一种铁水粒化的系统
阅读说明：本技术 一种铁水粒化的系统 (System for molten iron granulation ) 是由 郜小朦 姜国强 李石磊 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一条安全环保自动化的铁水粒化可重复生产的工艺技术生产线,提高了劳动生产率,降低了成本,满足了高品质、分级材料的需求,分级获得两种合格铁合金粒、无定型回收颗粒和铁粉,其中所述铁合金粒的形态均匀,尺寸合适,尤其实用价值最高的B颗粒：大于8mm且小于16mm,质量占比大于50%,而小于60%,产率高,且充分二次利用无定型回收颗粒,并首次提及了对铁合金粒极小颗粒的充分利用,高效环保。(The invention provides a safe, environment-friendly and automatic molten iron granulation reproducible production process technology production line, which improves the labor productivity, reduces the cost, meets the requirements of high-quality and graded materials, and obtains two kinds of qualified ferroalloy granules, amorphous recovered granules and iron powder by grading, wherein the ferroalloy granules have uniform shapes and proper sizes, and are especially B granules with the highest practical value: more than 8mm and less than 16mm, the mass ratio is more than 50 percent and less than 60 percent, the yield is high, amorphous recycled particles are fully and secondarily utilized, the full utilization of the extremely small particles of the iron alloy particles is mentioned for the first time, and the method is efficient and environment-friendly.)
技术领域
本发明涉及一种铁水粒化的系统，涉及铁水粒化技术领域，尤其涉及对铁水粒化颗粒的分级技术和回收技术。
背景技术
铁合金是由一种或两种以上的金属或非金属与铁元素组成的，并作为钢铁和铸造业的脱氧剂、脱硫剂和合金添加剂等的合金。在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金，不论含铁与否（如硅钙合金），都称为“铁合金”。习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添加剂也包括在内。
铁合金是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的重要原料之一，其主要用途是作为脱氧剂，消除钢液中过量的氧；作为合金元素添加剂，改善钢的质量和性能。
1、作为脱氧剂。炼钢过程是用吹氧或加入氧化剂的方法使铁水进行脱碳及去除磷、硫等有害杂质的过程。上述的氧化剂就是与氧的结合能力强的合金元素，包括铬、锰等。
2、用作合金剂。根据性能要求，向钢中加入不同的合金元素从而得到有一定性能的合金钢。用于调整钢中合金元素的铁合金叫做和金剂。
3、用作铸造晶核孕育剂。在浇铸前加入某些铁合金作为晶核，改善铸件的结晶性能，从而提高铸件的性能。
4、用作还原剂。
随着我国钢铁工业持续、快速的发展，钢的品种、质量的不断扩大和提高，对铁合金产品及质量提出了更高的要求，铁合金工业日益成为钢铁工业重要的相关技术和配套工程。
目前，国内液态金属粒化尤其是液态合金铁水粒化工艺非常落后。在我国已投产的铁合金生产企业中，无一例外的采用高温浇铸成型+冷态破碎的工艺。大型电炉厂家常采用带式浇铸机或环形浇铸机浇铸，小型电炉厂家常采用锭模浇铸，甚至有些厂家在生产高碳锰铁、锰硅合金时，常采用铁水直接流入砂模的方式浇铸。经过铸造后的铁锭，被运至破碎场所由人工或经机械破碎成颗粒以备炼钢时使用。但是，这种工艺存在着许多弊端：铸锭通常体积很大、重量很重，为之后的破碎增加难度；机械破碎成本高，劳动强度大；环境污染严重，材料耗损率高；颗粒棱角分明，不利于喷吹冶金等。因此，改变原有落后的粒化处理工艺，提高合金钢冶炼生产能力、降低冶炼成本，实现清洁生产，已经成为钢铁企业急待解决的课题之一。
如CN201410124831一种铁合金熔液粒化方法，该方法采用粒化包装联合装置生产铁合金细颗粒，将1600℃－1630℃的柱状熔液流竖直落到水平粒化盘上，经过水淬处理形成铁合金细颗粒，铁合金细颗粒的粒径是2-50毫米；振动脱水筛进行脱水，回转烘干机进行烘干经过皮带机送入打包机包装。本发明的铁合金熔液粒化方法自动化程度高流程短、占地面积小，铁合金颗粒粒径小并且均匀性高。
如CN201210087398涉及一种镍铁粒化处理方法，使用粒化装置处理高温镍铁水；将高温镍铁水收集到一个铁水罐内，通过运送设备将该铁水罐运送到一个倾翻装置上；启动粒化处理装置，水平旋转粒化盘的转速为500～1000转/分钟；启动倾翻装置将高温镍铁水注入到一个料斗内，该料斗出口位于所述水平旋转粒化盘上方；高温镍铁水落入所述粒化处理装置中的水平旋转粒化盘上，由水平旋转粒化盘进行离心溅射粒化处理形成高温镍铁水颗粒，高温镍铁水颗粒经喷射气流破碎、冷却形成较小的镍铁颗粒；镍铁颗粒落入所述粒化处理装置中的水淬处理仓，通过水淬处理形成镍铁细颗粒；提升脱水器将镍铁细颗粒脱水，送入镍铁细颗粒收集仓。本发明生成的镍铁细颗粒的粒径小，可以缩短炼钢的冶炼时间。
但是上述现有技术还存在以下明显的技术问题：（1）制备的铁水颗粒尺寸跨度大，并不能有效的区分；（2）完全忽视对于铁水颗粒的的充分回收问题，造成了明显的浪费，如其中长时间累积的铁泥或铁粉的处理问题鲜有关注。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种铁水粒化的系统对其系统进行了精简优化，并充分的对粒化颗粒进行分级处理，对无商用价值的无定型颗粒进行二次回收，对造成明显环境污染的铁粉进行充分回收，在保持高效率制备铁水颗粒的同时有效的实现高回收、绿色环保要求。
一种铁水粒化的系统，包括有粒化系统和分级系统，所述粒化系统至少包括有铁水包、溜槽、旋转中包、反应罐和喷射系统；所述分级系统包括有A级筛分脱水系统、B级筛分脱水系统、热水池、砂水分离器、反水管和铁粉液回收槽，其中所述A级筛分脱水系统制备的A颗粒的尺寸大于16mm，B级筛分脱水系统制备B颗粒的尺寸大于16mm大于8mm且小于16mm，由铁粉液回收槽获得的铁粉尺寸＜1mm。
在某些实施例中，所述铁水为高碳铬铁铁水，所述碳铬铁铁水中非铁成分的质量比为Cr: 52-60%、Si: 2-3%、C：6-8%、P：<0.035%、S：<0.035%。
在某些实施例中，所述A级筛分脱水系统包括有A级脱水筛、A级旋转烘干窑、A级滚筒筛。
在某些实施例中，所述B级筛分脱水系统包括有B级脱水筛、B级旋转烘干窑、B级滚筒筛。
在某些实施例中，所述通过A\B级脱水筛处理获得的不合格颗粒进入热水池通过砂水分离器-收集槽收集获得无定型颗粒。
在某些实施例中，所述铁粉液通过热水池底部的出口收集进入铁粉液回收槽，通过对所述铁粉液进行干燥、研磨获得氧化铁粉。
在某些实施例中，所述无定型颗粒包括由B级脱水筛获得的不合格铁粒和A/B级滚筒筛获得的破碎铁粒。
在某些实施例中，无定型颗粒通过二次熔炼成为铁水原料，通过铁水包进入铁水粒化的系统。
在某些实施例中，通过所述系统获得的A颗粒质量占比大于25%，小于30%；所述B颗粒的占比大于50%，而小于60%；所述无定型颗粒的占比大于10%，而小于15%，所述铁粉的的占比小于5%。
在某些实施例中，获得的铁合金颗粒经过输送、包装、入库处理。
随着炼钢炉外精炼技术的迅速发展，要求使用实心粒状铁合金吹入炉内或包内进行冶炼，这就对吹入的铁合金颗粒在形状和组织结构上有了一定的要求，必须均匀、圆整，基于此，本发明提供了一种铬铁铁水粒化生产线，是一条用高效率、高质量的金属固化、金属粒化技术，来满足我国生产制造高品质合金材料需求的自动化生产线，从铬铁铁水的冷却，输送，分级、干燥，储存，和包装，实现了全部自动化。与传统铸铁和铸定相比，具有自动化程度高，金属回收率高，生产效率高，合金均匀，氧化物含量低，化学成分稳定，解决了破粒，环境污染问题等显著优点，可以满足我国炼钢工业和铸造工业的发展需求，可提高三废综合利用，减少污染物的排放，达到清洁生产标准的要求，填补了国内冶金装备的一项空白。
如图8所示，液态金属装在铁水包中，铁水包用吊车放置在粒化倾翻装置上锁定，再通过倾翻装置的倾翻浇到旋转中间包内，中间包旋转的离心力以及铁水自重的压力使得液态金属从水口流出，在空中形成抛物线状的铁水柱落入粒化罐，液态金属颗粒进入粒化罐后遇水冷却，迅速水淬固化，凝固成固态颗粒，并在重力的作用下沉入粒化罐底部，达到均匀金属粒化，粒化罐底部有一喷射器，将颗粒及混合的水通过管道高压打入A/B级筛分脱水系统, A/B级脱水筛筛上粒度合格的颗粒脱水后经过A/B旋转烘干窑加热充分烘干，在A/B滚筒筛，其中A级筛分脱水系统制备的A颗粒的尺寸大于16mm，B级筛分脱水系统制备B颗粒的尺寸大于8mm且小于16mm, B级脱水筛获得A级脱水筛的分离产物，热水池获得B级脱水筛的产物，其中落入热水池的产物为无定型或破碎颗粒和尺寸过小的颗粒，其中过小的颗粒以铁粉为主，通过晒水分离器有效的分离破碎颗粒和尺寸过小的颗粒，其中破碎颗粒通过收集槽收集，铁粉通过铁粉液回收槽进行收集，所述铁粉的尺寸＜1mm，所述铁粉液通过对所述铁粉液进行干燥、研磨获得氧化铁粉。
此外，在烘干过程中会有部分因为内应力，以及后续滚筒筛碰撞而导致颗粒被打碎，因此需要将A/B级滚筒筛过筛不合格的破碎颗粒进行收集，输入到收集槽中，所述收集槽中不合格的铁粒需要进行二次熔炼，再次引入铁水包中，再获得均匀的粒化颗粒。
上述整个过程为一套生产系统，整个生产系统均由自动化HMI控制。
整体获得的产物，其粒化后粒度指标：
A颗粒：大于16mm，质量占比大于25%，小于30%，如附图1所示。
B颗粒：大于8mm且小于16mm, 质量占比大于50%，而小于60%，如附图2所示。
无定型颗粒：无定型颗粒的占比大于10%，而小于15%，尺寸不一，如附图3所示。
铁粉：小于1mm, 质量占比小于5%，如附图4所示，所述铁粉经过研磨处理，获得氧化铁粉，如附图5所示。
所述各个阶段的产物经过输送、包装、入库处理，最终根据客户的需要进行包装或直接装入集装箱内发走。
对本发明的铁水粒化项目热平衡计算进行说明。
高碳铬铁成分如下表。
成分
Cr
Si
C
P
S
含量
52-60%
2-3%
6-8%
<0.035%
<0.035%
浇注温度: 1650℃；
产品温度: 65℃；
最大粒化能力: 2000 kg/min；
冷却水温差:30℃，水温通过系统控制；
高碳铬铁在1650℃的含热量: 490 kWh/t；
固态高碳铬铁在65℃的含热量: 5.5 kWh/t；
粒化过程放热量=484.5 kWh/t；
设计粒化率（2t/min）；
粒化率为2000 kg/min的散热量: 970 kWh/min 或3490 MJ/min or 58 MW；
按照水的比热为4.18 J/g℃、密度为1000 kg/m3 、温差30℃，理论用水量为1670m3/h，考虑到化学、温度和流量的变化情况，本发明粒化线设计水流量为1800m3/h。
有益效果
（1）在冶金工业提供了一条安全环保自动化的铁水粒化可重复生产的工艺技术生产线，提高了劳动生产率，降低了成本，满足了高品质、分级材料的需求。
（2）本项目是国内首条铬铁铁水粒化全自动分级生产线，铁水粒化时间≤30秒，金属回收率99.8％，设备运行率98％。
（3）分级获得两种合格铁合金粒、无定型回收颗粒和铁粉，其中所述铁合金粒的形态均匀，尺寸合适，尤其实用价值最高的B颗粒：大于8mm且小于16mm, 质量占比大于50%，而小于60%，产率高，且充分二次利用无定型回收颗粒，并首次提及了对铁合金粒极小颗粒的充分利用，高效环保。
附图说明
附图1：本发明铁水粒化系统制备的A颗粒；
附图2：本发明铁水粒化系统制备的B颗粒；
附图3：本发明铁水粒化系统制备的待回收破碎颗粒；
附图4：本发明收集的极小铁合金颗粒铁粉；
附图5：本发明铁粉通过研磨处理获得的氧化铁粉；
附图6：本发明数控和监测平台；
附图7：对比例铁水粒化的破碎-选粒-包装过程；
附图8：本发明铁水粒化的系统示意图。
具体实施方式
实施例1
一种铁水粒化的系统，包括有粒化系统和分级系统，所述粒化系统至少包括有铁水包、溜槽、旋转中包、反应罐和喷射系统；所述分级系统包括有A级筛分脱水系统、B级筛分脱水系统、热水池、砂水分离器、反水管和铁粉液回收槽，其中所述A级筛分脱水系统制备的A颗粒的尺寸大于16mm，B级筛分脱水系统制备B颗粒的尺寸大于8mm且小于16mm，由铁粉液回收槽获得的铁粉尺寸＜1mm。
所述A级筛分脱水系统包括有A级脱水筛、A级旋转烘干窑、A级滚筒筛所述B级筛分脱水系统包括有B级脱水筛、B级旋转烘干窑、B级滚筒筛，通过A\B级脱水筛处理获得的不合格颗粒进入热水池通过砂水分离器-收集槽收集获得无定型颗粒，所述无定型颗粒包括由B级脱水筛获得的不合格铁粒和A/B级滚筒筛获得的破碎铁粒，最终获得的无定型颗粒通过二次熔炼成为铁水原料，通过铁水包进入铁水粒化的系统。
铁粉液通过热水池底部的出口收集进入铁粉液回收槽，通过对所述铁粉液进行干燥、研磨获得氧化铁粉。
上述过程均为自动化过程，自动化操控平台如附图6
其中获得的A颗粒质量为27.3%，B颗粒的占比57.5%，无定型颗粒占比12.7%，铁粉2.5%。
其中具有A颗粒的尺寸大于16mm，B颗粒的尺寸大于8mm且小于16mm，铁粉尺寸＜1mm，三者具有以极高的商业价值，商业价值率为87.%，B颗粒中，尺寸大于10mm且小于12mm的颗粒占比67.3%，即尺寸均匀，形态类似，中空率几乎为零。
对比例
采用传统的制备工艺：铁水入包-粒化-冷却-烘干-打壳-选粒-包装，如附图7所示，极大的造成能源浪费。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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