本實用新型屬于冶煉設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于直接還原煉鐵的氣基豎爐和電爐聯(lián)用的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，高爐煉鐵法依然是鋼鐵生產(chǎn)的主要方法，其存在的主要缺點是對冶金焦具有強烈依賴性。隨著冶金焦資源貧乏、價格居高不下而非焦煤資源儲存廣泛且不能被利用，以及我國在治理霧霾和嚴(yán)格控制污染氣體排放等政策的頒布，高爐煉鐵法遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，而以氣基豎爐生產(chǎn)工藝為首的直接還原法的優(yōu)越性則越來越顯著。

氣基豎爐生產(chǎn)工藝是指不依賴高爐，通過氣基豎爐設(shè)備煉制海綿鐵的生產(chǎn)過程。氣基豎爐生產(chǎn)使用的原料為球團(tuán)礦或鐵礦石。將球團(tuán)礦或鐵礦石置于氣基豎爐爐頂預(yù)熱段進(jìn)行預(yù)熱后進(jìn)入還原段發(fā)生還原反應(yīng)，生產(chǎn)出具有一定溫度的海綿鐵產(chǎn)物。

氣基豎爐由預(yù)熱段、還原段和冷卻段組成，并將冷的海綿鐵送至電爐內(nèi)進(jìn)行熔分生產(chǎn)鋼液，取代高爐煉鐵法長流程中轉(zhuǎn)爐煉鋼工序，為后序連鑄過程連續(xù)進(jìn)行提供保障。

由于氣基豎爐直接還原工藝均含有冷卻段，冷卻氣體為室溫下的還原氣、焦?fàn)t煤氣或天然氣，一方面造成了海綿鐵能量的大量散失，后序熔分過程需要提供更多的電能。另一方面要制備冷卻氣體增加了制氣過程負(fù)擔(dān)，也給加熱了的冷卻氣安全儲存和生態(tài)環(huán)境帶來新的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提出一種氣基豎爐和電爐聯(lián)用的系統(tǒng)，在氣基豎爐和電爐之間增加了儲料罐，改進(jìn)了氣基豎爐的結(jié)構(gòu)，使得整個系統(tǒng)可以最大限度的利用高溫海綿鐵的顯熱，降低電爐熔分過程中電能的消耗。

本實用新型的目的之一是提供一種氣基豎爐和電爐聯(lián)用系統(tǒng)，包括氣基豎爐、儲料罐、溜管和電爐；

所述氣基豎爐包括原料進(jìn)口、物料出口、氣體出口和還原氣入口；

所述儲料罐包括罐體、料重儀和支撐架，所述罐體包括進(jìn)料口和出料口，所述料重儀固定在所述支撐架上，所述罐體固定在所述料重儀上；

所述電爐包括進(jìn)料口；

所述氣基豎爐物料出口連接所述罐體進(jìn)料口，所述罐體出料口通過溜管連接所述電爐的進(jìn)料口，所述罐體位于所述氣基豎爐的下方，所述電爐位于所述罐體的下方。

氣基豎爐包括預(yù)熱段和還原段，原料進(jìn)口位于氣基豎爐的頂部，氣體出口位于預(yù)熱段，還原氣入口位于還原段，物料出口位于氣基豎爐的底部。氣基豎爐取消了冷卻段及其冷卻過程相關(guān)附屬設(shè)備。

氣基豎爐產(chǎn)生的高溫海綿鐵連續(xù)排出至儲料罐中貯存。儲料罐在整個系統(tǒng)中起到承上啟下的作用。在電爐需要裝料時，將儲料罐中貯存的海綿鐵送至電爐。其罐體的容量必須滿足氣基豎爐和電爐聯(lián)用系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)的要求。罐體最小體積容積由公式V＝Q×t決定，式中，Q為氣基豎爐單位時間海綿鐵產(chǎn)量，t為貯存時間；t＝t₁+t₂-t₃+t₄+t_other，式中，t₁為電爐裝料時間，t₂為電爐熔分時間，t₃為電爐裝料與電爐熔分過程重疊時間，t₄為電爐電極更換時間，t_other為電爐其它維護(hù)檢修時間，電爐裝料和電爐熔分過程為兩個獨立過程但存在一定的時間交叉，因此電爐熔分過程是相對連續(xù)而非絕對連續(xù)。

進(jìn)一步的，本實用新型的系統(tǒng)還包括洗滌器、預(yù)熱器和轉(zhuǎn)化爐，

所述洗滌器包括氣體入口、第一煤氣出口；

所述預(yù)熱器包括混合氣入口和氣體出口；

所述轉(zhuǎn)化爐包括氣體入口和還原氣出口；

所述氣基豎爐氣體出口連接所述洗滌器氣體入口，所述洗滌器第一煤氣出口連接所述預(yù)熱器混合氣入口，所述預(yù)熱器氣體出口連接所述轉(zhuǎn)化爐氣體入口，所述轉(zhuǎn)化爐還原氣出口連接所述氣基豎爐還原氣入口。

更進(jìn)一步的，本實用新型的系統(tǒng)還包括氣體壓縮機(jī)，所述氣體壓縮機(jī)包括氣體入口和氣體出口；所述洗滌器包括第二煤氣出口，所述轉(zhuǎn)化爐包括燃?xì)馊肟?，所述洗滌器第二煤氣出口連接所述氣體壓縮機(jī)氣體入口，所述氣體壓縮機(jī)氣體出口連接所述轉(zhuǎn)化爐燃?xì)馊肟凇?/p>

進(jìn)一步的，本實用新型的系統(tǒng)還包括料倉，所述料倉包括出料口，所述料倉出料口連接所述氣基豎爐原料進(jìn)口。

優(yōu)選的，所述氣基豎爐物料出口通過第一波紋管連接所述罐體進(jìn)料口，所述溜管通過第二波紋管連接所述電爐進(jìn)料口，所述第一波紋管和第二波紋管的兩端設(shè)有法蘭，其通過法蘭連接其他設(shè)備。

固體和料重儀之間為軟連接，即罐體和料重儀之間可相對移動，便于料重儀對罐體進(jìn)行稱重。通過第一波紋管連接氣基豎爐和罐體，可確保罐體在豎直方向上發(fā)生位移時系統(tǒng)的安全。電爐熔分完畢，排出鋼液和電爐渣，此過程中爐體發(fā)生傾動，電爐維護(hù)檢修過程中會發(fā)生的扭曲和轉(zhuǎn)動。第二波紋管連接溜管和電爐，保證電爐的轉(zhuǎn)動不會對系統(tǒng)造成影響。

更進(jìn)一步的，所述第一波紋管和第二波紋管的法蘭處設(shè)有氮氣保護(hù)裝置。在法蘭連接處設(shè)置氮氣保護(hù)裝置可防止空氣漏入導(dǎo)致熱的海綿鐵被氧化。

作為本實用新型優(yōu)選的方案，所述溜管外層為鋼板，中間為保溫材料，內(nèi)層為鑄鐵，所述鑄鐵的內(nèi)表面鍍有耐熱、耐高溫材料，如Al₂O₃陶瓷材料，其厚度3～7mm。

進(jìn)一步的，本實用新型的系統(tǒng)還包括輔料管道，所述輔料管道與所述溜管連通。優(yōu)選的，輔料管道位于溜管的出口處，與電爐的進(jìn)料口形成三通。

本實用新型的另一目的是提供一種上述系統(tǒng)聯(lián)用的方法，包括以下步驟：

A、將原料在氣基豎爐與還原氣進(jìn)行還原，生成海綿鐵和爐頂氣；

B、將所述海綿鐵送入儲料罐的罐體，罐體內(nèi)貯存的海綿鐵的重量由料重儀測定；

C、當(dāng)電爐的產(chǎn)物排出后，將所述罐體內(nèi)的海綿鐵由溜管送入電爐。

對于氣基豎爐產(chǎn)生的爐頂氣的處理步驟如下：

D、將所述爐頂氣進(jìn)行洗滌冷卻后獲得煤氣；

E、將所述煤氣中體積百分比為70％～80％的氣體與天然氣混合獲得混合氣體，將混合氣體送入所述預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，剩余煤氣送入所述氣體壓縮機(jī)進(jìn)行加壓；

F、將預(yù)熱后的混合氣體送入所述轉(zhuǎn)化爐，進(jìn)行催化裂化反應(yīng)，生成還原氣；將加壓后的煤氣送入所述轉(zhuǎn)化爐的燃料入口進(jìn)行燃燒；

G、將所述還原氣送入氣基豎爐。

作為本實用新型優(yōu)選的方案，在所述步驟A之前包括步驟：將原料送入所述料倉，然后對料倉進(jìn)行密封，抽出所述料倉內(nèi)空氣后將所述料倉內(nèi)的原料送入所述氣基豎爐；在所述B中，所述海綿鐵通過所述第一波紋管送入所述罐體中；在所述步驟C中，所述罐體內(nèi)的海綿鐵通過溜管與輔料混合，混合后物料通過第二波紋管送入所述電爐中。

本實用新型提供的氣基豎爐和電爐聯(lián)用的系統(tǒng)和方法，改進(jìn)了氣基豎爐結(jié)構(gòu)，取消了冷卻段及其相關(guān)附屬設(shè)備，減少了物料在氣基豎爐內(nèi)的運動時間；氣基豎爐產(chǎn)生的海綿鐵輸送至電爐的過程中，熱損少，不會被氧化，節(jié)約了電爐熔分過程的電能消耗；設(shè)置儲料罐，用于貯存氣基豎爐連續(xù)排出的海綿鐵，為系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)提供了保障，提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例氣基豎爐和電爐聯(lián)用系統(tǒng)示意圖；

圖2是本實用新型實施例氣基豎爐和電爐聯(lián)用方法流程圖。

圖中：

1-料倉；

2-氣基豎爐，201-預(yù)熱段，202-還原段；

3-儲料罐，301-罐體，302-料重儀，303-支撐架；

4-溜管；5-輔料管道；6-電爐，601-電爐傾動裝置；

701-第一波紋管，702-第二波紋管；8-洗滌器，9-氣體壓縮機(jī)；

10-預(yù)熱器；11-轉(zhuǎn)化爐。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。

如圖1所示，一方面，本實用新型實施例提供一種氣基豎爐和電爐聯(lián)用系統(tǒng)，包括料倉1、氣基豎爐2、儲料罐3、溜管4、輔料管道5、電爐6、第一波紋管701、第二波紋管702、洗滌器8、氣體壓縮機(jī)9、預(yù)熱器10和轉(zhuǎn)化爐11。

料倉1上設(shè)有出料口，料倉的出料口與氣基豎爐的原料進(jìn)口連接。本實用新型實施例的原料為焙燒球團(tuán)或鐵礦石。原料進(jìn)入料倉1后，對料倉1進(jìn)行密封，抽出料倉1中的空氣，再將原料送入氣基豎爐。這樣可以保證整個系統(tǒng)沒有氧氣進(jìn)入，確保后續(xù)物料不會被氧化。

氣基豎爐2包括預(yù)熱段201和還原段202。預(yù)熱段201設(shè)有原料進(jìn)口和氣體出口，還原段202設(shè)有還原氣入口和物料出口。原料進(jìn)入氣基豎爐2后，在預(yù)熱段201中被由下而上的氣體預(yù)熱至一定溫度后進(jìn)入還原段202，在還原段202與底部通入的熱的還原氣體還原生成熱的海綿鐵產(chǎn)物。與其他氣基豎爐相比，本實用新型實施例的氣基豎爐取消了冷卻段及其冷卻過程相關(guān)附屬設(shè)備。

儲料罐3位于氣基豎爐2的下方。儲料罐3包括罐體301、料重儀302和支撐架303。罐體301上設(shè)有進(jìn)料口和出料口。氣基豎爐的物料出口通過第一波紋管701連接罐體的進(jìn)料口。罐體301外壁由鑄鐵焊接而成，內(nèi)壁均由耐火、耐溫材料鑄成。罐體301的下方裝有三支料重儀302，三支料重儀302等角度布置于同一水平面，罐體301與302為軟連接，便于料重儀302稱重。料重儀302固定在支撐架303上。料重儀302采集的數(shù)據(jù)通過PLC時時傳入數(shù)據(jù)庫，可時刻獲取罐體內(nèi)貯存料量，亦可控制電爐裝料過程料流速度。

罐體301最小體積容積由公式V＝Q×t決定，式中，Q為氣基豎爐單位時間海綿鐵產(chǎn)量，t為貯存時間；t＝t₁+t₂-t₃+t₄+t_other，式中，t₁為電爐裝料時間，t₂為電爐熔分時間，t₃為電爐裝料與電爐熔分過程重疊時間，t₄為電爐電極更換時間，t_other為電爐其它維護(hù)檢修時間。

安裝料重儀302的意義在于：其一，由于熱的海綿鐵進(jìn)入電爐進(jìn)行熔分可能需要加入添加劑或其它輔助原料，因此該添加劑或其他輔助原料的添加量或下料速率需在已知熱的海綿鐵的下料速率的前提下進(jìn)行，料重儀則成為了監(jiān)測和調(diào)節(jié)該指標(biāo)的主要設(shè)備。其二，儲料罐是銜接氣基豎爐和電爐的重要環(huán)節(jié)，其儲料量對氣基豎爐和電爐生產(chǎn)均能產(chǎn)生一定的指導(dǎo)和調(diào)節(jié)作用，是氣基豎爐-電爐生產(chǎn)過程連續(xù)進(jìn)行的前提條件。

溜管4用于連接儲料罐3和電爐6，將罐體中的海綿鐵輸送至電爐6。當(dāng)上一批次入電爐中爐料熔分結(jié)束后，向電爐中再次裝料時，熱的海綿鐵由儲料罐3排出進(jìn)入其下方溜管4，依靠熱的海綿鐵自身重力落入電爐6內(nèi)。溜管4由三層結(jié)構(gòu)組成，其外層為壁厚為10mm鋼板焊接而成，中間層由耐熱保溫材料填充，耐熱保溫材料為保溫棉，如礦渣棉、巖棉等，厚度約100mm，最內(nèi)層為鑄鐵材料，厚度為10mm，且內(nèi)表面通過SHS技術(shù)鍍有厚度約5mm厚的耐磨、耐高溫材料，如Al₂O₃陶瓷材料。溜管4的直徑大小應(yīng)根據(jù)海綿鐵的熱送流量而定。溜管4傾斜設(shè)置，其與水平面的夾角為15～30°，具體角度由海綿鐵的最大熱送流量及實際生產(chǎn)過程中儲料罐3與電爐4的距離和位置決定。

與傳統(tǒng)溜管相比，本實用新型的溜管4沒有氮氣冷卻系統(tǒng)，溜管中間層為實體材料，既能夠確保熱送海綿鐵過程溫降低，亦能促使海綿鐵長期穩(wěn)定輸送。該裝置具有耐磨、耐高溫，易更換的優(yōu)點。

溜管4通過第二波紋管702連接電爐6的進(jìn)料口，以保證電爐的轉(zhuǎn)動不會對系統(tǒng)造成影響。

在溜管4的下方設(shè)有輔料管道5，輔料管道5與溜管4的出口匯合，形成三通的形式。輔料管道5上設(shè)有開關(guān)裝置，能夠控制進(jìn)料速度。

電爐6位于儲料罐4的下方。電爐6用于物料的熔分，其包括電爐傾動裝置601。電爐6的爐蓋上焊接有受料管，受料管內(nèi)壁鍍有耐溫耐磨層，管壁外側(cè)由爐蓋冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，防止受料管溫度過高，延長其工作壽命。

洗滌器8包括氣體入口、第一煤氣出口和第二煤氣出口。氣基豎爐2的氣體出口連接洗滌器8的氣體入口。洗滌器8用于將氣基豎爐產(chǎn)生的爐頂氣洗滌冷卻后獲得煤氣。

預(yù)熱器10包括混合氣入口和氣體出口，第一煤氣出口排出的煤氣占煤氣量體積的70％～80％，第一煤氣出口排出的煤氣與天然氣混合后，獲得混合氣體，混合氣體由預(yù)熱器混合氣入口進(jìn)入預(yù)熱器10。

氣體壓縮機(jī)9包括氣體入口和氣體出口，洗滌器8的第二煤氣出口連接氣體壓縮機(jī)9氣體入口，對剩余的煤氣進(jìn)行加壓。

轉(zhuǎn)化爐11包括燃?xì)馊肟?、氣體入口和還原氣出口。預(yù)熱后的混合氣體通過轉(zhuǎn)化爐的氣體入口進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐11，在鎳質(zhì)催化反應(yīng)管組進(jìn)行催化裂化反應(yīng)后生成850～950℃的還原氣。生成的還原氣由氣基豎爐的還原氣入口通入氣基豎爐。加壓后的煤氣通入轉(zhuǎn)化爐11進(jìn)行燃燒。

波紋管可伸縮，在其連接的設(shè)備移動時，波紋管的伸縮可保證系統(tǒng)的安全。本實用新型實施例中第一波紋管701和第二波紋管702均耐溫耐磨，其兩端均設(shè)有法蘭，在法蘭連接處設(shè)置氮氣保護(hù)裝置可防止空氣漏入導(dǎo)致熱的海綿鐵被氧化。

另一方面，本實用新型實施例提供一種上述系統(tǒng)聯(lián)用的方法，包括以下步驟：

1、將原料送入料倉，然后對料倉進(jìn)行密封，抽出料倉內(nèi)空氣后將料倉內(nèi)的原料送入氣基豎爐。

2、將原料在氣基豎爐進(jìn)行還原反應(yīng)，生成高溫海綿鐵(大于600℃)和爐頂氣。

3、將海綿鐵通過第一波紋管送入儲料罐的罐體，罐體內(nèi)貯存的海綿鐵的重量由料重儀測定。

4、當(dāng)電爐的上一批產(chǎn)物排出后，將罐體內(nèi)的海綿鐵通過溜管和輔料混合，混合后的物料通過第二波紋管送入電爐。

5、將所述爐頂氣進(jìn)行洗滌冷卻后獲得煤氣。

6、將所述煤氣中體積百分比為70％～80％的氣體與天然氣混合后送入預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，另一部分煤氣送入氣體壓縮機(jī)進(jìn)行加壓。

7、將預(yù)熱后的混合氣體送入轉(zhuǎn)化爐，進(jìn)行催化裂化反應(yīng)，生成850～900℃還原氣；將加壓后的煤氣送入轉(zhuǎn)化爐的燃料入口進(jìn)行燃燒。

8、將所述還原氣送入氣基豎爐。

由于電爐熔分與裝料過程存在一定的時間差，即電爐熔分過程不是絕對意義上的連續(xù)過程，需在氣基豎爐與電爐中間環(huán)節(jié)建立一個儲料罐來貯存氣基豎爐連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生的熱的海綿鐵。儲料罐內(nèi)貯存的熱的海綿鐵的重量由其下方同水平面等夾角布置的三支料重儀測定并經(jīng)過PLC傳輸進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)可時時被監(jiān)測。

電爐裝入一定料量后停止加料，進(jìn)入熔分過程。電爐裝料過程與熔分過程可以存在一定的重疊時間，即在電爐裝入一定料量后開始進(jìn)行熔分，但加料過程與熔分過程時間完全重合，即邊加料、邊熔分、出鋼液和電爐渣則不合理。

熔分完畢后，緩慢傾動電爐，排出鋼液和電爐電爐渣接近完畢后電爐歸位，需要更換電極或維護(hù)檢修時暫停向電爐內(nèi)加料，無需更換電極或維護(hù)檢修操作則開始向電爐加料，進(jìn)入本批次電爐熔分過程。

值得注意的是，該方法和系統(tǒng)包括但不局限于氫氣豎爐-電爐聯(lián)合生產(chǎn)處理鐵精礦、釩鈦磁鐵礦、紅土鎳礦、高磷赤鐵礦，其他礦種采用該方法和系統(tǒng)均落入本實用新型的保護(hù)范圍。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。