连续制造凝固的炼钢炉渣的方法和相关的装置与流程

本发明涉及连续制造炼钢炉渣的方法和相关的装置。

在常规的炼钢路线中，生铁在高炉中生产，然后例如在转炉中制成钢。在转炉中，吹送氧气通过熔融的生铁，这降低生铁的碳含量并将其转变为钢。将矿物添加物例如石灰和/或白云石添加到转炉中，以除去生铁中包含的杂质(例如硅、磷和锰)并且达到所需的钢组成。这些添加物与提取自生铁的杂质一起形成转炉炉渣。

然后，可以使由此形成的钢水经历精炼过程，以达到高品质钢种的钢组成要求。将钢水倒入钢水包中，并在特别地通过注入矿物添加物(例如石灰和/或白云石)来除去杂质的同时向钢水中添加合金元素。钢水包渣是这样的精炼过程的副产品。

大型炼钢厂每年产生成千上万的炼钢炉渣，这产生了储存成本和可用空间的必要性。然而，这些炉渣具有良好的机械特性，特别是在韧性和耐磨性方面，这使得它们在土木工程或道路建造中的使用特别引人关注。道路建造包括需要使用集料的所有道路施工，特别是柏油、路基、基层、道路系统的底基层或填料的制造。然而，这种材料的主要问题来自其大含量的游离石灰，其使集料不稳定。文本的其余部分将使用术语炼钢炉渣。其既包括上述的钢水包渣和转炉炉渣，也包括作为炼钢厂的副产品并且游离石灰含量高于2％的任何炉渣。

实际上，由于石灰和/或白云石的添加，转炉炉渣和钢水包渣均具有高至25％的高游离石灰(cao)含量。该游离石灰可以在短期内根据水合反应(1)与雨水反应而形成氢氧化钙：

(1)cao+h2o→ca(oh)2

以及长期根据碳酸化反应(2)与来自空气的二氧化碳反应而形成碳酸钙：

(2)cao+co2→caco3

氢氧化钙和碳酸钙均具有比游离石灰更高的体积，存在体积膨胀高至10％的那些炉渣的体积不稳定性，这可能引起对使用其的道路的损害。这阻碍了转炉炉渣在道路建造中的传统再循环。已经提出了几种解决方案来降低游离石灰含量并且使炼钢炉渣稳定。

例如，jp-b2-5327184描述了这样的生产炉渣的方法，其中使炼钢炉渣在密闭容器中保持熔融状态，并且向熔融炉渣中吹送co2以使co2的吹送量≥0.07吨/吨炉渣。目的是通过根据反应(2)使游离石灰转化为碳酸钙来使熔融状态的炉渣稳定。吹送过程持续10分钟至60分钟。然后将熔融炉渣转移至凝固装置，在其中将熔融炉渣冷却至低于860℃的温度以进行凝固。该方法使得实现凝固的炉渣中的游离石灰含量低于1.5％。然而，该过程意味着除了冷却设备之外，还为具有注入装置的专用室提供能量，以在吹送的同时使炉渣保持在熔融状态下，并且这意味着稳定化的熔融炉渣向冷却装置的转移。

jp-b2-5040257描述了这样的处理炼钢炉渣的方法，其中将炉渣装入转鼓中，在其中将炉渣粉碎并冷却。然后，使由此凝固的炉渣与co2接触以根据反应(2)进行碳酸化。该过程需要利用专用设备进行另外的碳酸化步骤。

us-a-5569314描述了生产热稳定的炼钢炉渣的方法，该炉渣适用于需要尺寸稳定性的应用，例如，作为道路建造中的集料。在该方法中，首先在约100℃至400℃的范围内的温度下用水喷洒炼钢炉渣的细颗粒，以使游离石灰根据水合反应(1)与水反应。此后，在co2的存在下在约500℃至900℃的范围内的温度下使水合的炉渣颗粒碳酸化，由此炉渣颗粒中的基本上所有剩余的游离石灰都转化成了碳酸钙。该过程需要水来进行水合，并且需要另外的能量来再加热炉渣以进行热碳酸化步骤。

来自r.m.santos等并且发表在chemicalengineeringjournal203(2012)第239至250页的题为“stabilizationofbasicoxygenfurnaceslagbyhot-stagecarbonationtreatment”的文章描述了热阶段碳酸化过程，其中将颗粒状炉渣冷却，并且在该冷却步骤期间使其与co2接触。该文章研究了温度和炉渣颗粒尺寸对颗粒状炉渣中co2吸收的影响，以及由此对冷却的炉渣中的游离石灰的最终含量的影响。

本发明的目的是提供制造凝固的炼钢炉渣的连续方法，该方法在克服上述缺点的同时使炼钢炉渣稳定化。本发明的另外的目的是，在保持短的处理时间以提高该方法的总生产率的同时，获得具有低游离石灰含量(优选低于1％)的凝固的炉渣。

根据本发明的方法允许显著地限制水和能量的消耗以及设备投资。

为此，本发明涉及连续制造凝固的炼钢炉渣的方法，其包括以下步骤：

-使包含至少2重量％的游离石灰的熔融炼钢炉渣凝固，以生产直径小于1mm的凝固的炉渣颗粒，所述熔融炼钢炉渣与第一碳酸化气体接触；

-在密闭室中将凝固的炉渣颗粒冷却至低于或等于300℃的温度，所述凝固的炉渣颗粒与至少一种第二碳酸化气体接触。

该制造方法可以包括权利要求2至19的特征中的一者或更多者(单独或组合采用)。

本发明还涉及根据权利要求20至26所述的装置。

在阅读参照以下附图给出的以下描述之后，将更好地理解本发明：

-图1示出了根据本发明的方法；

-图2示出了用以实施根据本发明的方法的设备的第一实例；

-图3示出了用以实施根据本发明的方法的设备的第二实例。

图1中示出根据本发明的凝固的炼钢炉渣的连续制造方法。使来自炼钢步骤的熔融炼钢炉渣1经历凝固步骤21，熔融炉渣温度取决于炉渣的组成，但是通常为1300℃至1600℃。在该凝固步骤期间，使炉渣凝固成颗粒6，并且其温度降低直至1000℃。炉渣颗粒6的尺寸小于1mm，优选小于0.5mm。稍后将解释该特定颗粒尺寸的原因。在该凝固步骤期间，使熔融炉渣与第一碳酸化气体31接触。该第一碳酸化气体31包含例如至少20体积％的co2，优选大于50体积％的co2。第一碳酸化气体31的剩余部分可以由氢气、甲烷、一氧化碳、氮气、氧气或蒸汽构成。第一碳酸化气体31可以为来自炼铁设备或炼钢设备的废气或者可以包含来自炼铁设备或炼钢设备的废气，例如焦炉气体、高炉气体或转炉气体，所述气体可以已经首先经历净化步骤。该第一碳酸化气体31包含例如，至少20体积％的co2、5体积％至30体积％的co、1体积％至55体积％的h2、1体积％至55体积％的n2、1体积％至5体积％的o2。在另一个实施方案中，除co2之外，第一碳酸化气体31还包含蒸汽，该气体中蒸汽的体积为20体积％至70体积％。第一碳酸化气体31包含例如，至少20体积％的co2、5体积％至30体积％的co、1体积％至55体积％的h2、1体积％至55体积％的n2、1体积％至5体积％的o2，余量为蒸汽。第一气体31的该注入允许co2和炉渣中包含的游离石灰之间根据碳酸化反应(2)的第一碳酸化反应。在另一个实施方案中，可以存在多于一种第一碳酸化气体。

然后使炉渣颗粒6经历冷却步骤22，在此期间其温度降低直至300℃。冷却速率优选为1℃/分钟至100℃/分钟。其必须高于1℃/分钟以保持短的处理时间，但必须低于100℃/分钟以为碳酸化反应获得足够的co2吸收。该冷却步骤在密闭室中进行，在该密闭室中注入第二碳酸化气体32，该第二碳酸化气体32包含例如，至少25体积％的co2，优选大于50体积％的co2。第二碳酸化气体的剩余部分可以由氢气、甲烷、一氧化碳、氮气、氧气或蒸汽构成。该第二碳酸化气体32可以为来自炼铁设备或炼钢设备的废气或者可以包含来自炼铁设备或炼钢设备的废气，例如焦炉气体、高炉气体或转炉气体，所述气体可以已经首先经历净化步骤。该第二碳酸化气体32包含例如，至少25体积％的co2、5体积％至30体积％的co、1体积％至55体积％的h2、1体积％至55体积％的n2、1体积％至5体积％的o2。选择该第二碳酸化气体32的温度以达到所需的冷却速率；但是其优选具有300℃至500℃的温度。在另一个实施方案中，除co2之外，第二碳酸化气体32还包含蒸汽，该气体中蒸汽的体积为20体积％至70体积％。该第二碳酸化气体32包含例如，至少25体积％的co2、5体积％至30体积％的co、1体积％至55体积％的h2、1体积％至55体积％的n2、1体积％至5体积％的o2，余量为蒸汽。小于1mm并且优选小于0.5mm的颗粒状炉渣颗粒的尺寸使得颗粒具有更高的co2吸收，这使co2与炉渣中包含的石灰之间的根据碳酸化反应(2)的反应的动力学增加。在另一个实施方案中，可以存在多于一种第二碳酸化气体。

在该冷却步骤之后，最初包含在熔融炉渣中的游离石灰的至少60％，并且优选多于75％已经根据反应(2)转化为碳酸盐。熔融炉渣的倒入与冷却的炉渣颗粒11的回收之间的生产时间小于30分钟，优选小于15分钟。

根据本发明的生产方法是连续方法，所有步骤一个接一个地进行而没有中断。这允许具有短的处理时间。

图2示出了用以进行根据本发明的连续制造方法的设备的第一实施方案。在该设备中，来自炼钢装置2的熔融炉渣1被倒入造粒装置4上的密闭室3中而形成炉渣6的凝固颗粒。该造粒装置4可以为例如旋转轮(如图所示)。在图2的构造中，旋转轮4是水平轮，但是在未示出的另一个实施方案中，其可以为垂直轮。同时，在倾倒的炉渣附近，通过第一气体注入装置(未示出)向熔融炉渣注入第一碳酸化气体31。该第一碳酸化气体31的特性与对于图1的凝固步骤21中使用的第一碳酸化气体31描述的特性相同。密闭室3可以是绝缘的。由此形成的凝固的炉渣颗粒6停留在密闭室3中，在其中它们根据前述的冷却步骤22被冷却。密闭室3包括设计成向凝固的炉渣颗粒6注入第二碳酸化气体32的注入装置(未示出)。该第二碳酸化气体32的特性与对于图1的冷却步骤22中使用的第二碳酸化气体32描述的特性相同。密闭室还配备有收集装置(未示出)，以从密闭室的内部收集废气34。这些废气34可以通过作为第一碳酸化气体31和/或第二碳酸化气体32的一部分或者作为第一碳酸化气体31和/或第二碳酸化气体32再注入密闭室而进一步再循环。

图3示出了用以进行根据本发明的生产方法的设备的第二实施方案。在该设备中，来自炼钢装置2的熔融炉渣1在密闭室3中与由雾化器7喷射的第一碳酸化气体31接触而形成凝固的炉渣颗粒6。该第一碳酸化气体31的特性与对于图1的凝固步骤21中使用的第一碳酸化气体31描述的特性相同。雾化器7可以是例如由ecomaister-hatch公司开发的sat(slagatomizertechnology，炉渣雾化器技术)。由此形成的凝固的炉渣颗粒6停留在密闭室3中，在其中它们根据前述的冷却步骤22被冷却。密闭室3包括设计成向凝固的炉渣颗粒6注入第二碳酸化气体32的注入装置(未示出)。该第二碳酸化气体32的特性与对于图1的冷却步骤22中使用的第二碳酸化气体32描述的特性相同。密闭室3还配备有收集装置(未示出)，以从密闭室的内部收集废气34。这些废气34可以作为第一碳酸化气体31和/或第二碳酸化气体32的一部分或者作为第一碳酸化气体31和/或第二碳酸化气体32进一步再注入密闭室。

在两个实施方案中，密闭室3还可以包括用以在冷却步骤期间使炉渣颗粒保持运动的装置。这允许增强co2与凝固的炉渣颗粒6之间的接触，并因此改善凝固的炉渣颗粒6的co2吸收。例如，如图2和3所示，密闭室3的底壁5可以是多孔的，并且可以通过该多孔壁5注入第三气体33，以产生流化床。该第三气体33的流速必须足以使凝固的炉渣颗粒6保持运动。第三气体33可以包含至少25体积％的co2，剩余部分为空气和蒸汽。那些用以使炉渣颗粒保持运动的装置也可以是例如通过使用转筒来使密闭室3旋转的装置。该第三气体可以为来自炼铁设备或炼钢设备的废气或者可以包含来自炼铁设备或炼钢设备的废气，例如焦炉气体、高炉气体或转炉气体，所述气体可以已经首先经历净化步骤，或者其还可以为从密闭室3收集的废气34。

如实施方案中所示，凝固步骤和冷却步骤两者在同一装置中进行，并且炉渣颗粒在同一密闭室中进行处理，这允许提高处理时间和产量。