專利名稱：管式爐的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于煤基直接還原煉鐵領域的高溫反應器設備的技術領域，具 體涉及一種管式爐。
技術背景利用煤代替焦炭直接還原煉鐵設備很多，比較成熟的有回轉窯、隧道窯 及倒焰窯。倒焰窯在我國發(fā)展較早，其窯型像蒙占包，圍著窯的周圍在窯墻上有若干 個加碳燒火口，火焰進入窯后順著弧形頂T"翻到窯底側，在窯底匯合后由高煙 肉抽吸排空，由此加熱窯內(nèi)物件。其特點是投資很少，規(guī)模靈活，易上馬， 操作簡單，對原料的耍求低。缺點是間斷性生產(chǎn)、生產(chǎn)效率低、全人工操作， 勞動強度大，作業(yè)環(huán)境差，能耗高，污染嚴重。隧道窯在我國發(fā)展較快，其窯型是一條筆直的涵洞，洞內(nèi)有道軌，在窯的 中部窯墻上留有若干個排煙孔，通過窯墻中間的煙道通向煙肉或引風機。窯頂 有加煤及觀火孔(亦可以燒煤氣)。直接還原煉鐵時，將鐵礦粉與煤粉及脫硫 劑摻和裝入罐內(nèi)，罐裝到窯車上，將載罐的窯車一個接一個從窯頭頂向窯尾， 在窯的中間部位通過加煤孔加煤(或通煤氣)燃燒，加熱罐，罐傳熱給罐中的 礦粉和煤，升溫到一定溫度后，罐中的煤奪取礦粉的氧，將鐵還原，當窯車被 推進到加煤孔后端，窯車上的罐被從窯尾吸入的冷空氣冷卻，直至冷卻到5(TC 度以下出窯后，卸去罐內(nèi)的直接還原鐵，再重新將礦粉和煤裝入罐內(nèi)，從頭到 尾再來。其特點是機械化程度較倒焰窯高，連續(xù)性生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，投資適
中，產(chǎn)品質量穩(wěn)定。缺點是仍需外加加熱熱源，還原反應副產(chǎn)的煤氣不能很好 地回收利用，能耗仍不低，裝、卸罐作業(yè)環(huán)境差，粉塵污染嚴重?；剞D窯在我國發(fā)展較晚。其窯型是一個兩頭半封閉的滾筒，從尾到頭滾筒 向下傾斜一定角度。直接還原鐵時，鐵礦塊(或氧化球團)及煤塊從窯尾加入， 隨窯體回轉滾動，并緩慢移向窯頭，窯頭噴煤(或煤氣、重油等)燃燒，火焰 及熱氣流伸向窯尾，將窯內(nèi)滾動的物料加熱到一定溫度后，塊煤將塊礦還原成 海綿鐵。海綿鐵從窯頭下部排出，煙氣從窯尾上部排出。其特點是機械化程度 較髙，勞動強度低，作業(yè)環(huán)境好，污染輕微。缺點是設備空間利用率低，投資 大，對原料及還原劑均要求塊型，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，易發(fā)生結圈故障，尾氣溫 度高，熱能利用率低。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有各種煤代替焦炭直接還原煉鐵設備存在的問題， 針對我國塊型富礦少，磁選、浮選礦粉多的原料特征，提供了一種管式爐。本實用新型采用如下的技術方案實現(xiàn) 一-種管式爐，包括封閉的爐膛。 爐膛內(nèi)并列設置若干耐火材料制爐管，爐管由若干根長度均等的短耐火管串聯(lián) 構成，并在短管接口處由耐火材料制管座支撐固定，上"F同排的管座在同一端 面上，在爐頂每隔兩段爐膛空間設一個耐火橫梁，耐火橫梁的下端與管座之間 留有膨脹縫，縫內(nèi)填充耐卨溫棉，與爐頂耐火橫梁對應的爐底部均設有一個有 孔底座，每兩個有孔底座之間都設有-個無孔底座，所有爐管進口都用管門封 閉，所有爐管出口都封閉在一個煤氣回收空間內(nèi)，煤氣回收空間側向爐膛的一 側開有若千個與爐膛相通的觀察孔，煤氣回收空間的底部有水冷式刮板機，水 冷式刮板機隔離其上的煤氣回收空間及其下的水溝密封。本實用新型相對現(xiàn)有技術具有如下有益效果1. 全流程機械化，并可輕松實現(xiàn)自動化，勞動強度極低；2. 前半^程是濕法運行(加水攪拌、壓塊、干燥)，后半流程是塊型運 行(入爐、還原、出爐、鈍化、儲存)，沒有粉塵污染，作業(yè)環(huán)境很好；3. 與其它各種爐型比，本爐型只需消耗還原煤，不需另加燃料煤，還原 反應所需的熱量是自產(chǎn)自消煤氣(含煤的揮發(fā)份可燃氣)，能耗極低；4. 爐內(nèi)燃料是負壓運行，不外溢煙氣，容易實行環(huán)?？刂?；5. 由于不需另加燃料補充熱量，所以總排放廢氣量亦大大減少；6. 設備空間利用系數(shù)極高，占地面積很小，與同產(chǎn)能的設備相比，投資 極低；7. 幾乎沒有高溫運轉設備，僅有的水冷式刮板機， 一半在高溫區(qū)， 一半 浸水中，所有設備損壞率低開工率高；8. 爐料在爐內(nèi)運行時間短，易操控；9. 由于爐料還原溫度是依靠厚壁耐火爐管蓄熱傳熱，厚壁耐火爐管蓄熱 很多，爐溫的短時間波動(操作工況不可避免)對還原反應影響不大，產(chǎn)品質 量很穩(wěn)定；10. 容易實現(xiàn)高溫聯(lián)接熔融還原法。

圖1為管式爐的立剖視圖圖2為圖1的A—A剖視圖圖3為圖1的B—B剖視圖圖4為圖1的C向示意圖圖5為圖1的D向示意圖圖6為圖1的I部放大圖 圖7是本實用新型的外形圖圖中1-無孔底座(耐火混凝土) ， 2-有孔底座(耐火混凝土，如圖1中C向所示)，3-煙氣出口 (耐火混凝土，如圖1中D向所示)，4-管座(耐火材 料)，5-爐管(耐火材料)，6-管門(Q235) ， 7-耐火橫梁(耐火混凝土)， 8-立磚拱券(耐火磚)，9-橫磚拱券(保溫磚)，10-保溫墊層(輕質保溫材料)， ll-保護層(水泥砂漿)，12-二次風管(鋼管)，13-耐高溫棉(高鋁棉)，14-煤氣回收空間，15-觀察孔，16-孔蓋(Q235) ， 17-風閥，18-煤氣入爐膛孔， 19-一次風管(鋼管)，20-水冷式刮板機，21-溢流管(鋼管)，22-排污管(鋼 管)，23-外隔熱墻，24-預埋件(Q235) ， 25-點火爐，26-火焰入爐膛口， 27-煙閥，28-水溝，29-水池，30-煙道具體實施方式
結合附圖對本實用新型的具體實施方式
f^進 一步說明，實施例是用來說明 本實用新型的，而不是對其作任何限制。由圖1可見管式爐內(nèi)橫斜著數(shù)層(如圖示為6層)爐管5，每根爐管5由數(shù) 根(本圖示為6根)短耐火管連接而成。在每根管的兩端及每兩根短管連接處 都有管座4支撐并固定。爐膛內(nèi)所有爐管5 (圖3示意為36根)的管座連接成 -體后，將爐膛分割成數(shù)段(圖1示意為6段)。連成一體后的管座4就成了 一堵?lián)趸饓?。這樣火焰及熱氣流就不能走短路，從爐膛的一段直接進入另一段， 而必須沿著擋火墻上下繞行。由此延長了傳熱距離，使出爐尾氣溫度降低。并 且使每根爐管5從圖1所示的右到左形成了溫度遞降梯度。由圖1可見，爐兩端的耐火橫梁7將爐膛與外界隔離封閉，中間的耐火橫 梁7將火焰及熱氣流擋住，強制其轉向F行。下行到爐底的熱氣流穿過有孔管 座2的孔，進入下端爐膛空間，遇到由管座4連接的擋火墻，氣流又改向上行。
熱氣流如此上下穿行過程中與每一根爐5管反復接觸(附圖1示意6次)傳熱,提高了本爐的熱效率。由圖1可見，立磚拱券8既封閉了爐頂，又為熱氣流在爐頂部的反向運行 留出了空間。橫磚拱券9既為提高券的承壓強度，又為爐頂?shù)谋?。保溫墊層 IO既為填平爐券頂，以方便保護層ll的施工，同時減少了爐頂?shù)纳帷ｋ妶D1可見，每一根爐管5的右端(末端)都對應一個觀察孔15，正常情 況下，每個觀察孔15都由孔蓋16封閉，遇到故障吋(如爐管5的卨溫端粘連 結瘤)，可打開對應孔蓋16通過觀察孔15棑除故障后再封閉，防止漏氣。由圖1可見，所有管5的末端管座連接形成的"爐墻"將爐膛與外界隔離， 該爐墻與觀察孔15所在的外隔熱墻23圍成了一個煤氣回收空間14。由圖1可見，在煤氣回收空間M的下部，有若千個煤氣入爐膛孔18,在煤 氣入爐膛孔18靠近爐膛的—側有—次風管19。在煤氣回收空間14的底部是水 冷式刮板機20。水冷式刮板機20的右側是溢流管21，其作用是保持水溝水位。 在水溝的底部一側是排污管22，由閥門控制，必要時開啟閥清理水溝里的污垢。由圖1和圖2對照可見，水冷式刮板機20是焊接在最右端的管座1上的預 埋件(24)上的，由水冷式刮板機20的底板將煤氣回收空間M與水溝隔離幵。 水冷式刮板機20的下部浸在水里，而上面無水。由圖7可見，管式爐的外側位于右數(shù)第一端爐膛和第三段爐膛處各有^^ 點火爐25,每個點火爐25的券頂端都有一個火焰入爐膛口 26。由圖l可見，在一、二次風管上都裝有風閥17，用以調(diào)節(jié)入爐風量。在煙 道中裝有煙閥27,用以調(diào)節(jié)抽煙量及煤氣入爐膛量。
由圖2可見，管式爐可以數(shù)爐并聯(lián)(圖2示意是二爐并聯(lián))，并聯(lián)的各爐 都通用一個煤氣回收空間14，通用一個水冷式刮板機20,通用-個水溝28。其 余部分都各爐單獨。本實用新型的具體實施過程如下(一) 、前期準備1、 鐵礦粉、褐煤面、石灰粉以 定比例配料；2、 三種料加水充分攪袢均勻；3、 髙壓壓塊(濕強度》3MPa)4、 壓塊預熱干燥，提高強度；5、 壓塊頂滿圖l所示右數(shù)第四、五、六段爐管5為止。(二) 、點火1、 如圖4所示，在點火爐25里加碳點火(火勢由小而大)；2、 開啟引風機，并調(diào)整煙氣出口閥27，以控制火勢；3、 火焰穿過火焰入爐膛口26進入爐膛，加熱爐管5;(三) 、運行1、 當?shù)谒亩螤t管被加熱到400X:以上時，壓塊內(nèi)煤開始干餾釋放揮發(fā)份可 燃氣，開啟一次風閥17,通過一次風管19向爐膛少量供空氣，使可燃氣燃燒放熱，此時爐溫升溫速度加快；2、 開始向爐管5內(nèi)補加壓塊，并以次將爐管5內(nèi)原有的壓塊逐步向^三、 第二、第一爐段推進，壓塊溫度越來越高，煤千餾釋放可燃氣速度加快，并開 始還原鐵副產(chǎn)煤氣(CO);3、 揮發(fā)份可燃氣及還原副產(chǎn)煤氣，穿過爐管5與壓塊空隙，匯集到煤氣回 收空間14內(nèi)；
4、 加大引風量，爐膛內(nèi)形成負壓，煤氣回收空間M內(nèi)的可燃氣、煤氣， 穿過煤氣入爐膛孔18，在即將進入爐膛處遇到來自一次風管19的空氣，起火燃 燒。為管式爐的一系列耗熱過程(爐體蓄熱、散熱、煤干餾吸熱、還原鐵吸熱、 尾氣帶熱等)提供熱能
5、 當可燃氣及煤氣足以維持管式爐爐溫，滿足直接還原鐵工藝需要時，點 火爐25熄火，并將火焰入爐膛口26堵塞，防止吸入冷空氣降低爐溫；
6、 操作中若需要減小爐管5的溫度梯度，可以調(diào)節(jié)風閥少供一次風，同時 通過二次風管12向爐膛內(nèi)供二次風，讓一部份可燃氣在供二次風后再燃燒，讓 火焰向低溫區(qū)移近；
7、 經(jīng)過第一段高溫區(qū)的壓塊，被新入爐管5的壓塊，頂出爐管5，掉到煤 氣回收空間14底部的水冷式刮板機20上，由水冷式刮板機20將已被直接還原 好的海綿鐵(固態(tài)還原逸出揮發(fā)份及煤氣，留下無數(shù)微氣孔，形似海綿而稱之) 運到爐外進行鈍化處理或雙聯(lián)熔融煉鐵。
8、 在運行過程中，須不斷向水溝內(nèi)補加冷水，然后通過溢流管21排出熱 水，以確保水冷式刮板機20的下部浸在水中，但水不能蒸發(fā)產(chǎn)汽。當水溝中渣 質污垢多時，開啟排污閥，通過排污管21排污更新水溝中水。
9、 特別注意，當打開管門6往爐管5內(nèi)補加壓塊后，立即關閉管門6，防 止大量吸入空氣對還原海綿鐵二次氧化。在實際應用時壓塊入爐、開門、關門 等可以通過PLC編程自動控制。
10、 爐溫的控制，可通過調(diào)節(jié)煙氣出口閥27控制煤氣入爐量，調(diào)節(jié)風閥控 制風量及火焰位置，通過壓塊推進速度控制煤氣發(fā)生量等手段輕松實現(xiàn)穩(wěn)定操 作。在實際應用時可通過PLC編程自動控制。
權利要求1. 一種管式爐，包括封閉的爐膛，其特征在于爐膛內(nèi)并列設置若干耐火材料制爐管(5)，爐管(5)由若干根長度均等的短耐火管串聯(lián)構成，并在短管接口處由耐火材料制管座(4)支撐固定，上下同排的管座(4)在同一端面上，在爐頂每隔兩段爐膛空間設一個耐火橫梁(7)，耐火橫梁(7)的下端與管座(4)之間留有膨脹縫，縫內(nèi)填充耐高溫棉(13)，與爐頂耐火橫梁(7)對應的爐底部均設有一個有孔底座(2)，每兩個有孔底座(2)之間都設有一個無孔底座(1)，所有爐管(5)進口都用管門(6)封閉，所有爐管(5)出口都封閉在煤氣回收空間(14)內(nèi)，煤氣回收空間(14)側向爐膛的一側開有若干個與爐膛相通的觀察孔(15)，煤氣同收空間(14)的底部有水冷式刮板機(20)，水冷式刮板機(20)隔離其上的煤氣回收空間(14)及其下的水溝(28)密封。
專利摘要本實用新型屬于煤基直接還原煉鐵領域的高溫反應器設備的技術領域，具體涉及一種管式爐，解決了現(xiàn)有各種煤代替焦炭直接還原煉鐵設備存在的各種問題，符合我國塊型富礦少，磁選、浮選礦粉多的原料特征。管式爐，其爐膛內(nèi)設置爐管，爐管由短耐火管串聯(lián)構成，由管座支撐固定，在爐頂設耐火橫梁，與耐火橫梁對應的爐底部設有孔底座，每兩個有孔底座之間都設有一個無孔底座，爐管出口封閉在一個煤氣同收空間內(nèi)，煤氣同收空間的底部有水冷式刮板機，水冷式刮板機隔離其上的煤氣回收空間及其下的水溝密封。本實用新型具有如下有益效果全流程機械化，勞動強度極低；沒有粉塵污染，作業(yè)環(huán)境很好；能耗極低；容易實行環(huán)?？刂?；投資極低；產(chǎn)品質量很穩(wěn)定。
文檔編號F27B9/00GK201081538SQ200720102158
公開日2008年7月2日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權日2007年8月1日
發(fā)明者劉向軍, 安俊富, 成宏富, 王玉蓮, 田文光, 范文兵, 趙二勞, 瑛 郭, 郭文平, 郭智宜, 雷福祥 申請人:瑛 郭