СПОСОБ ГРАНУЛЯЦИИ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ Российский патент 2025 года по МПК C21B3/08 C04B5/02 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам грануляции доменных шлаков, также может быть реализовано в других отраслях промышленности, где гранулируют расплавы.

Известен способ грануляции шлаковых расплавов у доменной печи путем дробления струи расплава водой и последующего охлаждения в воде [Авторское свидетельство СССР №529132, кл. С04В 5/02, 1971].

Этот способ требует организации сложных оборотных циклов воды, что дает повышенную влажность гранул шлака. Кроме того, при охлаждении доменного шлака водой выделяются вредные сернистые соединения.

Известны способы грануляции шлаковых расплавов, обеспечивающие получение сухого продукта, гранул шлака.

Так, известен способ, при котором в струю расплава вдувается поток воздуха с твердыми частицами [Авторское свидетельство СССР №478865, кл. С21В 3/06, 1974]. В этом способе, обеспечивающем получение сухих гранул шлака, основное внимание уделено дроблению жидкой струи и не рассматривается вопрос дальнейшего охлаждения гранул шлака. В связи с этим применение указанного способа в промышленных масштабах не представляется возможным, поскольку для полного охлаждения движущихся с большой скоростью жидких капель расплава требуются значительные расстояния, и, следовательно, использовать их при припечной грануляции невозможно. Сокращение пути полета частиц приводит к их спеканию и образованию сплошного монолита.

Известен способ грануляции шлакового расплава путем воздействия на струю последнего азотом, пропускаемым через сверхзвуковое сопло, в которое впрыскивают воду в количестве 0,5-0,9 м³ на 1 т расплава [Авторское свидетельство СССР №251437, кл. С04В 5/02, 1966]. В этом способе, обеспечивающем получение сухих гранул шлака, основное внимание уделено дроблению жидкой струи и не рассматривается вопрос дальнейшего охлаждения гранул. В связи с этим применение указанного способа в промышленных масштабах не представляется возможным, поскольку для полного охлаждения движущихся с большой скоростью жидких капель расплава требуются значительные расстояния, и, следовательно, использовать их при припечной грануляции невозможно. Сокращение пути полета частиц приводит к их спеканию и образованию сплошного монолита. Кроме того, вода взаимодействует с доменным шлаком с образованием сернистых соединений.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ грануляции шлаковых расплавов путем дробления жидкой струи расплава распылителем, на образовавшиеся капли воздействуют вращающимся потоком жидкости [Авторское свидетельство СССР №244927, кл. С04В 5/05, 1969]. Однако при этом способе используют для более быстрого охлаждения капель шлака воду. Вода взаимодействует с доменным шлаком с образованием сернистых соединений.

Целью изобретения является обеспечение грануляции расплава доменного шлака при минимизации высоты зоны отвердевания капель расплава и зоны охлаждения образовавшихся гранул шлака с исключением их спекания, а также утилизация тепловой энергии потоком воздуха, который в технологическом процессе не загрязняется вредными и агрессивными сернистыми соединениями.

Поставленная цель достигается тем, что путем дробления жидкой струи расплава распылителем капли жидкого расплава после распылителя направляют в восходящий поток воздуха, в котором последовательно при падении происходит отвердение капель расплава и последующее полное охлаждение образовавшихся гранул до требуемой температуры.

Предусмотренное в предлагаемом способе использование в качестве охлаждающего агента воздуха позволяет в процессе грануляции расплава шлака и дальнейшего охлаждения исключить спекания гранул шлака и образования сплошного монолита. Одновременно при использовании в технологическом процессе для охлаждения не воды, а воздуха, исключается образование сернистых соединений, и, следовательно, не происходит загрязнение вредными веществами теплоносителя, утилизирующего тепловую энергию охлаждения и грануляции расплава шлака.

Отличительным признаком предлагаемого способа является то, что в восходящем потоке воздуха за счет оптимизации его скорости обеспечивается необходимый аэродинамический режим торможения падающих гранул шлака, позволяющий минимизировать высоту зоны охлаждения, и, следовательно, размеры аппарата, располагаемого вблизи получения жидкого расплава шлака.

Оптимальная скорость восходящего потока определяется моделированием и позволяет в зависимости от размера гранул обеспечивать заявленную скорость их падения в диапазоне 0,3-6 м/с.

Пример реализации способа

Оценивается условный аппарат сухой утилизации шлака производительностью 20 кг/с. Начальная температура жидкого шлака 1550°С. Эффективный диаметр капель жидкого расплава шлака с распылителя принят 4 мм, горизонтальная скорость их разлета 3,9 м/с. Подачу воздуха в аппарат обеспечивает газодувка производительностью 60 кг/с (52,2 нм³/с).

Диаметр аппарата в зоне грануляции с учетом скорости разлета капель шлака принимается 8 м. Для обеспечения достаточной поверхностной прочности гранул температура поверхности затвердевающего жидкого шлака принята 1165°С. При этом средняя по объему температура твердеющей капли на выходе зоны грануляции составляет 1249°С. Достижение такой температуры обеспечивается при времени контакта капель с воздухом 1 сек. Необходимая скорость падения капель в зоне грануляции 4,2 м/с. В соответствии с полученными результатом моделирования высота зоны грануляции аппарата составляет 4,2 м.

Диаметр аппарата в зоне охлаждения принят 2.2 м, что при заданном расходе воздуха обеспечивает необходимый аэродинамический режим торможения падающих гранул шлака, позволяющий минимизировать высоту зоны охлаждения до 9,2 м. Требуемая температура гранул шлака выходе аппарата принята 100°С. Температура охлаждающего воздуха на входе в аппарат задается равной 30°С. Оценка динамики теплообмена показывает, что требуемая разность температур между шлаком на выходе аппарата 100°С и охлаждаемым воздухом на входе в аппарат 30°С обеспечивается при времени контакта теплоносителей 15 с. Скорость падения гранул при этом составляет 0,61 м/с. Температура нагретого воздуха на выходе зоны охлаждения шлака составляет 415°С. С учетом теплообмена в зоне грануляции температура нагретого воздуха на выходе аппарата достигает 498°С.

Проведенная на основе моделирования оценка процессов показывает, что для грануляции и охлаждения 20 кг/с шлака от 1550 до 100°С необходим аппарат высотой 13,4 м. Аппарат может располагаться непосредственно у доменной печи и его работа не сопровождается вредными сернистыми газовыми выделениями. При этом дополнительно аппарат обеспечивает утилизацию тепловой энергии в количестве 32,3 МВт (1,62 МДж).

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам грануляции доменных шлаков, также может быть реализовано в других отраслях промышленности, где гранулируют расплавы. Для грануляции шлакового расплава осуществляют дробление жидкой струи расплава распылителем, капли жидкого расплава после распылителя направляют в восходящий поток воздуха, в котором за счет оптимизации его скорости обеспечивают скорость падения гранул в диапазоне 0,3-6 м/с с их полным отверждением и охлаждением до требуемой температуры. Изобретение обеспечивает возможность грануляции расплава доменного шлака при минимизации высоты зоны отвердевания капель расплава и зоны охлаждения образовавшихся гранул шлака с исключением их спекания, а также утилизацию тепловой энергии потоком воздуха, который в технологическом процессе не загрязняется вредными и агрессивными сернистыми соединениями. 1 пр.

Способ грануляции шлаковых расплавов, включающий дробление жидкой струи расплава распылителем и дальнейшее охлаждение капель расплава, отличающийся тем, что после распылителя затвердевание капель шлакового расплава и охлаждение образующихся гранул шлака происходят в восходящем потоке воздуха, в котором за счет оптимизации его скорости обеспечивают скорость падения гранул в диапазоне 0,3-6 м/с.