CN104862439B - 一种透气物料的气冷装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有透气性的物料的冷却技术领域，提供了一种透气物料的气冷装置及方法。本发明的透气物料气冷装置，通过设置多层储料桶，并且相邻储料桶上的底板上的落料孔沿竖直方向上的投影错开分布，从而使得物料每次的下落高度为每个储料桶的高度，进而解决物料高度落差大、粉化率高的问题。在此基础上，在储料桶内设置有与物料之间存在相对运动的料耙，在料耙的搅动下物料产生聚拢或者散开运动，从而相同高度情况下物料的行程更长，从而物料与冷却气体充分接触，冷却时间变长，因此提高了换热效率。此外，该装置竖直布置，从而占地面积小。

Description

一种透气物料的气冷装置及方法

技术领域

本发明涉及具有透气性的物料的冷却技术领域，尤其涉及一种透气物料的气冷装置及方法，更加具体为适用于直接还原铁的气冷装置及方法。

背景技术

钢铁工业是国民经济的支柱产业，其能源消耗量大，污染物排放量也大，在给社会提供优质钢材的同时，也对自然环境带来了重大影响。其中，钢铁企业能耗和废弃物排放主要集中在高炉炼铁系统，因此人们开展了大量非高炉炼铁新工艺的研究，并取得了一定的进展。其中发展最迅猛的是直接还原技术和熔融还原技术。

其中，直接还原技术是指以煤、气体或者液体燃料为能源和还原剂，在低于熔化温度之下将铁矿石还原成固态铁的炼铁生产工艺，其产品为直接还原铁(即DRI，direct reduced iron)，也称海绵铁。该产品未经熔化，仍保持矿石外形，由于还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵而得名。直接还原铁含铁量一般超过90％，化学成分稳定，杂质含量低，不仅是废钢的替代品，更是生产优质钢、纯净钢不可缺少的原料。此外，炼钢配加直接还原铁是控制、稀释钢中有害元素的主要手段。因此，直接还原铁是改善钢材质量、增加钢材品种、发展钢铁冶金紧凑流程不可缺少的原料。

冷却是直接还原铁生产工艺中极其重要的一个环节，直接还原铁制品焙烧出炉后温度很高，约为1100℃。为保证皮带机能对直接还原铁进行输送运载，需将其冷却至150℃以下。不同于一般冶金制品，高温直接还原铁制品在遇到空气和水时，会产生剧烈氧化燃烧，将已经还原出来的铁重新变成金属氧化物，从而导致成品金属化率大幅降低且粉化率大幅增加。

目前直接还原铁的冷却方法有：浸水冷却、内喷淋水冷却筒冷却和外喷淋水冷却筒冷却。浸水冷却是将直接还原铁在水槽内浸水冷却，高温的直接还原铁投入水中形成爆沸的危险性。此外，浸水冷却和内喷淋水冷却筒冷却都存在粉化率高、成品率低、含水量高需要二次干燥、易发生二次氧化等问题。外喷淋水冷却筒冷却由于冷却介质通过冷却筒壁进行热交换，热交换率比较低、需要消耗大量的冷却用水、能耗高。而基于这三种方法技术人员提出的多种直接还原铁的冷却装置也都存在基于上述方法导致的缺陷。并且，上述三种方法都存在无法利用余热的问题。

有鉴于此，申请号为201110346488.X的专利提出了一种使用惰性气体通过流动床进行冷却的装置。该装置在一个竖立的直筒内设立多层折返的流动床，直接还原铁依靠自身重力从上而下折返运动，惰性气体从底部进入筒体，穿过多层流动床后从顶部排出。该装置直接还原铁高度落差大，粉化率较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提供一种透气物料的气冷装置及方法，便于对物料的余热进行高效回收，且物料粉化率低。将该透气物料气冷装置适用于直接还原铁的冷却时，可以在物料粉化率低的基础上，避免浸水冷却、内喷淋水冷却筒冷却和外喷淋水冷却筒冷却技术存在的缺点。

(二)技术方案

一种透气物料的气冷装置，包括纵向方向同轴设置的外壳顶罩、外壳底盒和设置在所述外壳顶罩与外壳底盒之间的多层储料桶，以及旋转驱动单元；相邻所述储料桶在所述旋转驱动单元的带动下沿自身纵向轴心相对转动，且最上层的所述储料桶与所述外壳顶罩相对转动；所述外壳顶罩上设置有进料口和排气口；所述外壳底盒上开设有排料口和进气口；在每个所述储料桶的底板上均设置有落料孔和风孔，相邻的所述储料桶的底板上的落料孔沿竖直方向上的投影错开分布，且在所述储料桶内均设置有便于落料的料耙。

优选地，相邻所述储料桶之间，以及最上层的所述储料桶与所述外壳顶罩之间均设置有液体密封单元。

优选地，所述进料口和排料口均连接有旋转密封阀。

优选地，所述储料桶包括固定储料桶和旋转储料桶；其中，所述固定储料桶和旋转储料桶的侧壁外围均设置有伸出的支撑轨道；所述固定储料桶的所述支撑轨道通过固定支架固定在安装平台上，所述旋转储料桶的所述支撑轨道通过托轮安装在所述安装平台上，且所述旋转储料桶在所述旋转驱动单元的驱动下绕自身轴线转动。

优选地，所述固定储料桶和旋转储料桶交叉分布。

优选地，所有所述储料桶均在所述旋转驱动单元的驱动下绕自身轴线转动，且相邻所述储料桶的转动方向相反。

优选地，所述旋转驱动单元为旋转驱动电机，所述旋转驱动电机依次通过减速器、传动齿轮与所述储料桶连接。

优选地，相邻所述储料桶的底板上的所述落料孔分别位于所述底板的中心位置和外沿位置。

本发明还提供一种透气物料的气冷方法，采用本发明所述的透气物料气冷装置进行，包括以下步骤：

S1：将高温的透气物料通过进料口注入储料桶中，从而使得物料经过落料孔后通过排料口排出；同时，将冷却气体从进气口通入外壳底盒中，从而使得冷却气体经过风孔后通过排气口排出；

S2：启动旋转驱动单元，使得相邻所述储料桶之间，以及最顶层的所述储料桶与所述外壳顶罩之间沿着自身轴向方向做相对运动，进而使得料耙和物料之间存在相对运动，从而使将物料通过错落布置的落料孔排入下一层；

S3、将最终从排气口排出的气体经过除尘后进余热锅进行余热回收，再由循环风机加压后进入气体冷却装置，并将冷却后的气体通入所述透气物料气冷装置的进气口中，如此循环。

优选地，相邻所述储料桶之间，以及最顶层的所述储料桶与所述外壳顶罩之间的相对转速为3-5转/分钟；通入的所述冷却气体为惰性气体。

(三)有益效果

本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明的透气物料气冷装置，通过设置多层储料桶，并且相邻储料桶上的底板上的落料孔沿竖直方向上的投影错开分布，从而使得物料每次的下落高度为每个储料桶的高度，进而解决物料高度落差大、粉化率高的问题。

在此基础上，在储料桶内设置有与物料之间存在相对运动的料耙，在料耙的搅动下物料产生聚拢或者散开运动，从而相同高度情况下物料的行程更长，从而物料与冷却气体充分接触，冷却时间变长，因此提高了换热效率。此外，该装置竖直布置，从而占地面积小。

将本发明的透气物料气冷装置用于直接还原铁的冷却时，由于冷却的介质为惰性气体，避免了直接还原铁在冷却过程中与空气或水接触，解决了物料需要二次干燥且易发生二次氧化的问题。并且使用后的惰性气体可进余热锅进行余热回收，解决了高温直接还原铁不能回收的问题。

本发明的优选方案中，每个储料腔的运动部件和静止部件之间采用液体密封单元进行密封，从而提高了装置的密封性，解决了空气渗入储料腔中带来的直接还原铁的二次氧化的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的透气物料气冷装置的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖视示意图；

图3是图1中B-B处的剖视示意图；

图中：1、进料口；2、排气口；3、料耙；4、外壳顶罩；5、第一旋转储料桶；6、第一固定储料桶；7、第二旋转储料桶；8、进气口；9、外壳底盒；10、排料口；11、旋转密封阀；12、第一层料层；13、第二层料层；14、第三层料层；15、液体密封单元；16、落料孔；17、风孔；18、支撑轨道；19、传动齿轮；20、旋转驱动电机；21、减速器；22、托轮；23、固定支架；24、安装平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

不失一般性，本实施例以适用于直接还原铁的气冷装置为例进行说明。应当理解的是，本实施例的气冷装置还可以适用于其它存在背景技术相关问题的透气物料的冷却，尤其是颗粒状、块状等散状物料。

请参见图1，本实施例的透气物料气冷装置，包括纵向方向同轴设置的外壳顶罩4、外壳底盒9和设置在所述外壳顶罩4与外壳底盒9之间的多层储料桶，以及旋转驱动单元。相邻所述储料桶在旋转驱动单元的带动下沿自身纵向轴心相对转动，且最上层的所述储料桶与所述外壳顶罩4相对转动。本实施例中仅仅以储料桶为三层的情况进行描述，显然本申请中的储料桶数量不受该实施例的局限并可以为任意多层。

本实施例中，在外壳顶罩4上设置有进料口1，并在外罩底盒上设置有排料口10。在不增加透气物料气冷装置的高度前提下，通过设置多层储料桶，可以使得直接还原铁的下落过程分段，进而直接还原铁每次下落高度等于对应的储料桶的高度，避免直接还原铁高度落差大、粉化率高的问题。直接还原铁通过进料口1进入储料桶后，通过储料桶的底板上设置的落料孔16落入下一层储料桶中，并最终通过排料口10排出装置。

其中需要注意的是，为了避免直接还原铁跳过某个储料桶直接进入下一层储料桶，甚至直接从排料口10排出的情况出现，控制直接还原铁的粉碎率，并延长其在装置内部的行程，相邻储料桶的底板上的落料孔16沿竖直方向上的投影错开分布，也即相邻层储料桶上的落料孔投影在同一水平面上时不存在重叠部分。

在此基础上，为了便于直接还原铁的落料，在每层储料桶内均设置有便于落料的料耙3，料耙3与储料桶径向方向呈一定角度，并相对直接还原铁所在的储料桶转动，进而连续不断的将直接还原铁排出至下一层储料桶中，达到内部排料和延长物料行程的目的。

本实施例中，储料桶包括交叉分布的旋转储料桶和固定储料桶。固定储料桶和旋转储料桶的侧壁外围均设置有伸出的支撑轨道18；所述固定储料桶的所述支撑轨道18通过固定支架23固定在安装平台24上，所述旋转储料桶的所述支撑轨道18通过托轮22安装在所述安装平台24上；且所述旋转储料桶在所述旋转驱动单元的驱动下绕自身轴线转动。其中，安装平台24优选但不必须是钢平台。基于一般常识，储料桶还可以通过其它结构与安装平台24连接，此处不予一一列举。此外，旋转驱动单元一般选择旋转驱动电机20，并且旋转驱动电机20依次通过减速器21、传动齿轮19与储料桶连接。

请再次参见附图1，沿纵向依次包括第一旋转储料桶5、第一固定储料桶6和第二旋转储料桶7。其中，第一旋转储料桶5内的料耙3固定安装在外壳顶罩4的底端，第一固定储料桶6内的料耙3固定安装在第一旋转储料桶5的底端，第二旋转储料桶7内的料耙3固定安装在第一固定储料桶6的底端。旋转驱动单元带动第一旋转储料桶5转动，并使其与外壳顶罩4底端的料耙3沿自身纵向轴心相对转动，进而使得第一旋转储料桶5内的直接还原铁朝落料孔16方向运动。同理，由于第一旋转储料桶5和第一固定储料桶6之间，第一固定储料桶6和第二旋转储料桶7之间均沿自身纵向轴心相对转动，从而第一固定储料桶6和第二旋转储料桶7内的直接还原铁同样在料耙3的作用下朝对应的落料孔16运动，请参见图2和图3，其中箭头的方向均代表直接还原铁相对料耙3的转动方向。

需要说明的是，除了上述固定储料桶和旋转储料桶交叉分布的情况，还可以使得所有储料桶均在旋转驱动单元作用下转动，并且相邻的储料桶的转动方向相反。当然也不排除还存在其它的可行的方式，任何能使料耙3帮助落料的具体实施方式都应当包含在本申请中。

其中，每层储料桶内的料耙3的具体安装位置根据落料孔16的位置决定。本实施例中第一旋转储料桶5底板上的落料孔16设置在底板中心位置，从而与其对应的料耙3需要将直接还原铁往中心落料孔16位置推送；第一固定储料桶6底板上的落料孔16设置在底板外沿位置，从而与其对应的料耙3需要将直接还原铁往底板外沿位置推送；第二旋转储料桶7底板上的落料孔16同样位于底板中心位置，从而料耙3的设置同上。需要说明的是，落料孔16的设置并不局限于本实施例举的情况，只要能保证直接还原铁每次的下落高度及冷却行程即可。

在料耙3的搅动下直接还原铁聚拢或者散开，因此存在水平方向的运动，从而相同高度情况下直接还原铁的行程更长，从而直接还原铁与冷却气体充分接触，冷却时间变长，因此提高了换热效率。此外，就本实施例而言，料耙3可以将第一层料层12、第二层料层13和第三层料层14的直接还原铁打平并搅混均匀，保证了各料层的透气均匀性，从而保证了冷却气流的阻力均匀性。

为了对储料桶中的直接还原铁进行冷却，本实施例的外壳底盒9上开设有进气口8，外壳顶罩4上开设有排气口2。冷却气体通过进气口8进入外壳底盒9中，并通过各个储料桶的底板上开设的风孔17进入到对应的储料桶中，最终从排气口2排出。其中，优选底板上的风孔17均匀分布，以利于冷却气体能够均匀的穿过料层，避免出现窜风的现象，并使得直接还原铁冷却均匀。

为了对进料口1和排料口10处的直接还原铁进行保护，本实施例的进料口1和排料口10均与旋转密封阀11连接，并且优选多个旋转密封阀11串联，本实施例中为双层旋转密封阀11。

为了避免直接还原铁发生二次氧化，应当尽量将直接还原铁和外界隔离。有鉴于此，本实施例的相邻所述储料桶之间，以及最上层的所述储料桶与所述外壳顶罩4之间均设置有液体密封单元15，请再次参见附图1。该液体密封单元15在阻止外部空气进入储料桶的同时，不影响相邻所述储料桶之间，以及最上层的所述储料桶与所述外壳顶罩4之间沿自身纵向轴心相对转动。

当然，本实施例也可以采用其它的密封结构代替上述液体密封单元15。例如在外壳顶罩4和外壳底盒9之间设置用于实现所述储料桶密封的密封壳体。当然该种情况不可避免的密封壳体和储料桶之间会存在一定的间隙，从而导致空气进入。

本实施例的透气物料气冷装置竖直布置，解决了占地面积过大的问题。

本实施例还提供一种直接还原铁的气冷方法，包括以下步骤：

S1：将高温的直接还原铁通过进料口1注入储料桶中，从而使得直接还原铁经过落料孔16，并通过排料口10排出；同时，将冷却气体从进气口8通入外壳底盒9中，从而使得冷却气体经过风孔17，并通过排气口2排出；

S2：启动旋转驱动单元，使得相邻所述储料桶之间，以及最顶层的所述储料桶与所述外壳顶罩4之间沿着自身轴向方向做相对运动，进而使得料耙3和直接还原铁之间存在相对运动，从而使将物料通过错落布置的落料孔16排入下一层；

S3、将最终从排气口2排出的气体经过除尘后进余热锅进行余热回收，再由循环风机加压后进入气体冷却装置，并将冷却后的气体通入所述透气物料气冷装置的进气口8中，如此循环。

其中，优选相邻所述外壳顶罩4、储料桶之间的相对转速为3-5转/分钟；并且通入的所述冷却气体为惰性气体。

具体地，直接还原铁的初始温度为1100℃左右，其通过双层旋转密封阀11后从进料口1进入第一旋转储料桶5中，并形成第一层料层12。第一旋转储料桶5和第二旋转储料桶7通过旋转驱动电机20带动旋转，并带动其中的直接还原铁进行转动。第一层料层12在料耙3的作用下向中心聚拢，并通过中心位置的落料孔16进入第一固定储料桶6中，并形成第二层料层13。与第二层料层13对应的料耙3转动，使其向四周散开，并从四周的落料孔16跌落至第二旋转储料桶7，形成第三层料层14，第三层料层14同样在料耙3的作用下向中心聚拢，并通过排料口10排出。最终排出的直接还原铁的温度低于150℃。

与此同时，低温的惰性冷却气体从进气口8进入外壳底盒9中，透过第二旋转储料桶7的底板上的风孔17向上运动，同时对高温的直接还原铁进行冷却。惰性冷却气体依次经过第一固定储料桶6和第一旋转储料桶5后，从排气口2排出。换热后的惰性冷却气体经除尘后进余热锅炉进行余热回收，再由循环风机加压后进入冷却装置循环使用。

本实施例中采用惰性气体对直接还原铁进行冷却，避免了球团在冷却过程中与空气或水接触，解决了直接还原铁二次氧化和含水的问题；并且，惰性气体经除尘后可进余热锅炉进行余热回收，解决了直接还原铁热量不能回收的问题。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种透气物料的气冷装置，其特征在于，包括纵向方向同轴设置的外壳顶罩、外壳底盒和设置在所述外壳顶罩与外壳底盒之间的多层储料桶，以及旋转驱动单元；相邻所述储料桶在所述旋转驱动单元的带动下沿自身纵向轴心相对转动，且最上层的所述储料桶与所述外壳顶罩相对转动；所述外壳顶罩上设置有进料口和排气口；所述外壳底盒上开设有排料口和进气口；在每个所述储料桶的底板上均设置有落料孔和风孔，相邻的所述储料桶的底板上的落料孔在水平面上的投影错开分布，且在所述储料桶内均设置有便于落料的料耙。

2.根据权利要求1所述的透气物料的气冷装置，其特征在于，相邻所述储料桶之间，以及最上层的所述储料桶与所述外壳顶罩之间均设置有液体密封单元。

3.根据权利要求1所述的透气物料的气冷装置，其特征在于，所述进料口和排料口均连接有旋转密封阀。

4.根据权利要求1所述的透气物料的气冷装置，其特征在于，所述储料桶包括固定储料桶和旋转储料桶；其中，所述固定储料桶和旋转储料桶的侧壁外围均设置有伸出的支撑轨道；所述固定储料桶的所述支撑轨道通过固定支架固定在安装平台上，所述旋转储料桶的所述支撑轨道通过托轮安装在所述安装平台上，且所述旋转储料桶在所述旋转驱动单元的驱动下绕自身轴线转动。

5.根据权利要求4所述的透气物料的气冷装置，其特征在于，所述固定储料桶和旋转储料桶交叉分布。

6.根据权利要求1所述的透气物料的气冷装置，其特征在于，所有所述储料桶均在所述旋转驱动单元的驱动下绕自身轴线转动，且相邻所述储料桶的转动方向相反。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的透气物料的气冷装置，其特征在于，所述旋转驱动单元为旋转驱动电机，所述旋转驱动电机依次通过减速器、传动齿轮与所述储料桶连接。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的透气物料的气冷装置，其特征在于，相邻所述储料桶的底板上的所述落料孔分别位于所述底板的中心位置和外沿位置。

9.一种透气物料的气冷方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任意一项所述的透气物料气冷装置进行，包括以下步骤：

S1：将高温的透气物料通过进料口注入储料桶中，从而使得物料经过落料孔后通过排料口排出；同时，将冷却气体从进气口通入外壳底盒中，从而使得冷却气体经过风孔后通过排气口排出；

S2：启动旋转驱动单元，使得相邻所述储料桶之间，以及最顶层的所述储料桶与所述外壳顶罩之间沿着自身轴向方向做相对运动，进而使得料耙和物料之间存在相对运动，从而使将物料通过错落布置的落料孔排入下一层；

S3、将最终从排气口排出的气体经过除尘后进余热锅进行余热回收，再由循环风机加压后进入气体冷却装置，并将冷却后的气体通入所述透气物料气冷装置的进气口中，如此循环。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，相邻所述储料桶之间，以及最顶层的所述储料桶与所述外壳顶罩之间的相对转速为3-5转/分钟；通入的所述冷却气体为惰性气体。