氣基豎爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氣基豎爐，包括：豎爐本體，豎爐本體內自上而下依次限定出上冷卻室、還原室和下冷卻室；物料入口，物料入口設置在上冷卻室的頂部；還原產物出口，還原產物出口設置在下冷卻室的底部；還原氣體進口，還原氣體進口設置在還原室的外壁上；爐頂氣出口，爐頂氣出口設置在上冷卻室的頂部；以及還原室加熱組件，還原室加熱組件設置在還原室的外壁上。根據(jù)本實用新型實施例的氣基豎爐可以系統(tǒng)、全面模擬豎爐生產過程中的各個工藝參數(shù)，尤其可以有效模擬豎爐生產過程中豎爐內溫度梯度分布。
【專利說明】氣基豎爐

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于冶金【技術領域】，具體而言，本實用新型涉及一種氣基堅爐。

【背景技術】
[0002] 直接還原煉鐵技術是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的前沿技術，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展擺脫焦煤資源的 羈絆，是降低能耗，減少C0 2排放，改善鋼鐵產品結構，提高鋼鐵產品質量的重要方向。直接 還原鐵（DRI)是優(yōu)質廢鋼的替代品，是生產高品質純凈鋼的不可短缺的鐵源原料，是轉爐 煉鋼的優(yōu)質冷卻劑。以天然氣為能源的氣基堅爐直接還原法（MIDREX和HYL等）約占直接 還原鐵總產量74. 3%。我國直接還原鐵生產發(fā)展緩慢，尤其是氣基堅爐直接還原煉鐵技術 幾乎是空白，嚴重的制約了我國優(yōu)質鋼、純凈鋼的發(fā)展和裝備制造業(yè)的發(fā)展。因此，我國應 大力發(fā)展氣基堅爐直接還原煉鐵技術，適應我國鋼鐵工業(yè)和制造業(yè)的發(fā)展需求。
[0003] 目如，隨著商品位鐵礦石資源的短缺，低品位以及復雜難冶鐵礦石逐漸在煉鐵工 業(yè)被使用，這就要求氣基堅爐必須適應各種不同品種的礦物原料，從而保證堅爐的產量和 產品的質量。但是目前的氣基堅爐生產設備直徑大于5米，高度大于66米，一次性投入幾 十噸以上的物料，采用生產設備進行試驗會消耗大量的能源、礦物和人力等資源。因此，需 要通過模擬試驗，對不同物理性能和冶金性能的礦物原料進行試驗，從而確定合理的工藝 技術參數(shù)，滿足氣基堅爐的生產需求。對于模擬實驗用的小型設備，如果完全按照大型生產 設備進行縮小，既不符合工藝要求，同時還會因為管徑小，導致散熱快、順行不暢、氣體加熱 效率低和氣體利用率低等問題。
[0004] 此外，現(xiàn)有的球團試驗檢測設備僅為結構簡單，測試目的單一的裝置。如球團轉鼓 和磨損指數(shù)測定（IS03271)、球團粘結指數(shù)測定（IS011256)、球團低溫還原破裂指數(shù)和金 屬化率測定（IS011257)均采用簡單的還原反應管配加檢測裝置，并且間歇式的加入少量 球團，僅為500g左右，同時還原參數(shù)固定，對氣基堅爐還原工藝的模擬性不強，無法實現(xiàn)針 對不同礦物原料確定合理工藝參數(shù)的目的。因此，氣基堅爐煉鐵技術的發(fā)展亟需一套系統(tǒng)、 全面模擬堅爐氣基還原工藝的小型裝置。 實用新型內容
[0005] 本實用新型旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一。為此，本實用新型的 一個目的在于提出一種可以系統(tǒng)、全面模擬堅爐生產過程中的各個工藝參數(shù)，尤其可以有 效模擬堅爐生產過程中堅爐內溫度梯度分布的氣基堅爐。
[0006] 在本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種氣基堅爐。根據(jù)本實用新型的 實施例，氣基堅爐包括：
[0007] 堅爐本體，所述堅爐本體內自上而下依次限定出上冷卻室、還原室和下冷卻室；
[0008] 物料入口，所述物料入口設置在所述上冷卻室的頂部；
[0009] 還原產物出口，所述還原產物出口設置在所述下冷卻室的底部；
[0010] 還原氣體進口，所述還原氣體進口設置在所述還原室的外壁上；
[0011] 爐頂氣出口，所述爐頂氣出口設置在所述上冷卻室的頂部；以及
[0012] 還原室加熱組件，所述還原室加熱組件設置在所述還原室的外壁上。
[0013] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐通過在還原室外壁設置還原室加熱組件，從而 可以實現(xiàn)模擬堅爐生產過程中堅爐內溫度梯度分布的目的。
[0014] 另外，根據(jù)本實用新型上述實施例的氣基堅爐還可以具有如下附加的技術特征：
[0015] 在本實用新型的一些實施例中，所述氣基堅爐進一步包括：原料儲罐，所述原料儲 罐設置有球團入口、球團出口、第一氮氣入口和第一氮氣出口；以及還原產物儲罐，所述還 原產物儲罐設置有產物進料口、產物出料口、第二氮氣入口和第二氮氣出口，其中，所述球 團出口與所述物料入口相連，所述產物進料口與所述還原產物出口相連。
[0016] 在本實用新型的一些實施例中，所述氣基堅爐進一步包括：配氣裝置；還原氣體 管路，所述還原氣體管路分別連接所述配氣裝置和所述還原氣體進口；還原氣體加熱組件， 所述還原氣體加熱組件設置在所述還原氣體管路的外側。由此，可以有效模擬工業(yè)生產中 還原氣體進入堅爐的條件。
[0017] 在本實用新型的一些實施例中，所述氣基堅爐進一步包括冷凝器，所述冷凝器與 所述爐頂氣出口相連。由此，可以顯著降低對環(huán)境的污染。
[0018] 在本實用新型的一些實施例中，所述還原室加熱組件包括多個夾套式電加熱爐。 由此，可以有效控制還原爐不同段的加熱溫度。
[0019] 在本實用新型的一些實施例中，所述上冷卻室和所述下冷卻室的外壁設有冷卻夾 套。由此，可以確保插板式給料機和插板式排料機不會因為溫度過高而損壞。
[0020] 在本實用新型的一些實施例中，所述氣基堅爐進一步包括：插板式給料機，所述插 板式給料機分別與所述球團出口和所述物料入口相連；以及插板式排料機，所述插板式排 料機分別與所述還原產物出口和所述產物進料口相連。
[0021] 在本實用新型的一些實施例中，所述球團入口、球團出口、產物進料口以及產物出 料口內分別設置球閥。由此，可以有效避免還原氣體泄露。
[0022] 在本實用新型的一些實施例中，所述氣基堅爐進一步包括：氮氣置換裝置，所述氮 氣置換裝置分別與所述第一氮氣入口和第二氮氣入口相連。由此，可以將原料儲罐和還原 產物儲罐中的還原氣體置換干凈，從而確保裝置操作人員的安全。
[0023] 本實用新型的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述 中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中 將變得明顯和容易理解，其中：
[0025] 圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的氣基堅爐的結構示意圖；
[0026] 圖2是根據(jù)本實用新型又一個實施例的氣基堅爐的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型 的限制。
[0028] 在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬 度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"堅直"、"水平"、"頂"、"底""內"、"外"、"順 時針"、"逆時針"等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了 便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方 位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
[0029] 在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語"安裝"、"相連"、"連接"、"固 定"等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可 以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是 兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語 在本實用新型中的具體含義。
[0030] 在本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種氣基堅爐。下面參考圖1-2對 本實用新型實施例的氣基堅爐進行詳細描述。根據(jù)本實用新型的實施例，氣基堅爐包括：
[0031] 堅爐本體100 :根據(jù)本實用新型的實施例，堅爐本體100內自上而下依次限定出上 冷卻室10、還原室11和下冷卻室12。根據(jù)本實用新型的實施例，上冷卻室10的頂部可以 設置有物料入口 13,用于將反應物料加入到堅爐本體100中。根據(jù)本實用新型的實施例，下 冷卻室12的底部可以設置有還原產物出口 14,用于將還原產物排出堅爐本體100。根據(jù)本 實用新型的實施例，還原室11的外壁上可以設置有還原氣體進口 15,用于將還原氣體通入 到堅爐本體100的還原室11，以便在還原室11發(fā)生還原反應。根據(jù)本實用新型的實施例， 上冷卻室10的頂部可以設置有爐頂氣出口 16,用于將爐頂氣排出堅爐本體100。根據(jù)本實 用新型的實施例，還原室11的外壁上可以設置有還原室加熱組件17,用于對還原室11提供 熱量，根據(jù)本實用新型的具體實施例，還原室加熱組件可以包括多個夾套式電加熱爐，具體 地，還原室加熱組件可以為一個三段解熱的電加熱爐，該電加熱爐采用硅鑰棒為加熱元件， 最高溫度均可以達到1200攝氏度，并運用PID精確控溫，從而實現(xiàn)準確模擬堅爐實際生產 過程中堅爐內溫度梯度的分布。
[0032] 根據(jù)本實用新型的實施例，上冷卻室10和下冷卻室12的外壁可以設有冷卻夾套 18。根據(jù)本實用新型的實施例，冷卻夾套18中的冷卻介質并不受特別限制，根據(jù)本實用新 型的具體實施例，冷卻夾套18中的冷卻介質可以為循環(huán)水。具體地，采用間接循環(huán)水冷卻， 冷卻水進入上冷卻室10和下冷卻室12的夾層，采用計量泵準確控制冷卻水的流量，從而可 以加強冷卻效果，同時對給料機和排料機的法蘭密封起到保護作用。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在上 冷卻室和下冷卻室的外壁設置冷卻夾套可以確保插板式給料機和插板式排料機不會因為 溫度過高而損壞。
[0033] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐通過在還原室外壁設置還原室加熱組件可以 系統(tǒng)、全面模擬堅爐生產過程中的各個工藝參數(shù)，尤其可以有效模擬堅爐生產過程中堅爐 內溫度梯度分布。
[0034] 參考圖2,根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐進一步包括：
[0035] 原料儲罐200 :根據(jù)本實用新型的實施例，原料儲罐200具有球團入口 21、球團出 口 22、第一氮氣入口 23和第一氮氣出口 24,根據(jù)本實用新型的具體實施例，球團出口 22與 物料入口 13相連。
[0036] 還原產物儲罐300 :根據(jù)本實用新型的實施例，還原產物儲罐300具有產物進料口 31、產物出料口 32、第二氮氣入口 33和第二氮氣出口 34,根據(jù)本實用新型的具體實施例，產 物進料口 31和還原產物出口 14相連。根據(jù)本實用新型的實施例，原料儲罐200和還原產 物儲罐300的材質并不受特別限制，根據(jù)本實用新型的具體實施例，原料儲罐200和還原產 物儲罐300均可以由不銹鋼制成。具體的，還原儲罐200作為球團原料的中間儲存裝置，還 原產物儲罐300作為還原產物的中間儲存裝置，均可以承裝30?70kg的物料，并且可以保 證裝置模擬氣基堅爐內球團在還原過程中所承受的壓力條件。
[0037] 配氣裝置400 :根據(jù)本實用新型的實施例，配氣裝置400中可以具有氮氣儲罐和還 原氣體儲罐。
[0038] 還原氣體管路500 :根據(jù)本實用新型的實施例，還原氣體管路500分別連接配氣裝 置400和還原氣體進口 15。根據(jù)本實用新型的實施例，還原氣體管路500外可以包裹加熱 帶和保溫材料，從而可以保證還原氣體溫度在還原氣體管路內不下降。
[0039] 還原氣體加熱組件600 :根據(jù)本實用新型的實施例，還原氣體加熱組件600設置在 還原氣體管路500的外側，用于在將還原氣體通入到堅爐本體之前，對還原氣體進行預熱 處理。
[0040] 冷凝器700 :根據(jù)本實用新型的實施例，冷凝器700與爐頂氣出口 16相連，用于對 還原反應過程中產生的爐頂氣進行冷卻處理，以便對爐頂氣進行凈化處理，從而達到尾氣 排放標準。
[0041] 插板式給料機800 :根據(jù)本實用新型的實施例，插板式給料機800分別與球團出口 22和物料入口 13相連，用于將球團定量加入到堅爐本體100中。具體地，可以由電液推桿 控制插板開閉的周期頻率，實現(xiàn)控制進料和排料的速率，該裝置不但易于控制，而且不易擠 碎球團。
[0042] 插板式排料機900 :根據(jù)本實用新型的實施例，插板式排料機900分別與還原產物 出口 14和產物進料口 31相連，用于將還原產物定量排出堅爐本體100。同理，插板式排料 機900亦可以由電液推桿控制插板開閉的周期頻率，實現(xiàn)控制進料和排料的速率，該裝置 不但易于控制，而且不易擠碎球團。
[0043] 氮氣置換裝置1000 :根據(jù)本實用新型的實施例，氮氣置換裝置1000分別與第一氮 氣入口 23和第二氮氣入口 33相連，用于在還原反應結束后向原料儲罐和還原產物儲罐中 通入氮氣，以便將原料儲罐和還原產物儲罐中的還原氣體置換干凈，從而可以確保裝置操 作人員的安全性。
[0044] 根據(jù)本實用新型的實施例，球團入口 21、球團出口 22、產物進料口 31以及產物出 料口 32內分別設置球閥1100。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于堅爐本體中存在大量的還原性氣體C0和 H2，均為危險性氣體，若沒有密封系統(tǒng)，則容易導致管內氣體大量泄露，由此通過設置球閥 可以顯著增強裝置的氣密性，為多路連續(xù)試驗提供了條件，同時確保了裝置的安全性。
[0045] 如上所述，根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐可以具有選自下列的優(yōu)點至少之
[0046] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐的堅爐本體的還原室外壁采用三段式加熱爐， 可以通過分別控制三段加熱爐的溫度，實現(xiàn)準確模擬堅爐實際生產過程中堅爐內溫度梯度 分布的目的；
[0047] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐的還原氣體加熱組件內置有盤管裝置，并且進 氣管路外包裹保溫材料和加熱帶，從而可以增強氣體預熱效果，使還原氣體進入堅爐前可 達到實驗要求，實現(xiàn)模擬工業(yè)生產中還原氣體進入堅爐的條件；
[0048] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐整個試驗裝置所用爐料為30?70kg，可模擬 氣基堅爐內球團在還原過程中所承受的壓力條件；
[0049] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐采用插板式給料機和插板式排料機，不但易于 控制，而且不易擠碎球團；
[0050] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐設有冷卻系統(tǒng)，可以增強球團冷卻效果，保證 設備安全運行；
[0051] 根據(jù)本實用新型實施例的氣基堅爐裝置球閥，可以保證還原氣體不泄露，從而提 高了試驗裝置的安全性，并可實現(xiàn)長時間連續(xù)操作。
[0052] 下面參考具體實施例，對本實用新型進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是 描述性的，而不以任何方式限制本實用新型。
[0053] 實施例
[0054] 試驗前保證配氣裝置、球團入口處球閥、球團出口處球閥、產物進料口處球閥和產 物出料口處球閥處于關閉狀態(tài)。開始試驗，首先打開球團入口處的球閥，將鐵礦球團裝入原 料儲罐，待原料儲罐裝滿后，關閉球團出口處球閥，打開球團出口處球閥，并開啟插板式給 料機，使球團進入堅爐本體，然后打開配氣裝置上的氮氣儲罐，向堅爐本體中以10?50L/ min的速率通入氮氣，并開啟還原氣體加熱組件和還原室加熱組件，同時開啟上冷卻室和下 冷卻室的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，在氣體進爐溫度和還原室球團溫度達到700?1000°C并穩(wěn)定 后，打開配氣裝置的還原氣體儲罐，將氣體切換成還原氣體，并以10?50L/min速率通入還 原室中；然后打開產物進料口處球閥，并同時開啟插板式排料機，待還原產物儲罐內球團裝 滿后，停止插板式給料機和插板式排料機，并關閉球團出口處球閥和球產物進料口處球閥， 然后開啟氮氣置換系統(tǒng)，將原料儲罐和還原產物儲罐內的還原氣體用氮氣置換干凈；然后 打開產物出料口處球閥，排出還原后的球團，并同時打開球團入口處球閥，裝入鐵礦球團， 待原料儲罐裝滿，并且還原產物儲罐內球團全部排出后，關閉球團入口處球閥和產物出料 口處球閥，然后開啟氮氣置換系統(tǒng)，將原料儲罐和還原產物儲罐內的空氣用氮氣置換干凈， 之后打開球團入口處球閥和產物進料口處球閥，并開啟插板式給料機和插板式排料機，繼 續(xù)試驗過程。在試驗過程中，從冷凝器排出的爐頂氣中取樣，分析其成分。
[0055] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表 述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在 任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0056] 盡管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是 示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本實用新型 的原理和宗旨的情況下在本實用新型的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和 變型。
【權利要求】
1. 一種氣基堅爐，其特征在于，包括： 堅爐本體，所述堅爐本體內自上而下依次限定出上冷卻室、還原室和下冷卻室； 物料入口，所述物料入口設置在所述上冷卻室的頂部； 還原產物出口，所述還原產物出口設置在所述下冷卻室的底部； 還原氣體進口，所述還原氣體進口設置在所述還原室的外壁上； 爐頂氣出口，所述爐頂氣出口設置在所述上冷卻室的頂部；以及 還原室加熱組件，所述還原室加熱組件設置在所述還原室的外壁上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的氣基堅爐，其特征在于，進一步包括： 原料儲罐，所述原料儲罐設置有球團入口、球團出口、第一氮氣入口和第一氮氣出口； 以及 還原產物儲罐，所述還原產物儲罐設置有產物進料口、產物出料口、第二氮氣入口和第 二氮氣出口， 其中， 所述球團出口與所述物料入口相連， 所述產物進料口與所述還原產物出口相連。
3. 根據(jù)權利要求1所述的氣基堅爐，其特征在于，進一步包括： 配氣裝置； 還原氣體管路，所述還原氣體管路分別連接所述配氣裝置和所述還原氣體進口； 還原氣體加熱組件，所述還原氣體加熱組件設置在所述還原氣體管路的外側。
4. 根據(jù)權利要求1所述的氣基堅爐，其特征在于，進一步包括冷凝器，所述冷凝器與所 述爐頂氣出口相連。
5. 根據(jù)權利要求1所述的氣基堅爐，其特征在于，所述還原室加熱組件包括多個夾套 式電加熱爐。
6. 根據(jù)權利要求1所述的氣基堅爐，其特征在于，所述上冷卻室和所述下冷卻室的外 壁設有冷卻夾套。
7. 根據(jù)權利要求2所述的氣基堅爐，其特征在于，進一步包括： 插板式給料機，所述插板式給料機分別與所述球團出口和所述物料入口相連；以及 插板式排料機，所述插板式排料機分別與所述還原產物出口和所述產物進料口相連。
8. 根據(jù)權利要求2所述的氣基堅爐，其特征在于，所述球團入口、球團出口、產物進料 口以及產物出料口內分別設置球閥。
9. 根據(jù)權利要求2所述的氣基堅爐，其特征在于，進一步包括： 氮氣置換裝置，所述氮氣置換裝置分別與所述第一氮氣入口和第二氮氣入口相連。
【文檔編號】C21B13/02GK203904382SQ201420282771
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權日:2014年5月29日
【發(fā)明者】吳道洪, 張奔, 李志遠 申請人:北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司