本發(fā)明涉及冶金技術領域，具體而言，本發(fā)明涉及由冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。

背景技術：

氣基豎爐制備海綿鐵采用氧化球團或焙燒球團為原料，往往需要將冷固結球團經(jīng)過干燥、焙燒和冷卻后方能進入氣基豎爐內。生球干燥過程在鏈篦機中進行，焙燒往往在回轉窯內進行，冷卻在環(huán)冷機上進行。氣基豎爐制備海綿鐵所采用的原料為室溫或低溫下的氧化球團，這涉及到冷固結球團的干燥、焙燒和冷卻過程，流程長，設備復雜，造成了大量的能量耗散。

近年來，有專利報道采用冷固結球團直接進入氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵，可極大的縮短工藝流程，降低能量耗散。然而，由于冷固結球團自身存在強度低、易粉碎而影響氣基豎爐料層透氣性的不足，且采用冷固結球團在氣基豎爐內生產(chǎn)海綿鐵的工業(yè)化實踐鮮有報道，因此采用冷固結球團在氣基豎爐制備海綿鐵仍需要更多的實踐和探索。

氣基豎爐內不同溫度帶和位置的冷固結球團所能承受的抗壓強度是不同的。已有氣基豎爐為立式爐，爐內球團承受自身上部及周圍球團帶來的壓力和摩擦力，且豎爐越高，爐內球團所承受的來自垂直距離上的壓力和摩擦力越大。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述氣基豎爐制備海綿鐵存在的問題，本發(fā)明提出一種采用冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。利用本發(fā)明的氣基豎爐和方法既大大簡化了工藝流程，同時節(jié)約了綜合能耗，提高了海綿鐵的生產(chǎn)效率。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐，該氣基豎爐包括：

上料倉，其位于氣基豎爐的最上部并具有空腔，上料倉包括位于其頂部的冷固結球團入口以及爐頂氣出口，其中上料倉的底壁為上凸的錐形，上料倉的底壁邊緣與側壁之間設有多個中間料罐入料口；

多個中空的中間料罐，每個中間料罐通過中間料罐入料口與上料倉連通，中間料罐的底壁為斜面，斜面沿朝向氣基豎爐豎直中心線的方向逐漸降低；

還原倉，與每個中間料罐的側壁連接，還原倉具有空腔并且頂壁為下凹的錐形，還原倉的頂壁與其側壁之間設有多個還原倉入料口，還原倉入料口連通中間料罐和還原倉，還原倉還包括還原氣入口；以及

海綿鐵出口，其位于還原倉底端。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中爐頂氣出口位于上料倉側壁的上部；還原氣入口位于還原倉的側壁的下部。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，中間料罐的數(shù)量不小于2個。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，上料倉的底壁所形成的錐形的頂角角度為120°～170°。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，中間料罐的底壁形成的斜面與水平面的夾角為5°～30°，優(yōu)選為15°～25°。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還原倉頂壁形成的錐形的頂角角度比自由落入還原倉中部所形成的球團料堆的最大錐形角度小0°～10°。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種采用氣基豎爐制備海綿鐵的方法，該方法包括下列步驟：

1)制備冷固結球團并將冷固結球團由冷固結球團入口加入到氣基豎爐的上料倉內；

2)在上料倉內利用自下而上的第一氣體對步驟1)中加入的冷固結球團進行干燥；

3)將步驟2)中干燥后的冷固結球團經(jīng)過中間料罐入料口輸送到中間料罐中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐中對冷固結球團進行預熱，得到預熱后的冷固結球團和第一氣體；

4)將步驟3)中預熱后的冷固結球團經(jīng)過還原倉入料口輸送到還原倉中，冷固結球團與經(jīng)還原氣入口通入的還原氣接觸并發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體；

5)使步驟4)中生成的海綿鐵經(jīng)還原倉底端的海綿鐵出口排出。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟1)中所制備的冷固結球團的水分質量含量不大于10％，并且制備冷固結球團的方式包括圓盤造球、對輥壓球或壓制成球方式中的一種或幾種。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟3)中第二氣體的溫度為400℃～700℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟4)中還原氣的溫度為850℃～950℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，爐頂氣溫度為200℃～400℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還原氣中包括H₂+CO以及H₂+CO的體積百分比不小于80％。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還原后海綿鐵溫度為400℃～700℃。

本發(fā)明的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法將冷固結球團的干燥、預熱和還原過程集中于氣基豎爐上料倉、中間料罐和還原倉內完成，大大簡化了工藝流程，節(jié)省了氧化球團或焙燒球團制備過程所需設備。并且上料倉、中間料罐和還原倉三個裝置彼此相對獨立，減少了下部冷固結球團所承受的來自垂直距離上的壓力和來自周圍球團的摩擦力，降低了球團粉化率，還節(jié)約了綜合能耗，提高了海綿鐵的生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐的示意圖；以及

圖2是本發(fā)明的采用氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法的流程示意圖。

具體實施方式

應當理解，在示例性實施例中所示的本發(fā)明的實施例僅是說明性的。雖然在本發(fā)明中僅對少數(shù)實施例進行了詳細描述，但本領域技術人員很容易領會在未實質脫離本發(fā)明主題的教導情況下，多種修改是可行的。相應地，所有這樣的修改都應當被包括在本發(fā)明的范圍內。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設計、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

下面參照圖1描述本發(fā)明實施例的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐。該氣基豎爐總體包括上料倉100、多個中空的中間料罐200以及還原倉300。

上料倉100位于氣基豎爐的最上部并具有空腔，上料倉100包括位于其頂部的冷固結球團入口110以及爐頂氣出口130，其中上料倉100的底壁為上凸的錐形，上料倉100的底壁邊緣與其側壁之間設有多個中間料罐入料口120。上料倉100的底壁所形成的錐形的頂角角度為120°～170°，由此有助于落到上料倉100底壁上的冷固結球團向邊緣的中間料罐入料口120移動。

多個中空的中間料罐200在豎直方向上總體位于氣基豎爐的中部。每個中間料罐通200過中間料罐入料口120與上料倉100連通，中間料罐200的底壁為斜面，該斜面沿朝向氣基豎爐豎直中心線的方向逐漸降低，該斜面與水平面的夾角為5°～30°，優(yōu)選為15°～25°，由此有助于落到中間料罐200底壁的冷固結球團朝向還原倉入料口(下文詳細說明)移動。

還原倉300的頂壁與每個中間料罐位于氣基豎爐內部的側壁連接，還原倉300具有空腔并且頂壁為下凹的錐形，該錐形的頂角角度比自由落入還原倉300中部所形成的球團料堆的最大錐形角度小0°～10°，由此更好地引導還原倉300內的氣體進入到中間料罐200。還原倉300的頂壁與其側壁之間設有多個還原倉入料口310，每個還原倉入料口310連通中間料罐200和還原倉300，還原倉300還包括位于其側壁下部的還原氣入口320以及位于還原倉300底端的海綿鐵出口330。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，中間料罐200的數(shù)量不小于2個。

利用本發(fā)明的氣基豎爐制備海綿鐵時，首先將冷固結球團通過冷固結球團入口110添加到上料倉100內。由于氣基豎爐的上料倉100與其下方的多個中間料罐200連通，因此，中間料罐200內溫度較高的氣體會向上流動至上料倉100內。自下而上的氣體與加入到上料倉100內的冷固結球團接觸并且對其進行干燥。由于上料倉100的底壁為上凸的錐形，因此，落到底壁上的冷固結球團會向上料倉底壁邊緣運動，進而經(jīng)過中間料罐入料口120進入到中間料罐200。在中間料罐200中，來自還原倉300的氣體與下落的冷固結球團接觸并對其進行預熱。預熱后的冷固結球團沿中間料罐200的斜面狀底壁下滑至還原倉入料口310，并且經(jīng)還原倉入料口310進入還原倉300。在還原倉300中，預熱后的冷固結球團與高溫的還原氣接觸并發(fā)生還原反應，得到海綿鐵，海綿鐵最終經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330排出。

圖2示出了采用本發(fā)明的氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法的流程示意圖。結合圖1并且參照圖2來說明采用本發(fā)明的制備海綿鐵的方法。

在步驟S100中，制備冷固結球團并將冷固結球團由冷固結球團入口110加入到氣基豎爐的上料倉100內，所制備的冷固結球團的水分含量不大于10％，并且可以利用圓盤造球、對輥壓球或壓制成球方式中的一種或幾種來制備冷固結球團。

在步驟S200中，在上料倉100內利用自下而上的第一氣體對步驟S100中加入的冷固結球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為200℃～400℃。

在步驟S300中，將步驟S200中干燥后的冷固結球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結球團進行預熱，得到預熱后的冷固結球團和第一氣體，在中間料罐200中的第二氣體的溫度約為400℃～700℃。

在步驟S400中，將步驟S300中預熱后的冷固結球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結球團與經(jīng)還原氣入口320通入的還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，還原氣中H₂和CO的總體積的百分比不小于80％，其溫度約為850℃～950℃。還原后海綿鐵溫度為400℃～700℃。

在步驟S500中，使步驟S400中得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330排出。

下面進一步結合具體實施例來說明本發(fā)明的冷固結球團制備海綿鐵的其方法。

實施例一

將水分含量10％的冷固結球團由冷固結球團入口110加入氣基豎爐上料倉100內。在上料倉100內利用自下而上的第一氣體對加入的冷固結球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為200℃。干燥后的冷固結球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結球團進行預熱，該第二氣體的溫度約為400℃，得到預熱后的冷固結球團和第一氣體。將預熱后的冷固結球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結球團與經(jīng)還原氣入口320通入的850℃的還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積的百分比為80％，還原后海綿鐵溫度為400℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330排出。

采用本發(fā)明的上述技術方案得到的海綿鐵的金屬化率為81.7％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為82.4％。

實施例二

將水分含量9％的冷固結球團由冷固結球團入口110加入氣基豎爐上料倉100內。在上料倉100內利用自下而上的第一氣體對加入的冷固結球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為300℃。干燥后的冷固結球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結球團進行預熱，該第二氣體的溫度約為600℃，得到預熱后的冷固結球團和第一氣體。將預熱后的冷固結球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結球團與經(jīng)還原氣入口320通入的900℃的還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，還原氣中H₂和CO的總體積的百分比為85％，還原后海綿鐵溫度為600℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330排出。

采用本發(fā)明的上述技術方案得到的海綿鐵的金屬化率為83.2％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為84.1％。

實施例三

將水分含量8％的冷固結球團由冷固結球團入口110加入氣基豎爐上料倉100內。在上料倉100內利用自下而上的第一氣體對加入的冷固結球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為400℃。干燥后的冷固結球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結球團進行預熱，該第二氣體的溫度約為700℃，得到預熱后的冷固結球團和第一氣體。將預熱后的冷固結球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結球團與經(jīng)還原氣入口320通入的950℃的還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H₂和CO的總體積的百分比為88％，還原后的海綿鐵的溫度約為700℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330排出。

采用本發(fā)明的上述技術方案得到的海綿鐵的金屬化率為85.9％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為87.3％。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明權利要求的保護范圍當中。