉室。6为热交换器，7为布袋收集器，8为主抽风机，9为烟囱，10为残渣口。

图3为束状喷嘴气孔排布图。

具体实施方式

本发明的工艺流程见图2。

1、炼铁炉渣的调制：从高炉出铁炉前流出的渣铁经过渣铁分离器分离出的炼铁炉渣为1450-1550度的高温流体，一般高炉炉渣的流动性较好，碱度在1.05-1.15(2元碱度)，此碱度范围不是生产矿渣棉最好的碱度，应加入硅石粉、玄武岩粉或安山岩粉将其碱度调整到1.0-1.10之间(最佳碱度1.03-1.06)。如炉渣碱度较低(小于1.0)，应加入石灰保证碱度在1.0-1.10。一般情况高炉配料在不变料情况下，炉渣碱度是比较固定的，因此，高炉配料相同时，炉渣碱度基本固定，相同体积炉渣中加入的碱度调整剂(硅石粉、玄武岩粉或安山岩粉均是降低碱度的调整剂。是由硅石、玄武岩和安山岩破碎成的粉末。硅石是脉石英、石英岩、石英砂的总称。其主要成份二氧化硅的含量分别为99％、98％、95％。玄武岩二氧化硅的含量45-55％。安山岩二氧化硅的含量更低。可根据实际情况选用一种。石灰是增加碱度的调整剂，主要成份氧化钙含量在80-92％。)种类是相同的添加量是固定的，只需在每次高炉改变如炉料配比时，进行炉渣碱度化验，以决定加入碱度调整剂的种类和多少。炉渣在渣槽内开始进行碱度调整，碱度调整剂从渣槽尾部均匀洒落到炉渣表面，加入碱度调整剂后，炉渣流入落差0.2-1.0米(0.4-0.6米最佳)的吹氧加温槽，落差可确保碱度调整剂与炉渣充分混合。吹氧加温槽内煤粉管与吹氧管混和后吹入吹氧加温槽内渣流中，可保证吹氧加温后渣流温度1450-1500度范围，(用氧气顶吹的方法添加煤粉量的多少与达到温度要求为准。不同出渣温度和炉渣流量需氧量和煤粉量会有不同，最终目的是使流到喷吹槽出口的渣温在1400-1500度的最佳喷吹温度。)吹氧加温槽为一长方体，吹氧加温部分在中部，后面有一个、两个或三个出口(一个出口为一个吹棉室提供渣流，每个吹棉室渣流最大为80吨/小时，所以要依据高炉出渣量确定出口数量。几个出口就配几套矿渣棉制备系统。)，高温熔渣(高温熔渣是将碱度调整到1.0-1.10，最佳碱度为：1.03-1.06。温度调整到适宜喷棉的1400-1500度的炼铁炉渣，也叫吹棉渣。)从吹氧加温槽出口流出，如果高温熔渣流经吹氧加温槽和喷吹槽后温度仍高于1400度，则不需加温。高温熔渣流入吹棉槽经过料流整形，从吹棉槽流出。达到符合吹制的下落流形(符合吹制的下落流形为片状厚度均匀的下落流面，流面厚度以3-4厘米为最佳，宽度无要求，宽度较宽时只需加宽喷嘴。但流束较宽时很难做到流束厚度符合3-4厘米要求。为得到较好的流面，喷吹槽出渣口的形状为下垂扁嘴形，具体形状见附图1。

2、矿渣棉的吹制：吹棉室的形状为椭圆体，直径6-8米，长度40-50米，内壁用耐火材料，用以保温绝热，下部设锥形排料口3-5个，用以定期清除未被吹成矿棉的渣料。用高压氮气或压缩空气(两者均可，压力为0.6-1.0Mpa)喷吹高温熔渣，制取矿渣棉。过程为：由吹氧加温槽流出的调配好的高温熔渣进入喷吹槽，经料流整形后从槽口流出，喷吹槽出口在吹棉室一端的上部，喷吹槽出口下部30-50厘米是束状喷嘴，被喷吹料流从喷吹槽出口流出、下落，束状喷嘴是一束横向喷气孔和两束与之垂直的喷射孔，两束与之垂直的喷射孔在横向气孔束的两端，与横向气孔束组成U字形，相邻气孔孔心间距15-40毫米(25-30毫米最佳)。气孔直径为5-10毫米(6-8毫米为最佳)，喷气方向为水平略向上(与水平夹角10-15度)与料流面垂直。喷吹流量为每立方米炉渣2000-3500立方米氮气(或空气)。束状喷嘴气孔出口距下落的高温熔渣20-60厘米(30-40厘米为最佳)。吹出的矿渣棉纤维直径6-8微米。吹棉室内矿渣棉浓度为400-700克/立方米，吹棉室压力为-0.3--1.5Kpa(压力由主抽风机吸气产生)，吹棉室温度700-1200度。为保证吹棉室下部不会产生矿渣棉沉积，用氮气或压缩空气对下部要进行吹扫。

3、余热回收：余热回收部分把吹棉室产生的高温矿棉和空气混合物的热量进行吸收，从热交换器产生高温蒸汽。使余热得到有效吸收，热交换完成后，热交换器出口温度200-300度。

4、矿渣棉的收集：经余热回收后的气体和矿渣棉混合物，由布袋收集器将矿渣棉捕捉收集。

5、废渣循环利用：吹棉室内对融融原料进行吹制得到高温气棉混合物的同时，会有部分矿渣未被吹成絮状，落入吹棉室下部，在残渣口处聚集，定时取出残渣，以添加料形式加入渣槽中循环利用。

实施例1：高炉出渣口炉渣温度为1498度，碱度1.09(2元碱度)，流经渣槽1时添加硅石粉(麦石英粉，二氧化硅含量99％)，调整后碱度为1.03，未经加温从吹氧加温槽2流出的高温熔渣温度为1460度，从喷吹槽3流出的吹棉渣温度为1445度，渣流厚度约为3厘米，宽度约为22厘米，喷嘴4水平孔数为16个，孔心距1.5厘米，两侧与之垂直的两排竖孔每排10个，孔心距为1厘米，所有喷孔孔径均为8毫米，高压氮气(0.8Mpa)从束状喷嘴4极速喷出，将下落的吹棉渣向斜上方噴起，形成高温絮状矿渣棉，漂浮于吹棉室5内，高压氮气流量为每小时6千立方米，矿渣流的流量为每小时8立方米。吹棉室内混有大量矿渣棉的炙热气体进入热交换器6，进行热交换，产生高温蒸汽。混有大量矿棉的炙热气体从热交换器流出后温度降低到250度，再进入矿棉布袋收集器7，经布袋收集器收集后的洁净气体经主抽风机8后，从烟囱9排入大气。喷吹室下部会有少量未形成矿棉的矿渣积落于底部，吹棉完毕期清理残渣口10得到颗粒状残渣，直径1-10毫米，将残渣回收以添加剂的形式从渣槽加入新渣中再利用。

实施例2：高炉出渣口炉渣温度为1520度，碱度1.08(2元碱度)，流经渣槽1时添加硅石粉(麦石英粉，二氧化硅含量99％)，调整后为1.05，未经加温从吹氧加温槽2流出的高温熔渣温度为1485度，从喷吹槽3流出的吹棉渣温度为1475度，渣流厚度约为3厘米，宽度约为22厘米，喷嘴4水平孔数为16个，孔心距1.5厘米，两侧与之垂直的两排竖孔每排10个，孔心距为1厘米，所有喷孔孔径均为8毫米，高压氮气(0.8Mpa)从束状喷嘴4极速喷出，将下落的矿棉喷吹料向斜上方噴起，形成高温絮状矿渣棉，漂浮于吹棉室5内，高压氮气流量为每小时6千立方米，矿渣流的流量为每小时8立方米。吹棉室内混有大量矿渣棉的炙热气体进入热交换室6，进行热交换，产生高温蒸汽。混有大量矿棉的炙热气体从热交换器流出后温度降低到275度，再进入矿棉布袋收集器7，经布袋收集器收集后的洁净气体经排烟机8后，从烟囱9排入大气。喷吹室下部会有少量未形成矿棉的矿渣积落于底部，吹棉完毕期清理残渣口10得到颗粒状残渣，直径1-10毫米，将残渣回收以添加剂的形式从渣槽加入新渣中再利用。

Claims (5)

1.一种利用炼铁炉渣生产矿渣棉的设备，其特征在于，包括炉渣槽、吹氧加温槽、喷吹槽、束状喷嘴、吹棉室、热交换器、布袋收集器、主抽风机和烟囱；炉渣槽、吹氧加温槽、喷吹槽、吹棉室、热交换器、布袋收集器、主抽风机和烟囱依次首尾连接，束状喷嘴位于喷吹槽下方，为喷吹高温溶渣提供气源；喷吹槽出口在吹棉室一端的上部，喷吹槽出口下部30-100厘米是下垂的扁嘴形状，扁嘴下垂角度与水平成5-45度，扁嘴口宽度5-50厘米，扁嘴口厚度3-7厘米，能达到最大每小时80吨的流量；吹氧加温槽为一长方体，吹氧加温部分在中部，后面有1～3个出口；吹棉室的形状为椭圆体，下部设锥形排料口3-5个。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，扁嘴下垂角度与水平成15-30度，扁嘴口厚度4-5厘米。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，束状喷嘴上有40～100个喷气孔有规律排布，相邻气孔孔心间距15-40毫米；其中一部分喷气孔水平排成一行，另外喷气孔纵向排成两行，分别位于横向一排气孔的两侧，与横向一排气孔组成一个U字形；横向气孔的排列长度与喷吹槽扁嘴口宽度对应，并宽于喷吹槽扁嘴口宽度4-6厘米；纵向气孔排列的高度15-50厘米。每个噴气孔的直径为5-10毫米，相邻两个喷气孔的孔心距为15-40毫米；束状喷嘴大小应与喷吹槽出口的扁嘴口匹配，适应喷吹槽流出高温熔渣料流的宽度和厚度。

4.一种采用权利要求1所述设备利用炼铁炉渣吹制矿渣棉的方法，其特征在于，工艺为：

(1)炼铁炉渣的调制：从高炉出铁炉前流出的渣铁经过渣铁分离器分离出的炼铁炉渣为1450-1550度的高温流体，碱度在1.05-1.15，加入碱度调整剂将碱度调整到1.0-1.10之间，碱度调整剂从渣槽尾部均匀洒落到炉渣表面，加入碱度调整剂后，炉渣流入落差0.2-1.0米的吹氧加温槽，吹氧加温槽内煤粉管与吹氧管混和后吹入吹氧加温槽内渣流中，加温后，渣流温度1450-1500度范围；

(2)矿渣棉的吹制：用高压氮气或压缩空气，压力为0.6-1.0Mpa，喷吹高温熔渣制取矿渣棉；过程为：由吹氧加温槽流出的调配好的高温熔渣进入喷吹槽，经料流整形后从槽口流出，被喷吹的料流从喷吹槽出口流出、下落，束状喷嘴喷吹流量为每立方米炉渣2000-3500立方米氮气或空气；吹出的矿渣棉纤维直径6-8微米；吹棉室内矿渣棉浓度为400-700克/立方米，吹棉室压力为-0.3--1.5Kpa，吹棉室温度700-1200度；为保证吹棉室下部不会产生矿渣棉沉积，用氮气或压缩空气对下部要进行吹扫；

(3)余热回收：把吹棉室产生的高温矿棉和空气混合物的热量进行吸收，从热交换器产生高温蒸汽；使余热得到有效吸收，热交换完成后，交换器出口温度200-300摄氏度；

(4)矿渣棉的收集：经余热回收后的气体和矿渣棉混合物，由布袋收集器将矿渣棉捕捉收集；

(5)废渣循环利用：吹棉室内对融融原料进行吹制得到高温气棉混合物的同时，会有部分矿渣未被吹成絮状，落入吹棉室下部，在残渣口处聚集，定时取出残渣，以添加料形式加入渣槽中循环利用。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的碱度调整剂为硅石粉、玄武岩粉或安山岩粉。

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