PW公司冶金爐渣干法?；夹g(shù)介紹

王 強(qiáng) 王甜甜

(冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院 北京100730)

·環(huán)保技術(shù)·

PW公司冶金爐渣干法粒化技術(shù)介紹

王 強(qiáng)①王甜甜

(冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院 北京100730)

介紹了PAUL WURTH公司的冶金爐渣干法?；夹g(shù)，以及該技術(shù)應(yīng)用于迪林根ROGESA鋼鐵公司的情況和PAUL WURTH公司對(duì)該技術(shù)的專利布局。

冶金爐渣干法?；?環(huán)保 專利

1 概況

PAUL WURTH (以下簡(jiǎn)稱“PW”)公司成立于1870年，總部設(shè)在盧森堡，是一家全球知名的工程公司。該公司已經(jīng)擁有近600項(xiàng)專利，能在全球范圍內(nèi)在鋼鐵領(lǐng)域提供交鑰匙項(xiàng)目承包服務(wù)。

PW公司近些年開(kāi)發(fā)了新型冶金爐渣干法?；夹g(shù)，該技術(shù)基本原理如圖1所示。將液態(tài)爐渣倒入鑄渣機(jī)；鋼球隨后噴射進(jìn)入液態(tài)渣；鋼球增加了混合物接觸面積，快速冷卻爐渣，形成玻璃體混合物；最后采用磁選方法分離鋼球[1]。

2 PW爐渣干法?；夹g(shù)工廠試驗(yàn)情況

1)PW公司在德國(guó)迪林根ROGESA鋼鐵公司4號(hào)高爐上進(jìn)行了爐渣干法?；S試驗(yàn)，并于2013年11月進(jìn)行了第一階段熱試車。試驗(yàn)中可處理高爐液態(tài)渣流量可以高達(dá)6t/min。該試驗(yàn)計(jì)劃分為兩個(gè)階段：第一階段為建造鑄渣機(jī)、離線材料處理等裝置，已于2013年11月完成，如圖2、3所示；第二階段為在第一階段完成后添加熱能回收系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)能夠連續(xù)運(yùn)行。

圖1 PW公司新型冶金爐渣干法?；夹g(shù)基本原理

第一階段運(yùn)行步驟如下：液態(tài)渣和鋼球加入鑄渣機(jī)形成高溫玻璃態(tài)混合物，如圖4所示。隨后混合物進(jìn)入冷卻裝置進(jìn)行通宵冷卻。第二天將冷卻后的混合物進(jìn)行破碎及篩選，用磁選方式將爐渣和鋼球進(jìn)行分離。

第二階段是在第一階段基礎(chǔ)上的改進(jìn)，步驟如下：液態(tài)渣和鋼球加入鑄渣機(jī)形成高溫玻璃態(tài)混合物；將高溫玻璃態(tài)混合物掉落至擊碎凹板裝置進(jìn)行破碎；接著混合物通過(guò)熱傳輸帶進(jìn)入緩沖區(qū)，緩沖區(qū)主要作用是用來(lái)調(diào)節(jié)高爐正常的循環(huán)操作以及存儲(chǔ)能量；緩沖區(qū)下面為逆流換熱器，可將玻璃態(tài)混合物的能量轉(zhuǎn)換為600℃的熱風(fēng)，最終將接近50℃的混合物撤出熱交換器，獲得的能量可被蒸汽鍋爐、蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)或者熱風(fēng)爐預(yù)熱利用。冷卻的混合物中的鋼球通過(guò)磁鐵篩選回收并且循環(huán)利用。

2)PW公司新型冶金爐渣干法?；夹g(shù)和濕法?；啾染哂腥缦聝?yōu)點(diǎn)：

(1)沒(méi)有水的消耗。噸渣可節(jié)水0.7m3。

(2)能量可以回收。高爐熱量回收日平均為30～40MW。

圖2 鑄渣機(jī)示意圖

圖3 離線材料處理裝置

圖4 玻璃態(tài)混合物

(3)減少硫化物排放，節(jié)能環(huán)保。

(4)沒(méi)有干燥費(fèi)用。

(5)減少爐渣運(yùn)輸成本。

(6)獲得的固態(tài)爐渣完全適用于混凝土工業(yè)。

3 PW爐渣干法?；夹g(shù)專利布局及介紹

可以看出，PW公司的干渣?；に嚲哂邢喈?dāng)程度的創(chuàng)新。該技術(shù)目前處于試驗(yàn)階段，并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，但是PW公司早在2010年已經(jīng)對(duì)該技術(shù)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行專利提前布局，其中也包括中國(guó)。PW公司涉及該技術(shù)的核心專利為2件，如表1所示。

表1 PW公司的干渣?；に嚨暮诵膶＠?/p>

其中，專利1“冶金爐渣的干法?；睘镻W公司于2010年申請(qǐng)，同時(shí)該專利在中國(guó)、歐洲、日本等8個(gè)國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行了專利布局。該專利公開(kāi)了一種冶金爐渣干法?；澳芰炕厥盏难b置和方法，如圖5所示[2]。

其主要原理為：在渣溝1或渣桶內(nèi)運(yùn)輸在大約1500℃溫度下具有大約2.7g/cm3密度的熱液態(tài)渣2，以大約0.5t/min到4t/min的流速將其傳輸給鑄渣機(jī)3。在此鑄渣機(jī)3內(nèi)，熱液態(tài)渣與來(lái)自第一儲(chǔ)存箱22的固態(tài)金屬顆粒4混合，該固態(tài)金屬顆粒具有高達(dá)三倍的流速(即，大約1t/min到大約12t/min)，該固態(tài)金屬顆粒的粒度為2mm～50mm，在從環(huán)境溫度到大約100℃的溫度范圍內(nèi)，具有3g/cm3到10g/cm3的體積密度，以便形成渣餅10，該渣餅密度約4g/cm3、溫度約800℃。位于鑄渣機(jī)之上的吸引裝置5回收在混合液態(tài)渣和固態(tài)金屬顆粒的過(guò)程中排放的任何塵粒。以大約4t/min的速率，形成的渣餅10排出在耐熱輸送帶8上，并且將其輸送至第一破碎機(jī)9，在第一破碎機(jī)處，壓碎渣餅，從而形成粒度約200mm的凝固渣塊，金屬顆?；旌显谄渲小Ｔ趯⒃?0輸送至破碎機(jī)9的同時(shí)，熱感照相機(jī)6測(cè)量渣餅10的溫度，并且如果需要的話，通過(guò)噴水器7在渣餅10上灑水，以便將渣餅10的溫度調(diào)節(jié)到大約800℃的溫度。將在其內(nèi)混合有金屬顆粒的凝固渣塊從第一破碎機(jī)9中傳輸給淺斗式輸送機(jī)11，并且將其輸送給第二破碎機(jī)12，在第二破碎機(jī)中，其內(nèi)混合金屬顆粒的凝固渣塊的粒度減小到大約40mm～80mm 的尺寸。在預(yù)處理室13內(nèi)收集凝固渣塊的這種連續(xù)的材料流，其溫度約700℃，粒度約40mm～90mm，體積密度約2g/cm3～5g/cm3。第二破碎機(jī)12是可選的。根據(jù)?；椒盃t渣特性，第一破碎機(jī)9可用于將粒度減小至約90mm，則不再需要第二破碎機(jī)。將混合金屬顆粒的凝固渣塊從預(yù)處理室13傳輸?shù)綗峤粨Q器 14中，在圖5中所描述的實(shí)施例中，該熱交換器包括四個(gè)熱交換器子單元A、B、C、D，這些子單元以逆流模式進(jìn)行操作，即，從頂部提供熱材料，冷卻之后，從底部抽出熱材料，相反，通過(guò)底部注入冷卻氣體(通常為空氣)在加熱之后，從頂部抽出該氣體。在空氣穿過(guò)熱交換器時(shí)，將空氣加熱，將熱交換器內(nèi)所包含的爐渣和固態(tài)金屬顆粒冷卻到大約100℃，將其排出在后處理室21內(nèi)。通過(guò)氣體導(dǎo)管19，將風(fēng)扇20所產(chǎn)生的氣流引入處于冷卻模式的三個(gè)熱交換器子單元內(nèi)。發(fā)生熱交換之后，通過(guò)熱氣體導(dǎo)管15，引出加熱的氣流。在將大約700℃的熱氣體傳輸給熱交換器以便產(chǎn)生蒸汽17之前，在旋風(fēng)分離器16內(nèi)濾出灰塵。將這樣產(chǎn)生的蒸汽傳輸給渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，以便發(fā)電。然后，通過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的管道18，將冷卻的氣體引回到風(fēng)扇中。然后，爐渣顆粒與固態(tài)金屬顆粒分離。用于分離固態(tài)金屬顆粒和凝固渣的方法可包括壓碎和過(guò)篩、或者研磨和過(guò)篩、研磨和使用磁場(chǎng)等等。儲(chǔ)存冷卻的爐渣，以備后用，而通過(guò)管狀輸送機(jī)將冷卻的固態(tài)金屬顆粒傳輸至第一儲(chǔ)存箱22以及傳輸至鑄渣機(jī)3。

圖5 PW冶金爐渣干法?；澳芰炕厥昭b置

1-渣溝; 2-液態(tài)渣; 3-鑄渣機(jī); 4-金屬顆粒; 5-吸引裝置; 6-照相機(jī); 7-噴水器; 8-輸送帶; 9-第一破碎機(jī); 10-渣餅; 11-輸送機(jī); 12-第二破碎機(jī); 13-預(yù)處理室; 14-熱交換器; 15-熱氣體導(dǎo)管; 16-旋風(fēng)分離器; 17-蒸汽; 18-管道; 19-氣體導(dǎo)管; 20-風(fēng)扇; 21-后處理室; 22-存儲(chǔ)箱

圖6顯示了圖5中鑄渣機(jī)的第一優(yōu)選的實(shí)施例。首先將來(lái)自渣溝1的熱液態(tài)渣2倒入槽形皮帶輸送機(jī)8的槽3內(nèi)，然后，將固態(tài)金屬顆粒5倒入包含熱液態(tài)渣2的槽3內(nèi)?；旌蠠嵋簯B(tài)渣2和固態(tài)金屬顆粒5，以便形成凝固的玻璃狀渣餅7。槽形皮帶輸送機(jī)8的每個(gè)槽3首先裝有液態(tài)渣，前進(jìn)到第一儲(chǔ)存箱4下，以便裝有固態(tài)金屬顆粒，固態(tài)金屬顆粒降入每個(gè)槽3內(nèi)。凝固之后，在淺斗式輸送機(jī)上清空槽3。每個(gè)槽3首先裝有液態(tài)渣2，裝到約三分之一的高度處，將固態(tài)金屬顆粒5引入槽3內(nèi)。直徑為10mm的固態(tài)金屬顆粒70從大約2m的高度降落，以便快速有效地混合爐渣2和固態(tài)金屬顆粒5。

圖7顯示了圖5中鑄渣機(jī)的第二優(yōu)選的實(shí)施例。首先將來(lái)自渣溝1的熱液態(tài)渣5倒入槽2內(nèi)。雖然圖6中的槽固定在輸送帶上，但圖7的實(shí)施例中的槽固定在轉(zhuǎn)筒6上。在第一位置，將槽2放在渣溝1下面，并且裝有液態(tài)渣5，裝到其大約三分之一的高度處，然后，該槽在箭頭的方向朝著用于固態(tài)金屬顆粒的第一儲(chǔ)存箱3之下的第二位置旋轉(zhuǎn)。將固態(tài)金屬顆粒4倒入包含熱液態(tài)渣的槽2 內(nèi)。通過(guò)降落的固態(tài)金屬顆粒4的動(dòng)能的作用，混合熱液態(tài)渣和固態(tài)金屬顆粒4，以便形成凝固的玻璃狀渣餅7。槽2然后旋轉(zhuǎn)到第三位置，在第三位置如圖7中所示，通過(guò)重力的作用，在淺斗式輸送機(jī)上清空槽。轉(zhuǎn)筒6的每個(gè)槽2首先裝有液態(tài)渣，前進(jìn)到第一儲(chǔ)存箱3下方，以便裝有固態(tài)金屬顆粒，固態(tài)金屬顆粒降入每個(gè)槽3內(nèi)并且然后進(jìn)入第三位置，在第三位置，凝固的玻璃狀渣餅7從槽2中掉出。然后，槽2進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，直到再次到達(dá)第一位置。

圖6 鑄渣機(jī)的第一優(yōu)選的實(shí)施例

1-渣溝; 2-液態(tài)渣; 3-槽; 4-存儲(chǔ)箱; 5-金屬顆粒; 6-鑄渣機(jī); 7-渣餅; 8-輸送機(jī)

圖7 鑄渣機(jī)的第二優(yōu)選的實(shí)施例

1-渣溝; 2-槽; 3-儲(chǔ)存箱; 4-金屬顆粒; 5-液態(tài)渣; 6-轉(zhuǎn)筒; 7-渣餅

其中，專利2“冶金渣的粒化”為PW公司于2010年申請(qǐng)，同時(shí)該專利在中國(guó)、歐洲、日本等7個(gè)國(guó)家進(jìn)行了專利布局。該專利公開(kāi)了一種冶金爐渣干法?；难b置及方法，如圖8所示[3]。

其主要原理為：用渣溝1或渣桶，以約0.5至約6t/min的流速，運(yùn)送溫度約1500℃以及密度約2.7g/cm3的熱液渣2。將熱液渣2倒入鑄渣機(jī)4，其包括模具或槽5，其可以是耐火材料襯里。鑄渣機(jī)4可以是槽式輸送帶。在已將熱液渣2倒入鑄渣機(jī)4的模具5以后，通過(guò)雷達(dá)探頭3進(jìn)行的水平測(cè)量指示在模具5中渣層的高度以能夠使固體金屬顆粒(鋼球)的質(zhì)量適應(yīng)于加入到特定模具5。選擇在鋼球和熱液渣2之間的質(zhì)量比以在混合物中實(shí)現(xiàn)所期望的溫度。因此，確切的質(zhì)量比取決于熱液渣2的溫度和鋼球的溫度、以及取決于渣的密度和熱容量。對(duì)于在1500℃下的熱液渣2和在30℃下的鋼球，必要的質(zhì)量比(鋼球/熱液渣)約2.4，而相應(yīng)的體積比約0.8。用熱液渣2填充鑄渣機(jī)的每個(gè)模具5，然后推進(jìn)在第一緩沖料斗10下以填充鋼球9，將鋼球落入每個(gè)模具5。將鋼球9儲(chǔ)存在位于鑄渣機(jī)4上方的第一緩沖料斗10中并利用速度可控的螺旋輸送機(jī)8或速度可控的振動(dòng)式滑槽來(lái)提取。利用振動(dòng)式滑槽7或靜態(tài)分布裝置，將鋼球9均勻分布于它們將落至其上的模具5的整個(gè)表面。如果有必要或在緊急情況下，安裝在鑄渣機(jī)4的模具5上方的噴水器6可以用來(lái)進(jìn)一步冷卻渣餅。在達(dá)到平衡溫度以后，需要進(jìn)一步冷卻渣餅11以允許容易分離渣粒和鋼球?？梢詫⒃?1直接落入水浴。在圖8所示的實(shí)施方式中，首先將渣餅落出模具5到第一擊碎凹板12上，此處渣餅11被破碎成更小的碎片。將這些渣餅碎片落在位于擊碎凹板12下方的冷流道20上。進(jìn)一步冷卻渣餅碎片11并通過(guò)強(qiáng)水噴流19洗掉。該水噴流19可通過(guò)具有約1000m3/h水流量的普通的Paul Wurth SA粒化頭13。由發(fā)射自?；^13的水流接收的渣餅碎片11被投向位于在冷流道20的末端的一定距離處的第二擊碎凹板16，然后落在位于冷流道20和第二擊碎凹板16下方的水浴21中。利用帶式輸送機(jī)17，將渣餅碎片11排出水浴21。這種帶式輸送機(jī)17還承擔(dān)用于渣餅碎片11的脫水裝置的作用。然后將約3～6mm的中等尺寸的渣餅碎片11供入破碎機(jī)18，其中壓碎包含鋼球9的渣餅碎片11以在一方面形成渣粒27并釋放包含在渣餅11中的鋼球9，借助于磁力運(yùn)輸機(jī)23可以實(shí)現(xiàn)鋼球9與渣粒27的有效分離。在鋼球9與渣粒27分離以后，通過(guò)帶式輸送機(jī)29，將渣粒27輸送到儲(chǔ)存區(qū)28，而鋼球9則被再循環(huán)到第一緩沖料斗10。篩25可以用來(lái)消除已磨損或損壞的鋼球24以及將它們落入位于篩25 下方的盒26。通過(guò)沸騰熱傳遞來(lái)冷卻凝固的玻璃化的渣餅11的碎片以及通過(guò)位于水浴21上方的煙道14來(lái)釋放產(chǎn)生的水蒸汽15。導(dǎo)管30向水浴21提供補(bǔ)充水以補(bǔ)償蒸發(fā)的水。升壓泵31將工藝水遞送到?；^13以產(chǎn)生水噴流 19。水浴21的溫度將是約100℃。再循環(huán)泵22確保有效提取可沉降在水浴21底部的任何細(xì)粉。

圖8 PW冶金爐渣干法?；b置

1-渣溝; 2-液渣; 3-雷達(dá)探頭; 4-鑄渣機(jī); 5-槽; 6-噴水器; 7-振動(dòng)式滑槽; 8-螺旋輸送機(jī); 9-鋼球; 10-第一緩沖料斗; 11-渣餅; 12-第一擊碎凹板; 13-粒化頭; 14-煙道; 15-水蒸汽; 16-第二擊碎凹板; 17-帶式輸送機(jī); 18-破碎機(jī); 19-強(qiáng)水噴流; 20-冷流道; 21-水浴; 22-再循環(huán)泵; 23-磁力運(yùn)輸機(jī); 24-損壞鋼球; 25-篩; 26-盒; 27-渣粒; 28-儲(chǔ)存區(qū); 29-帶式輸送機(jī); 30-導(dǎo)管; 31-升壓泵

4 結(jié)論

可以看出，PW公司的冶金爐渣干法?；夹g(shù)具有環(huán)保、高效的特點(diǎn)，具有創(chuàng)新性。PW公司正在德國(guó)迪林根鋼廠進(jìn)行中試試驗(yàn)，已經(jīng)取得部分成功。PW公司對(duì)該技術(shù)的保護(hù)十分重視，進(jìn)行了全球?qū)＠季郑瑢＠季謬?guó)家包括中、日、韓、歐、美等世界主要國(guó)家及地區(qū)。我國(guó)技術(shù)人員應(yīng)該了解世界先進(jìn)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展，同時(shí)學(xué)習(xí)和借鑒他們發(fā)表的成果，為我國(guó)鋼鐵環(huán)保技術(shù)發(fā)展以及應(yīng)對(duì)以后可能出現(xiàn)的技術(shù)壟斷貢獻(xiàn)力量。

[1]H.Kappes, D.Michels. Dry Slag Granulation With Energy Recovery: Pilot Campaign at ROGESA[J]. AISTech 2014: Proceedings of the Iron & Steel Technology Conference: 5～8 May 2014, Indianapolis, Indiana, U.S.A., v.I.2014：93-102.

[2]馬克·索爾維，鮑勃·格賴弗蒂爾，克洛迪娜·弗里德里奇等.冶金爐渣的干法?；? 保爾伍斯股份有限公司.2011.專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201180044073.5.

[3]馬克·索爾維，鮑勃·格賴弗蒂爾，馬蒂亞斯·霍夫曼等. 冶金渣的?；? 保爾伍斯股份有限公司.2011.專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201180060869.X.

Introduction of the Dry Granulation of Metallurgical Slag Technology for PAUL WURTH

Wang Qiang Wang Tiantian

(China Metallurgical Information and Standardization Institue, Beijing 100730)

This article introduced the dry granulation of metallurgical slag technology for PAUL WURTH, including the technology applied to the pilot campaign at ROGESA Co., and the patent layout strategy.

Dry granulation of metallurgical slag Environmental protection technology Patent

王強(qiáng)，男，1981年出生，畢業(yè)于燕山大學(xué)專業(yè)，碩士，工程師，從事冶金信息研究工作

TF321.7 TP391

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.014

2015-01-15)