CN104561424B - 一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，包括炉体，炉体的顶部设有高温气体出口，炉体的底部设有出渣口，所述炉体包括由耐火材料制成的耐热层以及包覆在耐热层外面的水冷夹套，在炉体下部的炉壁上沿圆周方向等间距地设有若干下排风口，下排风口与一输送由富氧空气、煤粉和造渣剂构成的混合燃料的送料管道相连接，在炉体上部的炉壁上沿圆周方向等间距地设有若干上排风口，上排风口与一输送由氧气和压缩空气构成的混合气体的送风管道相连接。本发明可有效地控制和调节燃煤炉所产生的高温气体的氧化度以及温度，从而提高用含钛铁矿炼铁时的金属收得率。

Description

一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉

技术领域

本发明涉及含钛铁矿石冶炼技术领域，尤其是涉及一种用于含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺的燃煤炉。

背景技术

目前，世界各国研究发展了很多的炼铁方法，其中最主要的是采用铁矿石作为主要原料的高炉炼铁法，高炉炼铁方法具有技术经济指标良好、工艺简单、生产量大、劳动生产率高等优点。我国具有较为丰富的钒钛磁铁矿，其分布广泛，储量丰富，已探明储量98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上。钒钛磁铁矿的主要有用组分为铁45~60％，钛氧化物6~12％，钒0.2~0.8％，铬0.1~2%。对于钒钛磁铁矿而言，如果采用高炉法炼铁，当炉渣中的二氧化钛含量超过百分之三十时，将会出现泡沫渣严重、炉渣粘稠、铁水粘罐、渣铁沟挂渣多等诸多问题，因此，为了保证高炉炼铁时的顺行，必须通过添加部分普通矿的方法使炉渣中二氧化钛的含量控制在百分之二十五以下，由于炉渣中二氧化钛的含量低，使钛的回收利用成本高，经济性差，这样，炉渣中的二氧化钛难以得到有效的开发利用，大量的钛资源白白浪费。

为此，有人发明了熔融还原这种新颖的炼铁方法，例如，在中国专利文献上公开的“一种含钛铁矿外燃煤熔融还原方法”，公布号为CN103898264A，该熔融还原方法首先将含钛铁矿和还原煤一起制成原料团块，然后将原料团块送入一个预还原炉中干燥、预热和预还原后再送入一个熔融还原炉中，接着将一个燃煤炉中燃煤所产生的高温火焰喷入熔融还原炉中，使熔融还原炉达到熔融还原所需的高温，此时熔融还原炉中的原料团块即开始还原、熔化和造渣，从而得到铁水和炉渣。该方案可直接使用非焦煤冶炼含钛铁矿，并且燃煤炉中燃煤时产生的煤灰不再进入到熔融还原炉中，因而可提高冶炼炉渣中二氧化钛的含量，实现含钛铁矿中的钛资源的有效回收利用，提高含钛铁矿中的钛资源回收利用的经济性。但是上述炼铁方法存在如下问题：其中的燃煤炉无法控制和调节燃煤所产生的高温气体的氧化度，因此，不利于根据含钛铁矿的品位控制后续熔融还原炉的还原工艺，因而影响用含钛铁矿炼铁时的金属收得率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的含钛铁矿外燃煤熔融还原方法所存在的进入熔融还原炉的高温气体的氧化度难以控制、从而影响用含钛铁矿炼铁时的金属收得率的问题，提供一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，可有效地控制和调节燃煤炉所产生的高温气体的氧化度以及温度，从而提高用含钛铁矿炼铁时的金属收得率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，包括炉体，炉体的顶部设有高温气体出口，炉体的底部设有出渣口，所述炉体包括由耐火材料制成的耐热层以及包覆在耐热层外面的水冷夹套，在炉体下部的炉壁上沿圆周方向等间距地设有若干下排风口，下排风口与一输送由富氧空气、煤粉和造渣剂构成的混合燃料的送料管道相连接，在炉体上部的炉壁上沿圆周方向等间距地设有若干上排风口，上排风口与一输送由氧气和压缩空气构成的混合气体的送风管道相连接。

首先，本发明的燃煤炉在炉体外层设置水冷夹套，从而有利于炉体的隔热，并且可产生低压蒸汽。炉体下部的下排风口与送料管道相连接，送料管道内高速流动的富氧空气带动煤粉和造渣剂通过下排风口进入到炉体内，从而在炉体内下部形成一个燃烧区，煤中的可燃物质与氧进行燃烧反应，煤中灰分与造渣剂生成熔点低于1300℃的液态灰渣，液态灰渣下沉到炉体底部，并定期从出渣口排出。上排风口送入的混合气体则可使煤粉燃烧时形成的一氧化碳继续燃烧，最终形成温度为1600℃～1700℃的高温气体，高温气体从炉体顶部的高温气体出口送出。特别是，通过对上排风口送入的混合气体中氧气含量的控制以及混合气体送气量的控制，我们可根据含钛铁矿的品位方便有效地控制从炉体顶部送出的高温气体的温度和氧化度，使高温气体的压力保持在0.4～0.5Mpa之间，氧化度保持在70%～100%之间，氧含量小于15%，从而利于根据后续熔融还原炉的还原工艺，提高用含钛铁矿炼铁时的金属收得率。

作为优选，所述下排风口的出口方向向下倾斜，其与炉体的竖直轴线之间的轴向夹角为45度至60度，所述上排风口的出口方向向上倾斜，其与炉体的竖直轴线之间的轴向夹角为60度至75度，并且上、下排风口的出口方向与炉体的径向之间的径向夹角为15度至45度。

下排风口向下侧倾斜，可避免煤粉、造渣剂等向上飞起并跟随高温气体通过高温气体出口一起送出，而上排风口向上侧倾斜则有利于对炉体上部的高温气体进行氧化度和温度的调节和控制。由于上、下排风口的出口方向与炉体的径向之间的同时具有一个径向夹角，因而使炉体内的气体形成一个高速旋转，并连带煤粉、造渣剂等一起旋转，从而使燃煤可在炉体下部的燃烧区实现充分的燃烧，以提高燃煤的热效率，同时使得燃煤中的灰分和造渣剂充分混合形成液态灰渣。与此同时，炉体上都的高温气体则可与混合气体充分混合，使通过高温气体出口送出的高温气体的温度、氧化度、氧含量等均匀一致。

作为上述优选方案的一种替代方案，在炉体内侧靠近各下排风口位置分别设有一个转动支架，所述转动支架包括固接在炉体内侧壁上的上下两个支承座、以及可转动地竖直设置在上下两个支承座之间的转动轴，在转动轴上沿圆周方向等间距地设有若干螺旋状的导向叶片，导向叶片的螺旋升角为30度至45度，下排风口的出口方向偏离转动轴，并且与炉体的径向之间的径向夹角为15度至45度。

由于下排风口的出口方向偏离转动轴，因此，从下排风口送出的含有煤粉、造渣剂和富氧空气的燃料气流喷向导向叶片的一侧，从而推动螺旋叶片转动，燃料气流在具有螺旋升角的导向叶片下表面的引导下形成一个向下倾斜的角度，并在炉体内形成旋转气流。与此同时，旋转的导向叶片的上侧面则会对旋转的燃料气流产生一个向上的推力，从而有利于延长燃料气流中煤粉和造渣剂在炉体下部的悬浮停留时间，进而使燃煤实现充分燃烧，以进一步提高燃煤的热效率。

作为优选，各上排风口分别通过一螺旋状地环绕设置在炉体的耐热层和水冷夹套之间的螺旋进风管与送风管道相连接，各螺旋进风管在炉体的圆周方向上等间距排列。

设置在炉体的耐热层和水冷夹套之间的螺旋进风管可使通过上排风口进入炉体内的混合气体充分地预热，从而提高燃煤炉的热效率，减少炉体热量的散发。特别是，各螺旋进风管在炉体的圆周方向上等间距排列，从而形成一种多头螺旋结构，既可延长螺旋进风管的长度，使混合气体充分预热，又可使各上排风口的混合气体的流速保持一致。

作为优选，所述送风管道的横截面呈矩形，在送风管道内竖直地设有摆动叶片，摆动叶片的上、下两侧分别通过销轴转动连接在送风管道的上、下内侧壁上，销轴上设有别住摆动叶片的扭簧，所述摆动叶片的一个侧面为第一导流平面，摆动叶片的另一侧面由第二导流平面和外凸的导流柱面顺滑连接构成，摆动叶片上、下两侧的销轴位于第二导流平面和导流柱面交界处，第一、第二导流平面之间设有过渡圆角，送风管道内位于第二导流平面一侧处设有抵靠第二导流平面的限位凸起。

本发明的摆动叶片在横截面上由两部分构成，一部分是前侧由第一导流面和第二导流面构成的导流部分，另一部分是后侧由第一导流面和导流柱面构成的驱动部分。当送风管道内的混合气流经过摆动叶片时，混合气流由摆动叶片的导流部分流动至驱动部分，当混合气流流过摆动叶片的驱动部分时，导流柱面一侧的压力会小于第一导流平面一侧的压力，从而形成一个类似机翼的效果，混合气流推动摆动叶片绕着销轴朝向导流柱面一侧摆动，此时销轴前端的导流部分随之产生倾斜。当混合气流的速度增大时，驱动部分受到的压力增大，使导流部分的倾斜角度增大，相应地，送风管道的有效流通面积变小，从而使送风管道内混合气体的流量保持基本稳定，进而有利于确保从炉体的高温气体出口送出的高温气体温度、氧化度、氧含量的稳定。

因此，本发明具有如下有益效果：可有效地控制和调节燃煤炉所产生的高温气体的氧化度以及温度，从而提高用含钛铁矿炼铁时的金属收得率。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的另一种结构示意图。

图3是炉体设有螺旋进风管时的结构示意图。

图4是送风管道的竖直截面剖视图。

图5是送风管道的水平截面剖视图。

图中：1、炉体11、耐热层12、水冷夹套13、集渣室2、下排风口3、上排风口4、送风管道5、出渣口6、高温气体出口7、转动支架71、支承座72、转动轴73、导向叶片8、螺旋进风管9、摆动叶片91、销轴92、第一导流平面93、第二导流平面94、导流煮面95、限位凸起。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，其用于向含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用熔融还原炉输送高压的还原用高温气体，具体包括一个炉体1，炉体包括由耐火材料制成的耐热层11、以及包覆在耐热层外面由内外两层钢板制成的水冷夹套12，水冷夹套有利于炉体的隔热，并且可产生低压蒸汽。在炉体下部的炉壁上沿圆周方向等间距地设置若干下排风口2，该下排风口与一输送由富氧空气、煤粉和造渣剂构成的混合燃料的送料管道（图中未示出）相连接，送料管道内高速流动的富氧空气带动煤粉和造渣剂通过下排风口进入到炉体内，以便为炉体输送燃料，并在炉体内下部形成一个燃烧区，煤中的可燃物质与氧进行燃烧反应，以生成上升的还原用高温气体，燃煤中的灰分则与造渣剂生成熔点低于1300℃的液态灰渣而下沉到炉体底部的集渣室13，造渣剂可采用石灰或石灰石。此外，我们需要在炉体的底部设置一个出渣口5，以便定期从出渣口排出液态灰渣，使燃煤炉维持正常的连续生产。当然，我们还需要在炉体的顶部设置一个高温气体出口6，以便将燃煤所产生的还原用高温气体通过高温气体出口输送到后续的熔融还原炉中。

另外，我们还需在炉体上部的炉壁上沿圆周方向等间距地设置若干上排风口3，该上排风口与一输送由氧气和压缩空气构成的混合气体的送风管道（图中未示出）相连接。这样，我们可通过上排风口向炉体内送入由氧气和压缩空气构成的混合气体，送入的混合气体则可使炉体下部燃烧区内煤粉燃烧时形成的一氧化碳和氢气等继续燃烧，最终形成温度为1600℃～1700℃的还原用高温气体，高温气体从炉体顶部的高温气体出口送出。通过对上排风口送入的混合气体中氧气含量的控制以及混合气体送气量的控制，我们可使高温气体的压力保持在0.4～0.5Mpa之间，同时根据熔融还原炉内含钛铁矿原料的品位调节和控制高温气体的氧化度和氧含量，以提高用含钛铁矿炼铁时的金属收得率。需要说明的是，高温气体的氧化度是指（二氧化碳的体积百分比+水蒸汽的体积百分比+氧气的体积百分比）/(一氧化碳的体积百分比+氢气的体积百分比+二氧化碳的体积百分比+水蒸汽的体积百分比+氧气的体积百分比)x100%，优选地，高温气体的氧化度应保持在70%～100%之间，氧含量应小于15%。

进一步地，我们可通过合理地设置上、下排风口的出口方向，使喷入炉体内的燃煤能充分地燃烧，同时使高温气体的温度、氧化度、氧含量等均匀一致。具体地，我们可使下排风口的出口方向向下倾斜，并且下排风口的出口方向与炉体的竖直轴线之间的轴向夹角为45度至60度；相应地，上排风口的出口方向向上倾斜，上排风口的出口方向与炉体的竖直轴线之间的轴向夹角为60度至75度，并且上、下排风口的出口方向与炉体的径向之间的径向夹角保持相同，优选地，径向夹角可为15度至45度。从而使炉体内上部的混合气体和下部的燃烧区能相互分开，并在炉体内形成旋转气流，从而使燃煤可在炉体下部的燃烧区实现充分的燃烧，以提高燃煤的热效率。

为了使喷入炉体内的燃煤能充分地燃烧，同时使高温气体的温度、氧化度、氧含量等均匀一致，作为本发明的另一实施方式，如图2所示，我们也可在炉体内侧靠近各下排风口位置分别设置一个转动支架7，该转动支架包括固接在炉体内侧壁上的上下两个支承座71、以及可转动地竖直设置在上下两个支承座之间的转动轴72，并且在转动轴上沿圆周方向等间距地设置若干螺旋状的导向叶片73，该导向叶片的螺旋升角为30度至45度，下排风口的出口方向与炉体的径向之间的径向夹角为15度至45度。需要说明的是，由于导向叶片呈螺旋状，因此，当我们水平正视导向叶片时，我们可看到转动轴一侧的导向叶片的上表面，而转动轴另一侧的导向叶片看到的是其下表面，而此时下排风口的出口方向位于水平面内，也就是说，其轴向夹角为90度，并且我们应使下排风口的出口方向偏离转动轴，这样，下排风口送出的含有煤粉、造渣剂和富氧空气的燃料气流喷向导向叶片的下表面，燃料气流在具有螺旋升角的导向叶片下表面的引导下形成一个向下倾斜的角度，并在炉体内形成旋转气流，同时推动螺旋叶片转动，并且螺旋叶片的转动方向与螺旋叶片的旋向相反。与此同时，位于转动轴另一侧的导向叶片的上侧面则会对旋转的燃料气流产生一个向上的推送力，从而有利于延长燃料气流中煤粉和造渣剂在炉体下部的悬浮停留时间，进而使燃煤实现充分燃烧，以进一步提高燃煤的热效率。

为了充分利用炉体内燃煤所产生的热量，如图3所示，我们还可在炉体的耐热层和水冷夹套之间设置若干螺旋进风管8，螺旋进风管的数量与上排风口的数量相等，并且各螺旋进风管在炉体的圆周方向上等间距排列，从而形成一种多头螺旋结构，每条螺旋进风管的上端一一对应地与一个上排风口相连接，螺旋进风管的下端则与送风管道相连接。这样，送风管道内的高压混合气体先分别进入各螺旋进风管，环绕在耐热层外面的螺旋进风管可充分地吸收耐热层的热量以便使混合气体预加热，进而提高燃煤炉的热效率，减少炉体热量的散发，并且使各上排风口的混合气体的流速保持一致。

最后，如图4、图5所示，我们可将送风管道4制成横截面呈矩形的矩形管道，然后在送风管道内竖直地设置摆动叶片9，摆动叶片的上、下两侧分别设置销轴91，从而使摆动叶片通过销轴转动连接在送风管道的上、下内侧壁上。另外，摆动叶片的一个侧面为平面状的第一导流平面92，摆动叶片的另一侧面由第二导流平面93和导流柱面94顺滑连接构成，其中第二导流平面呈平面状，从而与另一侧的第一导流面构成摆动叶片的导流部分；而导流柱面则为一外凸的圆柱面，从而与另一侧的第一导流面构成摆动叶片的驱动部分。导流柱面的轴心线垂直于送风管道的上下侧壁，摆动叶片上、下两侧的销轴位于第二导流平面和导流柱面交界处。此外，我们还需在送风管道内位于第二导流平面一侧处设置限位凸起95，同时在销轴上设置别住摆动叶片的扭簧（图中未示出），摆动叶片在扭簧的作用下向一侧转动，从而使第二导流平面抵靠在限位凸起上，以实现摆动叶片的定位。需要说明的是，摆动叶片应位于送风管道的轴心线上，从而在摆动叶片的两侧形成大致相同的送风通道，并且在第一、第二导流平面之间应设置过渡圆角，以减少气流通过时的阻力。当送风管道内的混合气流经过摆动叶片时，混合气流沿着摆动叶片的两个侧面从摆动叶片的导流部分流动至驱动部分。混合气流在流过摆动叶片的驱动部分时，导流柱面一侧的压力会小于第一导流平面一侧的压力，从而形成一个类似机翼的效果，导流柱面两侧的压力差推动摆动叶片克服扭簧的弹力绕着销轴朝向导流柱面一侧摆动，此时销轴前端的导流部分随之产生倾斜并靠近送风管道的一侧内侧壁，销轴后端的驱动部分倾斜并靠近送风管道的另一侧内侧壁。当混合气流的速度增大时，驱动部分受到的压力增大，使摆动叶片的倾斜角度增大，相应地，摆动叶片两侧的送风通道的有效流通面积变小，从而使送风管道内混合气体的流量保持基本稳定，进而有利于确保从炉体的高温气体出口送出的高温气体温度、氧化度、氧含量的稳定。

Claims (4)

1.一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，包括炉体，炉体的顶部设有高温气体出口，炉体的底部设有出渣口，其特征是，所述炉体包括由耐火材料制成的耐热层以及包覆在耐热层外面的水冷夹套，在炉体下部的炉壁上沿圆周方向等间距地设有若干下排风口，下排风口与一输送由富氧空气、煤粉和造渣剂构成的混合燃料的送料管道相连接，在炉体上部的炉壁上沿圆周方向等间距地设有若干上排风口，上排风口与一输送由氧气和压缩空气构成的混合气体的送风管道相连接，在炉体内侧靠近各下排风口位置分别设有一个转动支架，所述转动支架包括固接在炉体内侧壁上的上下两个支承座、以及可转动地竖直设置在上下两个支承座之间的转动轴，在转动轴上沿圆周方向等间距地设有若干螺旋状的导向叶片，各上排风口分别通过一螺旋状地环绕设置在炉体的耐热层和水冷夹套之间的螺旋进风管与送风管道相连接。

2.根据权利要求1所述的一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，其特征是，所述下排风口的出口方向向下倾斜，其与炉体的竖直轴线之间的轴向夹角为45度至60度，所述上排风口的出口方向向上倾斜，其与炉体的竖直轴线之间的轴向夹角为60度至75度，并且上、下排风口的出口方向与炉体的径向之间的径向夹角为15度至45度。

3.根据权利要求1所述的一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，其特征是，导向叶片的螺旋升角为30度至45度，下排风口的出口方向偏离转动轴，并且与炉体的径向之间的径向夹角为15度至45度。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种含钛铁矿外燃煤熔融还原工艺用燃煤炉，其特征是，所述送风管道的横截面呈矩形，在送风管道内竖直地设有摆动叶片，摆动叶片的上、下两侧分别通过销轴转动连接在送风管道的上、下内侧壁上，销轴上设有别住摆动叶片的扭簧，所述摆动叶片的一个侧面为第一导流平面，摆动叶片的另一侧面由第二导流平面和外凸的导流柱面顺滑连接构成，摆动叶片上、下两侧的销轴位于第二导流平面和导流柱面交界处，第一、第二导流平面之间设有过渡圆角，送风管道内位于第二导流平面一侧处设有抵靠第二导流平面的限位凸起。