CN114369695B - 一种气基还原铁竖炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气基还原铁竖炉，从上到下依次为受料装置、竖炉本体和出料装置。竖炉本体的主反应区为圆台型结构，热还原气进气口位于反应区的下段，竖炉本体的反应区不同高度设有两组测温装置，在热还原气进气口的上方设有另一组测温装置，竖炉本体的顶部内侧设有受料钟，竖炉本体的顶部设有回收炉顶循环气的上升管，竖炉本体下部冷却区设有出料导料装置。本发明的竖炉构造简单、体积小，使得竖炉生产更易于控制，整体竖炉设备制造及运行成本低。

Description

一种气基还原铁竖炉

技术领域

本发明属于冶金设备技术领域，具体涉及一种新型的气基还原铁竖炉。

背景技术

当前，气基竖炉直接还原铁技术（海绵铁或DRI）作为主要的非高炉炼铁技术在国外已得到成熟应用，具有能耗低，无需高炉炼铁涉及到的烧结、焦化两个高耗能、高污染工序，具有流程短、节能减排效果明显优势，是改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量，实现清洁冶炼的重要生产技术，也是钢铁工业持续发展、实现节能减排、环境友好发展的主流方向。

我国是钢铁生产大国，2019年我国粗钢产量达到9.96亿吨，约占全球总产量的53％。但是我国的炼钢工艺基本上是以高炉炼铁-转炉炼钢的长流程为主，能源资源消耗大、生产成本高，经济效益差。随着我国钢铁产业结构调整，纯净钢、优质钢比例提高，DRI作为钢铁行业的优质原料需求将不断增加。

气基竖炉代表性工艺主要有Midrex和HYL -Ⅲ工艺，二者均是主要采用天然气重整方法制取还原气，进而还原铁矿石。两种工艺竖炉都属于对流式移动床，分为预热段、还原段和冷却段三个部分。矿石装入竖炉内在下降过程中先被预热，随后进入还原段，铁矿石还原反应进行，形成海绵铁后进入冷却段。海绵铁进入冷却段在冷却气流中冷却至接近环境温度后，通过炉底串罐进行出料，排出炉外。这两种工艺的共同的缺点是：首先，竖炉结构因炉内热电偶测温装置的设置而使上料装置高度及竖炉还原腔室高度较长；其次，入料布料方式采用分配器布料易使布料不均匀，氧化球团物料在炉内受热面积小而致使受热不均匀；最后，竖炉及其配套结构复杂，整体庞大，生产控制难度较高，架设竖炉本体需要大量的支撑钢结构材料，使得整体竖炉设备制造及运行成本非常高。因此，有必要开发一种新型的气基还原铁竖炉。

发明内容

为了解决现有技术中气基竖炉结构设计存在技术缺陷，导致上料装置高度及竖炉还原段高度较长，竖炉内氧化球团物料受热膨胀，使物料和炉体内壁的摩擦力加大，以及架设竖炉本体需要大量的支撑钢结构材料，使得整体竖炉设备制造及运行成本高等技术问题，本发明的目的在于提供一种新型的气基还原铁竖炉。

为了实现上述技术目的，本发明采用了如下所述的技术方案。

一种气基还原铁竖炉，从上到下依次为受料装置、竖炉本体和出料装置；竖炉本体内包括反应区和冷却区，反应区的上段为圆台型结构、下段为圆柱体结构，冷却区为圆锥体结构，反应区的下段设有热还原气进气口；竖炉本体通过入料管、出料管分别与受料装置和出料装置连接为一体；竖炉本体架设于支撑钢结构上，其特征在于，所述竖炉本体内反应区上段沿圆台型结构的中部水平剖面的两个不同高度位置设有上部测温装置和中部测温装置，在热还原气进气口的上方沿圆柱体结构的水平剖面位置设有下部测温装置；所述竖炉本体的顶部内侧设有高度可调整的受料钟，来自受料装置的物料通过所述受料钟以环形布料方式进入竖炉本体内反应区；所述竖炉本体的顶部设有带除尘作用的上升管，竖炉本体的冷却区中部沿水平剖面位置的径向方向设有出料导料装置。

一种优选的技术方案为，所述反应区的上段圆台型结构的炉身角为85°～89°。

进一步地，所述上部测温装置、中部测温装置和下部测温装置均为内置热电偶的测温管，所述测温管的外侧带有保护管，所述保护管为耐高温耐磨的合成材质制成的中空直管。

进一步地，所述受料钟通过可升降的机械结构固定在所述竖炉本体内的顶部，所述受料钟通过机械调节实现其在竖炉内高度的调整。更进一步地，所述受料钟为锥形结构，其侧面设有联接部件，所述机械结构固定在所述竖炉本体的顶部内侧，另一端具有与所述受料钟的联接部件连接的部件，所述受料钟与所述机械结构以可拆卸的方式连接。一种具体的实施方式为，所述受料钟通过螺杆与螺母配合的方式固定在所述竖炉本体的顶部内侧，所述受料钟的高度调整是通过调节螺杆高度而实现的。更进一步地，所述受料钟的侧面设有吊耳，所述螺杆的一端与螺母配合固定在所述竖炉本体的顶部内侧，另一端具有与所述受料钟的吊耳连接的部件，所述受料钟与所述螺杆以可拆卸的方式连接。

进一步地，所述上升管为下部细、上部宽的可变径管状结构。

进一步地，所述出料导料装置是由锥形破料装置和机械松料装置组成的组合机构，所述机械松料装置为辊式松料装置，其内部设有水冷却结构。

一种更为优选的技术方案为，上述技术方案中，所述入料管通过上部星型卸料阀将物料送入所述竖炉本体内反应区。

另一种更为优选的技术方案为，上述技术方案中，所述出料装置包括下部密封仓和螺旋排料机，所述下部密封仓的排料口与螺旋排料机之间密封连接，所述下部密封仓的排料口设置有下部星型卸料阀。

更进一步地，所述螺旋排料机的外壳为夹套水冷却筒状结构，螺旋转轴为中空水冷却结构。

更进一步地，所述螺旋排料机由液压或电动驱动装置驱动旋转，其旋转轴位于水平方向。

相对于现有竖炉设计技术，本发明整技术方案所能够取得的技术效果在于：

本发明将竖炉炉身设计为圆台型，可以消除因进料热膨胀导致的物料与竖炉炉壁局部的摩擦力，保证炉内物料的顺利下行。同时，还可以增加还原气和铁矿球团物料的接触时间，有利于提供还原气的利用率以及增加单位体积气耗的直接还原铁产品出料量。在此基础上，本发明采用炉身测温方式，大幅地降低了上料装置的高度和上料传输动能；采用炉身顶部内侧设置受料钟的技术手段，实现了炉内环形布料，相对于采用重力出料摆式卸料装置的布料方式而言，能够减少物料因重力作用对竖炉本体所带来的冲击力，并且布料更为均匀。此外，本发明优选的技术方案中采用强制出料的方式，解决了生产中存在出料困难，造成“悬料”的问题。相对于现有技术而言，本发明提供的新型气基还原铁竖炉构造简单、体积小，生产运行更易于控制，竖炉及配套的收料装置、出料装置等设备的高度均大幅度降低，能够节省大量的架设竖炉的支撑钢结构的钢材。与目前的产能为60万吨/a的同类型竖炉设备相比，在同等产能条件下，竖炉框架高度可下降20m-25m，初步估算可节省钢材至少600吨，整体竖炉设备制造及运行成本低。

附图说明

图1为本发明一种气基还原铁竖炉的结构示意图；

图中，1-受料仓；2-上部密封仓；3-上部插板阀；4-入料管；5-上部星型卸料阀；6-上升管；7-受料钟；8-竖炉本体；9-上部测温装置；10-中部测温装置；11-下部测温装置；12-出料导流装置；13-固定件；14-出料管；15-下部插板阀；16-下部密封仓；17-下部星型卸料阀；18-螺旋排料机。

具体实施方式

本发明针对于现有竖炉结构设计存在的技术缺陷，从受料方式、竖炉本体、炉体测温方式、布料方式和出料方式等方面进行了全新的设计，提供了一种新型的气基还原铁竖炉。

下面通过具体实施例，进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供的新型的气基还原铁竖炉，从上到下依次为受料装置、竖炉本体和出料装置，所述受料装置由受料仓1、上部密封仓2和入料管4组成，所述上部密封仓2的出口处设置上部插板阀3；所述出料装置由出料管14、下部密封仓16和螺旋给料机18组成，所述下部密封仓16的物料进口处设置下部插板阀15；所述竖炉本体8通过入料管4、出料管14分别与受料装置和出料装置连接为一体；所述竖炉本体8内包括反应区和冷却区，反应区的上段为圆台型结构、下段为炉身角为85°～89°的圆柱体结构，冷却区为圆锥体结构，反应区的下段设有热还原气进气口，所述竖炉本体8内反应区上段沿圆台型结构的中部水平剖面的两个不同高度位置设有上部测温装置9和中部测温装置10，在热还原气进气口的上方沿圆柱体结构的水平剖面位置设有下部测温装置11；所述竖炉本体的顶部内侧设有受料钟7，来自受料装置的物料通过所述受料钟7以环形布料方式进入竖炉本体8内反应区；所述竖炉本体8的顶部设有两个带除尘作用的上升管6，竖炉本体8的冷却区中部沿水平剖面位置的径向方向设有出料导料装置12，所述出料导料装置12通过固定件13固定于所述竖炉本体8。

本发明采用的炉身测温方式中，所述的上部测温装置9、中部测温装置10和下部测温装置11的内部热电偶的设置方式及其在竖炉炉墙的安装方式完全相同。所述的上部测温装置9、中部测温装置10和下部测温装置11均为内置热电偶的测温管。一种具体的实施方式为，所述测温管的外侧带有保护管，保护管内不同位置装有三根热电偶；所述保护管为耐高温耐磨的合成材质，如800HT镍铬合金材料，制成的中空直管。

本发明的气基还原铁竖炉中，所述受料钟7的高度可以调节，并且所述受料钟可以方便地拆卸。一种具体的实施方式为，所述受料钟7通过螺杆与螺母配合的方式固定在所述竖炉本体8的顶部内侧，所述受料钟7通过调节螺杆高度而实现其在竖炉内高度的调整。所述受料钟7的侧面设置吊耳，所述螺杆的一端与螺母配合固定在所述竖炉本体8的顶部内侧，另一端具有与所述受料钟7的吊耳连接的部件，所述的吊耳可以为带有孔结构，所述部件可以为弯钩状或铆钉状，通过该部件穿过所述的吊耳可表面的孔而连接，从而实现受料钟7与螺杆可拆卸的目的。

本发明的气基还原铁竖炉中，所述入料管4通过上部星型卸料阀5将物料送入所述竖炉本体8内反应区；所述出料装置包括出料管14、下部密封仓16和螺旋排料机18，所述下部密封仓16的排料口与螺旋排料机18之间密封连接，所述下部密封仓16的排料口设置有下部星型卸料阀17。优选地，所述螺旋排料机18的外壳为夹套水冷却筒状结构，螺旋转轴为中空水冷却结构；所述螺旋排料机18由液压或电动驱动装置驱动旋转，其旋转轴位于水平方向。

本发明的技术方案中，将竖炉炉身设计为圆台型，由于圆台型结构的底面剖面的直径从上而下逐渐增大，因而可以消除因物料热膨胀导致的物料与炉壁局部的摩擦力，保证炉内物料的顺利下行。同时，竖炉炉身采用圆台型设计，还可以降低炉内还原气的上升阻力，增加还原气和铁矿球团物料的接触时间，有利于提供还原气的的利用率以及增加单位体积气耗的直接还原铁产品出料量。

本发明的测温方式优选炉身测温，其相对于本领域内炉顶测温的方式，所能够产生的有益技术进步在于：首先，测温保护管较常用的竖炉炉顶测温保护管变短，且直径降低2/3以上，节省大量的测温保护管制备材料；其次，测温电阻丝变短，测量精度提高，制造容易，安装方便；再次，测温装置安装更换方便。

本发明的技术方案中基于炉身测温方式，竖炉炉顶的进料方式进一步采用受料钟环形布料方式，即在竖炉本体炉身的顶部内侧设置受料钟，来自受料装置的物料通过所述受料钟以环形布料方式进入竖炉本体内反应区。相对于现有技术中采用重力出料摆式卸料装置的布料方式，能够减少物料因重力作用对竖炉本体所带来的冲击力，并且本发明为环形布料，布料更为均匀。所述受料钟的高度可以调节，从而可以实现根据进料的密度、颗粒大小等物理性质进行调整，优化炉内进料的布料方式，最大程度地降低物料对竖炉本体的冲击；而所述受料钟可以方便地拆卸则可以解决竖炉在生产运行一段时间后，受料钟可能因物料的冲击而产生局部受损或变形从而影响布料的问题。

本发明的气基还原铁竖炉中，所述带除尘作用的上升管可以为下部细、上部宽的可变径管状结构，当然也可以采用等径管状、但管内为螺旋结构的设计方式，其数量设置优选为两个，对称地设置于所述竖炉炉顶的水平径向方向。这种技术方案的优点在于，有利于竖炉内热还原气的分布合理及循环气气流上升顺畅，并可抑制大块料的带出，减少了后续除尘器的处理量。

在本发明优选的技术方案中，所述入料管通过上部星型卸料阀将物料送入所述竖炉本体内反应区。装料方式采用了双星阀连续加料，由于星型阀传动为外传动，速度可调节，使得下料速度可调节，可以满足不同原料性质的竖炉加料要求；出料装置中相应地设置下部星型卸料阀和螺旋排料机，可以连续速度可控的方式控制出料过程，并且星型卸料阀还具有破碎功能，克服了现有技术中出料困难的技术问题。此外，本发明的技术方案中，采用星型阀以及螺旋排料机造价低，使用方便，还可以克服现有技术中摆式出料机构制造复杂、体积庞大等技术问题。

以上说明仅为本说明具体实施方式的一种示例性描述，可以理解的是，上述具体的描述内容并不用以限制本发明，本领域的普通技术人员本在本发明的精神和原则之内，在形式上和细节上对其做出的任何变化、修改、替换、变形和改进都应涵盖在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气基还原铁竖炉，包括从上到下依次设置的受料装置、竖炉本体（8）和出料装置；所述竖炉本体（8）内分为反应区和冷却区，所述反应区的上段为圆台型结构、下段为圆柱体结构，反应区的下段设有热还原气进气口，所述冷却区为圆锥体结构；所述竖炉本体通过入料管（4）、出料管（14）分别与受料装置和出料装置连接为一体；所述竖炉本体（8）架设于支撑结构上，其特征在于，所述竖炉本体内反应区上段沿圆台型结构的中部水平剖面的不同高度位置设有上部测温装置（9）和中部测温装置（10），在热还原气进气口的上方沿圆柱体结构的水平剖面位置设有下部测温装置（11）；所述竖炉本体内的顶部设有受料钟（7），来自受料装置的物料通过所述受料钟（7）以环形布料方式进入竖炉本体（8）内反应区；所述竖炉本体（8）的顶部设有具有除尘功能的上升管（6），所述竖炉本体（8）的冷却区中部沿水平剖面位置的径向方向设有出料导料装置（12）。

2.根据权利要求1所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述上部测温装置（9）、中部测温装置（10）和下部测温装置（11）均为内置热电偶的测温管，所述测温管的外侧带有保护管，所述保护管为耐高温耐磨的合成材质制成的中空直管。

3.根据权利要求1所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述受料钟（7）通过可升降的机械结构固定在所述竖炉本体（8）内的顶部，所述受料钟（7）通过机械调节实现其在竖炉内高度的调整。

4.根据权利要求3所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述受料钟（7）为锥形结构，其侧面设有联接部件，所述可升降的机械结构固定在所述竖炉本体（8）的顶部内侧，另一端具有与所述受料钟（7）的联接部件连接的部件，所述受料钟（7）与所述可升降的机械结构以可拆卸的方式连接。

5.根据权利要求1所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述上升管（6）为下部细、上部宽的可变径管状结构。

6.根据权利要求1所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述出料导料装置（12）是由锥形破料装置和机械松料装置组成的组合机构，所述机械松料装置为辊式松料装置，其内部设有水冷却结构。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述入料管（4）通过上部星型卸料阀（5）将物料送入所述竖炉本体（8）内反应区。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述出料装置包括下部密封仓（16）和螺旋排料机（18），所述下部密封仓（16）的排料口与螺旋排料机（18）之间密封连接，所述下部密封仓（16）的排料口设置有下部星型卸料阀（17）。

9.根据权利要求8所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述螺旋排料机（18）的外壳为夹套水冷却筒状结构，螺旋转轴为中空水冷却结构。

10.根据权利要求8所述的气基还原铁竖炉，其特征在于，所述螺旋排料机（18）由液压或电动驱动装置驱动旋转，其旋转轴位于水平方向。

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