CN107893138A - 一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，还原室自上至下分为预热段、还原段及冷却段，预热段设有汇合气道连通炉顶的上升管，还原室顶部设密封进料口，还原室底部设密封出料口；所述还原室的腔体沿长向被n个还原室隔墙均匀分成n+1孔，每孔还原室两端和/或内部设置2～4个集气通道，集气通道通过沿高向设置的多个气体导出孔连通对应还原室；各集气通道的顶部分别与汇合气道连通，底部分别与还原室连通。本发明所述还原室具有透气性好、对原料煤粒度要求无限制、传热条件好、结构强度高、单孔产能大等优点，并可有效避免海绵铁生产过程中炉料下降不均匀以及卡料的现象。

Description

一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室
技术领域
本发明涉及直接还原法炼铁技术领域，尤其涉及一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室。
背景技术
海绵铁化学成分稳定，杂质含量少，是废钢的优质替代铁源和特种钢、优质钢的冶炼原料。生产海绵铁的直接还原炼铁工艺分为气基直接还原和煤基直接还原，而我国是一个多煤少气的国家，天然气资源有限、价格较高，煤基直接还原铁工艺更符合中国的具体国情。其中，可以连续生产的外热式煤基竖炉工艺具有原燃料适应性强、还原气氛好、产品金属化率高等优点，已经成为生产直接还原铁的主要设备装置。
在现有技术中，连续外热式煤基竖炉的还原室可以分成两类，一种具有类似管状的结构特征，一种具有长方体的结构特征。公开文献中，如KINGLOR METOR流程(简称KM流程)、公开号为CN101832706A的专利“外燃管式直接还原竖炉”，以及公开号为CN201166513的专利“煤基直接还原铁外热式竖炉”，均具有还原反应室类似管状并竖直设于炉内的相同特征，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，致使单座炉子的产能难以扩大。公开号为CN104611498A的专利“一种生产直接还原铁的外热式煤基竖炉”，以及公开号为CN103088185A的专利“一种煤基直接还原铁竖炉”中，所涉及的外热式竖炉还原室是简单的长方体结构，还原室单孔产能得到提高；然而由于煤基还原铁物料密度比较大，物料对还原室的侧压力较大，另外，上述长方体还原室的结构过于简单，还原室强度较差，限制了单孔产能的进一步提升。
此外，在煤基直接还原铁过程中，原料煤随着反应的进行，粒径逐渐减小，而还原室中会产生大量的还原气(主要成分是CO和CO2)，为使还原室中物料有一定的透气性，在生产中都只能用粒径较大的的块煤以及球团矿或者天然块矿作为原料，直径小于6mm的粉煤由于料层透气性差而无法使用。
发明内容
本发明提供了一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，具有透气性好、对原料煤粒度要求无限制、传热条件好、结构强度高、单孔产能大等优点，并可有效避免海绵铁生产过程中炉料下降不均匀以及卡料的现象。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，包括还原室，所述还原室自上至下分为预热段、还原段及冷却段，预热段设有汇合气道连通炉顶的上升管，还原室顶部设密封进料口，还原室底部设密封出料口；所述还原室的腔体沿长向被n个还原室隔墙均匀分成n+1孔，每孔还原室两端和/或内部设置2～4个集气通道，集气通道通过沿高向设置的多个气体导出孔连通对应还原室；各集气通道的顶部分别与汇合气道连通，底部分别与还原室连通。
各孔还原室或对应还原段宽度方向为下口宽上口窄的锥形，且对应墙面斜度为1：150～200。
所述集气通道设于预热段与还原段，集气通道底部与冷却段顶部连通。
所述集气通道设于预热段、还原段及冷却段上部，集气通道底部与冷却段下部连通。
所述气体导出孔沿高向设置的数量及内径根据物料的粒径及气体产生量确定。
所述汇合气道、集气通道及气体导出孔均由耐火砖砌筑而成。
所述底部密封出料口的横截面积不小于冷却段的横截面积。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)还原室隔墙以及各集气通道增加了炉体强度，避免还原室侧墙因球团矿以及海绵铁等高密度物料产生的较大侧压力而产生的损坏；
2)集气通道可以有效的改善还原室内料层的透气性，使煤基直接还原铁工艺不再限制原料粒度，既可以使用块状原料，也可以使用粉状原料，从而大大增加了原料煤的使用范围，有利于降低生产成本，提高资源利用率；
3)可显著提高外热式煤基直接还原铁竖炉单孔产能；
4)可避免海绵铁生产过程中发生的炉料下降不均匀以及卡料的现象。
附图说明
图1是本发明所述一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室的主视图。
图2是图1中的A-A视图。
图3是图2中的B-B视图。
图中：1.燃烧室2.还原室3.汇合气道4.集气通道5.气体导出孔6.集气通道底部出口7.密封进料口8.上升管9.还原室隔墙10.预热段11.还原段12.冷却段13.密封出料口14.集气通道顶部出口16.深入煤斗21.还原室一22.还原室二
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1-3所示，本发明所述一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，包括还原室2，所述还原室2自上至下分为预热段10、还原段11及冷却段12，预热段10设有汇合气道3连通炉顶的上升管8，还原室2顶部设密封进料口7，还原室2底部设密封出料口13；所述还原室2的腔体沿长向被n个还原室隔墙9均匀分成n+1孔，每孔还原室两端和/或内部设置2～4个集气通道3，集气通道3通过沿高向设置的多个气体导出孔5连通对应还原室2；各集气通道4的顶部分别与汇合气道3连通，底部分别与还原室2连通。
各孔还原室或对应还原段11宽度方向为下口宽上口窄的锥形，且对应墙面斜度为1：150～200。
所述集气通道4设于预热段10与还原段11，集气通道4底部与冷却段12顶部连通。
所述集气通道4设于预热段10、还原段11及冷却段12上部，集气通道4底部与冷却段12下部连通。
所述气体导出孔5沿高向设置的数量及内径根据物料的粒径及气体产生量确定。
所述汇合气道3、集气通道4及气体导出孔5均由耐火砖砌筑而成。
所述底部密封出料口13的横截面积不小于冷却段12的横截面积。
本发明所述一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室的工作原理如下:煤基直接还原铁竖炉在正常生产时，煤或者半焦与球团矿的混合物料从还原室2顶部煤箱装入，经伸入煤斗16进入还原室2内；还原室2两侧为燃烧室1，可燃气体在燃烧室立火道内燃烧，产生的热量通过炉墙传递给还原室2内的混合物料，随着混合物料的下降，物料先在预热段10预热，进而进入还原段11，此时物料在高温作用下发生还原反应，煤或者半焦被逐渐消耗，球团矿被逐渐还原成海绵铁，同时生成大量还原尾气，主要成分为CO和CO2。还原尾气在还原室2内沿横向流动，经气体导出孔5进入集气通道4，在集气通道4内向上流动，进入还原室2顶部的汇合气道3，在汇合气道3内汇合后进入上升管8，经上升管8导出到炉外的集气管，然后进入还原尾气净化系统。混合物料在还原段全部反应生成海绵铁和残碳后进入冷却段12，在冷却段12可以采用内部循环气体冷却，也可以采用外部循环冷却水冷却，海绵铁和残碳在冷却段12被冷却后排出竖炉。
本发明所述一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，还原室隔墙9及集气通道4能够增强炉体结构，避免炉体因高密度物料对还原室侧墙产生的较大侧压力而破坏。还原室隔墙9将还原室2均分成若干孔，其孔数可以根据产量而调整，大大增加了一门还原室的产能。此外，还原尾气从设置在还原室2两端和/或内部的集气通道4直接导出，不必穿过厚厚的料层从料层顶部排出，减小了还原尾气的析出阻力，防止因料层透气性差而导致的炉内压力过高。由于还原尾气直接从集气通道4中导出，也减小了还原尾气中粉尘的夹带量，有利于后续的气体净化。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
如图1-图3所示，是本实施例所述一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室的结构示意图，图中包括燃烧室1和还原室2，每门还原室2被还原室隔墙9等分成两孔还原室(还原室一21及还原室二22)，每孔还原室两端及中间均设有集气通道4，还原室2和集气通道4之间通过气体导出孔5连通。
气体导出孔5沿还原室2高向间隔0.1m～2m设置一个，其开孔位置以及疏密程度与对应位置的料层阻力有关，即料层阻力越大，气体导出孔5设置得越密集，料层阻力越小，气体导出孔5设置得越稀疏。对于煤基还原铁工艺来说，当采用粒径较大的块煤时，由于随着反应的进行，块煤粒径逐渐减小，料层阻力逐渐增大，因此集气通道4下部的气体导出孔5需要设置得密集一些，而上部可以稀疏一些，甚至不设气体导出孔5；当采用粒径较小的煤粒甚至煤粉时，整个集气通道4的气体导出孔5都需要布置的密集一些。气体导出孔5开孔方向和结构形式既要保证煤气导出孔5不被下行的物料阻塞，又有利于还原尾气的导出，还要防止还原室2内的物料通过煤气导出孔5进入集气腔4。煤气导出孔5的高度为20～200mm。
还原段11或者整个还原室2的上口窄下口宽，避免物料在下降过程中发生卡料现象。此外，还原室冷却段12底部密封出料口13横截面积不小于冷却段12横截面积，防止排料时因为底部收口而引起的还原室2内的下料不均匀，继而引发的局部结料甚至高温事故。
集气通道底部出口6与还原室2相通，可将进入集气通道4内的物料再排出到还原室2中，而不会堵塞在集气通道4中。集气通道4和气体导出孔5既可用耐火砖砌筑而成，也可用其他耐热材料构成。
在还原室2顶部即预热段10，沿长向设有汇合气道3，汇合气道3由预热段10两侧凹槽组成；位于密封进料口7下方的深入煤箱16设于汇合气道3中部，此处汇合气道由深入煤箱侧壁和预热段10凹槽组成。汇合气道3与集气通道顶部出口14连通，以便于将还原气从还原室一端经上升管8顺利导出。汇合气道3底部向下自然形成开口，既有利于进一步收集还原室2预热段10的还原气，又可防止还原气中的焦油等物质冷凝阻塞汇合气道3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，包括还原室，所述还原室自上至下分为预热段、还原段及冷却段，预热段设有汇合气道连通炉顶的上升管，还原室顶部设密封进料口，还原室底部设密封出料口；其特征在于，所述还原室的腔体沿长向被n个还原室隔墙均匀分成n+1孔，每孔还原室两端和/或内部设置2～4个集气通道，集气通道通过沿高向设置的多个气体导出孔连通对应还原室；各集气通道的顶部分别与汇合气道连通，底部分别与还原室连通。
2.根据权利要求1所述的一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，其特征在于，各孔还原室或对应还原段宽度方向为下口宽上口窄的锥形，且对应墙面斜度为1：150～200。
3.根据权利要求1所述的一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，其特征在于，所述集气通道设于预热段与还原段，集气通道底部与冷却段顶部连通。
4.根据权利要求1所述的一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，其特征在于，所述集气通道设于预热段、还原段及冷却段上部，集气通道底部与冷却段下部连通。
5.根据权利要求1所述的一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，其特征在于，所述气体导出孔沿高向设置的数量及内径根据物料的粒径及气体产生量确定。
6.根据权利要求1所述的一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，其特征在于，所述汇合气道、集气通道及气体导出孔均由耐火砖砌筑而成。
7.根据权利要求1所述的一种外热式煤基直接还原铁竖炉的还原室，其特征在于，所述底部密封出料口的横截面积不小于冷却段的横截面积。
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