一种利用水蒸气和二氧化碳的有压热闷钢渣装置及钢渣稳定化的处理方法

本发明涉及钢铁冶金过程中的固体废弃物水蒸气有压处理和二氧化碳固定技术，尤其是炼钢过程中所产生的转炉钢渣、铸余渣处理等，具体涉及到一种利用水蒸气和二氧化碳的有压热闷钢渣装置及钢渣固碳、稳定化的处理方法。

背景技术：

1、目前，钢渣处理方法种类，有热泼法、热闷法、水淬法、风淬法、滚筒粒化法和粒化轮法等。而国内钢厂主要采用的方法是热泼法和热闷法，热泼法是将熔融液态钢渣倒在热泼场内，通过打水或空气自然冷却，随后进行破碎、磁选处理；热闷法是将熔融液态钢渣倒在热闷池内，通过打水冷却，待钢渣粉化后进行破碎、磁选处理；用水处理高温钢渣的过程中，水遇热成为水蒸气，蒸汽通过间隙渗透至钢渣内部与游离氧化物发生消解反应并使钢渣膨胀，破碎钢渣的同时使钢渣稳定化，提高钢渣的利用价值。而目前研究人员也尝试利用钢渣固碳来达到碳减排的目的，主要原理是利用二氧化碳气体与游离氧化物和氢氧化物发生反应生成碳酸钙，因为钢渣与混凝土砌块的成分相似，处理后的钢渣能与建筑混凝土混合或替代使用，现已有利用二氧化碳制备耐高温混凝土砌块的方法，经过二氧化碳养护的混凝土砌块由于其内部成分及结构的改变，短期内快速增强混凝土砌块的强度、耐久性能以及高温性能。且实验发现干法矿物碳酸化进行速度慢且进行程度低，即钢渣在干燥的二氧化碳气体氛围中反应较慢，转化率较低，因此湿法矿物碳酸化由于反应迅速而较常使用。同时，反应装置内通入水蒸气而不直接打水一方面提高了反应后蒸汽余热的品位为余热高质量回收提供了可能性，另有一方面阻止了因为液态水骤然气化体积膨胀而使反应釜发生爆炸。因此，本专利提供一种利用水蒸气和二氧化碳的有压热闷处理钢渣的方法，即在反应装置内通入水蒸气和二氧化碳的混合气体与钢渣发生消解和固碳反应，并提供相应的反应装置。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种利用水蒸气和二氧化碳的有压热闷处理钢渣的方法，所述反应装置包括：顶盖、筒体、进气口、进气阀门、排气口、出气阀门、背压阀、热电偶测温仪、压力表、安全阀、渣罐、渣罐支座以及吊起装置；密封顶盖设置在筒体顶部，用于密封筒体，顶盖上设置一个进气口用于通入水蒸气和二氧化碳的混合气、一个出气口和背压阀、以及压力表、热电偶测温仪，筒体内部设置有渣罐支座，用于支撑设置在筒体内部的渣罐；筒体外壁设置吊起装置便于整个设备升降和移动。

2、其中，筒体为一立式圆筒状压力容器。

3、其中，顶盖的直径与筒体直径相等，顶盖可通过旋转顶盖周围一圈螺丝与筒体进行密封锁紧或解锁，解锁后可向上移开，打开后筒体全部敞开。

4、其中，进气口排布在顶盖一侧，出气口排布在对侧，其中进气口前设置三通阀用于连接水蒸气管道和二氧化碳气体管道并混合，出气口管道上设置背压阀调节出气速度，安全爆破装置用于防止热闷过程中筒体内压力急剧升高所造成的爆炸，安全爆破装置优选为安全阀；所述反应装置优选是一套高温低压压力容器设备。

5、其中，通过厂房内的行车吊运完成渣罐进出筒体的操作。

6、其中，安全爆破装置以及压力表、温度检测装置排布在顶盖上，用于监测筒体内气体的压力和温度以及渣罐内钢渣的温度；

7、其中，所述渣罐为一圆筒状结构，其底部可打开卸料。

8、本发明还提供一种钢渣稳定化处理方法，包括如下步骤：

9、(1)冷却固化粗碎，熔融液态钢渣经过冷却固化破碎至温度为600～800℃、粒度在100mm以下的固态热钢渣后，通过溜槽进入到渣罐；

10、(2)热闷装渣，渣罐由行车吊运至装置的筒体内，通过筒体内的导向装置放置于渣罐支座上，之后，顶盖关闭，并与筒体之间进行锁紧和密封；

11、(3)水蒸气有压热闷固碳，顶盖与筒体锁紧和密封后，打开进气口，在控制进气速度的情况下喷气冷却，并根据实际情况调节二氧化碳和水蒸气进气比，打开出气口并利用背压阀进行调节，使在筒体内形成带压气氛，此时水蒸气通过间隙渗透至钢渣内部与游离氧化物发生消解反应并使钢渣膨胀，同时二氧化碳气体与游离氧化物和氢氧化物发生反应开始生成碳酸钙等，整个过程持续2～3个小时。

12、(4)恒压控制，在有压热闷的过程中，通过压力表、温度检测装置实时监测筒体内混合蒸汽的压力和温度以及渣罐内钢渣的温度，并通过控制进气速度和调节背压阀，来保证筒体内恒压，当维持筒内相对压力在0.2～0.5mpa时，热闷时间将大大缩短；安全爆破装置是当筒内压力异常升高时用来紧急排压。

13、(5)气体排压，钢渣热闷过程中，筒体内会积聚大量高温有压气体，热闷结束时，筒体内压力值不在安全范围之内，为确保出渣安全，出气口应继续打开至压力表、温度检测装置显示筒内气氛为常压常温。

14、(6)出渣，当钢渣温度降至50～80℃时，将盛有处理后的钢渣的渣罐通过行车吊出。

15、其中，共设置1个进气口，进气口前设置三通阀用于连接水蒸气管道和二氧化碳气体管道并混合通气，使装置内维持混合气体氛围同时完成钢渣的消解和固碳反应；设置1个出气口，进气和出气同时进行，使气体流动并达到动态平衡，加快反应的进行，并维持筒内压力；热闷过程中不涉及到液态水吸热蒸发为气态水的体积膨胀的过程，保障了方法装置和处理方法的安全性，同时出气口排出的混合气体具有较高的温度和压力，保证余热高质量回收的有效进行；筒体内压力稳定，保证反应安全、顺利和快速地进行。

16、钢渣稳定化处理方法是，将装有600～800℃的钢渣的渣罐吊入钢渣水蒸气有压热闷固碳反应装置内的渣罐支座上；之后关闭顶盖并锁紧密封；首先通过钢渣质量确定合适的水蒸气和二氧化碳的质量与热闷时间，再由此确定通气速度，之后由设置在顶盖上的进气口通入二氧化碳和水蒸气混合气体，此时热渣遇较低温度气体冷却，表层迅速降温，由温差产生的应力使钢渣表层碎裂并产生裂缝，同时发生消解和固碳反应；打开出气口，使反应釜内气体流动和保持恒压，一般将筒内相对压力维持在0.2～0.5mpa，压力使水蒸气很快覆盖于钢渣的表面并渗入裂缝中，与渣中的游离态cao迅速反应生成ca(oh)2，其组织结构发生变化，比重变小，由于固相体积增大产生膨胀，具有膨胀应力，造成了渣的迅速粉化碎裂。同时在高温和压力的作用下，蒸汽还可以通过微细裂缝可以深入到块状钢渣的内部进行反应，而不是仅仅停留在钢渣的表面，提高了反应速度，使渣块进一步迅速碎裂、粉化。上述过程反复进行，由表及里，直到钢渣中的游离态cao充分消解并且钢渣自身粉化，同时二氧化碳气体与ca(oh)2发生反应生成caco3达到了充分消解和固碳的目的，使在短时间内让钢渣达到稳定、粉化和固碳三大目的。因此有压热闷固碳处理技术是同时实现转炉钢渣快速稳定化和粉化并且固定二氧化碳的先进处理技术。

17、本发明在有压热闷钢渣装置内对钢渣进行处理，利用钢渣自身余热进行热闷，并将通入的液态水替换成水蒸气，达到了节能节水的目的并减少了发生爆炸的可能性，反应过程中也不会产生粉尘，使得排出后的高温有压气体含尘少，能够做到更有效的余热回收利用；过程中，进气口和出气口同时开启，进气口通入水蒸气和二氧化碳气体在罐内形成稍高于常压的压力，可使钢渣块迅速碎裂、粉化以及固定二氧化碳，达到环保减排的目的；处理过程中，反应装置通过配备的温度检测装置、安全爆破装置与压力实时监控装置内的温度和压力，减少和消除安全隐患；另外本方法处理周期短，粉化效果好，能充分消解钢渣中的游离态cao，处理后的钢渣稳定性好，可以用于建材和道路等方面，能实现钢渣的资源化循环利用，通过二氧化碳养护的钢渣甚至能替代耐高温的混凝土砌块，给钢渣带来更高的利用价值。通过有压热闷，钢渣可在1～2h左右内实现稳定处理和粉化处理。本发明还通过混合水蒸气与二氧化碳来创造湿法矿物碳酸化的条件，提高了二氧化碳在钢渣体系中的渗透速率，使得二氧化碳与钢渣充分接触，促进固碳反应的发生。

18、本发明提供的钢渣水蒸气有压热闷固碳反应装置的部分工艺参数如下表1所示：

19、表1反应装置部分参数

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