PW公司冶金爐渣干法粒化技術介紹

王 強 王甜甜

(冶金工業信息標準研究院 北京100730)

·環保技術·

PW公司冶金爐渣干法粒化技術介紹

王 強①王甜甜

(冶金工業信息標準研究院 北京100730)

介紹了PAUL WURTH公司的冶金爐渣干法粒化技術，以及該技術應用于迪林根ROGESA鋼鐵公司的情況和PAUL WURTH公司對該技術的專利布局。

冶金爐渣干法粒化 環保 專利

1 概況

PAUL WURTH (以下簡稱“PW”)公司成立于1870年，總部設在盧森堡，是一家全球知名的工程公司。該公司已經擁有近600項專利，能在全球范圍內在鋼鐵領域提供交鑰匙項目承包服務。

PW公司近些年開發了新型冶金爐渣干法粒化技術，該技術基本原理如圖1所示。將液態爐渣倒入鑄渣機；鋼球隨后噴射進入液態渣；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爐渣干法粒化技術工廠試驗情況

1)PW公司在德國迪林根ROGESA鋼鐵公司4號高爐上進行了爐渣干法粒化工廠試驗，并于2013年11月進行了第一階段熱試車。試驗中可處理高爐液態渣流量可以高達6t/min。該試驗計劃分為兩個階段：第一階段為建造鑄渣機、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，使整個系統能夠連續運行。

圖1 PW公司新型冶金爐渣干法粒化技術基本原理

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

第二階段是在第一階段基礎上的改進，步驟如下：液態渣和鋼球加入鑄渣機形成高溫玻璃態混合物；將高溫玻璃態混合物掉落至擊碎凹板裝置進行破碎；接著混合物通過熱傳輸帶進入緩沖區，緩沖區主要作用是用來調節高爐正常的循環操作以及存儲能量；緩沖區下面為逆流換熱器，可將玻璃態混合物的能量轉換為600℃的熱風，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、蒸汽渦輪發電機或者熱風爐預熱利用。冷卻的混合物中的鋼球通過磁鐵篩選回收并且循環利用。

2)PW公司新型冶金爐渣干法粒化技術和濕法粒化相比具有如下優點：

(1)沒有水的消耗。噸渣可節水0.7m3。

(2)能量可以回收。高爐熱量回收日平均為30～40MW。

圖2 鑄渣機示意圖

圖3 離線材料處理裝置

圖4 玻璃態混合物

(3)減少硫化物排放，節能環保。

(4)沒有干燥費用。

(5)減少爐渣運輸成本。

(6)獲得的固態爐渣完全適用于混凝土工業。

3 PW爐渣干法粒化技術專利布局及介紹

可以看出，PW公司的干渣粒化工藝具有相當程度的創新。該技術目前處于試驗階段，并沒有完全實現工業應用，但是PW公司早在2010年已經對該技術在全球范圍內進行專利提前布局，其中也包括中國。PW公司涉及該技術的核心專利為2件，如表1所示。

表1 PW公司的干渣粒化工藝的核心專利

其中，專利1“冶金爐渣的干法粒化”為PW公司于2010年申請，同時該專利在中國、歐洲、日本等8個國家和地區進行了專利布局。該專利公開了一種冶金爐渣干法粒化及能量回收的裝置和方法，如圖5所示[2]。

其主要原理為：在渣溝1或渣桶內運輸在大約1500℃溫度下具有大約2.7g/cm3密度的熱液態渣2，以大約0.5t/min到4t/min的流速將其傳輸給鑄渣機3。在此鑄渣機3內，熱液態渣與來自第一儲存箱22的固態金屬顆粒4混合，該固態金屬顆粒具有高達三倍的流速(即，大約1t/min到大約12t/min)，該固態金屬顆粒的粒度為2mm～50mm，在從環境溫度到大約100℃的溫度范圍內，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℃。位于鑄渣機之上的吸引裝置5回收在混合液態渣和固態金屬顆粒的過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9，在第一破碎機處，壓碎渣餅，從而形成粒度約200mm的凝固渣塊，金屬顆粒混合在其中。在將渣餅10輸送至破碎機9的同時，熱感照相機6測量渣餅10的溫度，并且如果需要的話，通過噴水器7在渣餅10上灑水，以便將渣餅10的溫度調節到大約800℃的溫度。將在其內混合有金屬顆粒的凝固渣塊從第一破碎機9中傳輸給淺斗式輸送機11，并且將其輸送給第二破碎機12，在第二破碎機中，其內混合金屬顆粒的凝固渣塊的粒度減小到大約40mm～80mm 的尺寸。在預處理室13內收集凝固渣塊的這種連續的材料流，其溫度約700℃，粒度約40mm～90mm，體積密度約2g/cm3～5g/cm3。第二破碎機12是可選的。根據粒化方法及爐渣特性，第一破碎機9可用于將粒度減小至約90mm，則不再需要第二破碎機。將混合金屬顆粒的凝固渣塊從預處理室13傳輸到熱交換器 14中，在圖5中所描述的實施例中，該熱交換器包括四個熱交換器子單元A、B、C、D，這些子單元以逆流模式進行操作，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。在空氣穿過熱交換器時，將空氣加熱，將熱交換器內所包含的爐渣和固態金屬顆粒冷卻到大約100℃，將其排出在后處理室21內。通過氣體導管19，將風扇20所產生的氣流引入處于冷卻模式的三個熱交換器子單元內。發生熱交換之后，通過熱氣體導管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生蒸汽17之前，在旋風分離器16內濾出灰塵。將這樣產生的蒸汽傳輸給渦輪機和發電機，以便發電。然后，通過閉環系統內的管道18，將冷卻的氣體引回到風扇中。然后，爐渣顆粒與固態金屬顆粒分離。用于分離固態金屬顆粒和凝固渣的方法可包括壓碎和過篩、或者研磨和過篩、研磨和使用磁場等等。儲存冷卻的爐渣，以備后用，而通過管狀輸送機將冷卻的固態金屬顆粒傳輸至第一儲存箱22以及傳輸至鑄渣機3。

圖5 PW冶金爐渣干法粒化及能量回收裝置

1-渣溝; 2-液態渣; 3-鑄渣機; 4-金屬顆粒; 5-吸引裝置; 6-照相機; 7-噴水器; 8-輸送帶; 9-第一破碎機; 10-渣餅; 11-輸送機; 12-第二破碎機; 13-預處理室; 14-熱交換器; 15-熱氣體導管; 16-旋風分離器; 17-蒸汽; 18-管道; 19-氣體導管; 20-風扇; 21-后處理室; 22-存儲箱

圖6顯示了圖5中鑄渣機的第一優選的實施例。首先將來自渣溝1的熱液態渣2倒入槽形皮帶輸送機8的槽3內，然后，將固態金屬顆粒5倒入包含熱液態渣2的槽3內。混合熱液態渣2和固態金屬顆粒5，以便形成凝固的玻璃狀渣餅7。槽形皮帶輸送機8的每個槽3首先裝有液態渣，前進到第一儲存箱4下，以便裝有固態金屬顆粒，固態金屬顆粒降入每個槽3內。凝固之后，在淺斗式輸送機上清空槽3。每個槽3首先裝有液態渣2，裝到約三分之一的高度處，將固態金屬顆粒5引入槽3內。直徑為10mm的固態金屬顆粒70從大約2m的高度降落，以便快速有效地混合爐渣2和固態金屬顆粒5。

圖7顯示了圖5中鑄渣機的第二優選的實施例。首先將來自渣溝1的熱液態渣5倒入槽2內。雖然圖6中的槽固定在輸送帶上，但圖7的實施例中的槽固定在轉筒6上。在第一位置，將槽2放在渣溝1下面，并且裝有液態渣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金屬顆粒的第一儲存箱3之下的第二位置旋轉。將固態金屬顆粒4倒入包含熱液態渣的槽2 內。通過降落的固態金屬顆粒4的動能的作用，混合熱液態渣和固態金屬顆粒4，以便形成凝固的玻璃狀渣餅7。槽2然后旋轉到第三位置，在第三位置如圖7中所示，通過重力的作用，在淺斗式輸送機上清空槽。轉筒6的每個槽2首先裝有液態渣，前進到第一儲存箱3下方，以便裝有固態金屬顆粒，固態金屬顆粒降入每個槽3內并且然后進入第三位置，在第三位置，凝固的玻璃狀渣餅7從槽2中掉出。然后，槽2進一步旋轉，直到再次到達第一位置。

圖6 鑄渣機的第一優選的實施例

1-渣溝; 2-液態渣; 3-槽; 4-存儲箱; 5-金屬顆粒; 6-鑄渣機; 7-渣餅; 8-輸送機

圖7 鑄渣機的第二優選的實施例

1-渣溝; 2-槽; 3-儲存箱; 4-金屬顆粒; 5-液態渣; 6-轉筒; 7-渣餅

其中，專利2“冶金渣的粒化”為PW公司于2010年申請，同時該專利在中國、歐洲、日本等7個國家進行了專利布局。該專利公開了一種冶金爐渣干法粒化的裝置及方法，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4，其包括模具或槽5，其可以是耐火材料襯里。鑄渣機4可以是槽式輸送帶。在已將熱液渣2倒入鑄渣機4的模具5以后，通過雷達探頭3進行的水平測量指示在模具5中渣層的高度以能夠使固體金屬顆粒(鋼球)的質量適應于加入到特定模具5。選擇在鋼球和熱液渣2之間的質量比以在混合物中實現所期望的溫度。因此，確切的質量比取決于熱液渣2的溫度和鋼球的溫度、以及取決于渣的密度和熱容量。對于在1500℃下的熱液渣2和在30℃下的鋼球，必要的質量比(鋼球/熱液渣)約2.4，而相應的體積比約0.8。用熱液渣2填充鑄渣機的每個模具5，然后推進在第一緩沖料斗10下以填充鋼球9，將鋼球落入每個模具5。將鋼球9儲存在位于鑄渣機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8或速度可控的振動式滑槽來提取。利用振動式滑槽7或靜態分布裝置，將鋼球9均勻分布于它們將落至其上的模具5的整個表面。如果有必要或在緊急情況下，安裝在鑄渣機4的模具5上方的噴水器6可以用來進一步冷卻渣餅。在達到平衡溫度以后，需要進一步冷卻渣餅11以允許容易分離渣粒和鋼球。可以將渣餅11直接落入水浴。在圖8所示的實施方式中，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。進一步冷卻渣餅碎片11并通過強水噴流19洗掉。該水噴流19可通過具有約1000m3/h水流量的普通的Paul Wurth SA粒化頭13。由發射自粒化頭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17，將渣餅碎片11排出水浴21。這種帶式輸送機17還承擔用于渣餅碎片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，借助于磁力運輸機23可以實現鋼球9與渣粒27的有效分離。在鋼球9與渣粒27分離以后，通過帶式輸送機29，將渣粒27輸送到儲存區28，而鋼球9則被再循環到第一緩沖料斗10。篩25可以用來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。通過沸騰熱傳遞來冷卻凝固的玻璃化的渣餅11的碎片以及通過位于水浴21上方的煙道14來釋放產生的水蒸汽15。導管30向水浴21提供補充水以補償蒸發的水。升壓泵31將工藝水遞送到粒化頭13以產生水噴流 19。水浴21的溫度將是約100℃。再循環泵22確保有效提取可沉降在水浴21底部的任何細粉。

圖8 PW冶金爐渣干法粒化裝置

1-渣溝; 2-液渣; 3-雷達探頭; 4-鑄渣機; 5-槽; 6-噴水器; 7-振動式滑槽; 8-螺旋輸送機; 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; 18-破碎機; 19-強水噴流; 20-冷流道; 21-水浴; 22-再循環泵; 23-磁力運輸機; 24-損壞鋼球; 25-篩; 26-盒; 27-渣粒; 28-儲存區; 29-帶式輸送機; 30-導管; 31-升壓泵

4 結論

可以看出，PW公司的冶金爐渣干法粒化技術具有環保、高效的特點，具有創新性。PW公司正在德國迪林根鋼廠進行中試試驗，已經取得部分成功。PW公司對該技術的保護十分重視，進行了全球專利布局，專利布局國家包括中、日、韓、歐、美等世界主要國家及地區。我國技術人員應該了解世界先進企業的技術發展，同時學習和借鑒他們發表的成果，為我國鋼鐵環保技術發展以及應對以后可能出現的技術壟斷貢獻力量。

[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.冶金爐渣的干法粒化. 保爾伍斯股份有限公司.2011.專利申請號：CN201180044073.5.

[3]馬克·索爾維，鮑勃·格賴弗蒂爾，馬蒂亞斯·霍夫曼等. 冶金渣的粒化. 保爾伍斯股份有限公司.2011.專利申請號：CN201180060869.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，男，1981年出生，畢業于燕山大學專業，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)