RU2837065C1

RU2837065C1 - Blast-furnace slag granulation method

Info

Publication number: RU2837065C1
Application number: RU2024115149A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Синицын; Александр Сергеевич Андреев; Юлия Викторовна Донцова
Filing date: 2024-06-03
Publication date: 2025-03-25

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to ferrous metallurgy, in particular to methods of granulation of blast-furnace slag, and can also be implemented in other industries, where melts are granulated. For granulation of slag melt, liquid melt jet is crushed by sprayer, drops of liquid melt after sprayer are directed into ascending air flow, in which, due to optimization of its speed, granules fall in range of 0.3-6 m/s with their complete hardening and cooling to the required temperature.

EFFECT: invention provides the possibility of blast-furnace slag melt granulation while minimizing the height of the melt drops solidification zone and the formed slag granules cooling zone with the exclusion of their sintering, as well as utilization of heat energy by air flow, which in process is not contaminated with harmful and aggressive sulphur compounds.

1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам грануляции доменных шлаков, также может быть реализовано в других отраслях промышленности, где гранулируют расплавы.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to methods of granulating blast furnace slags, and can also be implemented in other industries where melts are granulated.

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].A method is known for granulating slag melts in a blast furnace by crushing the stream of melt with water and subsequent cooling in water [USSR Author's Certificate No. 529132, class C04B 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.This method requires the organization of complex water circulation cycles, which results in increased moisture content of slag granules. In addition, when blast furnace slag is cooled with water, harmful sulfur compounds are released.

Известны способы грануляции шлаковых расплавов, обеспечивающие получение сухого продукта, гранул шлака.Methods of granulating slag melts are known, ensuring the production of a dry product, slag granules.

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.Thus, a method is known in which a stream of air with solid particles is blown into a stream of melt [USSR Author's Certificate No. 478865, class C21B 3/06, 1974]. In this method, which ensures the production of dry slag granules, the main attention is paid to the fragmentation of the liquid stream and the issue of further cooling of the slag granules is not considered. In this regard, the use of this method on an industrial scale does not seem possible, since significant distances are required for the complete cooling of liquid drops of melt moving at high speed, and, therefore, it is impossible to use them in furnace granulation. Reducing the flight path of the particles leads to their sintering and the formation of a solid monolith.

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.A method is known for granulating molten slag by exposing the stream of the latter to nitrogen passed through a supersonic nozzle into which water is injected in an amount of 0.5-0.9 ^m3 per 1 ton of melt [USSR Author's Certificate No. 251437, class C04B 5/02, 1966]. In this method, which ensures the production of dry slag granules, the main attention is paid to the fragmentation of the liquid stream and the issue of further cooling of the granules is not considered. In this regard, the use of this method on an industrial scale does not seem possible, since significant distances are required for the complete cooling of liquid droplets of the melt moving at high speed, and, consequently, they cannot be used in furnace granulation. Reducing the flight path of the particles leads to their sintering and the formation of a solid monolith. In addition, water interacts with the blast furnace slag to form sulfur compounds.

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.The closest technical solution to the invention is a method of granulating slag melts by breaking up a liquid stream of melt with a sprayer, and the resulting drops are exposed to a rotating stream of liquid [USSR Author's Certificate No. 244927, class C04B 5/05, 1969]. However, this method uses water to cool the slag drops more quickly. Water interacts with blast furnace slag to form sulfur compounds.

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.The aim of the invention is to ensure granulation of blast furnace slag melt while minimizing the height of the solidification zone of melt droplets and the cooling zone of the formed slag granules, eliminating their sintering, as well as the utilization of thermal energy by an air flow that is not contaminated with harmful and aggressive sulfur compounds during the technological process.

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.The stated goal is achieved by the fact that by crushing the liquid stream of melt with a sprayer, drops of liquid melt after the sprayer are directed into an ascending air flow, in which, as they fall, the solidification of the drops of melt occurs, followed by complete cooling of the resulting granules to the required temperature.

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.The use of air as a cooling agent provided for in the proposed method allows to exclude sintering of slag granules and formation of a solid monolith in the process of slag melt granulation and further cooling. At the same time, when using air instead of water for cooling in the technological process, the formation of sulfur compounds is excluded, and, consequently, there is no contamination of the coolant utilizing the thermal energy of cooling and granulation of the slag melt with harmful substances.

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.A distinctive feature of the proposed method is that in the ascending air flow, due to the optimization of its speed, the necessary aerodynamic mode of braking of falling slag granules is ensured, which allows minimizing the height of the cooling zone, and, consequently, the dimensions of the apparatus located near the production of liquid slag melt.

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.The optimal speed of the ascending flow is determined by modeling and, depending on the size of the granules, allows for the stated speed of their fall in the range of 0.3-6 m/s.

Пример реализации способаExample of implementation of the method

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).A conventional dry slag disposal apparatus with a capacity of 20 kg/s is evaluated. The initial temperature of liquid slag is 1550°C. The effective diameter of liquid slag melt droplets from the sprayer is 4 mm, and the horizontal velocity of their dispersion is 3.9 m/s. Air is supplied to the apparatus by a gas blower with a capacity of 60 kg/s (52.2 ^Nm3 /s).

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.The diameter of the apparatus in the granulation zone, taking into account the speed of slag droplet dispersion, is taken to be 8 m. To ensure sufficient surface strength of the granules, the surface temperature of the solidifying liquid slag is taken to be 1165°C. In this case, the average volume temperature of the solidifying droplet at the exit of the granulation zone is 1249°C. This temperature is achieved with a contact time of the drops with air of 1 sec. The required speed of droplet fall in the granulation zone is 4.2 m/s. In accordance with the obtained modeling results, the height of the granulation zone of the apparatus is 4.2 m.

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.The diameter of the apparatus in the cooling zone is 2.2 m, which, at a given air flow rate, ensures the required aerodynamic mode of braking the falling slag granules, allowing the cooling zone height to be minimized to 9.2 m. The required temperature of the slag granules at the apparatus outlet is 100°C. The temperature of the cooling air at the apparatus inlet is set equal to 30°C. An assessment of the heat exchange dynamics shows that the required temperature difference between the slag at the apparatus outlet of 100°C and the cooled air at the apparatus inlet of 30°C is ensured at a contact time of the coolants of 15 s. The falling speed of the granules is 0.61 m/s. The temperature of the heated air at the outlet of the slag cooling zone is 415°C. Taking into account the heat exchange in the granulation zone, the temperature of the heated air at the apparatus outlet reaches 498°C.

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).The model-based assessment of the processes shows that a 13.4 m high apparatus is required for granulation and cooling of 20 kg/s of slag from 1550 to 100°C. The apparatus can be located directly next to the blast furnace and its operation is not accompanied by harmful sulfur gas emissions. In addition, the apparatus ensures the utilization of thermal energy in the amount of 32.3 MW (1.62 MJ).

Claims

A method for granulating slag melts, including crushing a liquid stream of melt with a sprayer and subsequent cooling of the melt droplets, characterized in that after the sprayer, the solidification of the slag melt droplets and the cooling of the resulting slag granules occur in an ascending air flow, in which, due to optimization of its speed, the falling speed of the granules is ensured in the range of 0.3-6 m/s.