預(yù)熱式煤基直接還原鐵的豎爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種采用預(yù)熱式煤基直接還原鐵的豎爐，包括爐體，爐體內(nèi)設(shè)置的豎罐，豎罐從上往下分為預(yù)熱段、還原段、冷卻段、在豎罐預(yù)熱段和還原段的兩側(cè)設(shè)有火道，在豎罐的還原段內(nèi)外加入煤氣，在豎罐頂部將收集的爐頂氣再送到火道內(nèi)作為燃燒氣體使用，在冷卻段設(shè)置煤氣預(yù)熱腔。采用本實(shí)用新型，能加快還反原應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)了熱氣向上流行，增加了預(yù)熱段溫度，減少了預(yù)熱時(shí)間，比原有方式下至少增加一倍的產(chǎn)量。
【專利說(shuō)明】預(yù)熱式煤基直接還原鐵的豎爐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于煤基直接還原鐵領(lǐng)域，特別是一種預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān) 爐。

【背景技術(shù)】
[0002] 直接還原鐵也稱海綿鐵。目前，國(guó)內(nèi)外煤基直接還原鐵的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，主要 采用回轉(zhuǎn)窯法?；剞D(zhuǎn)窯長(zhǎng)度都在60至80米，作業(yè)時(shí)窯體按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，鐵礦粉球團(tuán)或塊 礦與還原煤、脫硫劑（石灰石），從窯尾加料端連續(xù)加入。隨窯體轉(zhuǎn)動(dòng)，固體物料不斷地翻 滾，向窯頭排料端移動(dòng)。物料移動(dòng)過(guò)程中，被逆向高溫氣流加熱，進(jìn)行物料的干燥、預(yù)熱、碳 酸鹽分解、鐵氧化物還原以及溶碳滲碳反應(yīng)，鐵氧化物在保持外形不變的軟化溫度以下轉(zhuǎn) 變成直接還原鐵。因此要求窯氣中必須有足夠的含氧量供煤粉和煤氣燃燒用，從氧化還原 角度而言，窯內(nèi)必須處于一種還原氣氛，特別是保持物料層內(nèi)還原氣氛，防止鐵礦球團(tuán)還原 金屬的再氧化。這樣，窯內(nèi)就存在著為保持煤粉充分燃燒的供氧和防止鐵礦球團(tuán)氧化而降 低含氧量的矛盾。由于窯尾加料端廢氣溫度尚有850°C左右，廢氣中的能量約占以煤的方式 給入能量的40%，必須安裝廢氣處理系統(tǒng)。窯內(nèi)結(jié)圈是回轉(zhuǎn)窯經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。回轉(zhuǎn)窯法存 在著設(shè)備龐大、投資大、工藝技術(shù)復(fù)雜，操作十分困難的問(wèn)題和缺點(diǎn)。
[0003] 還有采用隧道窯法，由于隧道窯法技術(shù)含量低，適合小規(guī)模生產(chǎn)，投資小，隧道窯 法一般采用罐式法還原鐵，具體做法是先利用耐火磚等材料砌成罐體，然后將原料放入罐 體內(nèi)，再將罐體密封，這種方式雖然投資小，但是還原熱效率低、能耗高、占地面積大，生產(chǎn) 周期長(zhǎng)，污染嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，單機(jī)生產(chǎn)能力難以擴(kuò)大等問(wèn)題。
[0004] 最新的是采用堅(jiān)爐進(jìn)行還原鐵冶練，如專利200720015482. 3的煤基直接還原鐵 外熱式堅(jiān)爐，包括堅(jiān)爐、冷卻水圈和爐體支座。爐體支座，由承重鋼梁和多個(gè)鋼支柱裝配成， 冷卻水圈固定在承重鋼梁上，堅(jiān)爐坐設(shè)在冷卻水圈上。堅(jiān)爐包括爐體和設(shè)置在爐體內(nèi)的多 個(gè)截面為矩形堅(jiān)式設(shè)置的還原反應(yīng)室，爐體由外殼體和依次砌設(shè)在外殼體內(nèi)的纖維氈層、 硅藻土磚層、粘土磚層構(gòu)成。每一個(gè)還原反應(yīng)室的兩側(cè)有多層煤氣燃燒式火道，每個(gè)還原反 應(yīng)室的上端設(shè)有料倉(cāng)，其下端穿過(guò)冷卻水圈內(nèi)的高鋁磚墻上的還原反應(yīng)室通孔后與對(duì)應(yīng)的 上冷卻水套連接，上冷卻水套與下冷卻水道連接。
[0005] 該堅(jiān)爐存在問(wèn)題表現(xiàn)在以下三方面：
[0006] -、直接還原反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，一個(gè)周期一般要達(dá)到12小時(shí)以上，而且還原的鐵只能 在92%以上；
[0007] 二、爐頂氣直接排放，經(jīng)研究，堅(jiān)爐的爐頂氣含有大量的C0,直接排放掉不僅是資 源的浪費(fèi)，同時(shí)也造成熱效能利用率低，爐內(nèi)溫度不足，最終影響產(chǎn)量；
[0008] 三、煤氣進(jìn)入火道前沒(méi)有進(jìn)過(guò)預(yù)熱，低溫的煤氣對(duì)還原段會(huì)產(chǎn)生不利的影響，同時(shí) 冷卻段的冷卻效率也有待提高。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0009] 本實(shí)用新型旨在針對(duì)現(xiàn)有直接還原鐵堅(jiān)爐還原效率低的問(wèn)題，提供一種預(yù)熱式煤 基直接還原鐵的堅(jiān)爐。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：
[0011] 一種預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，包括爐體，爐體內(nèi)設(shè)置堅(jiān)罐，堅(jiān)罐從上往下分 為預(yù)熱段、還原段、冷卻段，在堅(jiān)罐預(yù)熱段和還原段的兩側(cè)設(shè)有火道，堅(jiān)罐上端設(shè)置的進(jìn)料 箱，下端設(shè)置的出料箱，其特征在于：在爐體堅(jiān)罐冷卻段爐體內(nèi)設(shè)有煤氣預(yù)熱腔，所述煤氣 預(yù)熱腔連接預(yù)熱腔輸入管和預(yù)熱腔輸出管。
[0012] 采用本方案能減少在對(duì)堅(jiān)罐還原段中外加入的煤氣時(shí)影響還原反應(yīng)溫度，并充分 利用冷卻段熱量。
[0013] 進(jìn)一步地，煤氣預(yù)熱腔由頂板、底板、爐體壁、堅(jiān)罐壁圍成。
[0014] 進(jìn)一步的是，為加大煤氣預(yù)熱效果，所述煤氣預(yù)熱腔內(nèi)由隔條相錯(cuò)設(shè)置成為回廊 通道，通過(guò)預(yù)熱腔輸入管的煤氣通過(guò)回廊通道后從預(yù)熱腔輸出管輸出。
[0015] 進(jìn)一步地，煤氣預(yù)熱腔的預(yù)熱腔輸出管連通火道，直接連接火道或通過(guò)燃料輸入 管連通火道，為火道提供燃?xì)狻?br> [0016] 同時(shí)，預(yù)熱腔輸出管經(jīng)煤氣輸入管連通堅(jiān)罐，具體地：
[0017] 所述堅(jiān)罐還原段的下部設(shè)置有噴嘴，噴嘴開(kāi)有小孔，噴嘴與煤氣輸入管連通，經(jīng)過(guò) 煤氣輸入管的煤氣能通過(guò)噴嘴噴出。
[0018] 所述噴嘴為中空的圓柱型，堅(jiān)直設(shè)置，頂面為圓弧型，側(cè)面開(kāi)有小孔。為避免噴嘴 的堵塞和對(duì)物料下落的影響，上述形狀最大限度減少對(duì)物料下落和煤氣輸入的影響。
[0019] 本發(fā)明堅(jiān)罐中也可不采用上述噴嘴，煤氣輸入管開(kāi)口設(shè)在堅(jiān)罐還原段的下部的堅(jiān) 罐壁上，使煤氣輸入管直接與堅(jiān)罐連通，這種設(shè)置簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)單。
[0020] 采用以上結(jié)構(gòu)，煤氣從預(yù)熱腔輸入管進(jìn)入后，經(jīng)煤氣預(yù)熱腔從預(yù)熱腔輸出管輸出， 加熱排出的煤氣輸送到煤氣輸入管或者通過(guò)燃料輸入管進(jìn)入火道內(nèi)燃燒。
[0021] 進(jìn)一步的是，所述堅(jiān)罐頂部設(shè)有爐頂氣收集器，所述爐頂氣收集器上開(kāi)有小孔，并 與爐頂氣收集管道連通，所述爐頂氣收集器能收集堅(jiān)罐內(nèi)的煤氣通過(guò)煤氣收集管道排出， 或連通火道，循環(huán)利用。
[0022] 所述爐頂氣收集器為中空的圓柱型，與堅(jiān)罐成垂直設(shè)置，所述爐頂氣收集器表面 開(kāi)有小孔。該形狀能保證安裝和使用時(shí)都有小孔能正常應(yīng)用。
[0023] 為較好收集爐頂氣，在爐頂氣收集管道上設(shè)有引風(fēng)機(jī)。
[0024] 本發(fā)明堅(jiān)爐中也可不采用上述圓柱型爐頂氣收集器，直接將爐頂氣收集管道突入 堅(jiān)罐的部分作為爐頂氣收集器，其在堅(jiān)罐中的端口封閉，并在封閉的開(kāi)口處和突入的管道 上開(kāi)小孔。爐頂氣收集管道另一端與火道連通。此種設(shè)置簡(jiǎn)單，設(shè)備改動(dòng)時(shí)方便。
[0025] 火道上設(shè)有高溫氣流環(huán)繞孔，火道與燃料輸入管連通，煤氣通過(guò)燃料輸入管進(jìn)入 火道內(nèi)燃燒，為堅(jiān)罐內(nèi)的還原反應(yīng)提供熱量。所述堅(jiān)罐還原段的下部與煤氣輸入管連通，堅(jiān) 罐頂部與爐頂氣收集管道連通，爐頂氣收集管道收集的爐頂氣再通過(guò)燃料輸入管進(jìn)入火道 內(nèi)燃燒。
[0026] 物料在堅(jiān)罐上端的預(yù)熱段預(yù)熱后，經(jīng)過(guò)中部的還原段還原，再通過(guò)堅(jiān)罐下端的冷 卻段冷卻后得到還原鐵，在堅(jiān)罐的還原段內(nèi)外加入煤氣，在堅(jiān)罐頂部將收集的爐頂氣再送 到火道內(nèi)作為燃燒氣體使用。
[0027] 在煤基直接還原鐵堅(jiān)爐中采用上述結(jié)構(gòu)，將明顯提高還原鐵速度，常規(guī)的還原 段煤基還原鐵中，中間反應(yīng)主要有<+0) 2 = 20)，？6304+0)=3?6〇+0)2，？6〇+0)=?6+0) 2， C02+C=2C0,而還原反應(yīng)的速度取決于C02再生為C0的速度，而現(xiàn)在采用直接在還原段中加 入煤氣，可以直接用于還原氧化鐵，從而增大了生成C0 2濃度，在固定碳的作用下，反過(guò)來(lái)加 快C0的生成，再作用于氧化鐵，加快了還原鐵反應(yīng)速度，采用此方法后，生產(chǎn)的海綿鐵產(chǎn)量 是原堅(jiān)爐的1倍以上，同時(shí)，加熱的爐頂氣再進(jìn)入火道燃燒，增加了溫度，又提高的產(chǎn)量，爐 頂氣的再利用，節(jié)約了能源。采用此方法后還原鐵的金屬轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上。
[0028] 本實(shí)用新型的有益效果是：煤基堅(jiān)爐還原鐵的過(guò)程中，在堅(jiān)罐中加入煤氣，能加快 還反原應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)促進(jìn)了熱氣向上流行，增加了預(yù)熱段溫度，減少了預(yù)熱時(shí)間，單位時(shí) 間內(nèi)增加了產(chǎn)品產(chǎn)量，比原有方式下至少增加一倍的產(chǎn)量；同時(shí)，煤氣還原氧化鐵后，在煤 基作用下生成的爐頂氣中又含有大量的C0,又可以再次輸入火道燃燒，達(dá)到二次利用。利 用冷卻段的熱量對(duì)煤氣預(yù)加熱，既減少了低溫煤氣對(duì)還原段的影響，也達(dá)到了對(duì)堅(jiān)罐的冷 卻段進(jìn)行了冷卻目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1 :本實(shí)用新型剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖2 :煤氣噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖3 :爐頂氣收集器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖4 :圖1爐頂氣收集器A - A剖視圖。
[0033] 圖5 :圖3煤氣預(yù)熱腔A - A剖視圖。
[0034] 圖中編號(hào)：1爐體，2堅(jiān)罐，3預(yù)熱段，4還原段，5冷卻段，6火道，7進(jìn)料箱，8出料 箱，9燃料輸入管，10煤氣輸入管，11爐頂氣收集管道，12噴嘴，13爐頂氣收集器，14小孔， 15頂板，16底板，17預(yù)熱腔，18預(yù)熱腔輸入管，19預(yù)熱腔輸出管，20隔條，21引風(fēng)機(jī)，22 高溫氣流環(huán)繞孔。
[0035] 具體實(shí)方式
[0036] 實(shí)施例1 :
[0037] 如圖1所示，一種采用預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，包括爐體1，爐體1內(nèi)設(shè)置的 堅(jiān)罐2,堅(jiān)罐2為圓柱形，堅(jiān)罐為多個(gè)，在爐體內(nèi)均勻分布，堅(jiān)罐2上端設(shè)置有進(jìn)料箱7,下端 設(shè)置有出料箱8,堅(jiān)罐2從上往下分為預(yù)熱段3、還原段4、冷卻段5、在堅(jiān)罐2預(yù)熱段3和還 原段4的兩側(cè)設(shè)有火道6,火道上設(shè)有高溫氣流環(huán)繞孔22,火道6與燃料輸入管9連通，煤 氣通過(guò)燃料輸入管9進(jìn)入火道6內(nèi)燃燒，為堅(jiān)罐2內(nèi)的還原反應(yīng)提供熱量。
[0038] 堅(jiān)爐上還包括煤氣輸入管10和爐頂氣收集管道11，在堅(jiān)罐2還原段的下部圓柱型 中心位置設(shè)置有噴嘴12,噴嘴12為中空的圓柱型，堅(jiān)直設(shè)置，頂面為圓弧型，側(cè)面開(kāi)有小孔 14,小孔14側(cè)面成均勻排列，噴嘴12與煤氣輸入管10連通，經(jīng)過(guò)煤氣輸入管10的煤氣能 通過(guò)噴嘴12噴出。這樣煤氣通過(guò)噴嘴12能均勻噴出，保證還原氣氛均勻，同時(shí)圓弧型噴嘴 和側(cè)面開(kāi)孔，能有效避免對(duì)物料的阻擋和物料對(duì)小孔14的堵塞。
[0039] 所述堅(jiān)罐2頂部還設(shè)有爐頂氣收集器13,所述爐頂氣收集器13為中空的圓柱型， 與堅(jiān)罐2成垂直設(shè)置，所述爐頂氣收集器13表面開(kāi)有小孔14,小孔14開(kāi)在圓柱型爐頂氣收 集器13下弧面，小孔14孔徑為1-3_，所述爐頂氣收集器13比爐頂氣收集管道11管徑大 并與之連通，爐頂氣收集器13在引風(fēng)機(jī)21作用下收集堅(jiān)罐2內(nèi)的爐頂氣后，再輸送到燃料 輸入管9中進(jìn)入火道6內(nèi)燃燒。圓柱型爐頂氣收集器13其小孔設(shè)在下弧面，避免了對(duì)物料 下落時(shí)阻擋，又能正常地收集爐頂氣。
[0040] 實(shí)施例2 :
[0041] 在堅(jiān)爐中不采用實(shí)施例1使用的噴嘴，煤氣輸入管10開(kāi)口設(shè)在堅(jiān)罐2還原段4的 下部的堅(jiān)罐壁上，使煤氣輸入管10直接與堅(jiān)罐2連通，這種設(shè)置簡(jiǎn)單，設(shè)備改動(dòng)方便，維護(hù) 簡(jiǎn)單。
[0042] 實(shí)施例3 :
[0043] 在堅(jiān)爐中不采用實(shí)施例1中使用的圓柱型爐頂氣收集器13,直接將爐頂氣收集管 道11突入堅(jiān)罐2的部分作為爐頂氣收集器13,其在堅(jiān)罐2中的端口封閉，并在封閉的開(kāi)口 處和突入的管道上開(kāi)小孔。此種設(shè)置簡(jiǎn)單，設(shè)備改動(dòng)時(shí)方便。
[0044] 實(shí)施例4 :
[0045] 如圖1、圖4 :一種對(duì)煤氣進(jìn)行預(yù)加熱裝置的堅(jiān)爐，在爐體1堅(jiān)罐2冷卻段5部位設(shè) 有由頂板15和底板16組成的預(yù)熱腔17,所述煤氣預(yù)熱腔包括預(yù)熱腔輸入管18和預(yù)熱腔輸 出管19,所述預(yù)熱腔17內(nèi)由隔條20按堅(jiān)罐排列形式相錯(cuò)地設(shè)置成為一個(gè)回廊通道，進(jìn)入預(yù) 熱腔輸入管18的煤氣通過(guò)回廊通道后從預(yù)熱腔輸出管19輸出。
[0046] 預(yù)熱輸出的煤氣可以輸送到煤氣輸入管10后進(jìn)入堅(jiān)罐2參加還原反應(yīng)，由于煤氣 溫度升高減少了對(duì)還原段反應(yīng)溫度的影響。
[0047] 預(yù)熱輸出的煤氣也可以通過(guò)燃料輸入管9進(jìn)入火道6內(nèi)燃燒。
[0048] 上述方法和實(shí)施例中，對(duì)輸入的煤氣可以采用高值低溫煤氣，進(jìn)一步提高反應(yīng)的 速度，同時(shí)達(dá)到綜合循環(huán)利用能源。
[0049] 以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作 的任何修改、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，包括爐體，爐體內(nèi)設(shè)置堅(jiān)罐，堅(jiān)罐有預(yù)熱段、還 原段、冷卻段，在堅(jiān)罐預(yù)熱段和還原段的兩側(cè)設(shè)有火道，其特征在于：在堅(jiān)罐冷卻段爐體內(nèi) 設(shè)有煤氣預(yù)熱腔，所述煤氣預(yù)熱腔連接預(yù)熱腔輸入管和預(yù)熱腔輸出管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，其特征在于：煤氣預(yù)熱腔由 頂板、底板、爐體壁、堅(jiān)罐壁圍成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，其特征在于：所述煤氣預(yù)熱 腔內(nèi)由隔條相錯(cuò)設(shè)置為回廊通道，回廊通道前后端分別連通預(yù)熱腔輸入管和預(yù)熱腔輸出 管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，其特征在于：煤氣預(yù)熱腔的 預(yù)熱腔輸出管連通火道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，其特征在于：預(yù)熱腔輸 出管經(jīng)煤氣輸入管連通堅(jiān)罐。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，其特征在于：堅(jiān)罐還原段的 下部設(shè)置有煤氣噴嘴，噴嘴與煤氣輸入管連通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，其特征在于：所述噴嘴為中 空的圓柱型，堅(jiān)直設(shè)置，頂面為圓弧型，側(cè)面開(kāi)有小孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)熱式煤基直接還原鐵的堅(jiān)爐，其特征在于：所述煤氣輸入 管開(kāi)口設(shè)在堅(jiān)罐還原段下部的堅(jiān)罐壁上，直接與堅(jiān)罐連通。
【文檔編號(hào)】C21B13/02GK203999665SQ201420437627
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】馮輝陽(yáng) 申請(qǐng)人:馮輝陽(yáng)