利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，包括：還原裝置，具有物料入口、還原氣體出口和還原產物出口；熔分裝置，具有還原產物入口、高溫熔體出口和尾渣出口，并且還原產物入口與還原產物出口相連；混合裝置，具有碳素原料粉料入口、礦物原料粉料入口和混合粉料出口；噴吹裝置，具有氣體入口、粉料入口和粉料出口，并且粉料入口與混合粉料出口相連；以及攪拌反應裝置，具有殼體、出氣口、高溫熔體噴嘴和多個粉體噴嘴，并且高溫熔體噴嘴與高溫熔體出口相連。該系統(tǒng)可以使得還原反應得到的產物余熱得以充分利用，并且解決粉料無法利用的難題，從而在降低能耗的同時實現(xiàn)資源的最大化利用。
【專利說明】利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于冶金與化工領域，具體而言，本實用新型涉及一種利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]在冶金和化工領域，從現(xiàn)有工業(yè)成熟或不成熟生產工藝來看，眾多半成品或最終產品的獲得基本均需要經(jīng)過高溫的還原過程。在經(jīng)歷一定時間的高溫還原過程后，半成品或最終產品往往以液態(tài)熔體形式進行出料，進入盛裝容器或者模具后，緩慢冷卻形成一定的形狀。液態(tài)產品的溫度大多在1000°c以上甚至2000°C以上，自身攜帶大量的物理熱，然而在冷卻過程中這些熱量并沒有得到有效利用，造成了能源的白白浪費。假定這些大量余熱得到利用，則折算回去相當于省卻相當可觀的化學燃料和還原劑，即可達到了節(jié)能降耗的目的，也能降低生產成本。此外，在當前冶金和化工實際生產過程中，由于還原反應的發(fā)生，會生產大量的CO或(?氣體，考慮到大量產物氣體的逸出，同時為保證爐況順行和生產安全，均采用具有一定強度的塊狀物料保持透氣性，導致無法利用礦物原料和還原劑的粉料，這不僅造成資源的浪費，也帶了粉塵污染，無形中也提升了生產成本。
[0003]在國家越來越注重可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護和綠色制造的大環(huán)境里，在日益激烈的社會競爭條件下，為了促進冶金和化工企業(yè)的健康發(fā)展，能耗高、成本高及粉料無法利用的問題亟待解決。
實用新型內容
[0004]本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使得還原反應得到的產物余熱得以充分利用，并且解決粉料無法利用的難題，從而在降低能耗的同時實現(xiàn)資源的最大化利用。
[0005]在本實用新型的一個方面，本實用新型公開了一種利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，包括:
[0006]還原裝置，所述還原裝置具有物料入口、還原氣體出口和還原產物出口 ；
[0007]熔分裝置，所述熔分裝置具有還原產物入口、高溫熔體出口和尾渣出口，并且所述還原產物入口與所述還原產物出口相連；
[0008]混合裝置，所述混合裝置具有碳素原料粉料入口、礦物原料粉料入口和混合粉料出口 ；
[0009]噴吹裝置，所述噴吹裝置具有氣體入口、粉料入口和粉料出口，所述粉料入口與所述混合粉料出口相連；以及
[0010]攪拌反應裝置，所述攪拌反應裝置具有殼體、出氣口、高溫熔體噴嘴和多個粉體噴嘴，其中，所述殼體自上而下限定出密封部和反應部，所述反應部限定出反應空間，所述出氣口設置在所述密封部的側壁上，所述高溫熔體噴嘴設置在所述反應部的側壁上且與所述高溫熔體出口相連，所述多個粉體噴嘴設置在所述反應部的側壁上，并且所述高溫熔體噴嘴和所述多個粉體噴嘴在所述反應部的周向上以及軸向上均呈間隔分布，所述多個粉體噴嘴分別與所述粉料出口相連。
[0011]根據(jù)本實用新型實施例的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)通過將熔分裝置得到的高溫熔體余熱用于混合粉料的還原反應，可以實現(xiàn)能源的充分利用，從而顯著降低能耗，同時采用具有高溫熔體噴嘴和多個粉料噴嘴的攪拌反應裝置，使得粉料與高溫熔體可以充分接觸，從而可以使得粉料充分利用高溫熔體余熱進行反應，進而在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率，另外，較傳統(tǒng)工藝將粉料造球后再進行反應相比，本實用新型的系統(tǒng)可以直接將粉料進行使用，進而節(jié)省了造球成本，從而顯著降低生產成本。
[0012]另外，根據(jù)本實用新型上述實施例的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術特征:
[0013]在本實用新型的一些實施例中，所述殼體由外至內依次設置有保溫層和耐火層。由此，可以提高攪拌反應裝置的耐高溫性能。
[0014]在本實用新型的一些實施例中，所述攪拌反應裝置包括兩個粉體噴嘴，其中，在所述反應部的軸向方向上，自上而下依次設置有高溫熔體噴嘴、第一粉體噴嘴和第二粉體噴嘴。由此，可以顯著提高高溫熔體余熱的利用效率。
[0015]在本實用新型的一些實施例中，在所述反應部的縱切面上，所述高溫熔體噴嘴的噴料口與所述反應部的側壁呈小于90度的夾角。由此，可以進一步提高高溫熔體余熱的利用效率。
[0016]在本實用新型的一些實施例中，所述第一粉體噴嘴和所述第二粉體噴嘴的至少一個與液壓缸或氣缸相連。由此，可以通過液壓缸或氣缸調整第一粉體噴嘴和第二粉體噴嘴的噴料角度，優(yōu)化調節(jié)熔體的旋轉攪拌速度，從而進一步提高高溫熔體余熱的利用效率。
[0017]在本實用新型的一些實施例中，在所述反應部的縱切面上，所述第一粉體噴嘴設置在所述反應部側壁高度的五分之三到五分之四處。由此，可以進一步提高高溫熔體余熱的利用效率。
[0018]在本實用新型的一些實施例中，在所述反應部的縱切面上，所述第二粉體噴嘴設置在所述反應部側壁高度的五分之一到三分之一處。由此，可以進一步提高高溫熔體余熱的利用效率。
[0019]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】
[0020]圖1是根據(jù)本實用新型一個實施例的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)結構示意圖；
[0021]圖2是根據(jù)本實用新型一個實施例的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)中攪拌反應裝置的刨面圖。

【具體實施方式】
[0022]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。
[0023]在本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)。下面參考圖1-2對本實用新型實施例的用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)進行詳細描述。根據(jù)本實用新型的實施例，該系統(tǒng)包括:
[0024]還原裝置100:根據(jù)本實用新型的實施例，還原裝置100具有物料入口 11、還原氣體出口 12和還原產物出口 13，且適于將含有碳素原料和礦物原料的混合球團進行還原處理，從而可以得到還原氣體和固體還原產物。
[0025]根據(jù)本實用新型的具體實施例，還原裝置可以為轉底爐。
[0026]根據(jù)本實用新型的具體實施例，碳素原料可以為選自焦炭、蘭炭和無煙煤中的至少一種，礦物原料鐵精礦、釩鈦磁鐵礦、高磷鐵礦石、紅土鎳礦、鉻鐵礦、冶金渣、冶金粉塵和赤泥中的至少一種。
[0027]熔分裝置200:根據(jù)本實用新型的實施例，熔分裝置200具有還原產物入口 21、高溫熔體出口 22和尾渣出口 23，根據(jù)本實用新型的具體實施例，并且還原產物入口 21與還原產物出口相連，且適于將得到的固體還原產物進行熔分處理，從而可以得到高溫熔體和尾渣。
[0028]根據(jù)本實用新型的實施例，高溫熔體的溫度可以為1450-1650攝氏度。由此，可以將高溫熔體的余熱用于后續(xù)混合粉料的還原反應。
[0029]混合裝置300:根據(jù)本實用新型的實施例，混合裝置300具有碳素原料粉料入口31、礦物原料粉料入口 32和混合粉料出口 33，且適于將碳素原料粉料和礦物原料粉料混合，從而可以得到混合粉料。由此，可以使得兩種粉料充分接觸。
[0030]根據(jù)本實用新型的實施例，碳素原料粉料和礦物原料粉料的粒徑并不受特別限制，根據(jù)本實用新型的具體實施例，碳素原料粉料和礦物原料粉料的平均粒徑可以分別獨立地為5微米?3毫米。
[0031]根據(jù)本實用新型的實施例，碳素原料粉料和礦物原料粉料混合比例與含有中碳素原料和礦物原料的混合球團中混合比例相同。由此，可以保證產品質量。
[0032]噴吹裝置400:根據(jù)本實用新型的實施例，噴吹裝置400具有氣體入口 41、粉料入口 42和粉料出口 43，根據(jù)本實用新型的具體實施例，粉料入口 41與混合粉料出口 33相連，且適于將混合粉料制成流化態(tài)的粉料。
[0033]攪拌反應裝置500:根據(jù)本實用新型的實施例，攪拌反應裝置500具有殼體51、出氣口 52、高溫熔體噴嘴53和多個粉體噴嘴54，根據(jù)本實用新型的具體實施例，高溫熔體噴嘴53與高溫熔體出口 22相連，且適于將混合粉料與高溫熔體進行接觸，以便使得混合粉料利用高溫熔體的余熱發(fā)生還原反應，從而可以得到還原產物。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過設置高溫熔體噴嘴和多個粉體噴嘴，可以使得粉料與高溫熔體充分接觸，從而可以使得粉料充分利用高溫熔體的余熱進行反應，進而在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率。
[0034]下面參考圖2對本實用新型實施例的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)中攪拌反應裝置進行詳細描述。根據(jù)本實用新型的實施例，該攪拌反應裝置包括:殼體51、出氣口
52、高溫熔體噴嘴53和粉體噴嘴54。
[0035]根據(jù)本實用新型的實施例，殼體51自上而下限定出密封部55和反應部56，根據(jù)本實用新型的具體實施例，反應部56限定出反應空間57，且適于將粉料與高溫熔體進行充分接觸并進行化學反應，密封部55的界面尺寸自下而上逐漸減小。
[0036]根據(jù)本實用新型的具體實施例，殼體51由外至內依次設置有保溫層58和耐火層59，由此，可以顯著提高該攪拌反應裝置的使用壽命。
[0037]根據(jù)本實用新型的實施例，出氣口 52設置在密封部55的側壁上，用于排出粉料發(fā)生化學反應所產生氣體，同時釋放裝置內部壓力，使得粉料與熔體粉料充分接觸。根據(jù)本實用新型的具體實施例，出氣口 55可以有多個，并且該多個出氣口可以與氣體回收裝置(未示出)相連。
[0038]根據(jù)本實用新型的實施例，高溫熔體噴嘴53設置在反應部56的側壁上，用于將高溫熔體供給至反應空間57中。
[0039]根據(jù)本實用新型的實施例，粉體噴嘴54設置在反應部56的側壁上，用于向反應空間57中噴入粉料。根據(jù)本實用新型的具體實施例，粉體噴嘴54可以有多個，并且高溫熔體噴嘴和多個粉體噴嘴設置在反應部56的周向上以及軸向上均稱間隔分布。需要解釋的是，在本文中，“周向”可以理解為平行于殼體底面的方向，也可以理解為水平方向，“軸向”可以理解為垂直底面的方向，也可以理解為豎直方向。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在反應部的周向上以及軸向上均呈間隔設置高溫熔體噴嘴和多個粉體噴嘴，可以使得粉料與高溫熔體充分接觸，從而可以使得粉料充分利用高溫熔體余熱進行反應，進而在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率。
[0040]根據(jù)本實用新型的具體實施例，粉體噴嘴54可以有兩個，第一粉體噴嘴60和第二粉體噴嘴61，根據(jù)本實用新型的具體示例，在反應部的軸向方向上，高溫熔體噴嘴53和第一粉體噴嘴60、第二粉體噴嘴61自上而下依次設置。由此，可以使得粉料在不同方向與高溫熔體進行接觸，從而使得粉料與高溫熔體可以充分接觸，進而在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提聞粉料的反應效率。
[0041]根據(jù)本實用新型的具體實施例，反應部56可以為長方體形狀，并且第一粉體噴嘴60可以設置在反應部的一個側壁上，高溫熔體噴嘴53和第二粉體噴嘴61可以設置在第一粉體噴嘴60相對的另一側的側壁上。由此，可以使得粉料與高溫熔體在不同方向充分接觸，進而在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率。更進一步，第一粉體噴嘴的噴料方向與第二粉體噴嘴的噴料方向保持反向平行。
[0042]根據(jù)本實用新型的具體實施例，在反應部的縱切面上，高溫熔體噴嘴53可以與反應部56的側壁呈小于90度的夾角。由此，使得高溫熔體在下落過程中與粉料進行接觸，同時通過在側壁不同高度設置粉料噴嘴可以形成對高溫熔體在水平面方向進行持續(xù)攪拌，使得粉料在帶動高溫熔體旋轉過程中，粉料與高溫熔體可以充分接觸，從而可以使得粉料充分利用高溫熔體余熱進行反應，進而在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率。
[0043]根據(jù)本實用新型的具體實施例，第一粉體噴嘴60和第二粉體噴嘴61的至少之一與液壓缸或氣缸(未不出)相連，由此通過液壓缸或氣缸可以對第一粉體噴嘴和第二粉體噴嘴的噴料角度進行調整(±5度)，包括周向角度和/或軸向角度，使得粉料與高溫熔體在多個方向內進行接觸，從而進一步在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率。
[0044]根據(jù)本實用新型的具體實施例，在反應部的縱切面上，第一粉體噴嘴60設置在反應部56側壁高度的五分之三到五分之四處，第二粉體噴嘴61設置在反應部56側壁高度的五分之一到三分之一處。需要理解的是，第一粉體噴嘴設置在反應部側壁高度的五分之三到五分之四處可以解釋為第一粉體噴嘴到反應部底面的距離為側壁高度的五分之三到五分之四，第二粉體噴嘴設置在反應部側壁高度的五分之一到三分之一處可以解釋為第二粉體噴嘴到反應部底面的距離為側壁高度的五分之一到三分之一。由此，通過第一粉體噴嘴從反應部上側部和第二粉體噴嘴從反應部下側部向反應部內部噴入粉料，使得高溫熔體在下落過程與粉料進行接觸，同時粉料可以對反應部中的熔體在上表面和下表面進行攪拌，進而帶動中間物料攪拌，從而保證了在使用最少噴嘴的同時使得物料攪拌更加充分，從而進一步在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率。
[0045]根據(jù)本實用新型的實施例，混合粉料與高溫熔體在攪拌反應裝置中進行接觸也可以采用以下方式進行:通過高溫熔體噴嘴向反應部供給高溫熔體的同時，開啟第一和第二粉體噴嘴，使得高溫熔體在下落過程中與粉料進行接觸，進而使得高溫熔體可以與粉料充分接觸，同時粉料可以對反應部中的熔體進行攪拌，從而可以使得粉料充分利用高溫熔體余熱進行反應，并且在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率。
[0046]例如也可以采用下列方式進行，首先通過高溫熔體噴嘴向反應部供給高溫熔體，待高溫熔體占到反應部體積的三分之一時，開啟第一和第二粉體噴嘴噴加混合粉料，從而使得混合粉料利用高溫熔體的預熱進行還原反應。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用噴吹方式使得混合粉料與高溫熔體進行接觸可以顯著增加產品的產量，進而顯著降低單位產品的能源消耗。根據(jù)本實用新型的實施例，該方式中，混合粉料的質量可以為高溫熔體的質量的I?50%。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用該混合配比可以使得混合粉料充分利用高溫熔體到凝固時所攜帶的熱量，從而避免能耗的浪費。
[0047]本實用新型的出料可采用底開式出料，在出料時，打開底部出料。側壁可以向外傾斜一定角度，例如與垂直方向的夾角小于5度，更加便于出料。
[0048]根據(jù)本實用新型實施例的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)通過將熔分裝置得到的高溫熔體余熱用于混合粉料的還原反應，可以實現(xiàn)能源的充分利用，從而顯著降低能耗，同時采用具有高溫熔體噴嘴和多個粉料噴嘴的攪拌反應裝置，使得粉料與高溫熔體可以充分接觸，從而可以使得粉料充分利用高溫熔體余熱進行反應，進而在實現(xiàn)資源最大化利用的同時提高粉料的反應效率，另外，較傳統(tǒng)工藝將粉料造球后再進行反應相比，本實用新型的系統(tǒng)可以直接將粉料進行使用，進而節(jié)省了造球成本，從而顯著降低生產成本。
[0049]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。
[0050]實施例1
[0051]將含有赤鐵礦和焦炭的混合球團在還原裝置進行還原反應，得到金屬化球團，然后將得到的金屬化球團在熔分裝置中進行熔分處理，得到鐵水(高溫熔體)和尾渣，將干燥磨細后所得到的赤鐵礦粉料和焦炭粉料(二者平均粒徑為0.15?3mm)按照含有赤鐵礦和焦炭的混合球團中的比例在混合裝置中進行混合，得到混合粉料，采用先出料再噴吹粉料方式，先打開高溫熔體噴嘴，在液態(tài)鐵水出料占反應部三分之一時，再打開多個粉料噴嘴，開始噴加混合粉料，使得混合粉料中的氧化鐵和焦炭利用液態(tài)鐵水的余熱發(fā)生還原反應，其中，混合粉料的質量為液態(tài)鐵水質量的5%，由于脈石成分組成的熔渣密度較鐵水低，會上浮到鐵水表面，待出料結束時除去表層熔渣即獲得鐵水產品。
[0052]實施例2
[0053]將含有赤鐵礦和焦炭的混合球團在還原裝置進行還原反應，得到金屬化球團，然后將得到的金屬化球團在熔分裝置中進行熔分處理，得到鐵水(高溫熔體)和尾渣，將干燥磨細后所得到的赤鐵礦粉料和焦炭粉料(二者平均粒徑為0.15?3mm)按照含有赤鐵礦和焦炭的混合球團中的比例在混合裝置中進行混合，得到混合粉料，采用邊出料邊噴吹粉料方式，打開高溫熔體的噴嘴，通過高溫熔體噴嘴向反應部供給高溫熔體的同時，打開多個粉料噴嘴，使得混合粉料中的氧化鐵和焦炭利用液態(tài)鐵水的余熱發(fā)生還原反應，其中，混合粉料的質量為液態(tài)鐵水質量的5%，由于脈石成分組成的熔渣密度較鐵水低，會上浮到鐵水表面，待出料結束時除去表層熔渣即獲得鐵水產品。
[0054]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必須針對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一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
[0055]盡管上面已經(jīng)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】
1.一種利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 還原裝置，所述還原裝置具有物料入口、還原氣體出口和還原產物出口 ； 熔分裝置，所述熔分裝置具有還原產物入口、高溫熔體出口和尾渣出口，并且所述還原產物入口與所述還原產物出口相連； 混合裝置，所述混合裝置具有碳素原料粉料入口、礦物原料粉料入口和混合粉料出Π ； 噴吹裝置，所述噴吹裝置具有氣體入口、粉料入口和粉料出口，所述粉料入口與所述混合粉料出口相連；以及 攪拌反應裝置，所述攪拌反應裝置具有殼體、出氣口、高溫熔體噴嘴和多個粉體噴嘴，其中，所述殼體自上而下限定出密封部和反應部，所述反應部限定出反應空間，所述出氣口設置在所述密封部的側壁上，所述高溫熔體噴嘴設置在所述反應部的側壁上且與所述高溫熔體出口相連，所述多個粉體噴嘴設置在所述反應部的側壁上，并且所述高溫熔體噴嘴和所述多個粉體噴嘴在所述反應部的周向上以及軸向上均呈間隔分布，所述多個粉體噴嘴分別與所述粉料出口相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，其特征在于，所述殼體由外至內依次設置有保溫層和耐火層。
3.根據(jù)權利要求1所述的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個粉體噴嘴，其中，在所述反應部的軸向方向上，自上而下依次設置有高溫熔體噴嘴、第一粉體噴嘴和第二粉體噴嘴。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，其特征在于，在所述反應部的縱切面上，所述高溫熔體噴嘴的噴料口與所述反應部的側壁呈小于90度的夾角。
5.根據(jù)權利要求3所述的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一粉體噴嘴和所述第二粉體噴嘴的至少一個與液壓缸或氣缸相連。
6.根據(jù)權利要求3所述的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，其特征在于，在所述反應部的縱切面上，所述第一粉體噴嘴設置在所述反應部側壁高度的五分之三到五分之四處。
7.根據(jù)權利要求3所述的利用熔體余熱進行碳熱還原的系統(tǒng)，其特征在于，在所述反應部的縱切面上，所述第二粉體噴嘴設置在所述反應部側壁高度的五分之一到三分之一處。
【文檔編號】C01B31/32GK204173919SQ201420638157
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】吳道洪, 王建民, 高建, 閆方興, 郭盼盼 申請人:北京華福神霧工業(yè)爐有限公司