CN108504814B - 一种气基竖炉直接还原铁冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气基竖炉直接还原铁技术领域，尤其涉及一种气基竖炉直接还原铁冷却技术。本发明包括CO₂储罐、干冰机、仓式泵、高压N₂储罐、冷却锁斗和DRI储仓，干冰机以CO₂储罐输出的CO₂为原料制造颗粒干冰，由高压N₂输送至仓式泵中，气基竖炉下部设置若干冷却锁斗，当一个冷却锁斗装满热态DRI后，切换下一个冷却锁斗进行装料。锁斗装满热态DRI后随即开始冷却，同时向仓式泵中充入高压N₂，达到预定压力后，打开冷却锁斗下部的干冰喷管，利用高压N₂将干冰喷入冷却锁斗内，最后将冷却完成后的DRI排入到DRI储仓，本发明提供的气基竖炉直接还原铁冷却的工艺及装置，整个系统节能减排效果好，结构简单，安全高效，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种气基竖炉直接还原铁冷却系统

技术领域

本发明涉及气基竖炉直接还原铁技术领域，尤其涉及一种气基竖炉直接还原铁冷却技术。

背景技术

气基竖炉直接还原工艺，是指利用气体还原剂将铁矿石或氧化球团还原成直接还原铁(DRI-DirectReductionIron，以下简称DRI，海绵铁)的工艺，具有技术成熟程度高、单机产能大、工序能耗低、单位产能投资低的优点。直接还原铁其化学成分稳定，杂质含量少，不仅可解决优质废钢短缺问题，还可生产优质的炼钢用优质纯净铁原料，为提高产品质量、等级和附加值创造条件。

传统的气基竖炉生产中，高温的还原气从竖炉中部通入炉内，铁矿石由竖炉顶部加入，依次经过预热、还原及冷却三个阶段，在炉料下降过程中，气、固两相流动方向相反以充分进行热量交换，并且还原所得的海绵铁，需要冷却到50℃后排出炉外，以防再氧化。具体即炉料先经过预热段被预热，之后进入还原阶段，与还原气中H₂和CO反应，生成热态产品DRI。热态DRI继续向下进入气基竖炉下部的冷却段，被来自底部的冷却气冷却，以达到出炉时DRI温度要求。

气基竖炉下部冷却气来源主要有：天然气、冷煤气等。使用天然气冷却的原理为：天然气进入竖炉内，在热态DRI的催化下，反生裂解反应：CH₄+3Fe＝Fe₃C+2H₂，吸收大量的热，产生的H₂也会带走部分热量，进而达到冷却DRI的目的，同时，完成DRI的渗碳。使用冷煤气冷却时，则完全依靠冷煤气与DRI进行热交换，DRI的热量完全被冷煤气带走，达到冷却的目的。但是所需的冷煤气量较大。

目前，随着我国钢铁产能压缩、钢铁企业节能减排压力的加大和钢铁产业结构调整，中国钢铁企业只有走电炉炼钢短流程的工艺路线。因此，气基竖炉直接还原是我国炼铁工艺的重要发展方向。针对我国天然气比较贫乏、企业使用天然气价格昂贵的现状，能否采用一种廉价可靠的方式冷却DRI，是广大冶金工作者需要解决的难题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种高效、低排放的气基竖炉直接还原铁冷却系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种冷却气基竖炉直接还原铁系统，包括冷却气制造装置、冷却气输送装置、冷却锁斗和DRI储仓；所述冷却气输送装置的一端与所述冷却气制造装置相连，另一端与所述冷却锁斗连接，所述冷却锁斗的排料口与所述DRI储仓连接。

具体地，所述冷却气制造装置包括干冰制造装置，所述干冰制造装置所用原料来源于气基竖炉净化车间脱碳工序脱除的CO₂。

根据本发明，所述干冰制造装置包括CO₂储罐和干冰机，所述CO₂储罐的入口与气基竖炉净化车间脱碳工序的CO₂排放口相连，所述CO₂储罐的出口与所述干冰机入口相连，所述干冰机的出口与所述冷却气输送装置的入口相连。

根据本发明，所述冷却气输送装置包括仓式泵和高压N₂储罐，所述仓式泵的入口与所述干冰机出口连接，所述仓式泵的出口通过干冰喷管与所述冷却锁斗的入口相连。

根据本发明，所述仓式泵包括第一仓式泵和第二仓式泵，所述第一仓式泵和第二仓式泵并连连接于所述干冰机的出口和所述冷却锁斗的入口之间，并且在两个仓式泵进口处设置有切换阀，所述切换阀用于使第一仓式泵或第二仓式泵的进口打开。

根据本发明，所述高压N₂储罐对应于每个仓式泵设置两个输出端，其中一个输出端连接于所述仓式泵与所述干冰机之间，另一个输出端与所述仓式泵相连，所述高压N₂储罐两个输出端处均设置有阀门用以控制两个输出端的通闭。

根据本发明，所述冷却锁斗数量为至少两个，每个所述冷却锁斗与气基竖炉的下部连通以承接从气基竖炉还原产生的热态DRI，以保证热态DRI的连续排出。

根据本发明，每个所述冷却锁斗的上方安装有均压阀门，所述均压阀门用于排出锁斗内的均压气体以及冷却过程中排出的冷却气，所述冷却锁斗下方安装有排料阀以控制冷却锁斗的排料口的通闭。

根据本发明，所述干冰喷管安装在所述冷却锁斗的下部，并且在所述干冰喷管上设置有干冰配送阀控制所述干冰喷管的通闭。

根据本发明，所述第一仓式泵和第二仓式泵内还设置有称重计量系统，用于计量仓式泵中干冰的重量。

根据本发明，所述干冰机制造的干冰为颗粒状。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的气基竖炉直接还原铁冷却系统，利用气基竖炉净化工序中脱碳工序脱除的CO₂制取干冰，所制取的干冰再用于热态直接还原铁的冷却，整个系统节能减排效果明显，结构简单，安全高效，具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的气基竖炉直接还原铁的冷却工艺流程示意图。

【附图标记说明】

1：CO₂储罐；

2：干冰机；

3：切换阀；

4：第一仓式泵；

4’：第二仓式泵；

5：高压N₂储罐；

6：冷却锁斗；

7：DRI储仓。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供一种气基竖炉直接还原铁冷却系统，应用在气基竖炉冶炼直接还原铁的设备中，用于对气基竖炉中产生的热态DRI进行冷却。

本发明的气基竖炉直接还原铁冷却系统包括冷却气制造装置、冷却气输送装置、冷却锁斗6和DRI储仓7，所述冷却气制造装置通过所述冷却气输送装置与所述冷却锁斗6连接，所述冷却锁斗6的排料口与所述DRI储仓7连接，所述冷却气制造装置包括干冰制造装置，所述干冰制造装置所用原料来源于气基竖炉净化工序脱除的CO₂。

所述干冰制造装置包括CO₂储罐1和干冰机2，所述CO₂储罐1的出口与所述干冰机2的入口连接。干冰机2可以采用现有的设计，例如所述干冰机2设置一个专用的容器，其入口与所述干冰机2的出口相连，用于存放所述干冰机2制备出的干冰，所述容器设置有另一个开口，向这一容器开口充入高压N₂，就可达到输送干冰到仓式泵的目的。所述干冰机2专用容器的出口与所述冷却气输送装置的入口连接。所述CO₂储罐1中的CO₂来源于气基竖炉净化车间中脱碳工序中脱除的CO₂，所述CO₂储罐1的入口与净化车间脱碳工序的出口通过管道相连，减少整个系统对外的CO₂排放量，节能减排。

所述冷却气输送装置包括仓式泵和高压N₂储罐5，所述仓式泵用于储存所述干冰机2制备好的干冰，所述高压N₂储罐5的高压氮气用作传输干冰的载气，高压N₂储罐5的高压N₂一方面充入所述干冰机2专用容器将干冰输送至仓式泵中，并同时提高仓式泵内的压力；另一方面用于将仓式泵中的干冰输送至所述冷却锁斗6。优选地，所述仓式泵的数量为两个，其中一个为常用，另一个为备用，所述常用的为第一仓式泵4，所述备用的为第二仓式泵4’，在第一次冷却未达标的情况下，通过切换阀(3)启动备用的第二仓式泵，补充干冰进行第二次冷却。两个仓式泵(4,4’)并联连接于所述干冰机2专用容器的出口与所述冷却锁斗6的入口之间。

优选地，所述两个仓式泵(4,4’)的出口均通过干冰喷管与所述冷却锁斗6下部设置的干冰入口相连，在所述干冰喷管上设置有干冰配送阀控制所述干冰喷管的通闭。优选地，所述两个仓式泵(4,4’)内还设置有称重计量系统，用于计量干冰的重量。

在系统中设置多个冷却锁斗6的实施例中，第一仓式泵4和第二仓式泵4’可以成对地分别对应于所述多个冷却锁斗6设置，也就是每个冷却锁斗6对应设置一对独立的仓式泵；或者，所有的冷却锁斗6可以共享同一对第一仓式泵4和第二仓式泵4’，只需要借助于适当的切换装置，将所述第一仓式泵4和第二仓式泵4’切换为与正在工作的冷却锁斗6连接即可。

所述高压N₂储罐5包括多个输出端，其中两个输出端分别连接于所述两个仓式泵(4,4’)的入口与所述干冰机2专用容器之间，工作时，通过向所述专用容器输入高压N₂将干冰输送入相应仓式泵中；所述高压N₂储罐5的另两个输出端分别与所述两个仓式泵(4,4’)的出口相连，工作时，将高压N₂充入相应的仓式泵中，使仓式泵中压力达到0.5MPa，即可将相应仓式泵中的干冰输送到所述冷却锁斗6中。所述高压N₂储罐5的多个输出端处均设置有阀门用以控制输出端的通闭。

所述冷却锁斗6的入口与气基竖炉下部的出料口相连。可选地，本发明所述冷却锁斗6数量有多个，多个所述冷却锁斗6之间可以相互切换承接从气基竖炉还原产生的热态DRI。当其中一个锁斗装满热态DRI后，关闭冷却锁斗6的进料阀，切换下一个空置的冷却锁斗6进行装料，以保证热态DRI连续出料，从而保证气基竖炉内炉料处于连续下降的状态。

所述冷却锁斗6的上方安装有均压阀门，所述均压阀门用于排出锁斗内的均压气体(指气基竖炉正常工作时的均压煤气)以及冷却过程中排出的冷却气。在本发明中，冷却气包括N₂和干冰受热后变成的气体CO₂。所述冷却锁斗6下方安装有排料阀以控制冷却锁斗6的排料口的通闭。

如图1所示，由于气基竖炉的炉顶煤气中CO和H₂含量仍然很高，具有一定的还原能力，因此可以将气基竖炉的炉顶煤气除尘并回收余热后与粗煤气一起混合输送入净化车间，提高炉顶煤气的利用率。相应地，本发明的气基竖炉上方包括顶部煤气回收管线，将气基竖炉炉顶煤气输送到净化车间中和粗煤气一起净化利用。

工作原理

如图1所示，粗煤气和炉顶煤气经净化车间净化后，得到净煤气。净煤气加热后，输送至气基竖炉作为还原气进行工业生产。净化车间中包括脱碳工艺，会产生大量脱除的CO₂气体，本发明将这部分CO₂气体经由管道输送至CO₂储罐1进行储存备用。

在制取干冰前，根据需要冷却的DRI质量，计算出冷却一批热态DRI所需干冰的重量。CO₂储罐1储存的CO₂输送到干冰机2后，干冰机2以此CO₂为原料制取颗粒干冰并将制备好的干冰排入容器。工作时，先打开所述专用容器与仓式泵相连的控制阀门，再打开与干冰机2容器相连的高压N₂储罐5输出端的控制阀门，所述高压N₂储罐5输出高压N₂进入所述专用容器里面，所述干冰机2专用容器里的颗粒干冰在高压N₂为载体的帮助下输送至相应的仓式泵(第一次冷却即为常用的第一仓式泵4，第二次冷却即为备用的第二仓式泵4’)中，根据仓式泵反馈的数据，当干冰重量达到要求时，关闭所述专用容器与仓式泵相连的控制阀门以及与干冰机2容器相连的高压N₂储罐5输出端的控制阀门。

在干冰已经输送到仓式泵之后，进行冷却工作时按照以下操作步骤进行作业：

步骤1，打开冷却锁斗6上部的均压阀，排出锁斗内的均压气体。

步骤2，打开与相应的仓式泵的出口相连的高压N₂储罐5输出端的控制阀门，向第一仓式泵4中充入高压N₂，直至相应的仓式泵内的压力达到0.5MPa左右，此时仓式泵内的压力高于锁斗压力。

步骤3，打开干冰配送阀，在相应的仓式泵内高压N₂的压力作用下将干冰快速喷入装满热态DRI的冷却锁斗6内。

步骤4，随即关闭干冰配送阀，让干冰与冷却锁斗6中的热态DRI充分进行热交换直至热平衡，直至热态DRI冷却至30-50℃。

优选地，在打开干冰配送阀喷送干冰的过程中，与相应的仓式泵的出口相连的高压N₂储罐5输出端的控制阀门是常开的，在干冰全部输送至锁斗后，再关闭与相应的仓式泵的出口相连的高压N₂储罐5输出端的控制阀门。

优选地，在达到热平衡的期间内，冷却锁斗6上方的均压阀处于半开状态，冷却过程完成后，关闭冷却锁斗6上部的均压阀，打开冷却锁斗6下部的排料阀，将常温的DRI从冷却锁斗6的出料口排入至DRI储仓7，输送至下游炼钢设备或外销。

若冷却锁斗6内DRI温度仍未降至50℃以下，判断为冷却未达标，则启动备用的第二仓式泵4’，向冷却锁斗6内补充干冰进行第二次冷却，使热态DRI冷却至50℃以下。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

包括冷却气制造装置、冷却气输送装置、冷却锁斗(6)和DRI储仓(7)；所述冷却气输送装置的一端与所述冷却气制造装置相连，另一端与所述冷却锁斗(6)连接，所述冷却锁斗(6)的排料口与所述DRI储仓(7)连接；

所述冷却气制造装置包括干冰制造装置，所述干冰制造装置包括CO₂储罐(1)和干冰机(2)，所述干冰制造装置所用原料来源于气基竖炉净化车间脱碳工序脱除的CO₂；

所述冷却气输送装置包括仓式泵(4，4’)和高压N₂储罐(5)，所述仓式泵(4，4’)的入口与所述干冰机(2)出口连接，所述仓式泵(4，4’)的出口通过干冰喷管与所述冷却锁斗(6)的入口相连；

每个所述冷却锁斗(6)的上方安装有均压阀门，所述均压阀门用于排出锁斗内的均压气体以及冷却过程中排出的冷却气，所述冷却锁斗(6)下方安装有排料阀以控制冷却锁斗(6)的排料口的通闭。

2.根据权利要求1所述的气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

所述CO₂储罐(1)的入口与气基竖炉净化车间脱碳工序的CO₂排放口相连，所述CO₂储罐(1)的出口与所述干冰机(2)入口相连，所述干冰机(2)的出口与所述冷却气输送装置的入口相连。

3.根据权利要求1所述的气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

所述仓式泵(4，4’)包括第一仓式泵(4)和第二仓式泵(4’)，所述第一仓式泵(4)和第二仓式泵(4’)并连连接于所述干冰机(2)的出口和所述冷却锁斗(6)的入口之间，并且在两个仓式泵(4,4’)进口处设置有切换阀(3)，所述切换阀(3)用于使第一仓式泵(4)或第二仓式泵(4’)的进口打开。

4.根据权利要求3所述的气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

所述高压N₂储罐(5)对应于每个仓式泵设置两个输出端，其中一个输出端连接于所述仓式泵(4或4’)与所述干冰机(2)之间，另一个输出端与所述仓式泵(4或4’)相连；

所述高压N₂储罐(5)两个输出端处均设置有阀门用以控制两个输出端的通闭。

5.根据权利要求1所述的气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

所述冷却锁斗(6)数量为至少两个，每个所述冷却锁斗(6)与气基竖炉的下部连通以承接从气基竖炉还原产生的热态DRI，以保证热态DRI的连续排出。

6.根据权利要求5所述的气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

所述干冰喷管安装在所述冷却锁斗(6)的下部，并且在所述干冰喷管上设置有干冰配送阀控制所述干冰喷管的通闭。

7.根据权利要求3所述的气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

所述第一仓式泵(4)和第二仓式泵(4’)内还设置有称重计量系统，用于计量仓式泵中干冰的重量。

8.根据权利要求2所述的气基竖炉直接还原铁冷却系统，其特征在于：

所述干冰机(2)制造的干冰为颗粒状。