CN111511932B - 特别是用于竖井熔融还原炉的装料系统 - Google Patents

Abstract

一种用于竖井熔融还原炉的装料系统，包括框架结构和中心竖井装置，中心竖井装置由框架结构支撑并包括：用于排出废气的中心罩；用于第一物料的一对第一进料通道，中心罩的每侧一个第一进料通道；用于第二物料的一对第二进料通道，其布置在第一进料通道的相应侧。中心罩包括限定废气通道的一对面对的废气板，每个废气板与相应的分隔壁配合以限定相应的第一进料通道；每个分隔壁与相应的外壁配合以限定相应的第二进料通道。分隔壁包括在中心罩下方朝向彼此延伸以限定中心进料通路的下部部分，由此通过第一进料通道下降的物料在流过中心进料通路之前可根据物料的安息角积聚在下部部分上，从而允许竖井装置中的第一物料炉料线自调整。

Description

特别是用于竖井熔融还原炉的装料系统

技术领域

本发明总体上涉及用于从固体炉料生成生铁、铸铁或任何其他的合金铸造金属的冶金炉的领域。更具体地说，本发明涉及一种针对竖井熔融还原炉特别设计的装料系统。

背景技术

熔融还原技术是常规的高炉的替代技术。高炉一直是几个世纪来用于生成铁的主导技术。其运行一直不断地被改进和优化；这导致了非常高效的大规模运行设施。

熔融还原技术是典型的煤基炼铁工艺，顾名思义，该工艺涉及固态还原和熔炼。

在竖炉中，燃烧产生的气体与炉料逆流上升通过炉子。这些气体与炉料之间的接触将显着影响炉子的效率。因此，期望恒定且均匀的v水平以实现气体的良好渗透性和分布。

在这种情况下，在圆形横截面竖炉中进料和分配炉料的常规设备和方法是已知的，例如与高炉、电还原炉、化铁炉等一起使用的设备和方法。

具体地说，在高炉中，由分级矿石、球团、烧结的或其他的常规的聚结物、焦炭和石灰岩形成的炉料通过炉子的上部部分顺序地装料，以形成竖直连续的多层炉料。炉料根据其组分的粒度沿着炉子横截面均匀地分布，以确保上升气体在与炉料逆流时良好的渗透性和分布。这通过使用从单个地点装料的旋转分配器和/或偏转器来实现。

在具有矩形的横截面的炉子中，例如在竖井熔融还原炉中，包含铁矿石的炉料通过中心上部竖井装料，而燃料侧向装料。

为了通过最小化壁效应来改进上升的气体和炉料之间的热交换的效率并且优化渗透的均匀性，通常形成不同物料的柱。因为这些炉子的长度远长于其宽度，因此用在圆形截面炉子中的分配器可能不足以适合这些炉子。

熔融还原炉的例子例如在US 1,945,341中有公开。进行炉子的装料以形成粗矿石的中心柱，而在壁附近装入小煤块和粉末的混合物。其中描述的主要实施例涉及一种圆形截面的炉子，其配备有包括钟状物和漏斗的装料装置。尽管还涉及矩形横截面炉子的可能的使用，但是没有描述其他的装料装置。然而，清楚的是，常规的高炉设备不适合于矩形炉子。

DE 194 613公开了一种具有中心排气管的高炉设备，其中，进料口围绕高炉圆形地布置。

DE 1758372公开了一种用于高炉的装料系统，其布置在圆柱形炉竖井上方。它包括一个位于下部料斗中的大型球阀、为管线和下部料斗供料的侧向料斗以及带有管线和球阀的中心料斗。所述阀和料斗布置成与向下延伸到炉子竖井中的内部和外部圆形分隔壁配合，并允许形成一个中心和两个环形的材料堆。

发明目的

本发明的目的是提供一种改进的装料系统，该装料系统能够与炉子的长度和宽度(或直径)无关地实现物料的恒定的且均匀的装料/炉料线水平。

为此本发明提出一种用于竖井熔融还原炉的装料系统，其特征在于：

框架结构，所述框架结构用于安装在竖井熔融还原容器的顶部装料口上；

中心竖井装置，所述中心竖井装置由所述框架结构支撑，并且构造用于从炉子排出废气和引入粒状炉料以在炉子中形成物料堆，所述中心竖井装置包括：

-用于排出废气的中心罩；

-用于第一物料的一对第一进料通道，所述中心罩的每侧一个第一进料通道；以及

-用于第二物料的一对第二进料通道，所述第二进料通道布置在所述第一进料通道的相应侧；

其中所述中心罩包括限定废气通道的一对面对的废气板，每个废气板与相应的分隔壁配合以限定相应的第一进料通道；并且

其中每个分隔壁与相应的外壁配合以限定相应的第二进料通道；

其中所述分隔壁包括在所述中心罩下方朝向彼此延伸以限定中心进料通路的下部部分，由此通过第一进料通道下降的物料在流过所述中心进料通路之前能够根据所述物料的安息角积聚在所述下部部分上，从而允许所述竖井装置中的第一物料炉料线进行自调整。

发明内容

根据本发明，一种用于竖井熔融还原炉的装料系统包括：

框架结构，所述框架结构用于安装在熔融还原容器的顶部装料口上；

中心竖井装置，所述中心竖井装置由所述框架结构支撑，并且构造用于从炉子排出废气并引入粒状炉料以在所述炉子中形成物料堆，所述中心竖井装置包括：

-用于排出废气的中心罩；

-用于第一物料的一对第一进料通道，所述中心罩的每侧一个第一进料通道；以及

-用于第二物料的一对第二进料通道，所述第二进料通道布置在所述第一进料通道的相应侧；

所述中心罩包括限定废气通道的一对面对的废气板，每个废气板与相应的分隔壁配合以限定相应的第一进料通道。每个分隔壁与相应的外壁配合以限定相应的第二进料通道。

所述分隔壁包括在所述中心罩下方朝向彼此延伸以限定中心进料通路的下部部分，由此通过第一进料通道下降的物料在流过所述中心进料通路之前可以根据所述物料的安息角积聚在所述下部部分上。

通过这种创造性设计，分隔壁的下部部分提供积聚表面，第一物料可以自由地并因此根据物料的安息角积聚在所述积聚表面上。这允许第一物料炉料线在竖井装置中进行自调整，并且这可在中心进料通路的整个长度上进行。

因此，本发明的主要优点是提供一种装料系统，该装料系统确保中心物料堆的恒定的且均匀的炉料线水平，从而使得能够实现在炉子中上升的气体的良好的且恒定的渗透性和分配。与传统的使用移动溜槽的设计相比，该装料系统包括更少的零件，因此减少了磨损。炉料线水平是自调整的；并且关于炉子的长度或宽度，没有边界条件或限制。

所述装料系统特别设计用于具有矩形(水平)横截面的竖井熔融还原容器。但是，它也可以用于圆形容器。

有利地，所述装料系统还包括两个侧向进料器，分别安装于框架结构并且在中心竖井装置的下游通入炉子。可以理解，这允许在炉子中形成5个不同的竖直的物料柱：

–由流过中心进料通路的物料形成的中心物料柱；

–由所述一对第二进料通道形成的两个物料柱，中心柱的每侧一个物料柱；以及

–由侧向进料器形成的两个外侧的物料柱(沿着纵向炉壁)。

每个物料柱的内容物可以根据炉子的期望的运行模式选择。一般来说，柱可以被构成为燃料柱或金属柱。

一般来说，燃料柱可以包括煤、焦炭、含碳物料、木材、木炭中的一种或多种，并且可能包括废料，诸如还原废物或一定量的含金属物料。

一般来说，金属柱包括待还原物料，特别是矿石、废物、铁矿石、粉尘中的一种或多种。

这些物料具有不同的粒度，从细到粗，柱与柱之间可能有所不同。同样，物料可能已经通过任何适当的方法结块。

在一种实施例中，每个分隔壁包括直的上部部分，优选是竖直的，其连接到下部部分。下部部分延伸到低于废气板和废气通道下方，所述中心进料通路的流动横截面比所述废气通道窄。

优选地，外壁分别包括下部部分，所述下部部分与所述框架连接以在所述中心进料通路的下游限定装料通路，其与所述容器顶部装料口竖直对齐。具体地说，每个外壁的下部部分可以包括向内渐缩的区段和竖直区段，所述竖直区段被定位为与相应的废气板竖直对齐或者进一步向内。这个装料通路限定由中心竖井装置形成的物料堆的(横向)宽度。

在一些实施例中，废气板被设计为具有可变的(竖直)长度。在实践中，废气板能可移除地安装在中心罩中，以使得它们可以与不同长度的废气板交换。改变废气板的长度会改变将废气板的下边缘与分隔壁的对应的下部部分分隔的距离，以在第一物料的炉料线水平上起作用。例如，增大该距离将升高第一物料的炉料线水平。

根据另一方面，本发明还涉及一种熔融还原炉，所述熔融还原炉包括熔融还原容器和安装在熔融还原容器的顶部装料口上的所述装料系统。在一些实施例中，熔融还原容器具有大体矩形的横截面。

附图说明

现在将参照附图以举例的方式描述本发明，在附图中：

图1：是包括所述装料系统的竖井熔融还原炉的横截面图；

图2：是图1的竖井熔融还原炉的透视图。

具体实施方式

图1在横截面中示出配备有所述装料系统的一个实施例的竖井熔融还原炉10。主要为了易于说明，在附图中给出了纵轴、横轴和竖轴(X、Y、Z)。

这样的炉子10是竖炉类型，其通常区分为由熔融还原容器12形成的下部竖井区域和由布置在容器12上的总体上由14表示的装料系统形成的上部竖井区域。

熔融还原容器12通常包括形成炉膛的底壁16和侧壁18。实际上这些壁由外侧金属外壳20组成，外侧金属外壳20在内部被陶瓷耐磨衬里22覆盖。如在水平面中所见的，例如在平面(X,Y)中，容器12通常是矩形的横截面。可以注意到，图1的截面图是沿着炉子的宽度的竖直截面，这意味着在该图中，炉子的长度轴(容器的长度轴)平行于轴X。

容器12因此包括沿着炉子长度轴延伸的两个纵壁18和垂直于长度轴的两个端壁18’(在图2中)。这些壁限定大体矩形平行六面体形状的内部体积，这些壁的内部顶部边缘在容器12的顶部限定了矩形的装料口23。

通常容器12还包括用箭头24表示的多个风口，用于在下部竖井区域中注入热风，以及用于排出铁水的一个或多个出铁口(未示出)。

由于竖井熔融还原容器12不是本发明的重点，并且可以是常规的和/或任何适当的设计，因此这里仅对其进行简要描述。

现在更具体地涉及装料系统14，其包括框架结构30，该框架结构30安装在由炉壁18、18’的顶部边缘限定的容器开口23上。

框架结构30支撑中心竖井装置32，中心竖井装置32构造用于从容器内部排出气体，并且用于将物料(即熔融物料)引入到炉子中。中心竖井装置32沿着炉子长度轴X延伸，并且包括：

–用于排出废气的中心罩34；

–用于第一物料的一对第一进料通道36、36’，中心罩34的每侧一个第一进料通道；

-用于第二物料的一对第二进料通道38、38’，还是相对于每个第一进料通道36、36’侧向布置。

在图1中可以看出，中心竖井装置32被设计为在竖炉10中形成竖直的物料堆40，所述物料堆40包括几个物料柱。

在本方案中，有利地提供了一对侧向进料器42、42’，中心竖井装置14的每侧一个侧向进料器，以将第三物料引入到炉子中。

为了在炉子中生成生铁，通常将含铁物料进料到第二进料通道38、38’中。还原材料，主要是含碳物料，经由第一进料通道36、36’和侧向进料器42、42’引入。

在图1中，堆40被示意性地表示为在整个炉子高度上竖直延伸。然而，在使用中，清楚的是，下部竖井区域包含熔融的金属。从工艺角度来讲，燃料(还原/含碳物料)和含铁物料在上部竖井区域中被预热并且被部分还原。炉料然后在中心熔融区中在还原氛围下被熔融。也发生残留铁氧化物的最终还原，矸石和灰烬的结渣在下部竖井区域中进行。金属和渣滴过热，并且积聚在炉膛中。

中心竖井装置14和侧向进料器42、42’的构造允许在炉子中形成包括中心柱40.1的物料堆40，中心柱40.1由流过第一进料通道36、36’并且进一步流过中心进料开口56的物料形成。中心物料柱40.1在两个柱40.2和40.3之间，这两个柱分别由流过第二进料通道38’和38的物料形成。后者又在与纵向炉壁18相邻的两个物料柱40.4和40.5之间，并且由经由侧向进料器42’和42引入的物料形成。五个柱的物料可以如下分配：

柱40.1——物料1：燃料，例如，煤、焦炭、含碳物料、木材、木炭等中的一种或多种。

柱40.2——物料2：待还原的物料，例如，矿石、废物等中的一种或多种。

柱40.3——物料3：待还原的物料，例如，矿石、废物等中的一种或多种，其可能是与柱40.2不同的粒度或不同的化学组成。通常，柱40.2和40.3可以包括相同的物料。

柱40.4——物料4：燃料，例如与柱40.1相同的物料、还原废物等，但是可能具有不同的粒度或不同的化学组成。

柱40.5——物料5：燃料，例如与柱40.1相同的物料、还原废物等，但是可能具有与柱40.1和/或40.4不同的粒度或不同的化学组成。

同样，为了生成生铁，柱40.2和40.3主要由铁矿石和其他含铁物料组成。此外，如以上所指示的，所述一对柱(40.2、40.3)相应地(40.4、40.5)可以被输入相同的物料或不同的物料。

这里进一步要注意的是，炉子与五个不同的物料柱运行的总体容量以及每个柱中的物料不必一定如上所述。本领域技术人员可以决定不同地运行炉子。

如将理解的，每个物料柱在如容器壁18和18’限定的容器内部的整个长度上延伸。

更具体地参照中心竖井装置32的构造，它包括多个纵向延伸的壁，这些壁限定各种进料通道和废气通路，并且由框架结构30支撑。

因此，中心罩34包括两个面对的废气板44、44’，这两个废气板限定中心废气道或通道46以从炉子内部排出气体。废气板44、44’合理地竖直布置，并且优选地是直的。中心罩34具有关闭废气道的顶盖34.1(在图2中)，并且提供用于排气管道系统的顶部开口(未示出)。

两个分隔壁48、48’布置在中心罩34的侧面，并且与废气板44、44’配合以限定第一进料通道36、36’。

分隔壁48、48’还与进一步侧向布置的外壁50、50’配合以限定第二进料通道38、38’。外壁50、50’大体上竖直延伸；上部部分是直的，并且平行于相应的分隔壁48、48’的面对部分。在它们的下部区域中，外部50、50’与框架结构30连接，从而限定与容器开口23竖直对齐的矩形的上部竖井通路52。

侧向进料器42、42’分别包括一对壁42.1、42.2和42.1’、42.2’，这些壁在这里是彼此平行延伸的直的倾斜的壁。进料器壁42.1、相应地42.1’在装料通路52下方，即在中心竖井装置14的下游，连接到框架30。配合的进料器壁42.2、相应地42.2’也连接到框架结构30，但是与另一个进料器壁间隔开，以在它们之间限定进料通路，该进料通路通到炉子中，更准确地说直接通到容器12的上部区域中，即在中心竖井装置下方。

通常，容器壁18、18’以及装料系统12的壁44、48、50……可以被设有内部冷却管/通道，这些冷却管/通道通常布置在耐火衬里中，用于循环冷却剂流体。

应当理解，分隔壁48、48’包括下部壁部分54、54’，这些下部壁部分在中心罩34下方朝向彼此延伸以限定中心进料通路56。通过这种设计，通过第一进料通道38、38’下降的物料，在流过中心进料通路56之前，可以根据粒状物料的安息角积聚在下部部分54、54’上，从而允许竖井装置14中的第一物料的炉料线，表示为60，进行自调整。

可以看出，分隔壁48、48’具有直的上部部分48.1、48.1’和朝向炉子的中心会聚的倾斜的下部部分54、54’。分隔壁48、48’因此形成一种漏斗，在该漏斗中布置中心罩34。如将理解的，中心罩34与分隔壁的上部区域48.1、48.1’限定第一进料通道36、36’。粒状物料被限制在配合壁之间。但是一旦粒状物料越过废气板48、48’的下边缘/经过其下游，它就不再受到后者的竖直限制。粒状物料因此可以自由地积聚在下部分隔壁54、54’提供的斜面上，在此它将根据粒状物料的安息角实际积聚。

术语“安息角”在本文中是根据其常规意义使用的。也就是说，关于粒状物料，安息角表示这种粒状物料堆的稳定斜率的最大角度。例如，当散装的粒状物料被倒在水平基面上时，会形成圆锥形的堆。所述堆的表面和基面之间的内角被称为安息角；本质上，安息角是堆与水平线形成的角度。

竖炉10在图2中以透视图示出。可以看到矩形的竖井熔融还原容器12。装料系统14被设计为容器12顶部上的气密结构，该结构连接到管道系统，用于排出废气并且用于供给相应的进料通道。为了这个目的，整个中心竖井装置32以及侧向进料器42、42’有利地被封闭在金属外壳中。该外壳在内部被覆盖耐火衬里，从而形成外壁50、50’以及侧向进料器42、42’的壁。这里还应注意，两个相对的横向(Y、Z平面)延伸的端壁62对应于炉子容器的端壁18’(只有一个可以被看见)，从而限定中心竖井装置32、第一进料通道和第二进料通道以及侧向进料器的纵向范围。这种设计清楚地表明，由所述壁限定的所有通道向上开口，并且具有矩形的流动横截面。

每个侧向进料器42的顶部开口42.3、42.3’由相应的盖子64关闭。物料，这里是煤，从上方通过与物料供应机构(未示出)连通的管子66到达其中。每个管子66在装料点68处通入相应的盖子64、64’。

类似地，盖子70、70’布置在中心竖井装置32的每侧以覆盖第一通道和第二通道36、36’、38和38’。内部隔断将每个盖子70、70’分成两个区域，以使得管子72与第一通道36、36’连通，而管子74与第二通道38、38’连通。同样，这些管子72和74中的每个都连接到盖子中的相应的装料点72.1和74.1，并且在它们的上端与物料供应机构连接。例如，每个管子或每对管子使其上端与安置在料斗下游的比例阀连通，一般是经由中间的中间仓和密封阀(未示出)。

这里可以注意到，在所述装料系统中，物料简单地经由通入盖子64和70的管子装填到相应的进料通道中，而没有可移动的管道或溜槽。物料从管子落到相应的盖子中，并且进一步落到对应的进料通道中；在其自然重力流作用下，粒状物料趋向于形成三角形堆积。如果需要的话，可以在每个盖子中设置几个装料点，特别是对于更长的炉子。

相应的进料通道中的装料水平可以借助于如本领域中已知的雷达或者通过任何其他的适当的系统来监视。

为了生成生铁，含铁物料通常被作为第二物料引入，即在第二进料通道中被引入(如前描述的物料2和3)。含铁物料是粒状形式，通常具有范围为5至300mm的粒度。如果需要，含铁物料可以在热或冷处理期间，通过使用粘合剂和/或添加剂预先形成聚结物、球团、团块等。如果需要，聚结物可以进一步包含还原材料，特别是形成自还原的聚结物。

含碳物料经由第一进料通道和侧向进料器装填到炉子中，例如使用诸如上述物料1、4和5。

装载到侧向进料器42、42’中的含碳物料的尺寸可以为5至300mm。

如上所述，可以借助于雷达在相应的通道中监视装载水平。

然而，应当理解，中心物料柱的炉料线水平基于该物料的安息角进行自我调整。这在整个炉子长度上保证了恒定的炉料线水平。所述装料系统因此允许构建物料1的中心柱，这通过最小化壁效应改进了上升气体和炉料之间的热交换效率。此外，它确保恒定的且均匀的装料水平，这就气体的渗透性和分配而言是有益的。

在图1中，通道36、36’和38、38’的最小和最大装料水平被指示为Lmin和Lmax。这表示在通道中以及在相应的盖中形成的相应材料堆的基础。

可以注意到，因为炉料线水平60基于处在分隔壁48、48’的下部部分54、54’上的物料的安息角进行自调整，所以它与通道36和36’中的装料水平无关。然而，可以通过改变废气板44、44’的下边缘与对应的下部部分36和36’之间的距离D来修改炉料线水平60。因此，废气板44和44’优选地构造用于可移除的壁或分段的壁，以使得下部部分可以例如被替换为另一个更长的或更短的壁部分。如将理解的，增大距离D将增大炉料线水平60。

附图标记列表

10 炉子 46 中心废气道

12 容器 48、48’ 分隔壁

14 装料系统 48.1、48.1’ 上部部分

16 底壁 50、50’ 外壁

18、18’ 壁 52 上部竖井通路

20 外侧金属外壳 54、54’ 下部壁部分

22 陶瓷耐磨衬里 56 中心进料通路

23 开口 60 指示的炉料线

24 箭头 62 壁

30 框架结构 64 盖子

32 中心竖井装置 66 管子

34 中心罩 68 装料点

36、36’ 第一进料通道 70、70’ 盖子

38、38’ 第二进料通道 72.1、74.1 装料点

40 竖直堆 72 管子

40.1、40.5 柱 74 管子

42、42 侧向进料器 Lmin、Lmax 装料水平

42.3、42.3’ 顶部开口 D 距离

44、44’ 废气板 X、Y、Z 轴

Claims (10)

1.一种用于竖井熔融还原炉的装料系统，其特征在于：

框架结构(30)，所述框架结构(30)用于安装在竖井熔融还原容器(12)的顶部装料口上；

中心竖井装置(32)，所述中心竖井装置(32)由所述框架结构(30)支撑，并且构造用于从炉子排出废气和引入粒状炉料以在炉子中形成物料堆(40)，所述中心竖井装置包括：

-用于排出废气的中心罩(34)；

-用于第一物料的一对第一进料通道(36、36’)，所述中心罩的每侧一个第一进料通道；以及

-用于第二物料的一对第二进料通道(38、38’)，所述第二进料通道布置在所述第一进料通道的相应侧；

其中所述中心罩包括限定废气通道(46)的一对面对的废气板(44、44’)，每个废气板与相应的分隔壁(48、48’)配合以限定相应的第一进料通道(36、36’)；并且

其中每个分隔壁(48、48’)与相应的外壁(50、50’)配合以限定相应的第二进料通道(38、38’)；

其中所述分隔壁(48、48’)包括在所述中心罩(34)下方朝向彼此延伸以限定中心进料通路(56)的下部部分(54、54’)，由此通过第一进料通道下降的物料在流过所述中心进料通路之前能够根据所述物料的安息角积聚在所述下部部分(54、54’)上，从而允许所述竖井装置中的第一物料炉料线进行自调整。

2.根据权利要求1所述的装料系统，其中每个分隔壁(48、48’)包括连接到所述下部部分的直的上部部分(48.1、48.1’)；并且所述分隔壁的所述下部部分(54、54’)延伸到低于所述废气板(44、44’)和所述废气通道(46)下方，所述中心进料通路(56)的流动横截面比所述废气通道(46)窄。

3.根据权利要求2所述的装料系统，其中所述直的上部部分(48.1、48.1’)是竖直的。

4.根据权利要求1所述的装料系统，包括两个侧向进料器(42、42’)，分别安装于所述框架结构并在所述中心竖井装置的下游通入所述炉子。

5.根据权利要求1所述的装料系统，其中所述外壁(50、50’)分别包括下部部分，所述下部部分与所述框架连接以在所述中心进料通路的下游限定装料通路，所述装料通路与所述容器顶部装料口竖直对齐。

6.根据权利要求5所述的装料系统，其中每个外壁的下部部分包括向内渐缩的区段和竖直区段，所述竖直区段被定位为与相应的废气板竖直对齐或者进一步向内。

7.根据权利要求1所述的装料系统，其中所述废气板(44、44’)被可移除地安装在所述中心罩(34)中，以便允许调整所述废气板的下边缘和所述分隔壁的对应的下部部分之间的流动区域。

8.根据权利要求1所述的装料系统，其中所述第一进料通道和所述第二进料通道中的每个的顶部开口通过盖子(70)关闭，每个盖子包括用于连接到物料供应系统的至少一个装料点。

9.一种竖井熔融还原炉，包括竖井熔融还原容器(12)和根据前述权利要求1到8中任一项所述的装料系统，所述装料系统被安装在所述熔融还原容器(12)的顶部装料口上。

10.根据权利要求9所述的竖井熔融还原炉，其中所述熔融还原容器(12)具有矩形的横截面。

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