CN110106302A - 一种生产海绵铁的装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产海绵铁的装置、系统及方法，其中，装置包括沿水平方向依次设置的投料段、还原段、冷却段和除渣段，投料段设置有漏斗，漏斗通过进料管道与还原段连通；投料段和还原段之间还设置有引风部，引风部包括热引风机和第一阻风阀；还原段包括倾斜设置的还原滚筒；还原滚筒上还设置温度传感器和一氧化碳传感器；还原滚筒通过出料管道与冷却段连通，还原滚筒与冷却段之间还设置有送风部，送风部包括与出料管道连通的鼓风机和第二阻风阀；冷却段包括倾斜设置的降温滚筒，降温滚筒靠近还原段的一端设置有氮气入口、另一端设置有热氮气出口；除渣段包括粉碎机。本装置能耗明显降低，而且生产的海绵铁的品质更均匀。

Description

一种生产海绵铁的装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种生产海绵铁的装置、系统及方法。

背景技术

海绵铁是代替废钢并优于废钢的炼钢原料，是发展装备制造业的重要原料。

目前，绝大部分的海绵铁采用气基竖炉法生产，竖炉包括还原段和冷却段，其生产海绵铁的具体原理如下：将预先制备的球团投放到竖炉还原炉中，其中，球团为铁矿石颗粒制成的球，然后往还原段下部通入纯度很高的高温高压一氧化碳气体，一氧化碳气体与球团发生还原反应，球团经还原后形成海绵铁。竖炉下部冷却段通入冷却气体，海绵铁冷却至50℃以下再排出。

但是，上述方法在生产海绵铁时存在以下缺陷：一方面还原气体一氧化碳需要利用外部设备加热，导致设备规模大、能耗高；另一方面，还原气体在从还原段下部进入竖炉后，很难到达竖炉中心，导致还原气流分布不均匀，造成生产的海绵铁的品质不均匀。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种生产海绵铁的装置、系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种生产海绵铁的装置，包括沿水平方向依次设置的投料段、还原段、冷却段和除渣段，其中：

所述投料段设置有漏斗，所述漏斗通过进料管道与还原段连通；

所述投料段和还原段之间还设置有引风部，所述引风部包括热引风机，所述热引风机与所述进料管道连通，所述热引风机与进料管道的连接管道上设置有第一阻风阀；

所述还原段包括倾斜设置的还原滚筒，所述还原滚筒与所述进料管道连通、且靠近所述进料管道的一端高于另一端；所述还原滚筒上还设置检测内部温度和一氧化碳浓度的温度传感器和一氧化碳传感器；

所述还原滚筒远离所述进料管道的一端通过出料管道与所述冷却段连通，所述还原滚筒与所述冷却段之间还设置有送风部，所述送风部包括与所述出料管道连通的鼓风机，所述鼓风机与所述出料管道的连接管道上设置有第二阻风阀；

所述冷却段包括倾斜设置的降温滚筒、且所述降温滚筒靠近还原段的一端高于另一端，所述降温滚筒靠近还原段的一端设置有氮气入口、另一端设置有热氮气出口；

所述除渣段包括粉碎机，所述粉碎机的入口通过连接板与所述降温滚筒的另一端连接。

优选地，所述进料管道上设置有圆筒进料阀，所述出料管道上设置有圆筒出料阀。

优选地，所述还原段还包括：传感器圆环、绝缘圆环、传感器滑块，其中：

所述绝缘圆环套设在还原滚筒的外侧，所述传感器圆环套设在绝缘圆环的外侧，所述温度传感器和一氧化碳传感器分别与传感器圆环电连接，所述传感器圆环还与用于向外传输信号的传感器滑块滑动连接。

优选地，所述还原滚筒包括筒体，所述筒体内侧设置有耐火砖保温层，所述温度传感器和一氧化碳传感器均嵌在所述耐火砖保温层上。

优选地，所述还原滚筒的两端分别设置进料封堵和出料封堵。

优选地，所述还原滚筒与水平方向的夹角为1～4°。

第二方面，本发明实施例提供了一种生产海绵铁的系统，包括控制系统以及第一方面任一所述的装置。

第三方面，本发明实施例提供了一种生产海绵铁的方法，其特征在于，利用第一方面任一所述的装置，所述方法包括：

将预先制备的原始球从投料段投入，其中，所述原始球包括球团及包覆在球团外侧的煤层，所述煤层为煤和粘土的混合物；

所述原始球到达还原段后，外层的煤层不充分燃烧产生一氧化碳和高热，所述一氧化碳在高热下还原所述球团，获得包覆废渣的海绵铁；

所述包覆废渣的海绵铁在降温滚筒通过氮气降温，然后在除渣段通过粉碎机将包覆在海绵铁外层的废渣粉碎，获得海绵铁。

本发明实施例提供了一种生产海绵铁的装置、系统及方法，可以采用包覆煤层的原始球作为生产海绵铁的原材料，原始球在还原段，外层的煤层不充分燃烧产生一氧化碳和高热，一氧化碳在高热下还原原始球内部的球团，获得包覆废渣的海绵铁，包覆废渣的海绵铁经冷却段降温、除渣段除渣后，进而获得海绵铁。本装置无需采用高温高压的一氧化碳气体，能耗明显降低，而且采用倾斜设置的还原滚筒，煤层不充分燃烧产生的一氧化碳气流在还原滚筒中分布均匀，生产的海绵铁的品质更均匀。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明实施例提供的一种生产海绵铁的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的投料段和引风部的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的还原段的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的图3的A-A剖面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的图3中L的结构放大图；

图6为本发明实施例提供的图3中M的结构放大图；

图7为本发明实施例提供的图3中N的结构放大图；

图8为本发明实施例提供的冷却段、送风部和除渣段的结构示意图。

图1-8中，符号表示：1-投料段，11-漏斗，12-圆筒进料阀，2-还原段，21-还原滚筒，211-耐火砖保温层，212-筒体，213-传感器滑块，214-传感器圆环，215-绝缘圆环，216-传感器引线，217-一氧化碳传感器，218-温度传感器，219-导轨，22-减速器，23-驱动轮，24-支板，25-出料封堵，26-电机，27-法兰，28-石棉板，29-进料封堵，3-冷却段，31-降温滚筒，32-氮气入口，33-圆筒出料阀，34-热氮气出口，4-除渣段，41-粉碎机，42-连接板，43-筛子，44-废渣口，45-海绵铁出口，5-引风部，51-热引风机，52-第一阻风阀，6-送风部，61-鼓风机，62-第二阻风阀，7-支架，8-底盘，9-进料管道，10-出料管道。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种生产海绵铁的装置，生产海绵铁的原材料为预先制备的原始球，原始球通过该装置后制成海绵铁，其中，原始球包括球团及包覆在球团外侧的煤层，所述煤层为煤和粘土的混合物。

在具体实施过程中，原始球的外径可以设置为26-33mm，其中，内部球团的直径可以为20mm，球团外侧煤层的厚度可以为6-13mm，煤层中煤和粘土的重量比例可以为1:0.8～1.3。

本发明实施例提供了生产海绵铁的装置，如图1所示，该装置包括沿水平方向依次设置的投料段1、还原段2、冷却段3和除渣段4，其中：

如图2所示，投料段1设置有漏斗11，预先制备的原始球从漏斗11进入，漏斗11通过进料管道9与还原段2连通。投料段1和还原段2之间还设置有引风部5，引风部5包括热引风机51，热引风机51与进料管道9连通，热引风机51与进料管道9上设置有第一阻风阀52，热引风机51用于将进料管道的热风排出。通过控制第一阻风阀52，可以控制还原段的一氧化碳流出量。

在具体实施过程中，进料管道9具有一定长度，且进料管道9在热引风机51与还原段2之间长度远大于在漏斗11与热引风机51间的长度，这样设计的目的在于：一方面给还原段散热，同时还能预热原始球，使原始球及早达到反应温度。在具体实施过程中，进料管道9总的长度可以为30-50m。

如图3-7所示，还原段2包括倾斜设置的还原滚筒21，还原滚筒21与进料管道连通、且靠近所述进料管道的一端高于另一端。在具体实施过程中，还原滚筒的直径可以为5-8m，长度可以为40-60m，还原滚筒21与水平方向的夹角可以设置为1～4°。在具体实施过程中，还原滚筒21可以通过支板24支撑于底盘8上。

在具体实施过程中，原始球在还原滚筒21内，外层的煤层不充分燃烧产生一氧化碳和高热，一氧化碳在高热下还原原始球内部的球团，原始球变为包覆废渣的海绵铁，因此，输入还原滚筒21的为原始球，输出的为包覆废渣的海绵铁。

在本发明实施例中，还原滚筒21包括筒体212，筒体212内侧设置有耐火砖保温层211，还原滚筒21的两端分别设置进料封堵29和出料封堵25，这两个封堵中心设置有进出料孔，进料孔与进料管道9连通，出料孔与出料管道10连通。进料封堵29和出料封堵25均通过法兰27连接到还原滚筒21，在具体实施过程中，法兰27与进料封堵29和出料封堵25之间还设置有石棉板28，以保证连接处密封不漏气。

为了使球团还原更均匀，还原段2还设置了用于驱动还原滚筒21转动的电机26、减速器22和驱动轮23，电机26通过减速器22传动到驱动轮23上，驱动轮23再和设置在还原滚筒21另一侧的被动轮(图中未标注)一起驱动还原滚筒21转动。驱动轮23和被动轮都沿导轨219运动，导轨219沿还原滚筒21的圆周方向焊接在还原滚筒21上。

在本发明实施例中，还原滚筒21内部温度为1000℃时，还原效率最高。为了保证还原滚筒21内部反应温度1000℃且保持不充分燃烧状态，在还原滚筒21内部还设置若干组检测内部温度和一氧化碳浓度的温度传感器218和一氧化碳传感器217。

在一种可能的实施例中，温度传感器218和一氧化碳传感器217均嵌在耐火砖保温层211上。如图6所示，温度传感器218和一氧化碳传感器217分别通过传感器引线216与设置在还原滚筒21外侧的传感器圆环214电连接，为了防止信号短路，传感器圆环214与还原滚筒21之间设置绝热、隔电的绝缘圆环215。

在具体实施过程中，传感器圆环214的外径大于绝缘圆环215的外径，绝缘圆环215的直径大于还原滚筒21的外径，绝缘圆环215套设在还原滚筒21的外侧，传感器圆环214套设在绝缘圆环215的外侧，以使传感器圆环214可以随还原滚筒21的转动而转动；同时，传感器圆环214还与传感器滑块213滑动连接，传感器滑块213可通过滑块支架(图中未标识)固定连接，滑块支架可以与底盘8固定连接。还原滚动21转动时，带动温度传感器218、一氧化碳传感器217和传感器圆环214转动，而传感器滑块213固定不动，传感器圆环214沿传感器滑块213滑动过程中还能保持电连接，从而达到向外传输信号的目的。在这样的设计下，温度传感器218和一氧化碳传感器217检测的信号依次通过传感器引线216、传感器圆环214、传感器滑块213向外传输。在具体实施过程中，传感器滑块213可以与外部显示装置或者控制系统等电连接。

温度传感器218和一氧化碳传感器217的数量可以根据实际情况具体确定。在本发明实施例中，可以每隔5～8m设置一组。

还原滚筒21远离进料管道9的一端设置出料管道10，出料管道10与冷却段3连通。为了使还原滚筒21内氧气浓度可以维持煤层的不充分燃烧，还原滚筒21与冷却段3之间还设置有送风部6。其中，送风部6可以为鼓风机61，鼓风机61与出料管道10连通，鼓风机61与出料管道10的连接管道上可以设置有第二阻风阀62。新鲜空气通过鼓风机61的入口、第二阻风阀62、出料管道10进入还原滚筒21，第二阻风阀62用于控制进入还原滚筒21的新鲜空气(氧气)流入量。第一阻风阀52和第二阻风阀62相互配合，还可以控制还原滚筒21内部的真空度、气体流速和还原速度。

在一种可能的实施例中，如图2和图8所示，进料管道9上设置有圆筒进料阀12，出料管道10上设置有圆筒出料阀33，通过设置圆筒进料阀12和圆筒出料阀33可以控制还原滚筒21的原始球的进入速率及包覆废渣的海绵铁的输出速率。在具体实施过程中，圆筒进料阀12可以设置在处于热引风机51与漏斗11之间的进料管道上，圆筒出料阀33可以设置在鼓风机61与冷却段3之间的出料管道上。

在具体实施过程中，漏斗11、进料管道9、出料管道10、鼓风机61的管路、热引风机的管路等均可以通过支架7固定在底盘8上。

还原滚筒21输出的包覆废渣的海绵铁，处于高温状态，为了避免二次氧化，需要在氮气保护下冷却。高温的包覆废渣的海绵铁经出料管道10到达冷却段3。如图8所示，冷却段3包括倾斜设置的降温滚筒31，其中，降温滚筒31靠近还原段2的一端高于另一端。降温滚筒31靠近还原段2的一端设置有氮气入口32，氮气入口32通过管路与外部氮气源连通，另一端设置有热氮气出口34。在具体实施过程中，外部氮气源可以为制氮机。

在具体实施过程中，为了达到降温均匀的目的，降温滚筒31可以通过驱动装置驱动转动。

降温后的包覆废渣的海绵铁进入除渣段4，除渣段4包括粉碎机41，粉碎机41的入口通过连接板42与降温滚筒31的另一端连接。经过降温的包覆废渣的海绵铁，滚出降温滚筒31后，通过连接板42进入粉碎机41。粉碎机41将废渣与海绵铁相分离，废渣通过筛子43，从废渣口44排出，进行收集外运，海绵铁通过海绵铁出口45进行成品收集。

利用上述生产海绵铁的装置，以日产1000吨海绵铁为例，原始球外径26-36mm，内部铁矿石球直径20mm，煤与粘土重量比例1:0.8～1.3，还原滚筒直径D在5～8m、长度为40～60m，还原滚筒与水平方向夹角为1～4°，进料管道长度为30～50米，原始球流量500～800个/秒的情况下，总耗能量折为340～390吨标煤，而气基竖炉生产工艺总耗能量折为470～500吨标煤，能源损耗方面明显优于现有的气基竖炉生产工艺；而且，利用该装置生产海绵铁的金属化率为96％～100％，合格率为99.6％～100％，而气基竖炉生产工艺的金属化率为90％左右、合格率为99.1％，因此，利用该装置生产的海绵铁的品质明显优于气基竖炉生产工艺。

本发明实施例提供的一种生产海绵铁的装置，包括沿水平方向依次设置的投料段、还原段、冷却段和除渣段，其中：所述投料段设置有漏斗，所述漏斗通过进料管道与还原段连通；所述投料段和还原段之间还设置有引风部，所述引风部包括热引风机，所述热引风机与所述进料管道连通，所述热引风机与进料管道上设置有第一阻风阀；所述还原段包括倾斜设置的还原滚筒，所述还原滚筒与所述进料管道连通、且靠近所述进料管道的一端高于另一端；所述还原滚筒上还设置检测内部温度和一氧化碳浓度的温度传感器和一氧化碳传感器；所述还原滚筒远离所述进料管道的一端通过出料管道与所述冷却段连通，所述还原滚筒与所述冷却段之间还设置有送风部，所述送风部包括与所述出料管道连通的鼓风机，所述鼓风机与所述出料管道的连接管道上设置有第二阻风阀；所述冷却段包括倾斜设置的降温滚筒、且所述降温滚筒靠近还原段的一端高于另一端，所述降温滚筒靠近还原段的一端设置有氮气入口、另一端设置有热氮气出口；所述除渣段包括粉碎机，所述粉碎机的入口通过连接板与所述降温滚筒的另一端连接。本发明实施例提供的生产海绵铁的装置，可以采用包覆煤层的原始球作为生产海绵铁的原材料，原始球在还原段，外层的煤层不充分燃烧产生一氧化碳和高热，一氧化碳在高热下还原原始球内部的球团，获得包覆废渣的海绵铁，包覆废渣的海绵铁经冷却段降温、除渣段除渣后，进而获得海绵铁。本装置无需采用高温高压的一氧化碳气体，能耗明显降低，而且采用倾斜设置的还原滚筒，煤层不充分燃烧产生的一氧化碳气流在还原滚筒中分布均匀，生产的海绵铁的品质更均匀。

基于上述生产海绵铁的装置，本发明实施例还提供了一种生产海绵铁的系统，包括控制系统和上述任一生产海绵铁的装置。其中，控制系统分别与电机26、一氧化碳传感器217、温度传感器218、第一阻风阀52、第二阻风阀62、鼓风机61、热引风机51等电连接。在一种可能的实施例中，进料管道9设置有圆筒进料阀12、出料管道10上设置有圆筒出料阀33时，控制系统还分别与圆筒进料阀12和圆筒出料阀33电连接。控制系统总的控制上述所有部件，协调工作，达到系统最优化运行的目的。

基于上述生产海绵铁的装置和系统，本发明实施例还提供了一种生产海绵铁的方法，该方法包括：

步骤一：将预先制备的原始球从投料段投入，其中，所述原始球包括球团及包覆在球团外侧的煤层，所述煤层为煤和粘土的混合物。

在具体实施过程中，在步骤一之前，需要对该生产海绵铁的装置进行预运行。具体预运行方式可以为：将还原滚筒内部放入木柴、油等易燃物品，然后点火，将内部的耐火砖保温层烧红，待温度达到1000℃以上时，将预先制备的原始球从投料段投入。原始球达到还原滚筒后，表面煤层开始燃烧，启动鼓风机和热引风机，加快原始球表面煤层的燃烧的同时，木柴、油等易燃物品的燃烧灰尘逐步被热引风机带走，而原始球表面煤层燃烧产生的热量逐渐维持还原滚筒内部燃烧温度，即保持温度在1000℃以上，此时该生产海绵铁的装置进入正常工作状态。

进入正常工作状态后，预先制备的原始球从投料段投入后，通过进料管道进入还原段。

步骤二：所述原始球到达还原段后，外层的煤层不充分燃烧产生一氧化碳和高热，所述一氧化碳在高热下还原所述球团，获得包覆废渣的海绵铁。

在具体实施过程中，鼓风机将外部新鲜空气通过出料管道引入还原滚筒，提供煤层不充分燃烧所需的氧气，煤层不充分燃烧过程中产生一氧化碳和高热，原始球内部的球团在一氧化碳和高热环境中被还原成海绵铁，从而在还原滚筒的末端获得的为包覆煤层废渣的海绵铁。还原产生的废气通过热引风机排出，废气被引出前经过进料管道时将新进入进料管道的原始球预热，进一步减少能量损耗。

在具体实施过程中，第一阻风阀和第二阻风阀可以根据还原滚筒内部的温度传感器和一氧化碳传感器的检测结果确定打开、关闭或者调整流量，例如，当靠近进料管道的一组传感器中的一氧化碳传感器检测到一氧化碳的浓度接近零时，再打开第一阻风阀，进行排气，此时，一方面减少能量损耗，另一方面也能降低环境污染。另外，通过第一阻风阀进入还原滚筒的新鲜空气的量还与原始球流量有很大关系，原始球流量大时，煤层不充分燃烧所需的氧气也就多，此时第一阻风阀的流量需要调大一些，反之调小一些。

步骤三：所述包覆废渣的海绵铁在降温滚筒通过氮气降温，然后在除渣段通过粉碎机将包覆在海绵铁外层的废渣粉碎，获得海绵铁。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种生产海绵铁的装置，其特征在于，包括沿水平方向依次设置的投料段(1)、还原段(2)、冷却段(3)和除渣段(4)，其中：

所述投料段(1)设置有漏斗(11)，所述漏斗(11)通过进料管道(9)与还原段(2)连通；

所述投料段(1)和还原段(2)之间还设置有引风部(5)，所述引风部(5)包括热引风机(51)，所述热引风机(51)与所述进料管道(9)连通，所述热引风机(51)与进料管道(9)的连接管道上设置有第一阻风阀(52)；

所述还原段(2)包括倾斜设置的还原滚筒(21)，所述还原滚筒(21)与所述进料管道连通、且靠近所述进料管道(9)的一端高于另一端；所述还原滚筒(21)上还设置检测内部温度和一氧化碳浓度的温度传感器(218)和一氧化碳传感器(217)；

所述还原滚筒(21)远离所述进料管道(9)的一端通过出料管道(10)与所述冷却段(3)连通，所述还原滚筒(21)与所述冷却段(3)之间还设置有送风部(6)，所述送风部(6)包括与所述出料管道(10)连通的鼓风机(61)，所述鼓风机(61)与所述出料管道(10)的连接管道上设置有第二阻风阀(62)；

所述冷却段(3)包括倾斜设置的降温滚筒(31)、且所述降温滚筒(31)靠近还原段(2)的一端高于另一端，所述降温滚筒(31)靠近还原段(2)的一端设置有氮气入口(32)、另一端设置有热氮气出口(34)；

所述除渣段(4)包括粉碎机(41)，所述粉碎机(41)的入口通过连接板(42)与所述降温滚筒(31)的另一端连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进料管道(9)上设置有圆筒进料阀(12)，所述出料管道(10)上设置有圆筒出料阀(33)。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述还原段(2)还包括：传感器圆环(214)、绝缘圆环(215)、传感器滑块(213)，其中：

所述绝缘圆环(215)套设在还原滚筒(21)的外侧，所述传感器圆环(214)套设在绝缘圆环(215)的外侧，所述温度传感器(218)和一氧化碳传感器(217)分别与传感器圆环(214)电连接，所述传感器圆环(214)还与用于向外传输信号的传感器滑块(213)滑动连接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述还原滚筒(21)包括筒体(212)，所述筒体(212)内侧设置有耐火砖保温层(211)，所述温度传感器(218)和一氧化碳传感器(217)均嵌在所述耐火砖保温层(211)上。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述还原滚筒(21)的两端分别设置进料封堵(29)和出料封堵(25)。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述还原滚筒(21)与水平方向的夹角为1～4°。

7.一种生产海绵铁的系统，其特征在于，包括控制系统以及如权利要求1至6任一所述的装置。

8.一种生产海绵铁的方法，其特征在于，利用如权利要求1至6任一所述的装置，所述方法包括：

将预先制备的原始球从投料段投入，其中，所述原始球包括球团及包覆在球团外侧的煤层，所述煤层为煤和粘土的混合物；

所述原始球到达还原段后，外层的煤层不充分燃烧产生一氧化碳和高热，所述一氧化碳在高热下还原所述球团，获得包覆废渣的海绵铁；

所述包覆废渣的海绵铁在降温滚筒通过氮气降温，然后在除渣段通过粉碎机将包覆在海绵铁外层的废渣粉碎，获得海绵铁。