【摘要】：鋼鐵行業(yè)是能源密集型行業(yè)之一,我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)能耗占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總能耗的15%。每噸高爐渣中約含有1500MJ熱量,目前高爐渣中的余熱未能得到有效回收利用。本文提出一種高爐渣速冷速破技術(shù),能將高爐渣快速破碎冷卻到玻璃相轉(zhuǎn)變溫度以下,達(dá)到能源資源雙重回收的目的。本文開發(fā)了新型速冷速破裝置,通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的方法,研究了高爐渣冷卻特性以及裝置破碎性能。通過數(shù)值模擬研究了顆粒直徑和換熱強(qiáng)度對(duì)熔渣顆粒冷卻時(shí)間以及內(nèi)部溫度分布的影響。模擬結(jié)果表明:在顆粒中心冷卻至1000K時(shí),(1)熔渣顆粒的粒徑越大,所需的時(shí)間明顯增長(zhǎng),直徑4mm顆粒冷卻所需時(shí)間是直徑1mm顆粒的13倍,同時(shí)直徑越大冷卻后顆粒斷面溫差越大;(2)熔渣顆粒表面對(duì)流換熱系數(shù)越大,冷卻時(shí)間越短,對(duì)流換熱系數(shù)從100W/(m~2·K)增大到1400W/(m~2·K),冷卻時(shí)間從17.25s減小至2.32s。結(jié)合模擬結(jié)果和熱工計(jì)算,設(shè)計(jì)并制作高爐渣速冷速破裝置,在此基礎(chǔ)上開展模擬實(shí)驗(yàn)。采用松香石蠟4:1混合物對(duì)裝置破碎性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn),研究了噴嘴類型、流量和壓力對(duì)混合物的破碎情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)實(shí)驗(yàn)選用的6520噴嘴對(duì)混合物破碎效果最好,破碎后顆粒的整體粒徑較小,主要分布在0.1~1mm之間;(2)隨著噴嘴壓力和流量的增大,破碎后混合物顆粒的粒徑減小,壓力從0.12Mpa增大至0.33Mpa,平均粒徑從0.67mm減小至0.39mm,同時(shí)壓力和流量越大混合物在壁面上的粘結(jié)量減少。開展了熱態(tài)渣現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)實(shí)驗(yàn)選用的6530噴嘴對(duì)熱態(tài)渣的破碎效果最好,熱態(tài)實(shí)驗(yàn)破碎后的爐渣顆粒粒徑主要分布在1~3.5mm之間,整體粒徑比模擬實(shí)驗(yàn)破碎后混合物粒徑大;(2)熱態(tài)實(shí)驗(yàn)中,液態(tài)爐渣在裝置壁面幾乎無粘結(jié),但是破碎后的渣粒中存在少許纖維狀渣;(3)熱態(tài)實(shí)驗(yàn)中渣粒粒徑變化規(guī)律與模擬實(shí)驗(yàn)相同,隨著噴嘴流量壓力的增大,破碎后渣粒粒徑減小;(4)破碎冷卻后的渣粒玻璃相含量為93.8%,能夠保證后續(xù)高附加利用價(jià)值。
【圖文】：

圖 1.1 鋼鐵企業(yè)余熱資源分布圖每煉 1t 生鐵約產(chǎn)生 0.3t～0.4t 高爐渣，排渣量與鐵礦石品相關(guān)。高爐渣的排出溫度在 1300℃～1450℃左右，粗略MJ～1880MJ 的熱量，相當(dāng)于 0.045～0.06tce 的發(fā)熱值[2]量，按每生產(chǎn)一噸生鐵產(chǎn)生 0.3 噸渣進(jìn)行計(jì)算，全年至少其中的余熱資源折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約為 0.11 億噸，因此，高

外高爐渣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，因此液態(tài)高爐渣在冷卻過程中的換熱熱阻較大，完全冷卻需要一定的時(shí)間。高爐渣的性質(zhì)決定了其主要應(yīng)用途徑，具體如圖1.2所示。高爐渣在冷卻后，通常會(huì)形成兩種微觀組織，其主要與冷卻強(qiáng)度和冷卻速率有關(guān)[7]。當(dāng)采用緩慢冷卻法時(shí)（如空冷），，絕大多部分高爐渣將會(huì)形成鈣鋁黃長(zhǎng)石、鈣鎂黃長(zhǎng)石等晶體相；當(dāng)采用快速冷卻時(shí)（如水淬沖渣），由于冷卻速率大，爐渣顆粒中大量?jī)?nèi)能沒有來得及釋放直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，從而形成非晶相（玻璃態(tài)）或無定形態(tài)，因而有較高的化學(xué)活性[8]，快速冷卻得到的高爐渣有較高的附加利用價(jià)值，被大量用于水泥、建材生產(chǎn)中。圖 1.
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X757

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