CN104611498A - 一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，包括炉体，炉体上方设置有供料系统，炉体外侧设置有炉体外部维护系统，炉体内部设置有气流通道系统，炉体底部设置有出料系统，所述的炉体内设置有分隔墙，分隔墙将炉体内部沿炉体长度方向划分成若干个炉料还原室，分隔墙上部设置有烟气汇集道，烟气汇集道上部设置有炉顶砌体，炉顶砌体内设置有还原尾气引出管，分隔墙下部设置有供气道，供气道下部设置有还原气道，炉料还原室两侧设置有气流通道，分隔墙中设置有补气道，分隔墙下部设置有大梁，大梁下部设置有炉体支座，本发明采用气体燃料，易于操作，投资少、节能效果好、炉体寿命长，单座炉子最大产能可达30万吨，提高了产气量。

Description

一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉。

背景技术

在煤基直接还原铁生产方面的设备有很多，比较典型的有隧道窑、回转窑、转底炉、流化床、竖炉、倒烟窑等，而能进行连续生产的外热式竖炉设备也早已出现。最早的煤基直接还原铁生产用外热式竖炉技术出现在1971年，工业中试生产装置出现在1973年，即KINGLOR METOR流程（简称 KM流程）使用的竖炉，KM流程所使用的竖炉，由钢板外壳和耐火砖衬构成一个容器，其内布置一组竖立于容器内的还原室，一组一般为3~6个还原室，每个还原室之间相隔一定距离排列，每个还原室均穿过容器上部和下部，上部与供料斗相连，下部与水冷设备和出料斗相连；每个还原室横截面为宽300~600mm、长600~1600mm的管状，还原室上部用耐热钢制成，中下部用粘土—碳化硅砖砌成。容器内的其它空间为燃烧室，内设多层煤气燃烧器。使用天然气或煤气等其它燃料，预热空气助燃，燃烧产生的热量通过还原室壁传给还原室内的物料。采用铁矿石和还原煤组成的混合料自炉顶还原室开口加入，经过竖炉预热、还原、冷却到接近常温时出炉。预热段温度和还原段温度分别控制在850和1050℃左右。

现在国内也有部分研究者受该技术的影响发表了相应的研究成果，如公开号为 CN101832706A的专利《外燃管式直接还原竖炉》、公开号为CN201166513的专利《煤基直接还原铁外热式竖炉》等。其中，在《外燃管式直接还原竖炉》中，包括内设有还原室和供热气体热量交换空间的炉体，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，周边为供热气体流通空间，炉体周围设置多层气体烧嘴；而《煤基直接还原铁外热式竖炉》中，包括竖炉、冷却水圈和炉体支座，炉体支座，由承重钢梁和多个钢支柱装配成，冷却水圈固定在承重钢梁上，竖炉坐设在冷却水圈上，竖炉包括炉体和设置在炉体内的多个截面为矩形竖式设置的还原反应室，炉体由外壳体和依次砌设在外壳体内的纤维毡层、硅藻土砖层、粘土砖层构成。每一个还原反应室的两侧有多层煤气燃烧式火道，还原室截面尺寸为350mm×1500mm，每个还原室是一个独立单元，整个竖炉由若干个还原室组成。每个还原反应室的上端设有料仓，其下端穿过冷却水圈内的高铝砖墙上的还原反应室通孔后与对应的上冷却水套连接，上冷却水套与下冷却水道连接。在多层煤气燃烧式火道内装设多个煤气喷嘴和测温热电偶。在炉体上部设有烟囱，烟囱内下部设有空气换热器。

上述已公开的技术，均具有还原反应室类似管状并竖立于炉内的相同特征，为克服物料自重、材料热膨胀、气流传热等对还原室器壁的影响，每个还原室的高度及横截面尺寸受到限制，单座炉子的产能难以扩大。KM法目前单座炉子产能仅为4万吨/年，其它方案因加热方式、炉体结构、传热条件等原因，无法确保炉料铁氧化物的还原反应彻底进行，降低了炉子的产量，同时增加了能量的消耗。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，具有结构合理、寿命较长、传热条件较好、单座炉子产量较高、操作简单的优点。

本发明的目的是这样实现的：

一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，包括炉体，炉体上方设置有供料系统，炉体外侧设置有炉体外部维护系统，炉体内部设置有气流通道系统，炉体底部设置有出料系统，其特征在于：所述的炉体由钢板外壳和耐火砖构成，炉体内设置有分隔墙，分隔墙将炉体内部沿炉体长度方向划分成若干个相同形状和尺寸的炉料还原室，分隔墙上部设置有烟气汇集道，烟气汇集道上部设置有炉顶砌体，炉顶砌体内设置有还原尾气引出管，分隔墙下部设置有供气道，供气道下部设置有还原气道，炉料还原室两侧设置有气流通道，分隔墙中设置有补气道，气流通道上方与烟气汇集道连通，气流通道下方与供气道连通，分隔墙下部设置有大梁，大梁下部设置有炉体支座。       

所述的供料系统包括受料仓，受料仓底部设置有锁气器，锁气器下部设置有下料管，下料管伸入炉料还原室中。

所述的炉体外部维护系统包括设置在炉体外侧的维护钢结构，维护钢结构和炉体砌体之间相关位置设置有压缩弹簧。

所述的出料系统包括设置在炉料还原室下部的水冷出料装置，水冷出料装置上设置有料流开闭器。

所述的气流通道和烟气汇集道之间设置有过度砖，气流通道和供气道之间设置有气流分布砖。

所述的分隔墙由立墙、气流通道、热交换面墙整体砌筑而成。

所述的热交换面墙由不同材质和不同形状的面砖构成。

所述的气流通道在炉体中部为竖直通道。

所述的炉料还原室宽度为150mm~500mm，长度为4m~20m。

本发明具有如下积极效果：

1、本发明以气体燃料燃烧为热源，通过热交换面墙将热量传给炉料，使炉料在隔绝空气的环境下进行还原反应，可保障还原反应所需还原气氛，加上设有还原气供应通道，可保证还原反应的彻底进行，确保炉料铁氧化物的还原率大于95%；

2、本发明采用气体为燃料，可预先对燃料气体进行处理，采用低氮氧化物燃烧技术，实现绿色排放；

3、本发明炉体采用隔热保温较好的耐火材料砌筑，烟气余热用于加热助燃空气与燃料气体后再去用于生球或其它物料的干燥，节能效果好；

4、本发明利用补气道设计，可使供热烟气温度控制在一定水平的同时，使平均温度得以提高，实现在过氧燃烧或欠氧燃烧的条件下进一步降低热量消耗、提高炉子产量；

5、本发明采用弹簧压紧装置，可以调节由于温度变化造成砌体形变对炉体结构的影响，使炉体尺寸得以增加，寿命得以大幅度的延长，单座炉子产能扩大，单位产能的耐火材料消耗大幅度降低；

6、本发明设备简单，炉子占地较小、操作方便、单位产能投资少，单座炉子的年产能可达30万吨左右。

附图说明

图1为发明的结构示意图。

图中：1.受料仓 2.锁气器 3.还原尾气引出管 4.下料管 5. 炉顶砌体 6. 烟气汇集道 7.过度砖 8.气流通道 9.补气道 10.面墙 11.面砖 12.炉料还原室 13.立墙 14.维护墙 15.气流分布砖 16.供气道 17.压缩弹簧 18.还原气道 19.维护钢结构 20.大梁 21.水冷出料装置 22.料流开闭器 23.炉体支座。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，包括炉体，炉体上方设置有供料系统，炉体外侧设置有炉体外部维护系统，炉体内部设置有气流通道系统，炉体底部设置有出料系统，所述的炉体由钢板外壳和耐火砖构成，炉体内设置有分隔墙，分隔墙将炉体内部沿炉体长度方向划分成若干个相同形状和尺寸的炉料还原室12，炉料还原室12的数量由炉体的长度决定，炉体长度越长，划分成的炉料还原室12越多，分隔墙上部设置有烟气汇集道6，烟气汇集道6上部设置有炉顶砌体5，炉顶砌体5内设置有还原尾气引出管3，分隔墙下部设置有供气道16，供气道16下部设置有还原气道18，炉料还原室12两侧设置有气流通道8，分隔墙的立墙13中设置有补气道9，气流通道8上方与烟气汇集道6连通，气流通道8下方与供气道16连通，分隔墙下部设置有大梁20，大梁20下部设置有炉体支座23，所述的供料系统包括受料仓1，受料仓1底部设置有锁气器2，锁气器2下部设置有下料管4，下料管4伸入炉料还原室12中，炉体外部维护系统包括设置在炉体外侧的维护钢结构19，分隔墙外侧设置有维护墙14，维护钢结构19和维护墙14之间的相关位置设置有压缩弹簧17，出料系统包括设置在炉料还原室12下部的水冷出料装置21，水冷出料装置21上设置有料流开闭器22，气流通道8和烟气汇集道6之间设置有过度砖7，气流通道8和供气道16之间设置有气流分布砖15，分隔墙和烟气汇集道6之间设置有过度砖7，分隔墙和供气道16之间设置有气流分布砖15，分隔墙由立墙13、气流通道8、热交换面墙10整体砌筑而成，热交换面墙10由不同材质和不同形状的面砖11构成，气流通道8在炉体中部为竖直通道，炉料还原室12宽度为150mm~500mm，长度为4m~20m。

本发明的单座还原炉的炉体可以根据产能要求做到长8~50m，宽4~20m，高10~18m的尺度。本发明使用时，将含铁原料采用造球等手段，颗粒料入炉，还原煤可采用高温粉化不大的兰炭或焦丁或原煤，两种物料混合均匀后入炉，入炉物料粒度为1~40mm。以煤气燃烧产生的高温烟气为热源，通过分隔墙下部的供气道进入炉内，经过供气道上部的气流分布砖进入炉体中部的气流通道。通过热交换面墙将热量不断地传给炉料，炉料经炉顶受料系统、炉顶供料孔进入炉内，炉料与供热气体通过热交换面墙进行热交换，经过预热升温、还原反应、渗炭等过程，到离开加热区，最终冷却出炉，整个过程炉料均处在一个与空气隔绝的空间。炉体由耐火材料砌成，在温度的变化下，炉内分隔墙沿炉体宽度方向，炉体两侧维护墙沿炉体长度方向将发生伸缩变化，如无相应措施，在炉体尺寸较大时，炉体将受到破坏，这是目前已有技术难以扩大单座炉子产能的一个主要因素。本发明采用在炉体两侧及两端维护墙的外侧设有压紧弹簧机构来解决这一问题。炉体内部分隔墙在温度的影响下，在炉体宽度方向将产生20mm~100mm的膨胀与收缩，分隔墙砌筑时不留膨胀缝，其膨胀与收缩完全靠其两端的压紧弹簧机构来解决；炉体两侧维护墙砌筑时预留膨胀缝，通过炉体长度方向两端的压紧弹簧机构抵抗炉体端墙的炉料内压力和部分膨胀，炉体长度方向上的膨胀收缩主要靠预留的膨胀收缩缝加以解决。

上述实施例仅为本发明的优选实施例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，包括炉体，炉体上方设置有供料系统，炉体外侧设置有炉体外部维护系统，炉体内部设置有气流通道系统，炉体底部设置有出料系统，其特征在于：所述的炉体由钢板外壳和耐火砖构成，炉体内设置有分隔墙，分隔墙将炉体内部沿炉体长度方向划分成若干个相同形状和尺寸的炉料还原室，分隔墙上部设置有烟气汇集道，烟气汇集道上部设置有炉顶砌体，炉顶砌体内设置有还原尾气引出管，分隔墙下部设置有供气道，供气道下部设置有还原气道，炉料还原室两侧设置有气流通道，分隔墙中设置有补气道，气流通道上方与烟气汇集道连通，气流通道下方与供气道连通，分隔墙下部设置有大梁，大梁下部设置有炉体支座。

2.根据权利要求1所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的供料系统包括受料仓，受料仓底部设置有锁气器，锁气器下部设置有下料管，下料管伸入炉料还原室中。

3.根据权利要求1所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的炉体外部维护系统包括设置在炉体外侧的维护钢结构，维护钢结构和炉体砌体之间相关位置设置有压缩弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的出料系统包括设置在炉料还原室下部的水冷出料装置，水冷出料装置上设置有料流开闭器。

5.根据权利要求1所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的气流通道和烟气汇集道之间设置有过度砖，气流通道和供气道之间设置有气流分布砖。

6.根据权利要求1所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的分隔墙由立墙、气流通道、热交换面墙整体砌筑而成。

7.根据权利要求6所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的热交换面墙由不同材质和不同形状的面砖构成。

8.根据权利要求1所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的气流通道在炉体中部为竖直通道。

9.根据权利要求1所述的一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉，其特征在于：所述的炉料还原室宽度为150mm~500mm，长度为4m~20m。