CN109182633A - 一种高强度闪速炼铁炉的下降管装置及其控制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度闪速炼铁炉的下降管装置及其控制工艺，该装置包括自上而下依次连通的上部矩形下料管、中部楔形下料管、下部矩形下料管；下部矩形下料管的侧壁上具有多个上排冷煤气入口和多个下排冷煤气入口，冷煤气入口和煤气环管连接，煤气环管上连接有多个冷煤气喷嘴，冷煤气喷嘴通过冷煤气入口伸入下部矩形下料管内，且冷煤气喷嘴与冷煤气入口密封配合；还包括用于监测下降管内混合气体温度、压力和成分的数据监测装置。该控制工艺通过对下降管工艺参数的调节，实现炉顶煤气温度、压力、流速以及炉料温度的精确控制。下降管装置具有设备简单，连接紧凑，设备冷却强度大，冷却装置具有在线监测、自动控制的特点，便于大规模推广应用。

Description

一种高强度闪速炼铁炉的下降管装置及其控制工艺

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种高强度闪速炼铁炉的下降管控制工艺。

背景技术

传统的高炉炼铁流程长，高炉炼铁必须使用烧结矿、球团矿以及焦炭，高炉炼铁流程（高炉、焦化、烧结/球团）的能耗和CO₂排放占整个钢铁流程总量的70%以上，污染物排放量占总量90%以上。焦炭短缺和焦炭价格上涨严重增加了高炉炼铁的成本，烧结、球团以及焦化工序的高能耗和高污染物排放问题是高炉炼铁流程无法回避的关键技术难题。因此，钢铁工业为摆脱焦煤资源短缺对发展的羁绊、适应日益提高的环境保护要求、降低钢铁生产能耗、改善钢铁产品结构和提高质量和品质、实现低品位铁矿、复合矿以及冶金固体废弃物的综合利用，需要开发新的炼铁技术来解决上述问题。现有的非高炉炼铁技术及装置仍然无法完全取代高炉炼铁技术，主要存在预还原控制难度大、设备作业率低、煤气化学能和物理热利用不充分、煤耗和氧耗过高等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明专利的目的是提供一种高强度闪速炼铁炉的下降管装置及其控制工艺。

为实现上述目的，本发明专利采用如下技术方案：一种高强度闪速炼铁炉的下降管装置，其特征在于：包括自上而下依次密封连通的上部矩形下料管、中部楔形下料管和下部矩形下料管；

所述上部矩形下料管的横截面和纵截面均为矩形，中部楔形下料管的横截面为矩形，中部楔形下料管的纵截面均为梯形，下部矩形下料管的横截面和纵截面均为矩形；

所述上部矩形下料管的宽度与中部楔形下料管的底部宽度一致，下部矩形下料管宽度与中部楔形下料管的底部宽度一致；

所述下部矩形下料管的侧壁上具有多个冷煤气入口，下部矩形下料管外壁的周向设有煤气环管，所述煤气环管上连接有多个冷煤气喷嘴，所述冷煤气喷嘴通过冷煤气入口伸入下部矩形下料管内，且冷煤气喷嘴与冷煤气入口密封配合；

还包括数据监测装置，该数据监测装置包括测温热电偶、煤气气体检测枪和压力传感器；

所述测温热电偶用于监测下降管装置内的气体温度；

所述煤气气体检测枪和压力传感器分别设置在上部矩形下料管的侧壁上，且煤气气体检测枪的信号检测端和压力传感器的信号检测端分别伸入上部矩形下料管内。

作为改进，所述上部矩形下料管和/或中部楔形下料管和/或下部矩形下料管的炉壁耐材为高铝砖。

作为改进，所述温度监测热电偶为三个，且分别设置在上部矩形下料管、中部楔形下料管和下部矩形下料管的侧壁上，每个温度监测热电偶的信号检测端均伸入对应的下料管内部；

其中，中部楔形下料管上的温度监测热电偶设置位置靠近中部楔形下料管的底部，下部矩形下料管上的温度监测热电偶设置位置靠近下部矩形下料管的底部。

作为改进，所述煤气气体检测枪和压力传感器分别位于上部矩形下料管的上部和中部。

一种高强度闪速炼铁炉的下降管控制工艺，采用上述的高强度闪速炼铁炉的下降管装置，通过对下降管工艺参数的调节，实现炉顶煤气温度、压力、流速以及炉料温度的精确控制。

作为改进，所述上部矩形下料管的长度为1.5～3 m，宽度为0.5～1 m，高度为0.5～1 m；

所述上部矩形下料管的温度控制在900～1100℃，煤气成分控制在CO体积百分数为40～60%，CO₂的体积百分数为20-30%，H₂的体积百分数为7～15%,N₂体积分数为2～4%，H₂O体积分数为4～10%；

所述中部楔形下料管的下部长度为2～3 m，下部宽度为1～3 m，上部长度为1.5～3 m，上部宽度为0.5～1 m，楔形高度为0.5～1 m，所述中部楔形下料管的煤气温度控制在950～1150℃；

所述下部矩形下料管的长度为2～6 m，宽度为1～3 m，上部长度为1.5～3 m，上部宽度为0.5～1 m，楔形高度为0.5～1 m，所述下部矩形下料管底部的煤气温度为1200～1400℃，煤气成分一般为CO体积百分数为30～40%，CO₂的体积百分数为40～50%，H₂的体积百分数为4～8%, N₂体积分数为1～2%，H₂O体积分数为3～6%。

作为改进，所述下部矩形下料管上的冷煤气喷嘴的个数为4～12个，喷嘴直径为50～100 mm,所述煤气环管的直径为20～50 cm；

所述冷煤气的温度为40～120℃，冷煤气的流量为100～300 m³/h。

熔分炉的炉顶煤气通常很高，必须进行冷却降温到适宜温度后，才能作为还原气进入回转窑。下降管正好介于回转窑和熔分炉之间，通过对下降管的调节，可以实现炉顶煤气温度、压力、流速的精确控制，从而实现对回转窑进口煤气温度、成分以及压力的精确控制，有效提高回转窑的还原效率和煤气利用率，并防止回转窑结圈现象的发生。

与现有技术相比，本发明专利至少具有如下有益效果：

该下降管装置具有设备简单，连接紧凑，设备冷却强度大，冷却装置具有在线监测、自动控制的特点，便于大规模推广应用。冷煤气通过下降管下部的冷煤气入口进入到下降管内部，用于调节炉顶煤气温度，并提高进入回转窑内部的煤气有效组分浓度。

提质煤气通过下降管下部的冷煤气入口进入到下降管内部，实现提质煤气的循环利用，同时用于调节炉顶煤气温度，并提高进入回转窑内部的煤气有效组分浓度。该工艺装置具有设备简单，连接紧凑，操作容易，工艺参数便于调节，煤气温度和组分浓度调节精确的特点。

附图说明

图1为高强度闪速炼铁炉的下降管装置的正视图。

图2为高强度闪速炼铁炉的下降管装置的侧视图。

图3为高强度闪速炼铁炉的下降管装置的俯视图。

图4为高强度闪速炼铁炉的下降管装置的仰视图。

附图标记：上部矩形下料管1，中部楔形下料管2，下部矩形下料管3，碳钢炉壳4，高铝砖炉衬5，圆形煤气环管6，冷煤气喷嘴7，测温热电偶8，煤气气体检测枪9，压力传感器10，固定钢架11。

具体实施方式

在本发明专利的描述中，具体实施例仅是对本发明专利做进一步的说明，但不构成对本发明的限制。

实施例1：参见图1至图3，一种高强度闪速炼铁炉的下降管装置，包括自上而下依次密封连通的上部矩形下料管1、中部楔形下料管2和下部矩形下料管3。

所述上部矩形下料管1的横截面和纵截面均为矩形，即上部矩形下料管1为一个长方体，中部楔形下料管2的横截面为矩形，中部楔形下料管2的纵截面均为梯形，下部矩形下料管3的横截面和纵截面均为矩形，即下部矩形下料管3为一个长方体；

所述上部矩形下料管1的宽度与中部楔形下料管2的底部宽度一致，下部矩形下料管3宽度与中部楔形下料管2的底部宽度一致；由于上部矩形下料管1用于与回转炉出料口连通，下部矩形下料管3用于与熔分炉的进料口连通，因此，上部矩形下料管1和下部矩形下料管3的形状均为长方体结构分别与回转炉的出料口和熔分炉的进料口匹配，且上部矩形下料管1的宽度小于下部矩形下料管3的宽度，中部楔形下料管2的结构可以平滑的将上部矩形下料管1与下部矩形下料管3连接在一起。

所述下部矩形下料管3的侧壁上具有多个冷煤气入口，下部矩形下料管3外壁的设有一圈煤气环管6，所述煤气环管6上连接有多个冷煤气喷嘴7，所述冷煤气喷嘴7通过冷煤气入口伸入下部矩形下料管3内，且冷煤气喷嘴7与冷煤气入口密封配合；具体实施时，煤气环管6通过固定钢架11固定在下部矩形下料管3的外侧壁上，煤气环管6绕下部矩形下料管3外侧壁一周，保证下部矩形下料管3每个外侧壁上都至少有一个冷煤气喷嘴7。

还包括数据监测装置，该数据监测装置包括测温热电偶8、煤气气体检测枪9和压力传感器10；

所述测温热电偶8用于监测下降管装置内的气体温度；

所述煤气气体检测枪9和压力传感器10分别设置在上部矩形下料管1的侧壁上，且煤气气体检测枪9的信号检测端和压力传感器10的信号检测端分别伸入上部矩形下料管1内。

作为改进，所述温度监测热电偶8为三个，且分别设置在上部矩形下料管1、中部楔形下料管2和下部矩形下料管3的侧壁上，每个温度监测热电偶8的信号检测端均伸入对应的下料管内部；

其中，中部楔形下料管2上的温度监测热电偶8设置位置靠近中部楔形下料管2的底部，下部矩形下料管3上的温度监测热电偶8设置位置靠近下部矩形下料管3的底部。具体实施时，温度监测热电偶8可以是五个，其中上部矩形下料管1上设置一个，该温度监测热电偶8的检测端位于上部矩形下料管1内，中部楔形下料管2设置两个温度监测热电偶8，该两个温度监测热电偶8的检测端均位于中部楔形下料管2内，下部矩形下料管3上设置两个温度监测热电偶8，该两个温度监测热电偶8的检测端均位于下部矩形下料管3内。中部楔形下料管2和下部矩形下料管3上之所以会设置两个温度监测热电偶8是因为该两个区域的宽度较大，混合煤气的温度可能有小幅的波动，设置两个可以尽可能准确定判定该局域的混合煤气的温度，降低误差。

作为改进，所述煤气气体检测枪9和压力传感器10分别位于上部矩形下料管1的上部和中部。

煤气气体检测枪9有用于监测上部矩形下料管1内的混合煤气的成分，由于从熔分炉出来的高温煤气混合了冷煤气，因此混合煤气的成分不再等同于熔分炉出来的高温煤气，为了更好的控制回转炉中的气氛，需要对混合煤气的成分做监测；压力传感器10用于监测上部矩形下料管1内的混合煤气的压力，即监测用于进入回转炉的混合煤气的气压。

使用该高强度闪速炼铁炉的下降管装置时，测温热电偶8的信号检测端、煤气气体检测枪9的信号输出端分别连接控制器，控制器根据测温热电偶8的信号检测端、煤气气体检测枪9返回的信号，对调节煤气变压吸附装置，从而实现对通入的冷煤气的压力和流量的调整。

具体实施时，在上部矩形下料管1，中部楔形下料管2和下部矩形下料管3侧壁可以由高铝砖砌成，形成一个整体的高铝砖炉衬5，在高铝砖炉衬5外还设有碳钢炉壳4作为整体炉壳。

该下降管装置具有设备简单，连接紧凑，设备冷却强度大，冷却装置具有在线监测、自动控制的特点，便于大规模推广应用。

使用时，本发明提供的下降管装置位于回转炉与熔分炉之间，即将熔分炉的进料口与回转炉的出料口连通，炉料先经过回转炉的出料口，再经过下降管，然后再通过熔分炉的进料口进入熔分炉中，而熔分炉中的高温煤气先经过熔分炉进料口，再经过下降管，然后再通过回转炉的出料口进入回转炉中进行循环使用。由于回转炉中要求高温煤气的温度必须低于1200℃防止炉料融合，而熔分炉出的高温煤气温度高于1400℃，因此需要对熔分炉出的高温煤气先进行降温，将温度降到1200℃以下，本发明下降管结构的主要作用即是对高温气体进行降温。

熔分炉出来的高温气体先进入下部矩形下料管3，通过冷煤气喷嘴7喷入的冷煤气进行降温，此处的冷煤气其实就是常温煤气，常温煤气与熔分炉出来的高温煤气进行混合后，混合煤气温度降低，通过调整喷入冷煤气的量来控制混合煤气的温度，使混合煤气的温度下降至1200℃以下，之后混合煤气再进入回转炉进行循环利用。

实施例2：一种高强度闪速炼铁炉的下降管控制工艺，采用实施例1中的高强度闪速炼铁炉的下降管装置。下降管介于回转窑和熔分炉之间，通过对下降管工艺参数的调节，实现炉顶煤气温度、压力、流速以及炉料温度的精确控制。

具体地，所述上部矩形下料管1的长度为1.5～3 m，宽度为0.5～1 m，高度为0.5～

1 m；所述上部矩形下料管1的温度控制在900～1100℃，煤气成分控制在CO体积百分数为40～60%，具体可以是40%、45%、50%、55%或60%，CO₂的体积百分数为20～30%，具体可以是20%、22%、25%、28%或30%，H₂的体积百分数为7～15%,具体可以是7%、9%、10%、12%或15%，N₂体积分数为2～4%，具体可以是2%、2.5%、3%、3.5%或4%，H₂O体积分数为4～10%；具体可以是4%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%或10%。

所述中部楔形下料管2的下部长度为2～3 m，下部宽度为1～3 m，上部长度为1.5～3 m，上部宽度为0.5～1 m，楔形高度为0.5～1 m，所述中部楔形下料管2的煤气温度控制在950～1150℃，具体可以是950℃、980℃、1000℃、1050℃、1100℃或1150℃；

所述下部矩形下料管3的长度为2～6 m，宽度为1～3 m，上部长度为1.5～3 m，上部宽度为0.5～1 m，楔形高度为0.5～1 m，所述下部矩形下料管3底部的煤气温度为1200～1400℃，具体可以是1200℃、1250℃、1300℃、1350℃或1400℃，煤气成分一般为CO体积百分数为30～40%，具体可以是30%、32%、35%、38%或40%，CO₂的体积百分数为40～50%，具体可以是40%、42%、45%、48%或50%，H₂的体积百分数为4～8%,具体可以是4%、5%、5.5%、6.5%、7%、7.5%或8%， N₂体积分数为1～2%，具体可以是1%、1.2%、1.5%、1.8%或2%，H₂O体积分数为3～6%，具体可以是3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%或6%。

上部矩形下料管1、中部楔形下料管2和下部矩形下料管3的尺寸具体实施时需要与回转炉、熔分炉相协调匹配。

上部矩形下料管1、中部楔形下料管2和下部矩形下料管3内煤气才成分的控制是相互相成的关系，不能独立或单独进行控制，因为只有在每个过程中煤气的成分都得到很好的控制到，那么最后进入回转窑中的煤气成分才能得到很好的控制，才能与回转窑中的还原气氛很好的配合，有利用更好的完成还原反应。

所述下部矩形下料管3上具有多个冷煤气入口，冷煤气入口和圆形煤气环管连接，圆形煤气环管和煤气变压吸附装置的出口相连。矩形下料管下部两侧设有温度监测热电偶，用于监测熔分炉的炉顶煤气温度并传输给计算机控制系统，计算机控制系统将根据下降管顶部的煤气成分、温度、压力的变化自动调节冷煤气的流量，从而实现对回转窑入口煤气温度、成分以及压力的精确控制。

作为改进，所述下部矩形下料管3上的冷煤气喷嘴7的个数为4～12个，具体实施时，冷煤气喷嘴7的数量选偶数个，比如可以是4个、6个、8、10个或12个等。比如选4个，下部矩形下料管3四个外侧壁上一个，并且所有冷煤气喷嘴7的设置高度一致，也可以6个，8个等。冷煤气喷嘴直径为50～100 mm,所述煤气环管6的直径为20～50 cm；煤气环管6的冷煤气入口与煤气变压吸附装置的出口连通，使用该下降管装置时，可以通过调节煤气变压吸附装置来调节通入下降管装置中冷煤气的压力和流量。冷煤气喷嘴7采用耐火材料制成。

所述冷煤气的温度为40～120℃，具体可以是40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、或120℃，冷煤气的流量为100～300 m³/h，具体可以是100 m³/h、150 m³/h、180 m³/h、200 m³/h、250 m³/h、280 m³/h或300 m³/h。冷煤气的流量如此控制的重要原因在于流量太小的降温不够，有可能会导致进入回转绕的气体温度过高，而流量太大则有可能会导致气体温度下降太低，导致进入回转窑的混合气体温度太低，影响还原反应。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高强度闪速炼铁炉的下降管装置，其特征在于：包括自上而下依次密封连通的上部矩形下料管（1）、中部楔形下料管（2）和下部矩形下料管（3）；

所述上部矩形下料管（1）的横截面和纵截面均为矩形，中部楔形下料管（2）的横截面为矩形，中部楔形下料管（2）的纵截面均为梯形，下部矩形下料管（3）的横截面和纵截面均为矩形；

所述上部矩形下料管（1）的宽度与中部楔形下料管（2）的底部宽度一致，下部矩形下料管（3）宽度与中部楔形下料管（2）的底部宽度一致；

所述下部矩形下料管（3）的侧壁上具有多个冷煤气入口，下部矩形下料管（3）外壁的周向设有煤气环管（6），所述煤气环管（6）上连接有多个冷煤气喷嘴（7），所述冷煤气喷嘴（7）通过冷煤气入口伸入下部矩形下料管（3）内，且冷煤气喷嘴（7）与冷煤气入口密封配合；

还包括数据监测装置，该数据监测装置包括测温热电偶（8）、煤气气体检测枪（9）和压力传感器（10）；

所述测温热电偶（8）用于监测下降管装置内的气体温度；

所述煤气气体检测枪（9）和压力传感器（10）分别设置在上部矩形下料管（1）的侧

壁上，且煤气气体检测枪（9）的信号检测端和压力传感器（10）的信号检测端分别伸入上部矩形下料管（1）内。

2.如权利要求1所述的高强度闪速炼铁炉的下降管装置，其特征在于：所述上部矩形下料管（1）和/或中部楔形下料管（2）和/或下部矩形下料管（3）的炉壁耐材为高铝砖。

3.如权利要求1或2所述的高强度闪速炼铁炉的下降管装置，其特征在于：所述温度监测热电偶（8）为三个，且分别设置在上部矩形下料管（1）、中部楔形下料管（2）和下部矩形下料管（3）的侧壁上，每个温度监测热电偶（8）的信号检测端均伸入对应的下料管内部；

其中，中部楔形下料管（2）上的温度监测热电偶（8）设置位置靠近中部楔形下料管（2）的底部，下部矩形下料管（3）上的温度监测热电偶（8）设置位置靠近下部矩形下料管（3）的底部。

4.如权利要求3所述的高强度闪速炼铁炉的下降管装置，其特征在于：所述煤气气体检测枪（9）和压力传感器（10）分别位于上部矩形下料管（1）的上部和中部。

5.一种高强度闪速炼铁炉的下降管控制工艺，其特征在于：采用权利要求4所述的高强度闪速炼铁炉的下降管装置，通过对下降管工艺参数的调节，实现炉顶煤气温度、压力、流速以及炉料温度的精确控制。

6.如权利要求5所述高强度闪速炼铁炉的下降管控制工艺，其特征在于：所述上部矩形下料管（1）的长度为1.5～3 m，宽度为0.5～1 m，高度为0.5～1 m；

所述上部矩形下料管（1）的温度控制在900～1100℃，煤气成分控制在CO体积百分数为40～60%，CO₂的体积百分数为20-30%，H₂的体积百分数为7～15%,N₂体积分数为2～4%，H₂O体积分数为4～10%；

所述中部楔形下料管（2）的下部长度为2～3 m，下部宽度为1～3 m，上部长度为1.5～3m，上部宽度为0.5～1 m，楔形高度为0.5～1 m，所述中部楔形下料管（2）的煤气温度控制在950～1150℃；

所述下部矩形下料管（3）的长度为2～6 m，宽度为1～3 m，上部长度为1.5～3 m，上部宽度为0.5～1 m，楔形高度为0.5～1 m，所述下部矩形下料管（3）底部的煤气温度为1200～1400℃，煤气成分一般为CO体积百分数为30～40%，CO₂的体积百分数为40～50%，H₂的体积百分数为4～8%, N₂体积分数为1～2%，H₂O体积分数为3～6%。

7.如权利要求6所述的高强度闪速炼铁炉的下降管控制工艺，其特征在于：所述下部矩形下料管（3）上的冷煤气喷嘴（7）的个数为4～12个，喷嘴直径为50～100 mm,所述煤气环管（6）的直径为20～50 cm；

所述冷煤气的温度为40～120℃，冷煤气的流量为100～300 m³/h。