專利名稱：一種低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及冶煉設(shè)備，具體地說，本實用新型是一種低能耗 的、無環(huán)境污染的煉鐵裝置。
背景技術(shù)：
人類對鋼鐵的利用有超過千年的歷史，鋼鐵對人類文明發(fā)展的貢 獻是毋庸置疑的。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對鋼鐵的需求不管是在質(zhì) 上還是量上都提出越來越高的要求，因而對鋼鐵冶煉的技術(shù)提出了更 高的要求。
隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展，高爐生產(chǎn)也空前發(fā)展，高爐容積在不斷地 擴大。高爐煉鐵發(fā)展到今天，消耗下降，成本降低，生產(chǎn)率幾乎達(dá)到 頂峰，為人類文明和經(jīng)濟發(fā)展做出巨大貢獻，現(xiàn)在仍然是鋼鐵生產(chǎn)的
主力軍。在世界鋼鐵工業(yè)中，煉鋼生鐵的供應(yīng)60%左右來自高爐， 而我國幾乎100%來自高爐煉鐵。然而，隨著時代的發(fā)展，在資源、 環(huán)境、效率等條件的約束下，高爐煉鐵生產(chǎn)卻遇到了新的挑戰(zhàn)，而且 這些挑戰(zhàn)大多來自高爐自身的發(fā)展。
這些挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在
1.對爐料要求高、配套環(huán)節(jié)多、投資龐大
為保證焦炭和鐵礦石構(gòu)成的料柱的透氣性，高爐爐料必須是塊 狀，且有較均勻的粒度，就需要對礦粉進行造塊(燒結(jié)、球團)加工。 從煉鐵前的原料場到燒結(jié)(球團)廠、焦化廠，再到高爐煉鐵系統(tǒng)， 生產(chǎn)流程很長，而且總投資十分龐大。2. 生產(chǎn)成本高，難以滿足環(huán)保的要求
高爐煉鐵必須使用焦炭，然而焦煤的資源卻越來越少，且焦炭資 源不可再生，焦炭價格急劇上漲，導(dǎo)致了生鐵成本的大幅上升。燒結(jié) 礦、球團礦和焦炭的生產(chǎn)及這些原燃料在滿足高爐生產(chǎn)的過程中會給 大氣、水和環(huán)境造成污染。越來越高的環(huán)保要求使高爐煉鐵技術(shù)的發(fā) 展越來越難以滿足需要。
3. 生產(chǎn)效率己近極限
眾所周知，傳統(tǒng)高爐過分地依賴間接還原，礦石中約2/3的氧是 靠間接還原去除的，因此鐵氧化物在高爐內(nèi)還原和熔煉一般要停留很 長時間，即從爐料投入到高爐出鐵需要6.5 7小時。盡管高爐采用 了各種強化冶煉技術(shù)，但這種依賴氣固反應(yīng)為主的熔煉工藝要想繼續(xù) 提高生產(chǎn)率已非常困難。
高爐煉鐵生產(chǎn)遇到空前挑戰(zhàn)，各種新的煉鐵工藝方法不斷涌現(xiàn)， 其中就包括直接還原的煉鐵方法。
直接還原煉鐵方法限于以氣體燃料、液體燃料或非焦煤為能源， 是在鐵礦石(或含鐵團塊)呈固態(tài)的軟化溫度以下進行還原獲得金屬 鐵的方法。這種金屬鐵由于還原溫度低，產(chǎn)品呈多孔低密度海綿狀， 稱為直接還原鐵(DRI)或海綿鐵。DRI由于其成分穩(wěn)定，有害元素含 量低，特別是不易氧化的金屬夾雜元素少，粒度均勻，不僅可以補充 廢鋼資源的不足，而且作為電爐煉鋼的原料和轉(zhuǎn)爐煉鋼的冷卻劑，對 保證鋼材的質(zhì)量，特別是合金鋼的質(zhì)量，起著不可替代的作用，是煉 鋼的優(yōu)質(zhì)原料。據(jù)日本神戶制鋼預(yù)測，2010年直接還原鐵產(chǎn)量將為 10700萬t。
直接還原冶煉按照主體能源的不同，將其分為氣基直接還原、煤基直接還原和電直接還原三大類。其中，電直接還原以電力為主要能 源，因為要消耗大量的電力，目前多已停產(chǎn)。煤基直接還原方法存在 生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)規(guī)模小、反應(yīng)溫度高、容易出現(xiàn)結(jié)圈結(jié)瘤的缺點， 使用范圍有限。
氣基直接還原由于具有生產(chǎn)效率高、能耗低、操作容易等優(yōu)點，
成為直接還原鐵生產(chǎn)最主要的方法，約占DRI總產(chǎn)量的90%以上。 但因受地理分布的局限，該方法主要分布在中東、南美等天然氣資源 豐富的地區(qū)。代表較為節(jié)能的工藝有Midrex豎爐法、HYL反應(yīng)罐 法等。
① Midrex豎爐法。Midrex豎爐法是氣基直接還原鐵生產(chǎn)技術(shù) 的主導(dǎo)工藝，該工藝由Midland Ross公司開發(fā)，目前已占直接還原 鐵市場60%以上。球團或塊礦在豎爐內(nèi)被天然氣還原，生成DRI。 此工藝要求有充裕的天然氣，且生產(chǎn)指標(biāo)較高，投資大。
② HYL反應(yīng)罐法。原料天然氣首先用活性炭脫硫，然后與過量 水蒸氣混合，在85(TC-1050。C下進行催化反應(yīng)。反應(yīng)罐組由多個反應(yīng) 罐組成。反應(yīng)罐之間有一套復(fù)雜的還原氣管路相連接。高溫還原氣通 入主還原罐，將經(jīng)過預(yù)熱和預(yù)還原的礦石還原成海綿鐵。工藝復(fù)雜， 設(shè)備眾多，投資大。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種煉鐵裝置，該煉鐵裝置具有低能 耗、無環(huán)境污染的優(yōu)點。
針對我國鐵礦資源和煤礦資源的特殊性及對環(huán)保的要求，目前市 場上迫切需要一種低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，該裝置既能很好地 解決了以往直接還原煉鐵的不足，還節(jié)能、環(huán)保，使同時實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能、大規(guī)模地?zé)掕F生產(chǎn)成為可能。
為了實現(xiàn)上述的實用新型目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案 一種低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，由若干獨立反應(yīng)模塊相互首 尾連接而成，每個反應(yīng)模塊由電機、減速器、聯(lián)軸器、溫控單元、保 溫層、螺筒、螺桿、與其它模塊的螺桿端部相連接的連結(jié)管組成，螺 桿尾部接有聯(lián)軸器，聯(lián)軸器接有電機及減速器；在螺桿芯部套有螺筒， 螺筒上包覆有溫控單元。
該煉鐵裝置使用獨立反應(yīng)模塊的優(yōu)點有(1)、避免過長的螺筒
因為自重和溫差過大造成形變；(2)、避免螺桿傳動力矩過大，造成 機械的不穩(wěn)定；(3)、可以對物料進行分段的溫度控制，有利于反應(yīng) 的進行；(4)、對每段物料施加合適的熱量，充分節(jié)省能源。(5)、模 塊化的設(shè)計制造，對不同的物料和生產(chǎn)現(xiàn)場具有極佳的適應(yīng)性，做到 設(shè)備的通用化，最大程度節(jié)省人力、物力，并且極大地縮短煉鐵廠建 設(shè)周期。
電機通過減速器、聯(lián)軸器構(gòu)成轉(zhuǎn)速可調(diào)的動力源向螺桿提供旋轉(zhuǎn) 的動力。
各模塊之間通過連結(jié)管成一定角度連結(jié)；所述的相互首尾連接的 各模塊之間水平的夾角角度為0° 90° 。其中，較佳的夾角角度范 圍是0° 15° ，最佳的角度是15。，物料在螺筒中由于其本身的自 重，高位物料填壓在低位物料之上自動形成反應(yīng)所必須的密閉氛圍。
所述的聯(lián)軸器是傳動時能夠隨時調(diào)整中心位置的傳動裝置。這是 因為螺筒和螺桿在加熱過程中會發(fā)生形變，導(dǎo)致螺桿中心位置的改 變，所以必須使用能夠隨時調(diào)整中心位置的傳動裝置才能保證動力的 可靠傳輸。所述的聯(lián)軸器是各種彈性、撓性、萬向節(jié)連接方式。 所述的螺筒是密閉的螺筒。這是因為還原煉鐵的過程必須保證對 氧氣的隔絕，所以螺筒必須密閉。
螺筒、螺桿的材質(zhì)為耐600。C-130(TC的各種金屬、非金屬材料。 還原煉鐵對溫度有較高要求，只有耐得高溫的材料才能夠作為設(shè)備制 造用料。
所述的煉鐵裝置不同于已有煉鐵裝置的一個非常重要特點就是 利用熱傳導(dǎo)實現(xiàn)物料的加熱，熱效率高，極大地減少了無用功生成， 降低煉鐵的能耗。
所述的溫控單元是低能耗加熱裝置、密閉導(dǎo)熱油冷卻器或密閉循 環(huán)水冷卻器。每個反應(yīng)模塊，溫控單元是三者任選其一種。在還原煉 鐵過程需要使用低能耗加熱裝置，提供反應(yīng)必須的溫度條件；當(dāng)煉鐵 過程完成，開始收取產(chǎn)品時，則利用密閉導(dǎo)熱油冷卻器或密閉循環(huán)水 冷卻器回收高溫產(chǎn)品所帶有的余熱。
密閉導(dǎo)熱油冷卻器、密閉循環(huán)水冷卻器是包裹在表面裝有散熱鰭 片的螺旋輸送器外層，利用導(dǎo)熱油、水或其他導(dǎo)熱介質(zhì)回收余熱。余 熱用于物料的干燥、發(fā)電及化學(xué)反應(yīng)用途，以進一步達(dá)到節(jié)能的目的。
為了使物料在設(shè)備中輸送順暢且保證密閉氣氛，要求物料填滿螺 桿與螺筒之間的空隙。但由于物料在進入設(shè)備時呈疏松狀態(tài)，且隨著 反應(yīng)的進行，物料中的鐵元素經(jīng)歷Fe203-Fe3(VFeO-Fe的轉(zhuǎn)化過程， 其單位體積重量呈現(xiàn)由低到高的變化趨勢，為了保證物料填滿螺桿與 螺筒之間的空隙需根據(jù)物料反應(yīng)過程中堆積密度發(fā)生變化調(diào)整各獨 立反應(yīng)模塊相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到各獨立反應(yīng)模塊同步輸送同體積物料的 目的，經(jīng)過試驗的確定，各獨立反應(yīng)模塊運動速度差在l-9之間。只要增加或減少單個反應(yīng)模塊，擴大或縮小螺筒螺桿直徑，即可 增大、減少煉鐵產(chǎn)量；
電機及減速器可以是轉(zhuǎn)速可調(diào)也可以是轉(zhuǎn)速不可調(diào)。 物料由含鐵物質(zhì)、碳酸鹽、煤、添加劑按合適比例配伍而成，具
體比例根據(jù)含鐵物質(zhì)性質(zhì)確定。煉鐵過程中，由煤中所含c與碳酸
鹽受熱分解產(chǎn)生的co2反應(yīng)直接生成還原氣體CO，由CO還原含鐵 物質(zhì)中的鐵元素，實現(xiàn)鐵元素與其他元素的分離，達(dá)到煉鐵的目的。 而原礦中的硫、磷、硅等雜質(zhì)則被固定在固體灰分中，不會對環(huán)境造 成其他污染，同時，生成的精鐵由于此類有害元素的脫去，也成為優(yōu) 質(zhì)的煉鋼、鑄造和粉末冶金的原料。
物料中的含鐵物質(zhì)包括但不限于磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱
鐵礦、假象赤鐵礦、鈦鐵礦、釩鈦鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦及含鐵鋼
渣、含鐵灰塵、含鐵尾礦、硫酸渣等；物料形狀可以是粒狀、粉狀、 柱狀、塊狀、球團狀等。
如物料為高品位鐵礦石，生成的產(chǎn)品則會具有鐵含量高、灰分低 等特點，其可作為爐料直接投入煉鋼爐，此時可去除余熱回收裝置， 入爐溫度達(dá)到80(TC以上。從而避免對物料的冷卻和再加熱，十分節(jié) 省能源。
當(dāng)物料品位低，生成的產(chǎn)品TFe在90%以下，不可作為爐料直 接投入煉鋼爐時，則對其降溫，回收余熱，然后進行磨洗磁選處理， 使產(chǎn)品品位達(dá)到要求。同時為了防止已還原的鐵被再次氧化，還需要 對產(chǎn)品進行鈍化處理，最終使產(chǎn)品符合煉鋼、鑄造和粉末冶金要求。
本實用新型具有以下的優(yōu)點
由于采用了上述技術(shù)方案，使本實用新型與已有設(shè)備、技術(shù)工藝相比具有如下優(yōu)點及效果
a、 該裝置采用模塊化設(shè)計，整套裝置可根據(jù)實際生產(chǎn)需要采用 不同的模塊數(shù)量和組合方式，集低能耗加熱、物料輸送、反應(yīng)器、余 熱回收和廢氣固化五大功能于一體，大大減少設(shè)備數(shù)量和復(fù)雜程度， 簡單可靠；
b、 由低能耗加熱裝置提供物料反應(yīng)所需熱量，初步實現(xiàn)降低能
耗；
c、 由電機、減速器、聯(lián)軸器組成的動力單元，可調(diào)性、可靠性 都很高，對物料和生產(chǎn)條件適應(yīng)范圍廣；
d、 物料在各模塊之間運動，由于裝置特殊設(shè)計和螺旋運動方式 在裝置中自發(fā)形成反應(yīng)所必需的密閉環(huán)境；
e、 由于在一套裝置中直接產(chǎn)生還原氣體和脫去硫、磷等有害元 素，大大減少了煉鐵過程的設(shè)備數(shù)量和投資，極大簡化了煉鐵的工藝 流程，也實現(xiàn)了煉鐵行業(yè)多年追求的對環(huán)境污染最小化；
f、 經(jīng)過單一設(shè)備即可實現(xiàn)從原料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)效率得到 極大提高，節(jié)省設(shè)備和投資，經(jīng)濟效益十分顯著，同時生成的產(chǎn)品還 具有有害成分極低的特性，是優(yōu)質(zhì)的煉鋼、鑄鐵、粉末冶金的原料；
g、 最后兩節(jié)模塊分別使用密閉導(dǎo)熱油冷卻器和密閉循環(huán)水冷卻 器回收物料的余熱，進一步實現(xiàn)低能耗的目的，同時也降低了對環(huán)境 的熱污染；
h、 保溫層極大的阻止了整套設(shè)備的熱損失，提高了設(shè)備的能量 利用率，它與低能耗加熱方式、余熱回收和獨特的生產(chǎn)工藝一道最終 實現(xiàn)整套設(shè)備的極低能耗，與已經(jīng)存在的最節(jié)能煉鐵方式相比仍然節(jié) 能10%以上；i、采用螺桿輸送物料，能增大物料和反應(yīng)劑接觸面積并在有限 的空間內(nèi)加大物料的行走路徑，強化傳熱和保證反應(yīng)時間，能夠確保
物料的快速反應(yīng)，同時實現(xiàn)物料的大量快速輸送；
j、螺桿的旋轉(zhuǎn)除了起到輸送物料的作用外還起到諸如均勻加 熱物料、加大物料受熱面積等作用，相應(yīng)的螺桿參數(shù)和管壁參數(shù)皆可 根據(jù)不同物料和反應(yīng)進行相應(yīng)調(diào)整，大大提高設(shè)備的通用性和適應(yīng) 性；
k、具有投資少、生產(chǎn)效率高、能耗極低、對環(huán)境無污染等優(yōu)點， 因而市場前景十分廣闊。

圖1是本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明1.電機及減速器；2.聯(lián)軸器；3.加熱裝置；4. 保溫層；5.螺筒；6.螺桿；7.連結(jié)管；8.密閉導(dǎo)熱油冷卻器；9.密 閉循環(huán)水冷卻器。
具體實施方式

實施例1
如圖1和圖2所示， 一種低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，由四塊 獨立反應(yīng)模塊相互首尾連接而成，每塊反應(yīng)模塊由電機及減速器1、 聯(lián)軸器2、溫控單元、保溫層4、螺筒5、螺桿6、與其它模塊的螺桿 6端部相連接的連結(jié)管7組成，螺桿6尾部接有聯(lián)軸器2，聯(lián)軸器2 接有電機及減速器l;在螺桿6芯部套有螺筒5，螺筒5上包覆有溫 控單元。
如圖1所示，溫控單元具體是低能耗加熱裝置3、密閉導(dǎo)熱油冷卻器8或密閉循環(huán)水冷卻器9。低能耗加熱裝置3、密閉導(dǎo)熱油冷卻 器8、密閉循環(huán)水冷卻器9分別安裝在不同的反應(yīng)模塊上。
相互首尾連接的各模塊之間的角度為15° ，如圖2所示。螺筒 是密閉的螺筒，物料在螺筒中自主形成反應(yīng)所必須的密閉氛圍。
聯(lián)軸器是萬向節(jié)。也可以采用其它傳動時能夠隨時改變中心位置 的傳動裝置，如軟連接。
整套系統(tǒng)由若干獨立反應(yīng)模塊通過連結(jié)管7組合而成，單個模塊 中由電機及減速器1通過聯(lián)軸器2提供螺桿5旋轉(zhuǎn)的動力，由低能耗 加熱裝置3向螺筒5提供熱量來加熱物料，使添加劑與煤反應(yīng)生成還 原氣體CO和脫硫、脫磷劑，物料中的含鐵物質(zhì)與還原氣體反應(yīng)生成 鐵和其他物質(zhì)，其中含硫、含磷廢氣被脫硫、脫磷劑固化成為亞硫酸 鹽、亞磷酸鹽等，最終實現(xiàn)鐵與其他物質(zhì)的分離并對環(huán)境不造成污染。 物料由螺桿6帶動被從料斗中輸出，并在整個設(shè)備中作螺旋運動，同 時受螺桿6的剪切和混合作用，在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)生成產(chǎn)品，隨后 產(chǎn)品被排出整套反應(yīng)裝置進入后續(xù)工藝步驟。每個獨立反應(yīng)模塊皆敷 有保溫層4，阻止熱量的散失。在最后的幾個模塊螺筒5外用密閉導(dǎo) 熱油冷卻器8或密閉循環(huán)水冷卻器9回收余熱。
以上對本實用新型所提供的低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置進行 了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式 進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法 及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型 的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述， 本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，其特征在于若干獨立反應(yīng)模塊相互首尾連接而成，每個反應(yīng)模塊由電機、減速器、聯(lián)軸器、溫控單元、保溫層、螺筒、螺桿、與其它模塊的螺桿端部相連接的連結(jié)管組成，螺桿尾部接有聯(lián)軸器，聯(lián)軸器接有電機及減速器；在螺桿芯部套有螺筒，螺筒上包覆有溫控單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，其特征在于所述的溫控單元是低能耗加熱裝置、密閉導(dǎo)熱油冷卻器或密 閉循環(huán)水冷卻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，其特征在于所述的相互首尾連接的各模塊之間水平的夾角角度為0°
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，其特征在于所述的聯(lián)軸器是傳動時能夠隨時改變中心位置的傳動裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，其特征在于所述的聯(lián)軸器是萬向節(jié)或軟連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，其特征在于所述的低能耗加熱裝置是電阻加熱器、紅外熱管加熱器或者 換熱器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，其特 征在于所述的螺筒是密閉的螺筒。
專利摘要本實用新型公開了一種低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置。該低能耗無環(huán)境污染的煉鐵裝置，由若干獨立反應(yīng)模塊相互首尾連接而成，每個反應(yīng)模塊由電機、減速器、聯(lián)軸器、溫控單元、保溫層、螺筒、螺桿、與其它模塊的螺桿端部相連接的連結(jié)管組成，螺桿尾部接有聯(lián)軸器，聯(lián)軸器接有電機及減速器；在螺桿芯部套有螺筒，螺筒上包覆有溫控單元。該裝置采用模塊化設(shè)計，整套裝置可根據(jù)實際生產(chǎn)需要采用不同的模塊數(shù)量和組合方式，集低能耗加熱、物料輸送、反應(yīng)器、余熱回收和廢氣固化五大功能于一體，大大減少設(shè)備數(shù)量和復(fù)雜程度，簡單可靠。本實用新型是可以同時實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能、大規(guī)模地?zé)掕F生產(chǎn)的煉鐵裝置。
文檔編號C21B11/00GK201317786SQ200820180908
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者劉海衛(wèi), 鑫 張, 李柏榮, 王紹華, 黃星星 申請人:李柏榮