CN112877491A - 一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉及其工艺，涉及金属铁还原技术领域。该竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉及其工艺，包括炉体，所述炉体竖立设置，所述炉体包括进料干燥仓，所述进料干燥仓的下表面固定连接有还原炉主体。通过球团中混合还原剂与催化剂，提供了还原接触点，催化剂在球团內释放热能,加速还原，同时还原罐提供了缺氧的还原条件，铁粉在罐内迅速还原，末段以氢气进行二次还原，确保还原率达90％以上，使用煤基与气基结合，还原率高，通过罐体设置为圆柱竖立型，通过液压活塞，可以实现对物料的还原反应的进度的控制，同时设置有排气孔，可以检测内部的一氧化碳与氢气的含量，对罐中的反应进行精准的把握。

Description

一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉及其工艺
技术领域
本发明涉及金属铁还原技术领域，具体为一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉及其工艺。
背景技术
还原是指事物恢复到原来的状况或形状，在化学中指用化学或电化学方法引起的以下的作用或过程，即除去非金属元素以产生金属。从某物质除去氧；与氢化合或受氢作用。用降低电负性部分的比例改变某种化合物；改变某种元素或离子从较高的氧化态至较低的氧化态，加一个或几个电子到一个原子、离子或分子。
现有国内煤基直接还原，大都以铁矿粉+煤粉为主要还原剂入罐，通过隧道窑进行金属铁还原。具有以下缺点：
还原时间长，还原段需要48-72小时。
生产不能连续进行.煤粉及还原剂入罐，必须是分批方式进行，需要一定的装缷时间，不能流水式生产.罐出炉后,必须在常温下降温,否则罐会因冷缩热胀而爆裂,一般需要五小时以上，机械化装缷，装缷速度有局限，而且投资大，占用空间多。
若以低品位铁精粉(60％以下)生产，成品品位达不到90％指标，隧道窑设计不能密封，隧道内的空间与还原罐的体积(直接产能)比例大，导致耗能较大。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉及其工艺，解决了还原时间长,耗能大以及成品质量低的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，包括炉体，所述炉体竖立设置，所述炉体包括进料干燥仓，所述进料干燥仓的下表面固定连接有还原炉主体，所述还原炉主体的下表面设置有出料区；
所述干燥仓的包括仓体，所述仓体的两侧活动连接有输送带，所述仓体的上表面设置有顶盖，所述顶盖的内部设置有电磁铁，所述仓体的外表面设置有余热回收管，所述仓体的下表面设置有漏料孔，所述仓体的内部设置有排气口；
所述还原炉主体包括罐体，所述罐体的内部设置有还原反应柱，所述还原炉主体包括预热区、还原区、冷却区，所述罐体的下表面设置有平台，所述平台的下表面固定连接有液压缸，所述液压缸远离罐体的一端固定连接有地基，所述还原区的内部设置有氢气入口，所述平台的上表面设置有水平感应装置，所述罐体的底部设置有液压活塞。
所述出料区包括出料仓，所述出料仓的下表面设置有出料口，所述出料口的内部设置有过滤网，所述出料仓的内部设置有氮气喷嘴。
优选的，所述预热区的高度为罐体的20％，所述还原区的高度为罐体的65％，所述冷却区的高度为罐体的15％。
优选的，所述余热回收管远离仓体的一端与罐体固定连接。
优选的，所述仓体与罐体均包括钢板，所述钢板的内表面固定连接有防火砖。
优选的，所述漏料孔与还原反应柱相连接，所述还原反应柱远离漏料孔的一端与液压活塞活动连接。
优选的，所述罐体的侧壁设置有喷嘴，且呈圆周排列，所述罐体的侧壁且位喷嘴之间设置有观察镜。
一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原工艺，包括以下步骤：
S1.原料处理：将还原剂经过搅拌、过筛、烘干工序，待用，铁精粉经过烘干、过筛，待用，将催化剂进行搅拌，待用，将煤粉压碎、过筛，得到粉末；
S2.进行原料混合：将处理好的还原剂、铁精粉、催化剂通过搅拌，进行充分混合，然后制造成为球团；
S3.进行入料；通过输送带将球团与煤粉放入进料干燥仓中，其进料顺序为一层球团、一层煤粉一次布置，放置完成后，将顶盖关闭，通过余热回收管保证内部温度为100，对内部的原料进行干燥。
S4.进行还原反应：通过将放置的原料落入罐体中，通过预热区，对原料进行加热，然后通过还原区通过氢气入口进入氢气，进行还原反应，通过冷却区，最终落入出料区中，同时通过氮气喷嘴进行加快冷却，进行回收；
S5.进行筛选：将过滤网上的球团进行收集，然后碾压成分，同时将粉末与过滤网下方的粉末进行磁选，选出还原的铁粉；
S6.进行处理：将收集铁粉通过热压成块处理，得到铁块，进行储存或后续的处理。
优选的，所述预热区的温度为600℃～800℃，所述还原区的温度为950℃～1050℃。
优选的，所述S5中滤网下方粉末进行磁选后剩余为未反应的煤粉，可以进行再次利用，球团粉末与过滤粉末分开筛选。
工作原理：通过将球团与煤粉放入输送带202上，然后通过一层煤粉、一层球团依次排列，使物料放入到仓体201中，通过余热回收管204传送的热量，对物料进行烘干，当物料放置完毕后，通过吊臂将顶盖203进行封闭，通电，使电磁铁与仓体201连接紧密，同时铜鼓控制液压活塞308，控制物料的下落速度，物料进入还原反应柱302，然后依次经过预热区303、还原区304、冷却区305，当通过还原区304时，通入还原性气体氢气，对原料进行还原，然后达到出料区4，通过过滤网403使煤粉与球团相脱离。
(三)有益效果
本发明提供了一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉及其工艺。具备以下有益效果：
1、本发明通过球团中混合还原剂与催化剂，提供了还原接触点，催化剂在球团内释放热能,达至快速还原，同时还原罐提供了缺氧的还原条件，铁粉在罐内迅速还原，末端以氢气进行二次还原，确保还原率达90％以上，使用煤基与气基结合，还原率高。
2、本发明，通过罐体设置为圆柱竖立型，通过液压活塞，可以实现对物料的还原反应的进度的控制，同时设置有排气孔，可以检测内部的一氧化碳与氢气的含量，对罐中的反应进行精准的把握，同时可以实现物料的持续还原，能够进行持续性工作，而且反应的速率较快。
3、本发明通过设置有进料仓与出料区，可以有效解决传统隧道窑进料和出料的难题，提升了生产的自动化和连续性，同时加入出料仓的氮气降温设计,減少了还原炉主体内的冷却区,从而增加实际还原区体积。
4、本发明通过设置合适的还原区与罐体的比例，减少冷却区的长度，同时设置有余热回收管，可以节能和提升产能，固定还原罐，减低罐的损耗机率.同时也减省了轮候装卸的备用罐，减低投资成本。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图；
图2为本发明铁金属还原流程图。
其中，1、炉体；2、干燥仓；201、仓体；202、输送带；203、顶盖；204、余热回收管；205、漏料孔；206、排气口；3、还原炉主体；301、罐体；302、还原反应柱；303、预热区；304、还原区；305、冷却区；306、液压缸；307、氢气入口；308、液压活塞；309、平台；4、出料区；401、出料仓；402、出料口；403、过滤网；404、氮气喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，本发明实施例提供一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，包括炉体1，进行还原反应的场所，炉体1竖立设置，延长反应的时间，炉体1包括进料干燥仓2，进行对物料的干燥，进料干燥仓2的下表面固定连接有还原炉主体3，进行还原反应的主要场所，还原炉主体3的下表面设置有出料区4，方便进行出料；
干燥仓2的包括仓体201，仓体201的两侧活动连接有输送带202，传送物料，使物料传送至仓体201的内部，仓体201的上表面设置有顶盖203，对装置进行封闭，使反应时，热量不散发，减少能量的输出，顶盖203的内部设置有电磁铁，使顶盖203与仓体201连接紧密，仓体201的外表面设置有余热回收管204，进行余热的回收，使热量利用充分，余热回收管204远离仓体201的一端与罐体301固定连接，吸收罐体301内部的热量进行干燥，利用较为充分，仓体201的下表面设置有漏料孔205，方便物料的落下，漏料孔205与还原反应柱302相连接，方便物料进行还原反应，仓体201的内部设置有排气口206，调节内部压力，同时通过内部一氧化碳与氢气的含量，可以检测内部的还原情况。
还原炉主体3包括罐体301，罐体301的侧壁设置有喷嘴，进行喷火，使内部形成高温，且呈圆周排列，罐体301的侧壁且位喷嘴之间设置有观察镜，观察内部掉落与反应的速度，罐体301的内部设置有还原反应柱302，进行还原反应的主体，还原反应柱302远离漏料孔205的一端与液压活塞308活动连接，方便进行调节落料速度，控制还原反应的进行，还原炉主体3包括预热区303、还原区304、冷却区305，预热区303的高度为罐体301的20％，预热区303为物料进行初步的加热，方便后续还原反应的进行，还原区304的高度为罐体301的65％，还原区304达到还原的温度，使还原返佣顺利进行，冷却区305的高度为罐体301的15％，对物料进行冷却，方便进行落料、收集，罐体301的下表面设置有平台309，用于支撑罐体301，平台309的下表面固定连接有液压缸306，方便对平台309进行调节，液压缸306远离罐体301的一端固定连接有地基，还原区304的内部设置有氢气入口307，使用气基与煤基同时还原，使得还原的效率较高，平台309的上表面设置有水平感应装置，使装置保持水平，罐体301的底部设置有液压活塞308，控制落料的速度，仓体201与罐体301均包括钢板，钢板的内表面固定连接有防火砖，能够耐住高温。
出料区4包括出料仓401，出料仓401的下表面设置有出料口402，进行出料，出料口402的内部设置有过滤网403，使煤粉与球团进行分离，出料仓401的内部设置有氮气喷嘴404，加快物料的冷却。
如图2所示，一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原工艺，包括以下步骤：
S1.原料处理：将还原剂经过搅拌、过筛、烘干工序，待用，铁精粉经过烘干、过筛，待用，将催化剂进行搅拌，待用，将煤粉压碎、过筛，得到粉末；
S2.进行原料混合：将处理好的还原剂、铁精粉、催化剂通过搅拌，进行充分混合，然后制造成为球团；
S3.进行入料；通过输送带202将球团与煤粉放入进料干燥仓2中，其进料顺序为一层球团、一层煤粉一次布置，放置完成后，将顶盖203关闭，通过余热回收管204保证内部温度为100，对内部的原料进行干燥。
S4.进行还原反应：通过将放置的原料落入罐体301中，通过预热区303，对原料进行加热，然后通过还原区304通过氢气入口307进入氢气，进行还原反应，通过冷却区305，最终落入出料区4中，同时通过氮气喷嘴404进行加快冷却，进行回收；
S5.进行筛选：将过滤网403上的球团进行收集，然后碾压成分，同时将粉末与过滤网403下方的粉末进行磁选，选出还原的铁粉；
S6.进行处理：将收集铁粉通过热压成块处理，得到铁块，进行储存或后续的处理。
预热区303的温度为600℃～800℃，还原区304的温度为950℃～1050℃，S5中滤网下方粉末进行磁选后剩余为未反应的煤粉，可以进行再次利用，球团粉末与过滤粉末分开筛选。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，包括炉体(1)，其特征在于：所述炉体(1)竖立设置，所述炉体(1)包括进料干燥仓(2)，所述进料干燥仓(2)的下表面固定连接有还原炉主体(3)，所述还原炉主体(3)的下表面设置有出料区(4)；
所述干燥仓(2)的包括仓体(201)，所述仓体(201)的两侧活动连接有输送带(202)，所述仓体(201)的上表面设置有顶盖(203)，所述顶盖(203)的内部设置有电磁铁，所述仓体(201)的外表面设置有余热回收管(204)，所述仓体(201)的下表面设置有漏料孔(205)，所述仓体(201)的内部设置有排气口(206)；
所述还原炉主体(3)包括罐体(301)，所述罐体(301)的内部设置有还原反应柱(302)，所述还原炉主体(3)包括预热区(303)、还原区(304)、冷却区(305)，所述罐体(301)的下表面设置有平台(309)，所述平台(309)的下表面固定连接有液压缸(306)，所述液压缸(306)远离罐体(301)的一端固定连接有地基，所述还原区(304)的内部设置有氢气入口(307)，所述平台(309)的上表面设置有水平感应装置，所述罐体(301)的底部设置有液压活塞(308)。
所述出料区(4)包括出料仓(401)，所述出料仓(401)的下表面设置有出料口(402)，所述出料口(402)的内部设置有过滤网(403)，所述出料仓(401)的内部设置有氮气喷嘴(404)。
2.根据权利要求1所述的一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，其特征在于：所述预热区(303)的高度为罐体(301)的20％，所述还原区(304)的高度为罐体(301)的65％，所述冷却区(305)的高度为罐体(301)的15％。
3.根据权利要求1所述的一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，其特征在于：所述余热回收管(204)远离仓体(201)的一端与罐体(301)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，其特征在于：所述仓体(201)与罐体(301)均包括钢板，所述钢板的内表面固定连接有防火砖。
5.根据权利要求1所述的一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，其特征在于：所述漏料孔(205)与还原反应柱(302)相连接，所述还原反应柱(302)远离漏料孔(205)的一端与液压活塞(308)活动连接。
6.根据权利要求1所述的一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原炉，其特征在于：所述罐体(301)的侧壁设置有喷嘴，且呈圆周排列，所述罐体(301)的侧壁且位喷嘴之间设置有观察镜。
7.一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.原料处理：将还原剂经过搅拌、过筛、烘干工序，待用，铁精粉经过烘干、过筛，待用，将催化剂进行搅拌，待用，将煤粉压碎、过筛，得到粉末；
S2.进行原料混合：将处理好的还原剂、铁精粉、催化剂通过搅拌，进行充分混合，然后制造成为球团；
S3.进行入料；通过输送带(202)将球团与煤粉放入进料干燥仓(2)中，其进料顺序为一层球团、一层煤粉一次布置，放置完成后，将顶盖(203)关闭，通过余热回收管(204)保证内部温度为100，对内部的原料进行干燥。
S4.进行还原反应：通过将放置的原料落入罐体(301)中，通过预热区(303)，对原料进行加热，然后通过还原区(304)通过氢气入口(307)进入氢气，进行还原反应，通过冷却区(305)，最终落入出料区(4)中，同时通过氮气喷嘴(404)进行加快冷却，进行回收；
S5.进行筛选：将过滤网(403)上的球团进行收集，然后碾压成分，同时将粉末与过滤网(403)下方的粉末进行磁选，选出还原的铁粉；
S6.进行处理：将收集铁粉通过热压成块处理，得到铁块，进行储存或后续的处理。
8.根据权利要求7所述的一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原工艺，其特征在于：所述预热区(303)的温度为600℃～800℃，所述还原区(304)的温度为950℃～1050℃。
9.根据权利要求7所述的一种竖式煤基、气基混合金属铁直接还原工艺，其特征在于：所述S5中滤网下方粉末进行磁选后剩余为未反应的煤粉，可以进行再次利用，球团粉末与过滤粉末分开筛选。
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