转杯—流化床法回收融态渣高温显热的应用基础研究

采用转杯-流化床处理熔融态高炉渣，用空气来冷却炉渣，并将起用做热风炉的助燃空气，实现炉渣的显热回收。研究转杯直径、转速、气流速度、渣的粘度以及渣的加入量等对渣粒的形状、在径向区域内的质量分布以及渣粒直径的影响，探明控制粒形及其分布的操作条件和几何条件，建立各因素与直径之间的关系式。研究渣粒直径、床层质量以及气流速度等对传热系数的影响，建立流化床传热数学模型，预示渣粒在流化床内的换热特性。研究冷却强度对渣粒组织结构的影响，确定获得玻璃体组织所需的最小冷却强度。具有节能环保的双重意义，对提高冶金渣综合利用水平产生推动作用。 2100433B

液态渣是冶金行业火法冶金过程中所产生的废弃物，呈高温、液态的工业废渣。火法冶金过程的液态渣主要有三种，即炼铁产生的高炉渣，炼钢产生的钢渣，生产铁合金产生的合金渣及冶炼有色金属产生的其它冶金渣。液由于生产工艺不同，冶炼产生的液态渣的温度也不同。炼铁、炼钢的液态渣温度为1450—1700度，冶炼铁合金的液态渣温度范围为1400—1800度，而冶炼有色金属的液态渣温度范围多数为1400-1800度。火法冶金的液态渣，属于高品位的余热资源，具有很高的回收价值。高炉渣热焓约为1700MJ/t渣。钢渣热焓约为1670MJ/t渣。合金渣热焓约为1700-1900MJ/t渣。有色金属渣热焓波动范围较大，均超过1000MJ/t渣。

由于原料的品种、成分以及冶金产品品种、冶炼工艺的不同，液态渣的物理和化学性质也不同。液态渣主要成分由钙、硅、铝、镁、铁、锰、磷等化学元素及氧化物组成，含量在80%以上。各种液态渣氧化物含量相差较大。 碱度液态渣中的氧化钙、氧化镁与二氧化硅之比。活性与稳定性虽然各种液态渣的化学成分相同，但由于冶炼和液态渣处理工艺条件不同，液态渣的矿物组成也有很大不同，矿物组成决定了材料的性质和用途。 液态渣在缓冷时，形成晶体相，特别是游离氧化钙、氧化镁，与水化合易产生体积膨胀。只有当基本消解后，体积才会趋于稳定。 液态渣在急冷即俗称的淬冷时，形成非晶相或玻璃相。硅酸三钙、硅酸二钙等为活性矿物，属于水硬胶凝材料的重要组成成分。 耐磨性液态渣的耐磨程度与其矿物组成和结构有关。放热性在液态渣冷却发生不同相变时，释放出的热量不同。 流动度与粘性在冷却时，液态渣流动度与粘性影响处理工艺的选择。

显热回收技术，一要回收液态渣余热，二要便于液态渣的再利用，三要不造成环境污染，四要达到短距离生产。液态渣显热回收技术所获得的产品是热风、湿蒸汽和建筑材料原料等。按照液态渣显热回收技术主要工艺特点分类如下。 液态渣作为回炉原料在符合冶炼工艺条件下，当液态渣含金属成分和冶炼外加剂成分较高时，液态渣返回生产，直接作为生产原料使用。液态渣作为热兑原料在液态渣基本不含金属成分时，可根据渣成分，通过加人调整其成分原料，直接生产产品，作为建筑材料等的原料。 液态渣作为其它工艺热源利用循环空气回收炉渣显热，通过余热锅炉以蒸汽的形式回收显热，称为风淬法；将高温液态渣注人容器内，在容器周围用水循环冷却，以蒸汽形式回收液态渣显热，称为环形床法；国内液态渣的余热利用主要是水冲渣工艺，冲渣水净化，以采暖的方式回收热量。

随着全球能源的日趋紧张，各国对液态渣的显热回收技术开展了大量科学研究。由于回收液态渣显热在技术、经济、实用等方面存在诸多难题，至今国内外尚未发现具备大规模推广、完善的液态渣显热回收技术。 提高液态渣显热回收技术层次，增加附加值，提高工艺装备自动化技术水平，是液态渣显热回收技术开发的方向。按照我国2006年冶金企业液态渣产生量12000万吨计算，无论使用哪种液态渣显热回收技术，均可以建设日产1000吨的“液态渣收热生产线”400条。 目前，水冲渣工艺取暖余热回收率很低。在夏季和无取暖设备的地区，这部分能量只能浪费。在已有和正在开发的回收技术中，回收高温气体温度最高能达到400-600度，温度低必然增大设备投资。因此，对于金属回收率低的液态渣，只有提高气体回收温度，才能降低设备造价。降低干渣含水率降低干渣含水率降低干渣含水率降低干渣含水率，根据液态渣的物理和化学性质，液态渣高附加值的主要利用方向是作为建筑材料、冶金炉料、农业肥料的原料，因此，要求液态渣处理后含水率要低。

按照含水率的定义，显热回收技术分为湿法显热回收技术、半干法显热回收技术、干法显热回收技术。湿法显热回收技术是液态渣直接与水接触的水淬工艺；半干法显热回收技术是空气与水同时冷却渣的显热回收工艺，其产生的热风湿度较大；干法显热回收技术是空气冷却渣的显热回收工艺，产生的热风湿度可以满足建筑材料原料的水分要求。降低运行成本降低运行成本，日本等国家进行的风淬处理液态钢渣工艺试验存在设备庞大、投资较高等问题。特别是以机械为核心的技术回收，设备维修量较大。 在降低投资、运行成本的前提下，进行液态渣显热回收，同时要兼顾副产品适合市场需求，以提高经济效益规模。 显热回收技术要以适合冶炼工艺为前提，从自动化生产线的角度设计工艺，使核心技术与设备通用化、标准化、系列化。综上所述，冶金行业产生的工业废渣，在其资源化的基础上，进行液态状态下显热回收，符合国家节能减排的要求。同时，通过进一步的显热回收技术研究，可以加速冶金行业工艺流程的技术进行。

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