本實用新型涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本實用新型涉及由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐。
背景技術(shù)：
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(jié)球團經(jīng)過干燥、焙燒和冷卻后方能進入氣基豎爐內(nèi)。生球干燥過程在鏈篦機中進行，焙燒往往在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)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(jié)球團的干燥、焙燒和冷卻過程，流程長，設(shè)備復雜。
近年來，有專利報道采用冷固結(jié)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(jié)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(jié)球團在氣基豎爐內(nèi)生產(chǎn)海綿鐵的工業(yè)化實踐鮮有報道，因此采用冷固結(jié)球團在氣基豎爐制備海綿鐵仍需要更多的實踐和探索。
還有，采用室溫或低溫下的氧化球團、焙燒球團或冷固結(jié)球團在氣基豎爐制備海綿鐵的過程存在球團溫度低從而造成還原效率不高的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述氣基豎爐制備海綿鐵存在的問題，本實用新型提出一種采用冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。利用本實用新型的氣基豎爐和方法既節(jié)省了冷固結(jié)球團干燥、焙燒和冷卻所需設(shè)備，極大地降低了能量耗散，還提高了氣基豎爐還原段溫度，在確保氣基豎爐對氧化球團或焙燒球團抗壓強度要求的同時，還促進了還原反應效率的大幅度上升。
根據(jù)本實用新型的一方面，本實用新型提供一種冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐，其特征在于，豎爐包括：
爐體，其沿豎直方向延伸，爐體由上部和下部構(gòu)成，上部和下部均為空腔結(jié)構(gòu)并通過連通孔連通，上部分為預熱段和焙燒段，預熱段位于焙燒段上方，下部包括還原段；
冷固結(jié)球團入口，其位于爐體上端；
爐頂氣出口，其位于爐體的預熱段；
助燃氣入口，其位于爐體的焙燒段；
一次還原氣入口及二次還原氣入口，二者均位于還原段；
二次還原氣出口，其位于還原段并且與二次還原氣入口連通，二次還原氣出口與二次還原氣入口之間設(shè)有循環(huán)加壓風機；以及
海綿鐵出口，其位于爐體底端。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，其中，爐頂氣出口位于預熱段的側(cè)面的上部；助燃氣入口位于焙燒段的側(cè)面的下部，具體位置為焙燒段底部自下向上10cm～30cm處；一次還原氣入口位于還原段的側(cè)面的下部；二次還原氣入口位于還原段的側(cè)面的下部并且比一次還原氣入口的高度更低；以及二次還原氣出口位于還原段的側(cè)面的上部。
本實用新型的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐將冷固結(jié)球團干燥預熱、焙燒過程集中于氣基豎爐內(nèi)完成，不僅節(jié)省了設(shè)備，而且還避免了環(huán)冷機冷卻過程帶來的能量耗散。
根據(jù)本實用新型的另一方面，本實用新型還提供一種采用氣基豎爐由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法，該方法包括下列步驟：
1)制備冷固結(jié)球團并將冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口加入到氣基豎爐預熱段內(nèi)；
2)經(jīng)焙燒段自下而上的熱的氣體在氣基豎爐預熱段與步驟1)中加入的冷固結(jié)球團接觸并對冷固結(jié)球團進行干燥預熱；
3)經(jīng)助燃氣入口通入助燃氣，助燃氣與自下而上的氣體接觸并在焙燒段燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量對步驟2)中經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體；
4)使步驟3)形成的焙燒球團經(jīng)連通孔下落至還原段，焙燒球團與經(jīng)一次還原氣入口通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵；
5)使步驟4)中得到的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口排出。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，方法還包括，步驟4)中生成的海綿鐵繼續(xù)下落至一次還原氣入口和二次還原氣入口之間的還原段，并與經(jīng)二次還原氣入口通入的二次還原氣發(fā)生二次還原反應。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟1)中所制備的冷固結(jié)球團的水分質(zhì)量含量不大于10％。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟2)中熱的氣體的溫度為400℃～700℃。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，助燃氣包含空氣和/或氧氣。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟3)中還原氣與助燃氣接觸燃燒產(chǎn)生的氣體溫度為900℃～1200℃。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟3)中焙燒段的還原氣溫度為700℃～1200℃。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟4)中一次還原氣的溫度為850℃～950℃，一次還原氣包含H2和CO并且H2和CO的總的體積百分比不小于80％，二次還原氣溫度為900℃～1000℃。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟3)中焙燒形成的高溫的焙燒球團的溫度為800℃～1000℃，平均抗壓強度為1400～1500N/個。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟4)中還原后海綿鐵溫度為600℃～900℃。
本實用新型的采用氣基豎爐由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法提高了氣基豎爐還原段溫度，確保氣基豎爐對氧化球團或焙燒球團抗壓強度要求，同時對還原段焙燒球團深度還原，較傳統(tǒng)工藝得到了較高的金屬化率。此外，爐頂氣中有毒氣體含量降低，而且溫度較低，可直接排放進入大氣且無污染。
附圖說明
圖1是本實用新型的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐的示意圖；以及
圖2是本實用新型的采用氣基豎爐由冷固結(jié)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實用新型的實施例僅是說明性的。雖然在本實用新型中僅對少數(shù)實施例進行了詳細描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易領(lǐng)會在未實質(zhì)脫離本實用新型主題的教導情況下，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實用新型的范圍內(nèi)。在不脫離本實用新型的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設(shè)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描述本實用新型實施例的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐。該氣基豎爐總體包括爐體LT。爐體LT沿豎直方向延伸，爐體LT由上部和下部構(gòu)成，上部和下部均為空腔結(jié)構(gòu)并通過連通孔230連通，上部分為預熱段100和焙燒段200，預熱段100位于焙燒段200上方，下部包括還原段300。
冷固結(jié)球團入口110位于爐體LT上端。爐頂氣出口120位于爐體LT的預熱段100，具體位置為預熱段100的側(cè)面的上部。助燃氣入口210位于爐體的焙燒段200，具體位置為焙燒段200底部自下向上10cm～30cm處。一次還原氣入口310及二次還原氣入口320均位于還原段300下部，其中二次還原氣入口320比一次還原氣入口310的高度更低。二次還原氣出口330位于還原段300的側(cè)面的上部，并且與二次還原氣入口320連通，二次還原氣出口330與二次還原氣入口320之間設(shè)有循環(huán)加壓風機340。海綿鐵出口350位于爐體底端。
利用本實用新型的氣基豎爐制備海綿鐵時，首先將冷固結(jié)球團通過冷固結(jié)球團入口110添加到預熱段100內(nèi)。由焙燒段200自下而上的熱的氣體對加入的冷固結(jié)球團進行預熱，預熱后的冷固結(jié)球團下落至焙燒段200，由于焙燒段200內(nèi)通入了助燃氣體，因此來自還原段300的還原氣與助燃氣接觸并燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量對經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體。焙燒球團下落經(jīng)過連通孔230落到還原段300。焙燒球團在還原段300與一次還原氣以及二次還原氣接觸并發(fā)生還原反應，得到海綿鐵。海綿鐵最終經(jīng)還原段300底端的海綿鐵出口350排出。其中，二次還原氣是前一次還原反應之后還原段內(nèi)的部分氣體從二次還原氣出口排出并且經(jīng)過循環(huán)加壓風機340加壓后所得到的氣體。之后將二次還原氣通過二次還原氣入口320通入還原段300的底部。由于還原反應的過程中，焙燒球團溫度較高，將還原氣體加熱，因此，使部分還原氣循環(huán)利用既可以降低排放氣體中有毒氣體的含量，還可以利用該熱的二次還原氣對焙燒球團進行深度還原。
圖2示出了采用本實用新型的氣基豎爐由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法的流程示意圖。結(jié)合圖1并參照圖2說明本實用新型所公開的方法。
該方法開始于步驟S100。在步驟S100中，制備冷固結(jié)球團并將冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入到氣基豎爐預熱段100內(nèi)。所制備的冷固結(jié)球團的水分含量不大于10％。
在步驟S200中，經(jīng)焙燒段200自下而上的熱的氣體在氣基豎爐預熱段100與步驟S100中加入的冷固結(jié)球團接觸并對冷固結(jié)球團進行干燥預熱，熱的氣體的溫度為400℃～700℃。
在步驟S300中，經(jīng)助燃氣入口210通入助燃氣，助燃氣與自下而上的氣體接觸并在焙燒段200燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量對步驟S200中經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體。助燃氣包含空氣和/或氧氣，還原氣與助燃氣接觸燃燒產(chǎn)生的氣體溫度為900℃～1200℃，焙燒段的還原氣溫度為700℃～1200℃。焙燒形成的高溫的焙燒球團的溫度為800℃～1000℃，平均抗壓強度為1400～1500N/個。
在步驟S400中，使步驟S300形成的焙燒球團經(jīng)連通孔230下落至還原段300，焙燒球團與經(jīng)一次還原氣入口310通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口320通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵。一次還原氣的溫度為850℃～950℃，一次還原氣包含H2和CO并且H2和CO的總的體積百分比不小于80％，二次還原氣溫度為900℃～1000℃。一次還原氣和二次還原氣共同作用，在還原段實現(xiàn)還原，還原后海綿鐵溫度為600℃～900℃。
在步驟S500中，使步驟S400中得到的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口350排出。
根據(jù)本實用新型的一個具體實施例，方法還包括，步驟S400中生成的海綿鐵繼續(xù)下落至一次還原氣入口310和二次還原氣入口320之間的還原段，并與經(jīng)二次還原氣入口320通入的二次還原氣發(fā)生二次還原反應。
本實用新型的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐將冷固結(jié)球團干燥預熱、焙燒過程集中于氣基豎爐內(nèi)完成，不僅節(jié)省了設(shè)備，而且還避免了環(huán)冷機冷卻過程帶來的能量耗散。本實用新型采用氣基豎爐由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法提高了氣基豎爐還原段溫度，在確保氣基豎爐對氧化球團或焙燒球團抗壓強度要求的同時，較傳統(tǒng)工藝得到了較高的金屬化率。此外，爐頂氣中有毒氣體含量降低，而且溫度較低，可直接排放進入大氣且無污染。
實施例一
將水分含量10％的冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入氣基豎爐預熱段100內(nèi)。經(jīng)焙燒段200自下而上的400℃的熱的氣體在氣基豎爐預熱段100與加入的冷固結(jié)球團接觸并對冷固結(jié)球團進行干燥預熱，預熱冷固結(jié)球團所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口120排出。經(jīng)助燃氣入口210通入空氣作為助燃氣，空氣溫度為室溫，空氣與自下而上的還原氣體接觸并在焙燒段200燃燒，燃燒產(chǎn)生的氣體的溫度為900℃，燃燒產(chǎn)生的熱量對經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體，高溫的焙燒球團的溫度為800℃，在該步驟中還原氣溫度為700℃。形成的焙燒球團下落至還原段300并與經(jīng)一次還原氣入口310通入的850℃的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口320通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵，所得到的海綿鐵溫度為600℃，其中該步驟中一次還原氣包含H2和CO并且H2和CO的總的體積百分比為80％。生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口350排出。
采用本方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)和檢測結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用本實用新型的上述技術(shù)方案得到的焙燒球團的抗壓強度為1432N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為92.2％；而傳統(tǒng)工藝得到的焙燒球團的抗壓強度為922N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為82.4％。采用本實用新型的上述技術(shù)方案所得到的抗壓強度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。
實施例二
將水分質(zhì)量含量9％的冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入氣基豎爐預熱段100內(nèi)。經(jīng)焙燒段200自下而上的600℃的熱的氣體在氣基豎爐預熱段100與加入的冷固結(jié)球團接觸并對冷固結(jié)球團進行干燥預熱，預熱冷固結(jié)球團所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口120排出。經(jīng)助燃氣入口210通入氧氣作為助燃氣，氧氣溫度為室溫，氧氣與自下而上的還原氣體接觸并在焙燒段200燃燒，燃燒產(chǎn)生的氣體的溫度為1000℃，燃燒產(chǎn)生的熱量對經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體，高溫的焙燒球團的溫度為900℃，在該步驟中還原氣溫度為900℃。形成的焙燒球團下落至還原段300并與經(jīng)一次還原氣入口310通入的900℃的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口320通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵，所得到的海綿鐵溫度為700℃，其中該步驟中一次還原氣包含H2和CO并且H2和CO的總的體積百分比為83％。生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口350排出。
采用本方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)和檢測結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用本實用新型的上述技術(shù)方案得到的焙燒球團的抗壓強度為1544N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為94.7％；而傳統(tǒng)工藝得到的焙燒球團的抗壓強度為965N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為84.1％。采用本實用新型的上述技術(shù)方案所得到的抗壓強度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。
實施例三
將水分質(zhì)量含量8％的冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入氣基豎爐預熱段100內(nèi)。經(jīng)焙燒段200自下而上的700℃的熱的氣體在氣基豎爐預熱段100與加入的冷固結(jié)球團接觸并對冷固結(jié)球團進行干燥預熱，預熱冷固結(jié)球團所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口120排出。經(jīng)助燃氣入口210通入氧氣作為助燃氣，氧氣溫度為室溫，氧氣與自下而上的還原氣體接觸并在焙燒段200燃燒，燃燒產(chǎn)生的氣體的溫度為1200℃，燃燒產(chǎn)生的熱量對經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體，高溫的焙燒球團的溫度為1000℃，在該步驟中還原氣溫度為1200℃。形成的焙燒球團下落至還原段300并與經(jīng)一次還原氣入口310通入的950℃的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口320通入的1000℃的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵，所得到的海綿鐵溫度為700℃，其中該步驟中一次還原氣包含H2和CO并且H2和CO的總的體積百分比為85％。生成的海綿鐵繼續(xù)下落至一次還原氣入口310和二次還原氣入口320之間的還原段，并與經(jīng)二次還原氣入口320通入的1000℃的二次還原氣發(fā)生二次還原反應，得到深度還原的海綿鐵，該海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口350排出。
采用本方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)和檢測結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用本實用新型的上述技術(shù)方案得到的焙燒球團的抗壓強度為1712N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為96.5％；而傳統(tǒng)工藝得到的焙燒球團的抗壓強度為1041N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為87.3％。采用本實用新型的上述技術(shù)方案所得到的抗壓強度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。
表1本實用新型的方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)及檢測結(jié)果
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；如果不脫離本實用新型的精神和范圍，對本實用新型進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍當中。