CN106755688A - 一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法 - Google Patents

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孙辉
边妙莲
陈士朝
马冬阳
薛逊
吴道洪
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces

Abstract

本发明公开了一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法。其中方法包括1)制备冷固结球团并将其加入到气基竖炉预热段内；2)冷固结球团在预热段沿螺旋滑道下滑，同时与气体接触并对冷固结球团进行干燥预热，得到预热后的冷固结球团；3)预热后的冷固结球团在还原段下落，同时与一次还原气或二次还原气发生还原反应，生成海绵铁；4)使生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口排出。利用本发明的气基竖炉和方法引入螺旋滑道，从而促使还原气沿螺旋路径向上运动，延长了气体向上运动的路径，极大的改善了冷固结球团的预热效果。

Description

一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体而言，本发明涉及由冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法。
背景技术
气基竖炉制备海绵铁采用氧化球团或焙烧球团为原料，往往需要将冷固结球团经过干燥、焙烧和冷却后方能进入气基竖炉内。生球干燥过程在链篦机中进行，焙烧往往在回转窑内进行，冷却在环冷机上进行。气基竖炉制备海绵铁所采用的原料为室温或低温下的氧化球团，这涉及到冷固结球团的干燥、焙烧和冷却过程，流程长，设备复杂，造成了大量的能量耗散。
近年来，有专利报道采用冷固结球团直接输送至气基竖炉生产海绵铁，可极大的缩短工艺流程，降低能量耗散。然而，由于冷固结球团抗压强度低、易粉碎，且在已有气基竖炉内直接使用可操作性不强，因此采用冷固结球团在气基竖炉内制备海绵铁仍需更多的实践和探索。
气基竖炉内不同温度带和位置的冷固结球团所能承受的抗压强度是不同的。已有气基竖炉为立式炉，炉内球团承受自身上部及周围球团带来的压力和摩擦力，且竖炉越高，炉内球团所承受的来自垂直距离上的压力和摩擦力越大。
发明内容
针对上述气基竖炉制备海绵铁存在的问题，本发明提出一种采用冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法。
根据本发明的一方面，本发明提供一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉，其特征在于，气基竖炉包括：
炉体，其沿竖直方向延伸，炉体内部设有空腔，空腔自上而下分成预热段以及还原段；其中：
预热段包括：
螺旋滑道，其设置在腔体的预热段内并且其外边缘固定到炉体的侧壁上；
冷固结球团入口，其位于炉体上端；
炉顶气出口，其位于炉体的预热段；以及
二次还原气第一入口以及二次还原气出口；
还原段包括：
一次还原气入口；
二次还原气第二入口；以及
海绵铁出口；
其中，二次还原气出口与循环加压风机连接，之后与二次还原气第一入口或二次还原气第二入口连通。
根据本发明的一个实施例，其中，炉顶气出口位于炉体预热段的侧面的上部；二次还原气出口位于预热段的侧面的上部；二次还原气第一入口位于预热段的侧面的下部；一次还原气入口和二次还原气第二入口均位于还原段的侧面的下部；以及海绵铁出口位于还原段的底端。
根据本发明的一个实施例，螺旋滑道的宽度为气基竖炉还原段半径的1/3～5/6。
根据本发明的一个实施例，当二次还原气温度不低于300℃且低于500℃时，二次还原气经循环加压风机加压后经二次还原气第一入口进入预热段；当二次还原气温度不低于500℃且低于700℃时，二次还原气经循环加压风机加压后经二次还原气第二入口进入还原段。
本发明的另一方面提供了一种由冷固结球团制备海绵铁的方法，该方法包括下列步骤：
1)制备冷固结球团并将冷固结球团由冷固结球团入口加入到气基竖炉预热段内；
2)冷固结球团在预热段沿螺旋滑道下滑，同时与来自还原段的气体或来自还原段的气体与经二次还原气第一入口通入的气体的第一混合气体接触并对冷固结球团进行干燥预热，得到预热后的冷固结球团；
3)步骤2)中预热后的冷固结球团在还原段下落，同时与经一次还原气入口通入的一次还原气或一次还原气与经二次还原气第二入口通入的二次还原气的第二混合气体发生还原反应，生成海绵铁；
4)使步骤3)中生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口排出。
根据本发明的一个实施例，步骤3)还包括使生成的海绵铁继续下落并在一次还原气入口和二次还原气第二入口之间与二次还原气发生进一步的还原反应。
根据本发明的一个实施例，步骤1)中所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％。
根据本发明的一个实施例，步骤3)中一次还原气的温度为850℃～950℃。
根据本发明的一个实施例，步骤3)中一次还原气包含H2和CO并且H2和CO的总体积百分比不小于80％。
根据本发明的一个实施例，步骤3)中还原后海绵铁温度为400℃～600℃。
本发明采用的气基竖炉以将气基竖炉装置分为预热段和还原段两部分，还原段内部设置了螺旋滑道，减少了下部冷固结球团所承受的来自垂直距离上的压力和来自周围球团的摩擦力，降低了球团粉化率。螺旋滑道的引入促使还原气沿螺旋路径向上运动，延长了气体向上运动的路径，极大的改善了冷固结球团的预热效果。将冷固结球团干燥、预热、还原和深还原过程集中于气基竖炉预热段和还原段内完成，大大简化了工艺流程，节省了氧化球团或焙烧球团制备过程所需设备，节约了综合能耗，提高了海绵铁的金属化率和生产效率。对还原后的海绵铁进行深还原后，海绵铁的金属化率较传统工艺得到的海绵铁的金属化率高。
附图说明
图1是本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉的主视图；
图2A和2B是本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉的螺旋滑道的主视图和俯视图；以及
图3是采用本发明的气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法的流程示意图。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
下面参照图1、2A和2B描述本发明实施例的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉。该气基竖炉总体包括炉体，其沿竖直方向延伸，炉体内部设有空腔，空腔自上而下分成预热段100以及还原段200。预热段100包括螺旋滑道130、冷固结球团入口110、炉顶气出口120、二次还原气第一入口150以及二次还原气出口140，螺旋滑道130设置在腔体的预热段100内并且其外边缘固定到炉体的侧壁上，冷固结球团入口110位于炉体上端，炉顶气出口120位于炉体预热段100的侧面的上部，二次还原气出口140位于预热段100的侧面的上部，二次还原气第一入口150位于预热段100的侧面的下部。还原段200包括一次还原气入口210、二次还原气第二入口220以及海绵铁出口230，一次还原气入口210和二次还原气第二入口220均位于还原段200的侧面的下部，二次还原气第二入口220在高度上比一次还原气入口210更低，海绵铁出口230位于还原段200的底端。其中，二次还原气出口140与循环加压风机160连接，之后根据二次还原气的温度而连通二次还原气第一入口150或二次还原气第二入口220。
在本发明的一个具体实施例中，当二次还原气温度不低于300℃且低于500℃时，二次还原气经循环加压风机160加压后经二次还原气第一入口150进入预热段；当二次还原气温度不低于500℃且低于700℃时，二次还原气经循环加压风机160加压后经二次还原气第二入口220进入还原段。可以通过相应的阀门来实现该功能。其中，二次还原气是前一次还原反应之后，将预热段100内的部分气体经二次还原气出口140排出并经循环加压风机160加压后的气体，循环利用的部分气体占预热段100内总气体的体积比不小于30％，被排出的气体的温度约为300℃～700℃。
如图2A所示，螺旋滑道130与水平面的夹角为15°～50°，优选为25°～40°。如图2B所示，螺旋滑道130的宽度L可以是气基竖炉还原段半径R的1/3～5/6。为了提高海绵铁的生产效率，仅在预热段100内设置螺旋滑道130。螺旋滑道的引入促使还原气沿螺旋路径向上运动，延长了气体向上运动的路径，极大的改善了冷固结球团的预热效果。
图3示出了根据本发明的采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法的示意性流程图。结合图1、2A和2B并参照图3来说明本发明所公开的制备海绵铁的方法。
该方法开始于步骤S100。在步骤S100中，制备冷固结球团并将冷固结球团由冷固结球团入口110加入到气基竖炉预热段内。所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％，通过圆盘造球的方式来制备该冷固结球团。
在步骤S200中，冷固结球团在预热段100沿螺旋滑道130下滑，经还原段200自下而上的气体或经二次还原气第一入口150通入的气体与螺旋滑道上的冷固结球团接触并且对其进行干燥预热，之后得到干燥后的冷固结球团。
在步骤S300中，预热后的冷固结球团在还原段200下落，同时与经一次还原气入口210通入的一次还原气以及经二次还原气第二入口220通入的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁。一次还原气的温度约为850℃～950℃，一次还原气中包含H2和CO并且H2和CO的总体积百分比不小于80％。还原后海绵铁温度为400℃～600℃。
最后，在步骤S400中，使步骤S300中生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口230排出。
在本发明的一个具体实施例中，步骤S300还包括使生成的海绵铁继续下落并在一次还原气入口210和二次还原气第二入口220之间与二次还原气发生进一步的还原反应。经过进一步还原后，海绵铁温度为300℃～500℃。
实施例一
将水分质量含量10％的冷固结球团由冷固结球团入口110加入气基竖炉预热段100内。冷固结球团在预热段100沿螺旋滑道130下滑，经还原段200自下而上的气体以及经二次还原气第一入口150通入的400℃的气体与螺旋滑道130上的冷固结球团接触并且对其进行干燥预热，之后得到干燥后的冷固结球团。预热后的冷固结球团在还原段200下落，同时与经一次还原气入口210通入的850℃的一次还原气发生还原反应，生成海绵铁。一次还原气中包含H2和CO并且H2和CO的总体积百分比为83％，还原后海绵铁温度为400℃。生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口230排出。
采用本方法制备的海绵铁的金属化率约84.7％，采用传统工艺制备的海绵铁金属化率约82.4％。
实施例二
将水分质量含量9％的冷固结球团由冷固结球团入口110加入气基竖炉预热段100内。冷固结球团在预热段100沿螺旋滑道130下滑，经还原段200自下而上的气体与螺旋滑道130上的冷固结球团接触并且对其进行干燥预热，之后得到干燥后的冷固结球团。预热后的冷固结球团在还原段200下落，同时与经一次还原气入口210通入的900℃的一次还原气以及经二次还原气第二入口220通入的600℃的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁。一次还原气中包含H2和CO并且H2和CO的总体积百分比为85％，还原后海绵铁温度为500℃。生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口230排出。
采用本方法制备的海绵铁的金属化率约87.5％，采用传统工艺制备的海绵铁金属化率约84.1％。
实施例三
将水分质量含量8％的冷固结球团由冷固结球团入口110加入气基竖炉预热段100内。冷固结球团在预热段100沿螺旋滑道130下滑，经还原段200自下而上的气体与螺旋滑道130上的冷固结球团接触并且对其进行干燥预热，之后得到干燥后的冷固结球团。预热后的冷固结球团在还原段200下落，同时与经一次还原气入口210通入的950℃的一次还原气以及经二次还原气第二入口220通入的700℃的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁。其中，一次还原气中包含H2和CO并且H2和CO的总体积百分比为88％，还原后海绵铁温度为600℃。生成的海绵铁继续下落至一次还原气入口210和二次还原气第二入口220之间与二次还原气发生进一步的还原反应，得到深度还原的海绵铁。得到的海绵铁之后经气基竖炉底端的海绵铁出口230排出。
采用本方法制备的海绵铁的金属化率约91.2％，采用传统工艺制备的海绵铁金属化率约87.3％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉，其特征在于，所述气基竖炉包括：
炉体，其沿竖直方向延伸，炉体内部设有空腔，空腔自上而下分成预热段以及还原段；其中：
所述预热段包括：
螺旋滑道，其设置在所述腔体的预热段内并且其外边缘固定到炉体的侧壁上；
冷固结球团入口，其位于炉体上端；
炉顶气出口，其位于炉体的预热段；以及
二次还原气第一入口以及二次还原气出口；
所述还原段包括：
一次还原气入口；
二次还原气第二入口；以及
海绵铁出口；
其中，二次还原气出口与循环加压风机连接，之后与二次还原气第一入口或二次还原气第二入口连通。
2.根据权利要求1所述的制备海绵铁的气基竖炉，其特征在于，其中：
所述炉顶气出口位于炉体预热段的侧面的上部；
所述二次还原气出口位于所述预热段的侧面的上部；
所述二次还原气第一入口位于所述预热段的侧面的下部；
所述一次还原气入口和所述二次还原气第二入口均位于所述还原段的侧面的下部；以及
所述海绵铁出口位于所述还原段的底端。
3.根据权利要求1所述的制备海绵铁的气基竖炉，其特征在于，所述螺旋滑道的宽度为气基竖炉还原段半径的1/3～5/6。
4.根据权利要求1所述的制备海绵铁的气基竖炉，其特征在于，当二次还原气温度不低于300℃且低于500℃时，二次还原气经循环加压风机加压后经二次还原气第一入口进入预热段；当二次还原气温度不低于500℃且低于700℃时，二次还原气经循环加压风机加压后经二次还原气第二入口进入还原段。
5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
1)制备冷固结球团并将所述冷固结球团由冷固结球团入口加入到气基竖炉预热段内；
2)冷固结球团在预热段沿螺旋滑道下滑，同时与来自还原段的气体或来自还原段的气体与经二次还原气第一入口通入的气体的第一混合气体接触并对冷固结球团进行干燥预热，得到预热后的冷固结球团；
3)步骤2)中预热后的冷固结球团在还原段下落，同时与经一次还原气入口通入的一次还原气或一次还原气与经二次还原气第二入口通入的二次还原气的第二混合气体发生还原反应，生成海绵铁；
4)使步骤3)中生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口排出。
6.根据权利要求5所述的制备海绵铁的方法，其特征在于，步骤3)还包括使生成的海绵铁继续下落并在所述一次还原气入口和所述二次还原气第二入口之间与二次还原气发生进一步的还原反应。
7.根据权利要求5所述的制备海绵铁的气基竖炉，其特征在于，步骤1)中所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％。
8.根据权利要求5所述的制备海绵铁的方法，其特征在于，步骤3)中一次还原气的温度为850℃～950℃。
9.根据权利要求5所述的制备海绵铁的方法，其特征在于，步骤3)中一次还原气包含H2和CO并且H2和CO的总体积百分比不小于80％。
10.根据权利要求5所述的制备海绵铁的方法，其特征在于，步骤3)中还原后海绵铁温度为400℃～600℃。
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