CN101832706B - 外燃管式直接还原竖炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种还原效果较好的外燃管式直接还原竖炉。本发明的这种外燃管式直接还原竖炉包括内设有还原室和燃烧室的炉体，所述炉体内设置有至少一根两端开口的还原反应管，所述还原反应管的管内为还原室，周边为燃烧室；所述至少一根还原反应管的上端口处还设置有当往该还原反应管内加入进行还原反应的物料时，同时在该还原反应管的内壁上铺设防粘料的布料装置。由于本发明的外燃管式直接还原竖炉中还原反应管的周边均为燃烧室，因此具有对还原室内更好的加热效果，并且对物料的加热也更加均匀。本发明的外燃管式直接还原竖炉在实现加热与还原反应相分离的基础上，还能够对物料进行更为均匀、稳定的加热，因此还原效果较好。

Description

外燃管式直接还原竖炉

技术领域

本发明涉及竖炉直接还原技术，具体涉及一种外热式竖炉。

背景技术

“竖炉直接还原法”是指在竖炉中用高温还原气或固体还原剂还原铁矿石的直接还原炼铁方法，是直接还原铁(简称DRI)技术中的一项分支技术。目前，大多数的竖炉直接还原技术均采用气体作为还原剂，因此又称为“气基竖炉直接还原技术”。对此，《气基竖炉直接还原技术的发展》(胡俊鸽等，鞍钢技术，2008年第4期，第9～12页)一文进行了较详细的介绍。但是，也有一部分竖炉直接还原技术采用固体的煤作为还原剂，因此称之为“煤基竖炉直接还原技术”。其原理是将烘干的铁矿球团与还原煤等物料(如脱硫剂)进行混合后加入炉顶上的料仓中，通过料仓进入竖炉后经过加热升温至800℃以上进行还原反应，最后再将反应后的产品从竖炉底部排出。由于煤基竖炉直接还原技术所需设备比较简单，因此占地面积小，投资成本较低，加之我国有丰富的煤矿资源，故具有较好的发展潜力。

中国专利ZL200720015482.3公开了一种煤基直接还原铁外热式竖炉，其采用在炉体内设置多个独立的矩形竖式还原反应室，并在每个矩形竖式还原反应室宽度方向的两侧分别设置煤气燃烧室，并将煤气燃烧室与矩形竖式还原反应室之间通过墙壁砖隔开的技术手段，使炉料在与煤气燃烧室隔离的情况下通过墙壁砖的传热作用进行还原反应，从而确保还原气氛，提高产品质量。经过客观的分析，发现该竖炉存在以下几方面的缺点：(1)由于只在矩形竖式还原反应室宽度方向的两侧设有煤气燃烧室，因此从矩形竖式还原反应室周边各处向其中心的热辐射强度不均等，导致对炉料的加热不均匀，对还原效果产生一定影响；(2)矩形竖式还原反应室是通过其宽度方向两侧的墙壁砖由下至上砌筑形成，建造时间长；(3)煤气燃烧室的结构复杂，并且各煤气燃烧室之间的连接不通畅，导致必须设置较多的煤气喷嘴；(4)没有防止炉料与矩形竖式还原反应室内壁粘接的措施。因此，有必要对该煤基直接还原铁外热式竖炉的结构进行改进。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种还原效果较好的外燃管式直接还原竖炉。

解决上述技术问题的技术方案是：外燃管式直接还原竖炉，包括内设有还原室和燃烧室的炉体，所述炉体内设置有至少一根两端开口的还原反应管，所述还原反应管的管内为还原室，周边为燃烧室。

进一步的是，所述还原反应管的横截面为圆环形。

进一步的是，所述还原反应管由至少两个管节轴向对接而成。

或者，所述还原反应管为铸造的整体件。

进一步的是，所述炉体内排列有多根还原反应管，相邻的还原反应管之间间隔设置。

进一步的是，所有还原反应管的外部与炉体内壁之间形成的连贯区域为燃烧室。

进一步的是，所述各还原反应管的上端口处设置有用于在还原反应管的内壁上铺设防粘料的布料装置。

进一步的是，所述布料装置包括设置在还原反应管的上端口内作为物料通道的布料管，该布料管的外壁与还原反应管的内壁之间构成防粘料的进入通道。

进一步的是，所述布料管的周边形状与还原反应管上端口的周边形状相适配。

进一步的是，所述布料管的上端口径小于其下端口径。

本发明的有益效果是：由于本发明的外燃管式直接还原竖炉中还原反应管的周边均为燃烧室，相比于前述ZL200720015482.3的煤基直接还原铁外热式竖炉只在矩形竖式还原反应室宽度方向的两侧设煤气燃烧室的结构具有对还原室内更好的加热效果，并且对物料的加热也更加均匀。可见，本发明的外燃管式直接还原竖炉在实现加热与还原反应相分离的基础上，还能够对物料进行更为均匀、稳定的加热，因此还原效果较好。

附图说明

图1为本发明外燃管式直接还原竖炉的结构示意图。

图2为图1中A-A向剖视图。

图3为图1中还原反应管上端口处的局部放大图。

图3也是本发明所提供的布料装置的一种具体实施例的结构示意图。

图4为布料装置的另一种实施例的结构示意图。

图5为布料装置的又一种实施例的结构示意图。

图中标记为：炉体1、还原反应管2、上端口201、管节3、燃烧室4、还原室5、托板6、出料口7、布料装置8、布料管801、出料器802、出料器803、进入通道804、上端口805。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1～2所示的外燃管式直接还原竖炉，包括内设有还原室5和燃烧室4的炉体1，所述炉体1内设置有至少一根两端开口的还原反应管2，所述还原反应管2的管内为还原室5，周边为燃烧室4。所述还原反应管2的上端口201用于进料，下端口用于排料。物料的还原反应在还原反应管2的管内进行。由于还原反应管2的周边为燃烧室4，因此沿还原反应管2的周向各点均能够朝还原反应管2的中心辐射热量，因此能够对还原反应管2中的物料进行较均匀、稳定的加热。

还原反应管2的横截面可以是椭圆环形甚至是方环形，但最好是图2所示的圆环形，理论上保证还原反应管2各径向的温度场梯度保持一致，从而进一步提高对还原反应管2中物料加热的均匀性。

如图1所示，为了便于竖炉的建造，所述还原反应管2可以由至少两个管节3轴向对接而成。管节3是预先制成的整体件，可以通过外购获得，比如采用耐高温、传热性好的碳化硅管。采用上述结构后，建造竖炉时只需要将规格相同的管节3轴向对接起来就能够组成还原反应管2，从而大大的节省了建造的时间和成本。

当然，还原反应管2也可以是铸造的整体件。这样在建造竖炉时，直接将还原反应管2固定安装在炉体1内即可，同样具有方便竖炉建造的优点。但无论还原反应管2是组合结构还是整体结构，既可以采用碳化硅管，也可以采用耐热铸钢、耐热不锈钢等传热良好的材料，相比墙壁砖具有更高的热传导效率，因此也就提高了热利用的效率。

如图1、图3～5所示，还原反应管2的上端口201处还设置有用于在还原反应管2的内壁上铺设防粘料的布料装置8。设置布料装置8的作用在于当往还原反应管2内加入进行还原反应的物料时，同时还能在还原反应管2的内壁上铺设防粘料，进行还原反应的物料由于受到该防粘料的阻隔无法与还原反应管2的内壁接触，从而防止物料与还原反应管2的内壁发生粘接。因此，对于防粘料的选择，只要是可以防止物料与还原反应管2的内壁接触，并且不会对还原反应造成不利影响的物质，理论上都是可行的。比如，防粘料既可以采用进行还原反应时所需的物质(比如脱硫剂)，也可以采用完全不与进行还原反应的物料发生化学反应的固体颗粒，但需对反应后的产品进行二次分离。

当然，布料装置8可以采用多种结构来实现在还原反应管2的内壁上铺设防粘料。如图5所示，最简单的方式就是直接使用出料器803靠近还原反应管2的内壁喷洒防粘料，而将出料器802靠近还原反应管2的中心喷洒进行还原反应的物料。但该方式不容易保证布料的均匀性和准确性。

因此，本发明还提供了布料装置8的一种优选结构。如图3所示，该优选结构的布料装置8包括设置在还原反应管2的上端口201内作为物料通道的布料管801，该布料管801的外壁与还原反应管2的内壁之间构成防粘料的进入通道804。其中，所述布料管801的周边形状最好与还原反应管2上端口201的周边形状相适配，以使防粘料能够完全贴合还原反应管2的内壁下落，达到理想的防粘布料效果。

该优选结构的布料装置8在使用时，进行还原反应的物料从布料管801的管腔直接进入还原反应管2，而防粘料则从布料管801的外壁与还原反应管2的内壁之间所构成的进入通道804进入还原反应管2，既保证防粘料与进行还原反应的物料的布料方向不会相互干涉，并且又能够通过进入通道804使防粘料形成一个近似于管状的、由不停运动的颗粒物所形成的保护帘，并且当物料和防粘料堆积在还原反应管2中后，与还原反应管2内壁直接接触的是防粘料，而进行还原反应的物料则铺设在防粘料的内层，从而彻底的杜绝了物料与还原反应管2内壁粘接的问题。

此外，如图3所示，布料管801的上端口径最好小于其下端口径，这样使布料管801形成一个正锥形的结构，既能够使防粘料更好的与还原反应管2的内壁贴合，又能够方便出料器803的安装。

需要说明的是，该优选结构的布料装置8最好还应该增加与布料管801的上端口805对应设置的出料器802以及与还原反应管2的上端口201对应设置的出料器803，以使布料操作实现自动供给。

当然，布料装置8还可采用其他一些变形结构，将在实施例中进行说明。

另外，如图1所示，作为该外燃管式直接还原竖炉的底部出料机构，包括设置在还原反应管2下端口的下方、一个做伸缩运动托板6，当拖动托板6向外伸出时，反应后的物料从还原反应管2的下端口落下，并聚集在还原反应管2的底部；当推动托板6向内缩回时，此时托板6的前端推动反应后的物料从炉体1底部的出料口7排出。

实施例1

如图1～3所示的外燃管式直接还原竖炉，炉体1内排列有多根还原反应管2，相邻的还原反应管2之间间隔设置。所有还原反应管2的外部与炉体1内壁之间形成的连贯区域为燃烧室4。燃烧室4采用煤气点燃。燃烧室4的烟道和煤气通道等设施均可采用现有结构，因此在图中并未示出。采用此种设置方式使每一根还原反应管2的周边区域均为燃烧的高温环境，从而对各还原反应管2中的物料进行较均匀、稳定的加热，并且由于炉体1内排列有多根还原反应管2，因此确保了竖炉的单位产能。

其中，在各还原反应管2的上端口201处分别设置有布料装置8。各布料装置8包括设置在还原反应管2的上端口201内作为物料通道的布料管801，该布料管801的外壁与还原反应管2的内壁之间构成防粘料的进入通道804；布料装置8还包括出料器802和出料器803，分别用于向布料管801内添加进行还原反应的物料以及向进入通道804添加防粘料。出料器802和出料器803可采用多种现有装置，比如皮带输送机。由于采用了上述结构的布料装置8，彻底杜绝了进行还原反应的物料与还原反应管2的内壁之间发生粘接的问题。

实施例2

本实施例2与实施例1的区别在于布料装置8的结构不同。如图4所示，此布料装置8包括两个内外套接的管状件，由于在内的管状件的外径小于在外的管状件的内径，因此这两个管状件之间构成了防粘料的进入通道804，而在内的管状件的管腔即为进行还原反应的物料的通道。当然，该布料装置8仍然包括出料器802和出料器803，进行物料和防粘料的自动供给。

Claims (9)

1.外燃管式直接还原竖炉，包括内设有还原室(5)和燃烧室(4)的炉体(1)，其特征在于：所述炉体(1)内设置有至少一根两端开口的还原反应管(2)，所述还原反应管(2)的管内为还原室(5)，周边为燃烧室(4)；所述至少一根还原反应管(2)的上端口(201)处还设置有当往该还原反应管(2)内加入进行还原反应的物料时，同时在该还原反应管(2)的内壁上铺设防粘料的布料装置(8)。

2.如权利要求1所述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所述还原反应管(2)的横截面为圆环形。

3.如权利要求1所述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所述还原反应管(2)由至少两个管节(3)轴向对接而成。

4.如权利要求1所述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所述还原反应管(2)为铸造的整体件。

5.如权利要求1所述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所述炉体(1)内排列有多根还原反应管(2)，相邻的还原反应管(2)之间间隔设置。

6.如权利要求5所述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所有还原反应管(2)的外部与炉体(1)内壁之间形成的连贯区域为燃烧室(4)。

7.如权利要求1述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所述布料装置(8)包括设置在还原反应管(2)的上端口(201)内作为物料通道的布料管(801)，该布料管(801)的外壁与还原反应管(2)的内壁之间构成防粘料的进入通道(804)。

8.如权利要求7所述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所述布料管(801)的周边形状与还原反应管(2)上端口(201)的周边形状相适配。

9.如权利要求7所述的外燃管式直接还原竖炉，其特征在于：所述布料管(801)的上端口径小于其下端口径。

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