一种高炉熔渣余热回收装置及回收方法

1.本发明涉及炼铁高炉领域，特别涉及一种高炉熔渣余热回收装置及回收方法。


背景技术：

2.高炉炼铁是工业制备铁的主要方式。高炉炼铁的工艺是将铁矿石、焦炭和熔剂(石灰石、白云石)等原料自顶部投入高炉，利用鼓风炉鼓入高温热风加热物料，并间歇性地排出铁水和熔渣。通常，每炼一吨铁大约产生300kg高炉渣，出渣温度高达1400℃左右，故高炉炼铁过程排出的熔渣含有大量热能。
3.目前工业上一般使用大量水冷却高炉熔渣，冷却后的熔渣用作建筑材料等用途，水被加热后成为80～90℃的热水，但这种热水中由于含有固体颗粒杂质并含硫，故难以利用。当前一些新技术提出了各种高炉熔渣余热回收的方案，但大多流程较长、设备较复杂、投资较大。譬如中国专利201821528753.x，提出回收熔渣余热用于发电，但由于高炉出渣为间歇性的，故发电过程难以保证稳定供给能量；同时相关设备流程较为复杂，投资回收期长。
4.因此，亟待发展新的、设备简单、成本低廉、流程较短、运行可靠稳定、不污染环境的高炉熔渣余热回收技术。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低廉的高炉熔渣余热回收装置，并提供相应的流程较短、可靠稳定、不污染环境的余热回收方法。
6.根据本发明的一个方面，提供一种高炉熔渣余热回收装置，用于回收熔渣余热。该装置从上往下分别设有第一换热室、第二换热室、料斗和排砂口；所述第一换热室顶部相对的两个侧面各自设有第一进料口和熔渣进口，底部相对的两个侧面各自设有第一块料推动器和第一出料口，底部设有第一筛网和第一活动隔板，且所述第一筛网位于第一隔板之上，第一换热室壁面上设有第一限位槽以约束第一活动隔板；所述第二换热室顶部侧面设有第二进料口，底部相对的两个侧面各自分别设有第二块料推动器和第二出料口，底部设有第二筛网和第二活动隔板，且所述第二筛网位于第二隔板之上，第二换热室壁面上设有第二限位槽以约束第二活动隔板；所述料斗为从上至下逐渐收窄的喇叭口状结构，且其底部中心处设有排砂口；所述第一块料推动器由液压油缸、推杆和推块构成，第二块料推动器由液压油缸、推杆和推块构成。
7.上述高炉熔渣余热回收装置，所述第一进料口与第一进料槽连接，熔渣进口与高炉出渣槽连接，第二进料口与第二进料槽连接。
8.上述高炉熔渣余热回收装置，所述第一出料口和第二出料口上均设有第一闸门和第二闸门，当闸门关闭时，其所对应的出料口也保持关闭状态。
9.上述高炉熔渣余热回收装置，所述第一筛网和第二筛网的目数均在1目至5目之间。
10.上述高炉熔渣余热回收装置，所述装置的外壁面上设有保温层。
11.根据本发明的另一个方面，提供一种用于上述高炉熔渣余热回收装置的余热回收方法，第一活动隔板和第二活动隔板默认处于隔断装置内物料的状态，当前批次熔渣自高炉排出前，第二换热室内事先装有细砂和炼铁原料；当前批次熔渣自高炉排出后，执行以下步骤：
12.步骤s1、保持第一活动隔板的物料隔断状态，通过第一进料口往第一换热室装入容积为第一换热室10％至30％的细砂；
13.步骤s2、将高温熔渣通过熔渣进口排入第一换热室；
14.步骤s3、通过第一进料口往第一换热室装入细砂，直至第一换热室内部空间被填满；
15.步骤s4、搁置一段时间；
16.步骤s5、抽出第二活动隔板，使第二换热室内的细砂通过第二筛网落入料斗并通过排砂口排出以循环利用，然后再插入第二活动隔板，使第二换热室和料斗保持隔开状态；
17.步骤s7、打开第二出料口，通过第二块料推动器将第二换热室内的炼铁原料推出以用于高炉炼铁，然后再关闭第二出料口；
18.步骤s8、通过第二进料口往第二换热室装入容积为第二换热室10％至30％的炼铁原料；
19.步骤s9、抽出第一活动隔板，使第一换热室内的细砂通过第一筛网落入第二换热室，然后再插入第一活动隔板，使第一换热室和第二换热室保持隔开状态；
20.步骤s10、打开第一出料口，通过第一块料推动器将第一换热室内的熔渣推出，然后再关闭第一出料口。
21.上述余热回收方法中，当前批次熔渣自高炉排出前，第二换热室内装有的细砂，是曾被上一批次熔渣在第一换热室加热之后再落入第二换热室的细砂。
22.上述余热回收方法中，所述细砂的粒径小于0.5毫米，所述炼铁原料为铁矿石、焦炭和熔剂这三者中的任意一种或任意多种的混合物，其中熔剂为石灰石和白云石中的任意一种或二者的混合物。
23.上述余热回收方法中，步骤s4中的搁置时长为高炉相邻两批次排渣之间的时间间隔的90％至95％。
24.上述余热回收方法中，步骤s4的搁置过程，第一换热室中的细砂吸收当前批次熔渣的热量，同时在第二换热室中曾被上一批次熔渣加热过的细砂将自身热量传递给炼铁原料。
25.本发明根据高炉间歇性排渣特点，对每批次的熔渣，先在第一换热室中将其热量传递给细砂；然后使加热后的细砂在重力作用下落入第二换热室，用于加热炼铁原料；最后再将细砂排出，用于吸收下一批次熔渣的热量，实现细砂的循环利用。当前批次的熔渣在第一换热室中加热细砂时，第二换热室中被上一批次熔渣加热过的细砂正在加热炼铁原料，从而保证余热回收过程稳定可靠，充分利用了两次排渣间隙的时间，同时进行熔渣余热回收和炼铁原料吸热的操作。被加热后的炼铁原料投入高炉炼铁之后，相当于将熔渣的热能部分转移回高炉，从而节约热风炉的热量供给，达到了熔渣余热的间接回收效果。
26.本发明的装置结构简单，成本低廉，除了第一块料推动器和第二块料推动器外，基
本不涉及动设备。由于采用循环利用、惰性的细砂用于换热介质，而不是常规的水或者气体，故成本低廉，节约了资源，且对设备的腐蚀很小，不排放污染物至外部环境。
附图说明
27.图1为本发明实施例中余热回收装置的结构示意图，图中1为第一换热室，2为第二换热室，3为料斗，4为排砂口，5为高炉，11为第一进料口，12为第一进料槽，13为第一出料口，14为第一闸门，15为熔渣进口，16为高炉出渣槽，17为第一块料推动器的液压油缸，18为第一块料推动器的推杆，19为第一块料推动器的推块，21为第二进料口，22为第二进料槽，23为第二出料口，24为第二闸门，25为第二块料推动器的液压油缸，26为第二块料推动器的推杆，27为第二块料推动器的推块，28为第二筛网，29为第二活动隔板，110为第一筛网，111为第一活动隔板，112为第一限位槽，210为第二限位槽。
28.图2为本发明实施例中余热回收装置的a-a剖视图，图中1为第一换热室，2为第二换热室，3为料斗，4为排砂口，11为第一进料口，12为第一进料槽，14为第一闸门，15为熔渣进口，21为第二进料口，22为第二进料槽，24为第二闸门，28为第二筛网，29为第二活动隔板，110为第一筛网，111为第一活动隔板，112为第一限位槽，210为第二限位槽，图中省略部分5为高炉，15为熔渣进口，16为高炉出渣槽。
29.图3为本发明实施例中余热回收装置的b-b剖视图，图中1为第一换热室，2为第二换热室，3为料斗，4为排砂口，19为第一块料推动器的推块，27为第二块料推动器的推块，28为第二筛网，29为第二活动隔板，110为第一筛网，111为第一活动隔板，112为第一限位槽，210为第二限位槽。
30.图4为本发明实施例中余热回收流程图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
32.如图1至图3所示，一种高炉熔渣余热回收装置，用于回收熔渣余热。该装置从上往下分别设有第一换热室1、第二换热室2、料斗3和排砂口4；所述第一换热室1顶部相对的两个侧面各自设有第一进料口11和熔渣进口15，底部相对的两个侧面各自设有第一块料推动器和第一出料口13，底部设有第一筛网110和第一活动隔板111，且所述第一筛网110位于第一隔板之上，第一换热室1壁面上设有第一限位槽112以约束第一活动隔板111；所述第二换热室2顶部侧面设有第二进料口21，底部相对的两个侧面各自分别设有第二块料推动器和第二出料口23，底部设有第二筛网28和第二活动隔板29，且所述第二筛网28位于第二隔板之上，第二换热室2壁面上设有第二限位槽210以约束第二活动隔板29；所述料斗3为从上至下逐渐收窄的喇叭口状结构，且其底部中心处设有排砂口4；所述第一块料推动器由液压油缸17、推杆18和推块19构成，第二块料推动器由液压油缸25、推杆26和推块27构成。
33.上述高炉熔渣余热回收装置，所述第一进料口11与第一进料槽12连接，熔渣进口15与高炉5出渣槽连接，第二进料口21与第二进料槽22连接。
34.上述高炉熔渣余热回收装置，所述第一出料口13和第二出料口23上均设有第一闸门14和第二闸门24，当闸门关闭时，其所对应的出料口也保持关闭状态。
35.上述高炉熔渣余热回收装置，所述第一筛网110和第二筛网28的目数均在1目至5
目之间。
36.上述高炉熔渣余热回收装置，所述装置的外壁面上设有保温层。
37.为了便于观察和理解该回收装置的结构构成，图3中绘制了第一活动隔板111和第二活动隔板29各自部分抽出时的状态。
38.请结合图4理解一种用于上述高炉熔渣余热回收装置的余热回收方法。对于该方法，第一活动隔板111和第二活动隔板29默认处于隔断装置内物料的状态，当前批次熔渣自高炉5排出前，第二换热室2内事先装有细砂和炼铁原料；当前批次熔渣自高炉5排出后，执行以下步骤：
39.步骤s1、保持第一活动隔板111的物料隔断状态，通过第一进料口11往第一换热室1装入容积为第一换热室1容积10％至30％的细砂；
40.步骤s2、将高温熔渣通过熔渣进口15排入第一换热室1；
41.步骤s3、通过第一进料口11往第一换热室1装入细砂，直至第一换热室1内部空间被填满；
42.步骤s4、搁置一段时间；
43.步骤s5、抽出第二活动隔板29，使第二换热室2内的细砂通过第二筛网28落入料斗3并通过排砂口4排出以循环利用，然后再插入第二活动隔板29，使第二换热室2和料斗3保持隔开状态；
44.步骤s7、打开第二出料口23，通过第二块料推动器将第二换热室2内的炼铁原料推出以用于高炉5炼铁，然后再关闭第二出料口23；
45.步骤s8、通过第二进料口21往第二换热室2装入容积为第二换热室2容积10％至30％的炼铁原料；
46.步骤s9、抽出第一活动隔板111，使第一换热室1内的细砂通过第一筛网110落入第二换热室2，然后再插入第一活动隔板111，使第一换热室1和第二换热室2保持隔开状态；
47.步骤s10、打开第一出料口13，通过第一块料推动器将第一换热室1内的熔渣推出，然后再关闭第一出料口13。
48.上述余热回收方法中，当前批次熔渣自高炉5排出前，第二换热室2内装有的细砂，是曾被上一批次熔渣在第一换热室1加热之后再落入第二换热室2的细砂。
49.上述余热回收方法中，所述细砂的粒径小于0.5毫米，所述炼铁原料为铁矿石、焦炭和熔剂这三者中的任意一种或任意多种的混合物，其中熔剂为石灰石和白云石中的任意一种或二者的混合物。
50.上述余热回收方法中，步骤s4中的搁置时长为高炉5相邻两批次排渣之间的时间间隔的90％至95％。
51.上述余热回收方法中，步骤s4的搁置过程，第一换热室1中的细砂吸收当前批次熔渣的热量，同时在第二换热室2中曾被上一批次熔渣加热过的细砂将自身热量传递给炼铁原料。
52.实施例
53.请参照图1至图4理解本发明的实施例。
54.某炼铁高炉，每昼夜等时间间隔的出铁6次，每次出铁时也伴随着高温熔渣的排出。某批次熔渣自高炉5排出后，执行以下步骤：
55.步骤s1、保持第一活动隔板111的物料隔断状态，通过第一进料口11往第一换热室1装入容积为第一换热室1容积30％的细砂；
56.步骤s2、将高温熔渣通过熔渣进口15排入第一换热室1；
57.步骤s3、通过第一进料口11往第一换热室1装入细砂，直至第一换热室1内部空间被填满；
58.步骤s4、搁置一段时间，搁置时长约为215分钟，使得高温熔渣具有足够长的时间传热给第一换热室1中的细砂，与此同时第二换热室2内被上一批次熔渣加热过的细砂和炼铁原料也在进行换热；
59.步骤s5、抽出第二活动隔板29，使第二换热室2内的细砂通过第二筛网28落入料斗3并通过排砂口4排出以循环利用(用于与下一批次的高炉熔渣换热)，然后再插入第二活动隔板29，使第二换热室2和料斗3保持隔开状态；
60.步骤s7、打开第二出料口23，通过第二块料推动器将第二换热室2内的炼铁原料推出以用于高炉5炼铁，然后再关闭第二出料口23；
61.步骤s8、通过第二进料口21往第二换热室2装入容积为第二换热室2容积30％的炼铁原料；
62.步骤s9、抽出第一活动隔板111，使第一换热室1内的细砂通过第一筛网110落入第二换热室2，然后再插入第一活动隔板111，使第一换热室1和第二换热室2保持隔开状态；
63.步骤s10、打开第一出料口13，通过第一块料推动器将第一换热室1内的熔渣推出，然后再关闭第一出料口13。
64.当前批次熔渣自高炉5排出前，第二换热室2内装有的细砂，是曾被上一批次熔渣在第一换热室1加热之后再落入第二换热室2的细砂。
65.需要指出的是，上述步骤s1至步骤s10的操作实际上是循环进行的：当前批次高炉熔渣排出之前，上一批次的高炉熔渣的余热回收也刚好完成其步骤s10的操作，其加热过的炼铁原料可在当前批次出铁过程中投入高炉用于炼铁，从而完成炉渣余热的利用。
66.本发明实施例根据高炉间歇性排渣特点，对每批次的熔渣，先在第一换热室中将其热量传递给细砂；然后使加热后的细砂在重力作用下落入第二换热室，用于加热炼铁原料；最后再将细砂排出，用于吸收下一批次熔渣的热量，实现细砂的循环利用。当前批次的熔渣在第一换热室中加热细砂时，第二换热室中被上一批次熔渣加热过的细砂正在加热炼铁原料，从而保证余热回收过程稳定可靠，充分利用了两次排渣间隙的时间，同时进行熔渣余热回收和炼铁原料吸热的操作。被加热后的炼铁原料投入高炉炼铁之后，相当于将熔渣的热能部分转移回高炉，从而节约热风炉的热量供给，达到了熔渣余热的间接回收效果。
67.本发明实施例中的装置结构简单，成本低廉，除了第一块料推动器和第二块料推动器外，基本不涉及动设备。由于采用循环利用、惰性的细砂用于换热介质，而不是常规的水或者气体，故成本低廉，节约了资源，且对设备的腐蚀很小，不排放污染物至外部环境。

技术特征：
1.一种高炉熔渣余热回收装置，用于回收熔渣余热，其特征在于，从上往下分别设有第一换热室(1)、第二换热室(2)、料斗(3)和排砂口(4)；所述第一换热室(1)顶部相对的两个侧面各自设有第一进料口(11)和熔渣进口(15)，底部相对的两个侧面各自设有第一块料推动器和第一出料口(13)，底部设有第一筛网(110)和第一活动隔板(111)，且所述第一筛网(110)位于第一隔板之上，第一换热室(1)壁面上设有第一限位槽(112)以约束第一活动隔板(111)；所述第二换热室(2)顶部侧面设有第二进料口(21)，底部相对的两个侧面各自分别设有第二块料推动器和第二出料口(23)，底部设有第二筛网(28)和第二活动隔板(29)，且所述第二筛网(28)位于第二隔板之上，第二换热室(2)壁面上设有第二限位槽(210)以约束第二活动隔板(29)；所述料斗(3)为从上至下逐渐收窄的喇叭口状结构，且其底部中心处设有排砂口(4)；所述第一块料推动器由液压油缸(17)、推杆(18)和推块(19)构成，第二块料推动器由液压油缸(25)、推杆(26)和推块(27)构成。2.权利要求1所述的高炉熔渣余热回收装置，其特征在于，所述第一进料口(11)与第一进料槽(12)连接，熔渣进口(15)与高炉(5)出渣槽连接，第二进料口(21)与第二进料槽(22)连接。3.权利要求1所述的高炉熔渣余热回收装置，其特征在于，所述第一出料口(13)和第二出料口(23)上均设有第一闸门(14)和第二闸门(24)，当闸门关闭时，其所对应的出料口也保持关闭状态。4.权利要求1所述的高炉熔渣余热回收装置，其特征在于，所述第一筛网(110)和第二筛网(28)的目数均在1目至5目之间。5.权利要求1所述的高炉熔渣余热回收装置，其特征在于，所述装置的外壁面上设有保温层。6.用于权利要求1-5任意一项所述高炉熔渣余热回收装置的余热回收方法，其特征在于，第一活动隔板(111)和第二活动隔板(29)默认处于隔断装置内物料的状态，当前批次熔渣自高炉(5)排出前，第二换热室(2)内事先装有细砂和炼铁原料；当前批次熔渣自高炉(5)排出后，执行以下步骤：步骤s1、保持第一活动隔板(111)的物料隔断状态，通过第一进料口(11)往第一换热室(1)装入容积为第一换热室(1)10％至30％的细砂；步骤s2、将高温熔渣通过熔渣进口(15)排入第一换热室(1)；步骤s3、通过第一进料口(11)往第一换热室(1)装入细砂，直至第一换热室(1)内部空间被填满；步骤s4、搁置一段时间；步骤s5、抽出第二活动隔板(29)，使第二换热室(2)内的细砂通过第二筛网(28)落入料斗(3)并通过排砂口(4)排出以循环利用，然后再插入第二活动隔板(29)，使第二换热室(2)和料斗(3)保持隔开状态；步骤s7、打开第二出料口(23)，通过第二块料推动器将第二换热室(2)内的炼铁原料推出以用于高炉(5)炼铁，然后再关闭第二出料口(23)；步骤s8、通过第二进料口(21)往第二换热室(2)装入容积为第二换热室(2)10％至30％的炼铁原料；步骤s9、抽出第一活动隔板(111)，使第一换热室(1)内的细砂通过第一筛网(110)落入
第二换热室(2)，然后再插入第一活动隔板(111)，使第一换热室(1)和第二换热室(2)保持隔开状态；步骤s10、打开第一出料口(13)，通过第一块料推动器将第一换热室(1)内的熔渣推出，然后再关闭第一出料口(13)。7.权利要求6所述的余热回收方法，其特征在于，当前批次熔渣自高炉(5)排出前，第二换热室(2)内装有的细砂，是曾被上一批次熔渣在第一换热室(1)加热之后再落入第二换热室(2)的细砂。8.权利要求6所述的余热回收方法，其特征在于，所述细砂的粒径小于0.5毫米，所述炼铁原料为铁矿石、焦炭和熔剂这三者中的任意一种或任意多种的混合物，其中熔剂为石灰石和白云石中的任意一种或二者的混合物。9.权利要求6所述的余热回收方法，其特征在于，步骤s4中的搁置时长为高炉(5)相邻两批次排渣之间的时间间隔的90％至95％。10.权利要求6所述的余热回收方法，其特征在于，步骤s4的搁置过程，第一换热室(1)中的细砂吸收当前批次熔渣的热量，同时在第二换热室(2)中曾被上一批次熔渣加热过的细砂将自身热量传递给炼铁原料。

技术总结
本发明提供一种由第一换热室(1)、第二换热室(2)、料斗(3)、排砂口(4)、高炉(5)构成的高炉(5)熔渣余热回收装置，用于回收熔渣余热。本发明还提供相应的余热回收方法：根据高炉(5)间歇性排渣特点，对每批次的熔渣，先在第一换热室(1)中将其热量传递给细砂；使加热后的细砂落入第二换热室(2)用于加热炼铁原料；将细砂排出来吸收下一批次熔渣的热量；利用两次排渣间隙的时间，同时进行熔渣余热回收和炼铁原料吸热的操作；被加热后的炼铁原料投入高炉(5)炼铁之后，节约了热风炉的热量供给，达到了熔渣余热的间接回收效果。本发明的高炉熔渣余热回收装置结构简单、成本低廉；相应的余热回收方法流程较短、可靠稳定且不污染环境。可靠稳定且不污染环境。可靠稳定且不污染环境。


技术研发人员：张翮辉 宗禹彤 李康 左青松
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/19