CN115164580A - 一种三相复合供热式低碳烧结装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种三相复合供热式低碳烧结装置，其特征在于：该装置包括烧结机台车(1)、底部燃气喷加系统(2)和加热源；所述底部燃气喷加系统(2)设置在烧结机台车(1)的下方；沿着烧结机台车(1)的运行方向，所述加热源设置在烧结机台车(1)的侧部。本发明在现有固体燃料提供烧结所需热量的基础上，同时引入燃气喷吹供热与加热源点火供热，实现固体燃料、燃气、加热源的三相复合供热，使得现有技术中烧结料层配加固体燃料的作用逐渐被加热源点火、燃气燃烧放热所替代，从而能够实现少焦炭配比的“低碳烧结”。

Description

一种三相复合供热式低碳烧结装置及其方法
技术领域
本发明涉及复合供热式低碳烧结工艺，具体涉及一种三相复合供热式低碳烧结装置及其方法，属于烧结技术领域。
背景技术
烧结工艺是炼铁流程中的一个关键环节，其原理是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，从而送往高炉进行下一步工序。
为了降低高炉炼铁的焦比和冶炼成本，高炉对烧结矿的要求往往是高强度和高还原性。烧结工序中，一般要求烧结矿具有较高的强度、高成品率、较低的返矿率，以及较低的燃料消耗。高强度和高还原性的烧结矿在高炉冶炼过程中消耗较少的焦炭，从而降低二氧化碳的排放。从长远角度考虑，二氧化碳减排要求将成为制约钢铁工业发展的瓶颈之一。据相关资料介绍，烧结与高炉工序二氧化碳排放量约占工业排放总量的60％。因此，无论从企业降低成本考虑还是从环境保护角度考虑，减少烧结固体燃料消耗比例与降低高炉炉料的燃料比成为炼铁技术的迫切之需。
在此大环境下，日本JFE公司开发的“烧结料面气体燃料喷吹技术”应运而生，其原理是通过喷吹装置在点火炉后一段距离的烧结台车上方喷吹稀释到可燃浓度下限以下的气体燃料，使其在烧结料层内燃烧供热。该技术可降低烧结矿生产中的固体碳用量以及CO2排放量，同时，由于气体燃料的燃烧加宽了烧结料层在生产时的高温带宽度，所以使得1200～1400℃的烧结矿温度时间得到延长，从而使得烧结矿的强度以及5～10mm孔隙率得到有效加强。
现有技术下的烧结方法，有固体燃料烧结和气固两相燃料烧结两种生产模式。其中，常规固体燃料烧结技术下的系统装置结构如图1所示：固体燃料煤炭与烧结混合料混匀后，被均匀铺在烧结机台车上，形成一定厚度的料层，经由点火炉点火后，在料层内形成一条高温燃烧带，在台车从机头往机尾走的同时，空气在主抽风机的作用下从上往下穿过料层，通过抽风风箱和大烟道，最终从烟囱排出，而燃烧带也在负压和下行空气的作用下匀速下移，最终从料层顶部移动至料层底部，完成整个料层的烧结。
气固两相燃料烧结技术下的系统装置结构如图2所示：喷吹装置由燃气总管、燃气支管、燃气喷吹管排、喷吹罩组成。其中燃气总管一端与厂区燃气管道相连，另一端通过燃气支管穿过喷吹罩与喷吹管排相连，喷吹管排位于喷吹罩内，并位于烧结机台车上方。燃气喷吹强化烧结系统在生产时，燃气从厂区燃气管道进入燃气总管后再进入燃气支管，最后进入喷吹管排并喷出，在喷吹罩内与罩内空气混合，形成设计要求浓度的混合性气体，进入烧结料层内部参与燃烧辅助烧结。在该技术下，高温燃烧带是由固体燃料煤炭与气体燃料煤气共同放热形成。
固体燃料烧结和气固两相燃料烧结，这两种模式在长期生产中被发现存在以下缺陷：
1.固体燃料烧结模式：常规烧结大多为固体燃料模式，其缺点是无法实现理想的料层内燃料偏析分布，只能均匀分布在料层各处，这样就导致需热量比上层少的下层单元供热过剩，不但导致能源浪费，而且导致了烧结工序的碳排放指标居高不下；
2.气固两相燃料烧结模式：新开发的气固两相燃料模式，通过在烧结料面喷加氢系气态燃料，使其被吸入料层内参与燃烧供热，从而替代部分固体燃料。虽然该模式在固体燃料模式基础上实现了燃料偏析分布，大幅降低了碳消耗和碳排放，但由于氢系燃气无法在料层内形成稳定匀速移动的高温燃烧带，故其替代固体燃料的比例有限，只能控制在30％以下，离国家的“低碳无碳冶炼”要求还有一定差距。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明在现有烧结模式和装备基础上对其加以了优化改进，研发出一种三相复合供热式低碳烧结装置及其方法。本发明装置包括烧结机台车、设置在烧结机台车下方的底部燃气喷加系统及设置在烧结机台车两侧的加热源(正负电极源或微波加热源)。基于结构创新，本发明提出在烧结过程中，在固体燃料提供烧结所需热量的基础上，同时引入燃气喷吹供热与加热源点火供热，实现固体燃料、燃气、加热源的三相复合供热，使得现有技术中烧结料层配加固体燃料的作用逐渐被加热源点火、燃气燃烧放热所替代，从而能够实现少焦炭配比的“低碳烧结”，甚至零焦炭配比的“无碳烧结”。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种气固电三相复合供热式低碳烧结装置。
一种气固电三相复合供热式低碳烧结装置，该装置包括烧结机台车、底部燃气喷加系统和正负电极源。所述底部燃气喷加系统设置在烧结机台车的下方。所述正负电极源包括正极和负极。沿着烧结机台车的运行方向，所述正极和负极分别设置在烧结机台车的两侧。
在本发明中，该装置还包括抽风风箱和大烟道。所述抽风风箱设置在烧结机台车的上方。所述大烟道设置在抽风风箱的上方，并与抽风风箱连通。
作为优选，烧结机台车与抽风风箱之间还设有密封罩。所述密封罩位于烧结机台车的上部，并与抽风风箱连通。
在本发明中，所述正负电极源的数量为多个，每一个正负电极源均包括正极和负极。沿着烧结机台车的运行方向，各个正负电极源的正极依次设置在烧结机台车的同一侧，且各个正极的设置高度依次递增，即各个正负电极源的正极在烧结机台车的同一侧从整体上形成倾斜向上设置的正极组。作为优选，所述各个正负电极源的负极依次设置在烧结机台车的另一侧。所述烧结机台车两侧的负极与正极在数量与设置位置上呈对称分布。
优选的是，该装置还包括设置在烧结机台车内的导电格栅板。优选，所述导电格栅板的数量为多块。所述多块导电格栅板沿着烧结机台车的宽度方向依次成排设置。进一步优选，所述多块导电格栅板沿着烧结机台车的运行方向依次设置为多排。相邻两排导电格栅板交错排布，后一排导电格栅板对应前一排导电格栅板中相邻两块导电格栅板之间的间隙设置。
作为优选，烧结机台车上的烧结混合料内还设有均匀分布的若干导电钢纤维。优选，所述导电钢纤维为细条状。导电钢纤维的尺寸为1～10mm，优选为3～8mm。优选的是，相邻两块导电格栅板之间的间距为300～1200mm，优选为500～1000mm。
优选的是，每一排所述导电格栅板中，每相邻两块导电格栅板之间的间距相同。作为优选，相邻两块导电格栅板之间的间距L满足下述关系式：
Figure RE-GDA0003740631920000031
式中：L为相邻两块导电格栅板之间的间距，mm。d为烧结混合料的平均粒径，mm。γ为烧结混合料中的全铁含量。ω为烧结混合料中的水分含量。β为烧结混合料中的导电钢纤维含量。a、b、c、e为间距调节常数，a的取值为0.1-0.5，b的取值为0.1-0.5，c的取值为0.1-1， e的取值为0-5。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种气固微波三相复合供热式低碳烧结装置。
一种气固微波三相复合供热式低碳烧结装置，该装置包括烧结机台车、底部燃气喷加系统和微波加热源。所述底部燃气喷加系统设置在烧结机台车的下方。沿着烧结机台车的运行方向，所述微波加热源设置在烧结机台车的侧部。
在本发明中，该装置还包括抽风风箱和大烟道。所述抽风风箱设置在烧结机台车的上方。所述大烟道设置在抽风风箱的上方，并与抽风风箱连通。
作为优选，烧结机台车与抽风风箱之间还设有密封罩。所述密封罩位于烧结机台车的上部，并与抽风风箱连通。
在本发明中，所述微波加热源的数量为多个，所述多个微波加热源分别设置在烧结机台车的两侧。沿着烧结机台车的运行方向，同一侧微波加热源依次设置，且各个微波加热源的设置高度依次递增，即同一侧微波加热源在整体上形成倾斜向上设置的微波加热源组。作为优选，所述烧结机台车两侧的微波加热源在数量与设置位置上呈对称分布。
在本发明中，所述底部燃气喷加系统包括底部喷气罩、喷气管和反射板。所述底部喷气罩设置在烧结机台车的下方，并与烧结机台车的底部连接。喷气管和反射板均设置在底部喷气罩内。喷气管上设有喷气孔。反射板设置在喷气管的下方。优选，所述喷气管上设有燃气阀门。
作为优选，所述喷气孔设置在喷气管的下半部位置。优选，喷气孔所在的径向偏离竖直方向设置。所述反射板位于喷气孔的喷出延长线上。
作为优选，所述底部燃气喷加系统包括多根喷气管。相邻两根喷气管之间留有间隙。所述反射板对应设置在相邻两根喷气管之间的间隙位置。优选，所述喷气管的数量为m根，m 的取值为2～50，优选为3～20。所述反射板的数量≥m+1块。
在本发明中，该装置还包括自由移动式微波源。所述自由移动式微波源包括轨道、移动微波源、驱动电机。其中，轨道设置在烧结机台车的侧部。移动微波源设置在轨道上。驱动电机与移动微波源连接，并驱动移动微波源沿着轨道做自由水平运动。优选，烧结机台车的两侧对称设置有所述自由移动式微波源。
在本发明中，烧结机台车的上方设有n个抽风风箱，n的取值为18～39，优选为21～36，更优选为24～30。每一个抽风风箱均通过各自的风箱支管连接至大烟道。优选，每一个抽风风箱上均设有压力检测装置。
在本发明中，所述密封罩与烧结机台车的连接位置设有密封装置。优选，所述密封装置为液密封装置。
作为优选，该装置还包括设置在烧结机台车上的检测装置。所述检测装置伸入烧结料层中的烧结矿带。作为优选，该装置还包括设置在密封罩上的燃气浓度检测装置。所述燃气浓度检测装置伸入密封罩内。
优选的是，该装置还包括控制系统。所述控制系统与检测装置、压力检测装置、燃气浓度检测装置、底部燃气喷加系统的燃气阀门、正负电极源、微波加热源、自由移动式微波源的移动微波源和驱动电机连接，并控制检测装置、压力检测装置、燃气浓度检测装置、燃气阀门、正负电极源、微波加热源、移动微波源、驱动电机的操作。
根据本发明的第三种实施方案，提供一种气固电三相复合供热式低碳烧结方法。
一种气固电三相复合供热式低碳烧结方法或使用第一种实施方案中所述的装置进行低碳烧结的方法，该方法包括以下步骤：
1)将烧结混合料布料至烧结机台车上，开启正负电极源，点火运行，同时开启底部燃气喷加系统的燃气阀门。
2)控制系统通过检测装置实时监测烧结矿的孔隙度。实时监测过程中，控制系统将检测到的实时烧结矿孔隙度Z与目标烧结矿孔隙度Z0进行比较。
201)若实时烧结矿孔隙度Z＝目标烧结矿孔隙度Z0，即此时烧结矿质量指标在正常范围内，装置继续运行。
202)若实时烧结矿孔隙度Z＜目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过烧的情况。控制系统控制调小燃气阀门，使得Z＝Z0。
203)若实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过生的情况。控制系统控制调大燃气阀门或调大烧结混合料中的固体燃料配比，使得Z＝Z0。
作为优选，所述目标烧结矿孔隙度Z0的取值范围为10％-30％，优选为10％-20％，更优选为10％-15％。
优选的是，步骤1)中还包括导电钢纤维的添加步骤，具体为：在烧结混合料布料至烧结机台车之前，在烧结一混料进行二混的过程中加入导电钢纤维，导电钢纤维与烧结一混料混合均匀，得到烧结混合料。
作为优选，底部燃气喷加系统所喷吹的燃气为富氢燃气。优选，所述富氢燃气中氢气的体积占比大于50％，优选为大于60％。
在本发明中，该方法还包括：
3)控制系统通过设置在各个抽风风箱上的压力检测装置实时监测各个抽风风箱的负压。实时监测过程中，一旦检测到有抽风风箱的实时负压P＞目标负压P0，则判定此时出现了烧结料层负压过大的情况。
控制系统通过压力检测装置确定烧结料层负压过大位置所对应的抽风风箱，然后控制驱动电机将自由移动式微波源的移动微波源移动至该抽风风箱对应位置，开启移动微波源加热该位置烧结料层，使得P＝P0。
作为优选，所述目标负压P0的取值范围为10000-20000Pa，优选为10000-18000Pa，更优选为10000-15000Pa。
在本发明中，所述步骤203)具体为：若实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过生的情况。控制系统通过燃气浓度检测装置检测烧结机台车内的实时燃气浓度C。
若实时燃气浓度C＜燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统控制调大燃气阀门，使得Z＝ Z0。若实时燃气浓度C≥燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统控制调大烧结混合料中的固体燃料配比，使得Z＝Z0。优选，所述燃气爆炸下限浓度Cmax的取值范围为4％-5％。
根据本发明的第四种实施方案，提供一种气固微波三相复合供热式低碳烧结方法。
一种气固微波三相复合供热式低碳烧结方法或使用第二种实施方案中所述的装置进行低碳烧结的方法，该方法包括以下步骤：
1)将烧结混合料布料至烧结机台车上，开启微波加热源，点火运行，同时开启底部燃气喷加系统的燃气阀门。
2)控制系统通过检测装置实时监测烧结矿的孔隙度。实时监测过程中，控制系统将检测到的实时烧结矿孔隙度Z与目标烧结矿孔隙度Z0进行比较。
201)若实时烧结矿孔隙度Z＝目标烧结矿孔隙度Z0，即此时烧结矿质量指标在正常范围内，装置继续运行。
202)若实时烧结矿孔隙度Z＜目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过烧的情况。控制系统控制调小燃气阀门或调小微波加热源的微波功率，使得Z＝Z0。
203)若实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过生的情况。控制系统控制调大燃气阀门或调大微波加热源的微波功率，使得Z＝Z0。
作为优选，所述目标烧结矿孔隙度Z0的取值范围为10％-30％，优选为10％-20％，更优选为10％-15％。
在本发明中，该方法还包括：
3)控制系统通过设置在各个抽风风箱上的压力检测装置实时监测各个抽风风箱的负压。实时监测过程中，一旦检测到有抽风风箱的实时负压P＞目标负压P0，则判定此时出现了烧结料层负压过大的情况。
控制系统通过压力检测装置确定烧结料层负压过大位置所对应的抽风风箱，然后控制驱动电机将自由移动式微波源的移动微波源移动至该抽风风箱对应位置，开启移动微波源加热该位置烧结料层，使得P＝P0。
作为优选，所述目标负压P0的取值范围为10000-20000Pa，优选为10000-18000Pa，更优选为10000-15000Pa。
在本发明中，所述步骤203)具体为：若实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过生的情况。控制系统通过燃气浓度检测装置检测烧结机台车内的实时燃气浓度C。
若实时燃气浓度C＜燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统控制调大燃气阀门，使得Z＝ Z0。若实时燃气浓度C≥燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统控制调大微波加热源的微波功率，使得Z＝Z0。优选，所述燃气爆炸下限浓度Cmax的取值范围为4％-5％。
作为优选，底部燃气喷加系统所喷吹的燃气为富氢燃气。优选，所述富氢燃气中氢气的体积占比大于50％，优选为大于60％。
针对现有技术中固体燃料烧结模式下无法实现理想的料层燃料偏析分布、及气固两相燃料烧结模式下固体燃料的替代比例有限的缺陷，本发明提出一种三相复合供热式低碳烧结装置。该装置包括烧结机台车、设置在烧结机台车下方的底部燃气喷加系统及设置在烧结机台车两侧的加热源。所述加热源为正负电极源或微波加热源。基于结构创新，本发明提出在烧结过程中，在固体燃料提供烧结所需热量的基础上，同时引入燃气喷吹供热与正负电极源或微波加热源点火供热，实现固体燃料、燃气、正负电极源或微波加热源的三相复合供热，使得现有技术中烧结料层配加固体燃料的作用逐渐被正负电极源或微波加热源点火、燃气燃烧放热所替代，从而实现少焦炭配比的“低碳烧结”，甚至零焦炭配比的“无碳烧结”。
在本发明中，所喷吹的燃气为富氢燃气(例如，氢气体积占比大于60％)。富氢燃气的密度较空气轻，极易发生向上逃逸的现象，这与传统烧结生产时需要燃气往下运动的规律相矛盾，因而采用常规的下抽风模式，很容易发生燃气逃逸飘散的情况。由此，本发明提出在烧结过程中，改变原烧结机的下抽风生产模式，采用上抽风生产模式。改用上抽风模式后，富氢燃气向上运动与生产需求相符合，燃气逃逸率将大幅降低。本发明采用固体燃料、燃气、正负电极源或微波加热源的三相复合供热，所喷吹的燃气由常规燃气改用富氢燃气，富氢燃气参与燃烧能够使得焦炭燃烧带入的多污染物得到有效降低，能够更多的替代烧结料层中配加固体燃料(焦炭)的作用，从而更有利于实现少焦炭配比的“低碳烧结”或零焦炭配比的“无碳烧结”。基于此，本发明将大烟道和抽风风箱改至烧结机台车的上部位置，并在抽风风箱下部、与烧结机台车之间的位置设置密封罩。密封罩与烧结机台车的连接位置还设有密封装置(例如液密封装置)，密封罩通过侧部的密封装置与烧结机台车紧密连接。
为配合上抽风的生产模式，本发明在烧结机台车的下方增设了底部燃气喷加系统。所述底部燃气喷加系统包括底部喷气罩、喷气管和反射板。其中，底部喷气罩设置在烧结机台车的下方，并与烧结机台车的底部紧密连接。底部喷气罩的设置，能够避免燃气喷吹过程中燃气的泄露，保护环境，同时提高系统的安全性。喷气管和反射板均设置在底部喷气罩内。喷气管上设有喷气孔。反射板设置在喷气管的下方。底部燃气喷加系统开启时，燃气从喷气管上的喷气孔喷出，反射板则负责将喷出的燃气反射向上。燃气随即被吸入烧结料层，被高温点燃，为烧结反应贡献热量。
作为优选，所述喷气孔设置在喷气管的下半部位置。一般来说，喷气孔所在的径向偏离竖直方向设置，即在径向平面内喷气孔所在的位置与喷气管的轴心线的连线方向与竖直方向呈一定夹角。如图6所示，燃气经由喷气孔沿着喷气管的下部两侧喷出，为便于能够更好更全范围的将燃气反射向上，所述反射板则设置在喷气孔的喷出延长线上。本发明所述的底部燃气喷加系统包括多根喷气管，相邻两根喷气管之间留有间隙。所述反射板即对应设置在相邻两根喷气管之间的间隙位置。其中，靠近烧结机台车两侧设置的两块反射板，则对应设置在喷气管与底部喷气罩侧壁之间的间隙位置，如图3所示。从喷气孔喷出的燃气，刚好喷射在反射板上，与反射板发生碰撞后的燃气，转而向上，同时在上抽风模式的作用下，燃气向上穿过各喷气管之间的间隙，进入烧结料层燃烧，从而为烧结反应提供热量。在本发明中，所述底部燃气喷加系统还包括燃气阀门。所述燃气阀门可直接设置在各喷气管上(图中未示出)，也可设置在各喷气管连接的喷气总管上。燃气阀门的设置能够控制实时的燃气喷吹量，进而控制燃气喷吹所提供的供热量，有利于烧结生产的顺利进行。
在本发明中，所述正负电极源的数量为多个。其中，正负电极源的具体数量可按需进行调节(例如根据烧结机的长度或现场生产情况等进行调节)。每个正负电极源均包括正极和负极，各个正负电极源的正极依次设置在烧结机台车的同一侧，各个正负电极源的负极依次设置在烧结机台车的另一侧，从而增强烧结过程中正负电极源点火加热的供热效果。为配合上抽风的生产模式，各个正负电极源的正极在烧结机台车的同一侧依次设置，且各个正极的设置高度依次递增，即各个正负电极源的正极在烧结机台车的同一侧从整体上形成倾斜向上设置的正极组。优选，所述烧结机台车两侧的负极与正极在数量与设置位置上呈对称分布，即烧结机台车的一侧设置有倾斜向上的正极组，烧结机台车的另一侧对称设置有倾斜向上的负极组。本发明将传统的下抽风模式改为上抽风模式，因而随着烧结机从机头往机尾位置的改变(即沿着烧结机台车的运行方向)，烧结料层内的燃烧带不断上移，由此，正负电极源的安装高度也随着燃烧带的位置改变而上移，进而形成两排呈一定斜度的正负电极源组。正负电极源起到在对应高度料层内产生击穿电流、形成电火花，从而点燃该区域燃气的作用。
在本发明中，所述微波加热源的数量为多个。其中，微波加热源的具体数量可按需进行调节(例如根据烧结机的长度或现场生产情况等进行调节)。所述多个微波加热源分别设置在烧结机台车的两侧，从而增强烧结过程中微波点火加热的供热效果。为配合上抽风的生产模式，烧结机台车同一侧的微波加热源依次设置，且各个微波加热源的设置高度依次递增，即同一侧微波加热源在整体上形成倾斜向上设置的微波加热源组。优选，所述烧结机台车两侧的微波加热源在数量与设置位置上呈对称分布，即烧结机台车两侧对称设置有倾斜向上的微波加热源组。本发明将传统的下抽风模式改为上抽风模式，因而随着烧结机从机头往机尾位置的改变(即沿着烧结机台车的运行方向)，烧结料层内的燃烧带不断上移，由此，微波加热源的安装高度也随着燃烧带的位置改变而上移，进而形成两排呈一定斜度的微波加热源组。设置在不同位置及不同高度的微波加热源，对应加热相应位置及相应高度的烧结料层，使得烧结料层达到燃气着火点温度，进而为烧结过程提供烧结所需的热量。
作为优选方案，本发明还包括设置在烧结机台车侧部的自由移动式微波源。为增强烧结过程中自由移动式微波源的加热作用，烧结机台车的两侧对应设置有所述自由移动式微波源。自由移动式微波源包括轨道、移动微波源、驱动电机。其中，轨道设置在烧结机台车的侧部，移动微波源设置在轨道上，驱动电机与移动微波源连接，并驱动移动微波源沿着轨道做自由水平运动。在驱动电机的作用下，自由移动式微波源的移动微波源沿着轨道运动至所需位置，移动微波源加热对应位置的烧结料层，使得烧结料层内蓄热量增高，从而缓解水蒸气在烧结料层内的冷凝行为。
进一步优选，在气固电三相复合供热式低碳烧结的方案中，本发明在现有技术的基础上增设了强化传导手段，具体包括在烧结混合料内增设若干导电钢纤维和在烧结机台车内增设导电格栅板。其中，导电钢纤维为细条状，导电钢纤维的尺寸为1～10mm(优选为3～8mm)。导电钢纤维在烧结二混的后部加入，即与烧结一混料混合均匀，起到强化料层导电的作用。
导电格栅板的设置如图7和8所示，导电格栅板在烧结机台车内呈交错均匀布置，相邻导电格栅板之间的间距为300～1200mm(优选为500～1000mm)。导电格栅板主要起强化料层内电流传导的效果，其中相邻导电格栅板之间的间距L与烧结混合料内的导电钢纤维的含量β呈反比关系，具体公式如下：
Figure RE-GDA0003740631920000091
式中：L为相邻两块导电格栅板之间的间距，mm。d为烧结混合料的平均粒径，mm。γ为烧结混合料中的全铁含量。ω为烧结混合料中的水分含量。β为烧结混合料中的导电钢纤维含量。a、b、c、e为间距调节常数，a的取值为0.1-0.5，b的取值为0.1-0.5，c的取值为0.1-1， e的取值为0-5。
本发明还包括设置在烧结机台车上的检测装置，所述检测装置伸入烧结料层的烧结矿带，用于检测实时烧结矿质量指标(即通过该检测装置对成品烧结矿进行矿相分析，获得成品烧结矿的孔隙度)，通过该检测装置的实时检测结果能够判定烧结矿质量指标是否在正常范围内，进而对具体的烧结过程进行适应性调整。本发明还包括设置在烧结机台车上的各个抽风风箱上的压力检测装置，所述压力检测装置用于检测相应抽风风箱内的实时负压，进而确定烧结料层内是否出现负压过大的情况，同时确定烧结料层负压过大位置所对应的抽风风箱。烧结机台车上的密封罩上还设有燃气浓度检测装置，所述燃气浓度检测装置用于检测烧结机台车内的实时燃气浓度，进而判断烧结机台车内的实时燃气浓度是否达到燃气爆炸下限浓度。
使用本发明所述三相复合供热式低碳烧结装置进行燃气喷吹强化烧结生产时，燃气通过底部燃气喷加系统的喷气管下方的喷气孔喷出，所喷出的燃气与反射板相撞后反射弥散，燃气同时受到反射力、自身浮力和上部负压吸引力的作用，与底部喷气罩内的空气混合均匀后向上进入烧结机台车的烧结料层底部。同时，布置于烧结机台车两侧的正负电极源，沿着烧结机台车运行方向逐层在对应高度的烧结料层内产生击穿电流，产生电火花，并在导电钢纤维和导电格栅板的强化导电及传导作用下，加热烧结料层至燃气着火点温度，进而用被加热的烧结料层来点燃燃气。或者，布置于烧结机台车两侧的微波加热源沿着烧结机台车运行方向逐层加热不同对应高度的烧结料层至燃气着火点温度，通过使用微波来加热烧结料层，用被加热的烧结料层来点燃燃气。这样就形成源源不断上升进入烧结料层内的燃气，沿着烧结机台车的运行方向在烧结料层不同高度位置被点燃，从而变相形成一条“逐步上移”的层内燃烧带，最终完成全料层的烧结生产。由此，在本发明中，烧结料层内燃烧带的形成主要是由正负电极源或微波加热源点火、燃气燃烧放热形成，且燃烧带在各个高度的停留时间、峰值温度等均由正负电极源(或微波加热源)和燃气浓度控制，故现有技术中烧结料层配加焦炭的作用从理论上讲已被基本替代甚至被完全替代，即本发明所提出的三相复合供热模式可以实现少焦炭配比的“低碳烧结”，甚至可以实现零焦炭配比的“无碳烧结”。
相应的，由于本发明实现了“无碳”或“低碳”烧结，故由焦炭带入的二噁英、NOx等多污染物的含量均得到有效降低，COx更是可实现大幅减排，实现满足国家碳达峰、碳中和目标的低碳绿色烧结。
本发明在开发上述低碳烧结装置的基础上，还开发了一套与该装置配套的自适应控制方法。在该方法中，系统开始运行后，将开启底部燃气喷加系统的燃气阀门与正负电极源或微波加热源的电源，同时监测生产过程中的实时烧结矿质量指标。
如果监测到烧结矿质量指标在合理范围内(即实时烧结矿孔隙度在目标烧结矿孔隙度的范围内)，此时无需调整，装置继续运行即可。如果监测到烧结矿质量指标超出合理范围(即实时烧结矿孔隙度不在目标烧结矿孔隙度的范围内)，则控制系统判定是烧结矿过烧或烧结矿过生。若实时烧结矿孔隙度＜目标烧结矿孔隙度，即由于供热过多，产生了致密玻璃相硅酸盐导致孔隙度不够，此时判定出现了烧结矿过烧的情况。若实时烧结矿孔隙度＞目标烧结矿孔隙度，即由于供热不足，未达到烧结反应所需温度，未形成液相导致孔隙度过高，此时则判定出现了烧结矿过生的情况。
若控制系统判定烧结矿过烧，则适度调小燃气阀门的开度或调低微波加热源的功率，从而减小供热量，使得实时烧结矿孔隙度回到目标烧结矿孔隙度的范围内，烧结矿质量指标回到合理范围内。若控制系统判定烧结矿过生，则控制系统需根据燃气浓度检测装置检测到的烧结机台车内的实时燃气浓度，首先判断此时喷加入料层内的燃气浓度是否已达到或接近燃气爆炸下限浓度值；如果是，则采取调大烧结混合料中的固体燃料配比或调大微波功率的方式加大供热量；如果不是，则采取适度调大燃气阀门的方式加大供热量，从而使得实时烧结矿孔隙度回到目标烧结矿孔隙度的范围内，即烧结矿质量指标回到合理范围内。
本发明还包括监测并调节生产过程中各抽风风箱实时负压的步骤。控制系统通过设置在各个抽风风箱上的压力检测装置实时监测烧结机各个抽风风箱的负压，一旦检测到有抽风风箱的实时负压大于目标负压，则判定出现了烧结料层负压过大的情况。此时控制系统将通过各个抽风风箱上的压力检测装置来找到大负压风箱位置，然后将自由移动式微波源的移动微波源移动至该位置并开启，加热该位置料层，从而缓解水蒸汽在过湿层的冷凝行为。
在本发明中，所述目标烧结矿孔隙度即为烧结生产正常运行时所获得的成品烧结矿的正常孔隙度。相应的，所述目标负压即为烧结生产正常运行时烧结机的各个抽风风箱的正常负压。一般来说，目标烧结矿孔隙度Z0的取值范围为10％-30％，优选为10％-20％，更优选为 10％-15％，例如10％、12％、15％。目标负压P0的取值范围为10000-20000Pa，优选为 10000-18000Pa，更优选为10000-15000Pa，例如10000Pa、13000Pa、15000Pa。所述燃气爆炸下限浓度Cmax的取值范围为4％-5％，例如4％、4.5％、5％。
待操作结束后，控制系统将确认本次操作是否最终使得烧结各项指标(包括烧结矿孔隙度和抽风风箱负压)回归正常合理范围，若不是，则返回继续处理，若是，则系统操作结束，进入下一轮循环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
1、可大幅提升减碳比例，实现“低碳”或“无碳”烧结：本发明在现有固体燃料提供烧结所需热量的基础上，同时引入燃气喷吹供热与正负电极源或微波加热源点火供热，实现固体燃料、燃气、正负电极源的三相复合供热，使得现有技术中烧结料层配加固体燃料的作用逐渐被正负电极源或微波加热源点火、燃气燃烧放热所替代，从而能够实现少焦炭配比的“低碳烧结”，甚至零焦炭配比的“无碳烧结”。
2、本发明所喷吹的燃气为富氢燃气，将传统的下抽风生产模式改为上抽风生产模式后，富氢燃气向上运动与生产需求相符合，燃气逃逸率大幅降低；且富氢燃气参与燃烧能够使得焦炭燃烧带入的多污染物得到有效降低，能够更多的替代烧结料层中配加固体燃料(焦炭) 的作用，从而更有利于实现低碳绿色烧结。
3、本发明在烧结机台车两侧的不同高度位置设置有多个正负电极源，正负电极源的设置位置与烧结料层内燃烧带的上移位置相匹配，即各正负电极源能够在对应高度位置的烧结料层内产生击穿电流、形成电火花，使其达到燃气着火点温度。本发明还增设了导电钢纤维和导电格栅板的强化传导手段，导电钢纤维主要起到强化料层导电的作用，导电格栅板主要起强化料层内电流传导的效果。
4、本发明在烧结机台车两侧的不同高度位置设置有多个微波加热源，微波加热源的设置位置与烧结料层内燃烧带的上移位置相匹配，即各微波加热源能够加热对应高度位置的烧结料层，使其达到燃气着火点温度。
5、本发明将燃气喷加系统设置在烧结机台车的下方，燃气喷加系统的设置与上抽风模式相适配，燃气起到吸入烧结料层后被高温点燃，为烧结反应贡献热量的作用。本发明在烧结机台车侧部还设有自由移动式微波源，自由移动式微波源能够自适应地调整移动微波源的位置，进而加热对应位置的烧结料层，使得烧结料层内蓄热量增高，从而缓解水蒸气在烧结料层内的冷凝行为。
6、本发明开发了与低碳烧结装置配套的自适应控制方法，该方法能够确保烧结矿质量指标在合理范围内，避免烧结过程中出现烧结矿过烧、烧结矿过生、料层负压过大等情况，从而达到使整条烧结生产线稳产、顺产、优产的目的。
7、可实现烧结工序的绿色清洁生产：由于本发明实现了“无碳”或“低碳”烧结，故由固体碳燃料带入的二噁英、NOx等多污染物均得到有效降低，COx更是可实现大幅减排，实现满足国家碳达峰、碳中和目标的低碳绿色烧结。
综上所述，通过使用本发明技术，可有效解决现有技术的缺陷，相比较现有技术更加可靠、安全稳定，且经济环保，可以预见其在未来市场具有巨大发展潜力。
附图说明
图1为现有技术中固体燃料烧结装置的结构示意图；
图2为现有技术中气固两相燃料烧结装置的结构示意图；
图3为本发明一种气固电三相复合供热式低碳烧结装置的结构示意图；
图4为本发明气固电三相复合供热式低碳烧结装置的侧视图；
图5为本发明中正负电极源和自由移动式微波源的结构示意图；
图6为本发明中底部燃气喷加系统的结构示意图；
图7为本发明中导电格栅板与导电钢纤维的结构示意图；
图8为本发明中导电格栅板的俯视图；
图9为本发明一种气固微波三相复合供热式低碳烧结装置的结构示意图；
图10为本发明气固微波三相复合供热式低碳烧结装置的侧视图；
图11为本发明中微波加热源和自由移动式微波源的结构示意图；
图12为本发明中控制系统的示意图；
图13为本发明一种气固电三相复合供热式低碳烧结方法的流程图；
图14为本发明一种气固微波三相复合供热式低碳烧结方法的流程图。
附图标记：
1：烧结机台车；2：底部燃气喷加系统；201：底部喷气罩；202：喷气管；203：反射板；204：喷气孔；205：燃气阀门；301：正负电极源；301A：正极；301B：负极；302：微波加热源；4：抽风风箱；401风箱支管；5：大烟道；6：密封罩；601：密封装置；7：自由移动式微波源；701：轨道；702：移动微波源；703：驱动电机；8：导电格栅板；9：导电钢纤维； 10：压力检测装置；11：检测装置；12：燃气浓度检测装置；K：控制系统。
具体实施方式
根据本发明的实施方案，提供一种三相复合供热式低碳烧结装置。
一种三相复合供热式低碳烧结装置，该装置包括烧结机台车1、底部燃气喷加系统2和加热源。所述底部燃气喷加系统2设置在烧结机台车1的下方。沿着烧结机台车1的运行方向，所述加热源设置在烧结机台车1的侧部。
在本发明中，所述加热源为正负电极源301。所述正负电极源301包括正极301A和负极 301B。沿着烧结机台车1的运行方向，所述正极301A和负极301B分别设置在烧结机台车1 的两侧。
在本发明中，所述加热源为微波加热源302。所述微波加热源302设置在烧结机台车1 的两侧。
在本发明中，该装置还包括抽风风箱4和大烟道5。所述抽风风箱4设置在烧结机台车1 的上方。所述大烟道5设置在抽风风箱4的上方，并与抽风风箱4连通。
作为优选，烧结机台车1与抽风风箱4之间还设有密封罩6。所述密封罩6位于烧结机台车1的上部，并与抽风风箱4连通。
在本发明中，所述底部燃气喷加系统2包括底部喷气罩201、喷气管202和反射板203。所述底部喷气罩201设置在烧结机台车1的下方，并与烧结机台车1的底部连接。喷气管202 和反射板203均设置在底部喷气罩201内。喷气管202上设有喷气孔204。反射板203设置在喷气管202的下方。优选，所述喷气管202上设有燃气阀门205。
作为优选，所述喷气孔204设置在喷气管202的下半部位置。优选，喷气孔204所在的径向偏离竖直方向设置。所述反射板203位于喷气孔204的喷出延长线上。
作为优选，所述底部燃气喷加系统2包括多根喷气管202。相邻两根喷气管202之间留有间隙。所述反射板203对应设置在相邻两根喷气管202之间的间隙位置。所述喷气管202的数量为m根，m的取值为2～50，优选为3～20。所述反射板203的数量≥m+1块。
在本发明中，所述正负电极源301的数量为多个，每一个正负电极源301均包括正极301A 和负极301B。沿着烧结机台车1的运行方向，各个正负电极源301的正极301A依次设置在烧结机台车1的同一侧，且各个正极301A的设置高度依次递增，即各个正负电极源301的正极301A在烧结机台车1的同一侧从整体上形成倾斜向上设置的正极组。作为优选，所述各个正负电极源301的负极301B依次设置在烧结机台车1的另一侧。所述烧结机台车1两侧的负极301B与正极301A在数量与设置位置上呈对称分布。
在本发明中，所述微波加热源302的数量为多个，所述多个微波加热源302分别设置在烧结机台车1的两侧。沿着烧结机台车1的运行方向，同一侧微波加热源302依次设置，且各个微波加热源302的设置高度依次递增，即同一侧微波加热源302在整体上形成倾斜向上设置的微波加热源组。作为优选，所述烧结机台车1两侧的微波加热源302在数量与设置位置上呈对称分布。
在本发明中，该装置还包括自由移动式微波源7。所述自由移动式微波源7包括轨道701、移动微波源702、驱动电机703。其中，轨道701设置在烧结机台车1的侧部。移动微波源 702设置在轨道701上。驱动电机703与移动微波源702连接，并驱动移动微波源702沿着轨道701做自由水平运动。优选，烧结机台车1的两侧对称设置有所述自由移动式微波源7。
优选的是，该装置还包括设置在烧结机台车1内的导电格栅板8。优选，所述导电格栅板8的数量为多块。所述多块导电格栅板8沿着烧结机台车1的宽度方向依次成排设置。进一步优选，所述多块导电格栅板8沿着烧结机台车1的运行方向依次设置为多排。相邻两排导电格栅板8交错排布，后一排导电格栅板8对应前一排导电格栅板8中相邻两块导电格栅板8之间的间隙设置。
作为优选，烧结机台车1上的烧结混合料内还设有均匀分布的若干导电钢纤维9。优选，所述导电钢纤维9为细条状。导电钢纤维9的尺寸为1～10mm，优选为3～8mm。优选的是，相邻两块导电格栅板8之间的间距为300～1200mm，优选为500～1000mm。
优选的是，每一排所述导电格栅板8中，每相邻两块导电格栅板8之间的间距相同。作为优选，相邻两块导电格栅板8之间的间距L满足下述关系式：
Figure RE-GDA0003740631920000151
式中：L为相邻两块导电格栅板之间的间距，mm。d为烧结混合料的平均粒径，mm。γ为烧结混合料中的全铁含量。ω为烧结混合料中的水分含量。β为烧结混合料中的导电钢纤维含量。a、b、c、e为间距调节常数，a的取值为0.1-0.5，b的取值为0.1-0.5，c的取值为0.1-1， e的取值为0-5。
在本发明中，烧结机台车1的上方设有n个抽风风箱4，n的取值为18～39，优选为21～36，更优选为24～30。每一个抽风风箱4均通过各自的风箱支管401连接至大烟道5。优选，每一个抽风风箱4上均设有压力检测装置10。
在本发明中，所述密封罩6与烧结机台车1的连接位置设有密封装置601。优选，所述密封装置601为液密封装置。
作为优选，该装置还包括设置在烧结机台车1上的检测装置11。所述检测装置11伸入烧结料层中的烧结矿带。作为优选，该装置还包括设置在密封罩6上的燃气浓度检测装置12。所述燃气浓度检测装置12伸入密封罩6内。
优选的是，该装置还包括控制系统K。所述控制系统K与检测装置11、压力检测装置10、燃气浓度检测装置12、底部燃气喷加系统2的燃气阀门205、正负电极源301、微波加热源302、自由移动式微波源7的移动微波源702和驱动电机703连接，并控制检测装置11、压力检测装置10、燃气浓度检测装置12、燃气阀门205、正负电极源301、微波加热源302、移动微波源702、驱动电机703的操作。
实施例A1
如图3所示，一种气固电三相复合供热式低碳烧结装置，该装置包括烧结机台车1、底部燃气喷加系统2和正负电极源301。所述底部燃气喷加系统2设置在烧结机台车1的下方。所述正负电极源301包括正极301A和负极301B。沿着烧结机台车1的运行方向，所述正极301A和负极301B分别设置在烧结机台车1的两侧。
实施例A2
重复实施例A1，只是该装置还包括抽风风箱4和大烟道5。所述抽风风箱4设置在烧结机台车1的上方。所述大烟道5设置在抽风风箱4的上方，并与抽风风箱3连通。
实施例A3
重复实施例A2，只是烧结机台车1与抽风风箱4之间还设有密封罩6。所述密封罩6位于烧结机台车1的上部，并与抽风风箱4连通。
实施例A4
如图6所示，重复实施例A3，只是所述底部燃气喷加系统2包括底部喷气罩201、喷气管202和反射板203。所述底部喷气罩201设置在烧结机台车1的下方，并与烧结机台车1的底部连接。喷气管202和反射板203均设置在底部喷气罩201内。喷气管202上设有喷气孔204。反射板203设置在喷气管202的下方。所述喷气管202上设有燃气阀门205。
实施例A5
重复实施例A4，只是所述喷气孔204设置在喷气管202的下半部位置。喷气孔204所在的径向偏离竖直方向设置。所述反射板203位于喷气孔204的喷出延长线上。
实施例A6
重复实施例A5，只是所述底部燃气喷加系统2包括12根喷气管202。相邻两根喷气管 202之间留有间隙。
实施例A7
重复实施例A6，只是所述反射板203对应设置在相邻两根喷气管202之间的间隙位置，即所述反射板203的数量为13块。
实施例A8
重复实施例A7，只是所述喷气管202的数量为18根。所述反射板203的数量为19块。
实施例A9
如图4所示，重复实施例A7，只是所述正负电极源301的数量为多个，每一个正负电极源301均包括正极301A和负极301B。沿着烧结机台车1的运行方向，各个正负电极源301的正极301A依次设置在烧结机台车1的同一侧，且各个正极301A的设置高度依次递增，即各个正负电极源301的正极301A在烧结机台车1的同一侧从整体上形成倾斜向上设置的正极组。所述各个正负电极源301的负极301B依次设置在烧结机台车1的另一侧。所述烧结机台车1两侧的负极301B与正极301A在数量与设置位置上呈对称分布。
实施例A10
如图5所示，重复实施例A9，只是该装置还包括自由移动式微波源7。所述自由移动式微波源7包括轨道701、移动微波源702、驱动电机703。其中，轨道701设置在烧结机台车 1的侧部。移动微波源702设置在轨道701上。驱动电机703与移动微波源702连接，并驱动移动微波源702沿着轨道701做自由水平运动。烧结机台车1的两侧对称设置有所述自由移动式微波源7。
实施例A11
如图7所示，重复实施例A10，只是该装置还包括设置在烧结机台车1内的导电格栅板 8。所述导电格栅板8的数量为多块。所述多块导电格栅板8沿着烧结机台车1的宽度方向依次成排设置。
实施例A12
如图8所示，重复实施例A11，只是所述多块导电格栅板8沿着烧结机台车1的运行方向依次设置为多排。相邻两排导电格栅板8交错排布，后一排导电格栅板8对应前一排导电格栅板8中相邻两块导电格栅板8之间的间隙设置。
实施例A13
重复实施例A12，只是烧结机台车1上的烧结混合料内还设有均匀分布的若干导电钢纤维9。所述导电钢纤维9为细条状。
实施例A14
重复实施例A13，只是导电钢纤维9的尺寸为4～5mm。相邻两块导电格栅板8之间的间距为500mm。
实施例A15
重复实施例A13，只是导电钢纤维9的尺寸为5～6mm。相邻两块导电格栅板8之间的间距为800mm。
实施例A16
重复实施例A13，只是导电钢纤维9的尺寸为6～7mm。相邻两块导电格栅板8之间的间距为100mm。
实施例A17
重复实施例A14，只是每一排所述导电格栅板8中，每相邻两块导电格栅板8之间的间距相同。相邻两块导电格栅板8之间的间距L满足下述关系式：
Figure RE-GDA0003740631920000181
式中：L为相邻两块导电格栅板之间的间距，mm。d为烧结混合料的平均粒径，mm。γ为烧结混合料中的全铁含量。ω为烧结混合料中的水分含量。β为烧结混合料中的导电钢纤维含量。a、b、c、e为间距调节常数，a＝0.2，b＝0.3，c＝0.5，e＝2。
实施例A18
重复实施例A17，只是烧结机台车1的上方设有28个抽风风箱4。每一个抽风风箱4均通过各自的风箱支管401连接至大烟道5。
实施例A19
重复实施例A18，只是每一个抽风风箱4上均设有压力检测装置10。
实施例A20
重复实施例A19，只是所述密封罩6与烧结机台车1的连接位置设有密封装置601。所述密封装置601为液密封装置。
实施例A21
重复实施例A20，只是该装置还包括设置在烧结机台车1上的检测装置11。所述检测装置11伸入烧结料层中的烧结矿带。
实施例A22
重复实施例A21，只是该装置还包括设置在密封罩6上的燃气浓度检测装置12。所述燃气浓度检测装置12伸入密封罩6内。
实施例A23
重复实施例A22，只是该装置还包括控制系统K。所述控制系统K与检测装置11、压力检测装置10、燃气浓度检测装置12、底部燃气喷加系统2的燃气阀门205、正负电极源301、自由移动式微波源7的移动微波源702和驱动电机703连接，并控制检测装置11、压力检测装置10、燃气浓度检测装置12、燃气阀门205、正负电极源301、移动微波源702、驱动电机703的操作。
实施例A24
如图13所示，一种气固电三相复合供热式低碳烧结方法，使用实施例A23中的装置，该方法包括以下步骤：
1)将烧结混合料布料至烧结机台车1上，开启正负电极源301，点火运行，同时开启底部燃气喷加系统2的燃气阀门205。
2)控制系统K通过检测装置11实时监测烧结矿的孔隙度。实时监测过程中，控制系统 K将检测到的实时烧结矿孔隙度Z与目标烧结矿孔隙度Z0进行比较。目标烧结矿孔隙度Z0＝13％。
检测装置11检测到实时烧结矿孔隙度Z＝13％。显然，实时烧结矿孔隙度Z＝目标烧结矿孔隙度Z0，即此时烧结矿质量指标在正常范围内，装置继续运行。
实施例A25
重复实施例A24，只是检测装置11检测到实时烧结矿孔隙度Z＝9％。显然，实时烧结矿孔隙度Z＜目标烧结矿孔隙度Z0，判定此时烧结矿出现了过烧的情况。控制系统K控制调小燃气阀门205，使得Z＝Z0。
实施例A26
重复实施例A24，只是检测装置11检测到实时烧结矿孔隙度Z＝38％。显然，实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，判定此时烧结矿出现了过生的情况。控制系统K通过燃气浓度检测装置12检测烧结机台车1内的实时燃气浓度C＝3.5％。由于燃气爆炸下限浓度 Cmax＝5％，即实时燃气浓度C＜燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统K控制调大燃气阀门 205，使得Z＝Z0。
实施例A27
重复实施例A26，只是控制系统K通过燃气浓度检测装置12检测烧结机台车1内的实时燃气浓度C＝5％，即实时燃气浓度C＝燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统K控制调大烧结混合料中的固体燃料配比，使得Z＝Z0。
实施例A28
重复实施例A24，只是该方法还包括：
3)控制系统K通过设置在各个抽风风箱4上的压力检测装置10实时监测各个抽风风箱 4的负压。
压力检测装置10检测到某抽风风箱4的实时负压P＝22000Pa，由于目标负压P0＝13000Pa，即该抽风风箱4的实时负压P＞目标负压P0，判定此时出现了烧结料层负压过大的情况。
控制系统K通过压力检测装置10确定烧结料层负压过大位置所对应的抽风风箱4，然后控制驱动电机703将自由移动式微波源7的移动微波源702移动至该抽风风箱4对应位置，开启移动微波源702加热该位置烧结料层，使得P＝P0。
实施例A29
重复实施例A24，只是步骤1)中还包括导电钢纤维9的添加步骤，具体为：在烧结混合料布料至烧结机台车1之前，在烧结一混料进行二混的过程中加入导电钢纤维9，导电钢纤维9与烧结一混料混合均匀，得到烧结混合料。
实施例A30
重复实施例A29，只是底部燃气喷加系统2所喷吹的燃气为富氢燃气。所述富氢燃气中氢气的体积占比大于60％。
实施例B1
如图9所示，一种气固微波三相复合供热式低碳烧结装置，该装置包括烧结机台车1、底部燃气喷加系统2和微波加热源302。所述底部燃气喷加系统2设置在烧结机台车1的下方。沿着烧结机台车1的运行方向，所述微波加热源302设置在烧结机台车1的侧部。
实施例B2
重复实施例B1，只是该装置还包括抽风风箱4和大烟道5。所述抽风风箱4设置在烧结机台车1的上方。所述大烟道5设置在抽风风箱4的上方，并与抽风风箱3连通。
实施例B3
重复实施例B2，只是烧结机台车1与抽风风箱4之间还设有密封罩6。所述密封罩6位于烧结机台车1的上部，并与抽风风箱4连通。
实施例B4
如图6所示，重复实施例B3，只是所述底部燃气喷加系统2包括底部喷气罩201、喷气管202和反射板203。所述底部喷气罩201设置在烧结机台车1的下方，并与烧结机台车1的底部连接。喷气管202和反射板203均设置在底部喷气罩201内。喷气管202上设有喷气孔204。反射板203设置在喷气管202的下方。所述喷气管202上设有燃气阀门205。
实施例B5
重复实施例B4，只是所述喷气孔204设置在喷气管202的下半部位置。喷气孔204所在的径向偏离竖直方向设置。所述反射板203位于喷气孔204的喷出延长线上。
实施例B6
重复实施例B5，只是所述底部燃气喷加系统2包括12根喷气管202。相邻两根喷气管 202之间留有间隙。
实施例B7
重复实施例B6，只是所述反射板203对应设置在相邻两根喷气管202之间的间隙位置，即所述反射板203的数量为13块。
实施例B8
重复实施例B7，只是所述喷气管202的数量为20根。所述反射板203的数量为21块。
实施例B9
如图10所示，重复实施例B7，只是所述微波加热源302的数量为多个，所述多个微波加热源302分别设置在烧结机台车1的两侧。沿着烧结机台车1的运行方向，同一侧微波加热源302依次设置，且各个微波加热源302的设置高度依次递增，即同一侧微波加热源302在整体上形成倾斜向上设置的微波加热源组。所述烧结机台车1两侧的微波加热源302在数量与设置位置上呈对称分布。
实施例B10
如图11所示，重复实施例B9，只是该装置还包括自由移动式微波源7。所述自由移动式微波源7包括轨道701、移动微波源702、驱动电机703。其中，轨道701设置在烧结机台车1的侧部。移动微波源702设置在轨道701上。驱动电机703与移动微波源702连接，并驱动移动微波源702沿着轨道701做自由水平运动。烧结机台车1的两侧对称设置有所述自由移动式微波源7。
实施例B11
重复实施例B10，只是烧结机台车1的上方设有26个抽风风箱4。每一个抽风风箱4均通过各自的风箱支管401连接至大烟道5。
实施例B12
重复实施例B11，只是每一个抽风风箱4上均设有压力检测装置8。
实施例B13
重复实施例B12，只是所述密封罩6与烧结机台车1的连接位置设有密封装置601。所述密封装置601为液密封装置。
实施例B14
重复实施例B13，只是该装置还包括设置在烧结机台车1上的检测装置9。所述检测装置9伸入烧结料层中的烧结矿带。
实施例B15
重复实施例B14，只是该装置还包括设置在密封罩6上的燃气浓度检测装置10。所述燃气浓度检测装置10伸入密封罩6内。
实施例B16
重复实施例B15，只是该装置还包括控制系统K。所述控制系统K与检测装置9、压力检测装置8、燃气浓度检测装置10、底部燃气喷加系统2的燃气阀门205、微波加热源302、自由移动式微波源7的移动微波源702和驱动电机703连接，并控制检测装置9、压力检测装置8、燃气浓度检测装置10、燃气阀门205、微波加热源302、移动微波源702、驱动电机 703的操作。
实施例B17
如图14所示，一种气固微波三相复合供热式低碳烧结方法，使用实施例B16中的装置，该方法包括以下步骤：
1)将烧结混合料布料至烧结机台车1上，开启微波加热源302，点火运行，同时开启底部燃气喷加系统2的燃气阀门205。
2)控制系统K通过检测装置9实时监测烧结矿的孔隙度。实时监测过程中，控制系统K 将检测到的实时烧结矿孔隙度Z与目标烧结矿孔隙度Z0进行比较。目标烧结矿孔隙度Z0＝15％。
检测装置9检测到实时烧结矿孔隙度Z＝15％。显然，实时烧结矿孔隙度Z＝目标烧结矿孔隙度Z0，即此时烧结矿质量指标在正常范围内，装置继续运行。
实施例B18
重复实施例B17，只是检测装置9检测到实时烧结矿孔隙度Z＝8％。显然，实时烧结矿孔隙度Z＜目标烧结矿孔隙度Z0，判定此时烧结矿出现了过烧的情况。控制系统K控制调小燃气阀门205，使得Z＝Z0。
实施例B19
重复实施例B18，只是控制系统K控制调小微波加热源302的微波功率，使得Z＝Z0。
实施例B20
重复实施例B17，只是检测装置9检测到实时烧结矿孔隙度Z＝40％。显然，实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，判定此时烧结矿出现了过生的情况。控制系统K通过燃气浓度检测装置10检测烧结机台车1内的实时燃气浓度C＝3.2％。由于燃气爆炸下限浓度 Cmax＝4％，即实时燃气浓度C＜燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统K控制调大燃气阀门 205，使得Z＝Z0。
实施例B21
重复实施例B20，只是控制系统K通过燃气浓度检测装置10检测烧结机台车1内的实时燃气浓度C＝4％，即实时燃气浓度C＝燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统K控制调大微波加热源302的微波功率，使得Z＝Z0。
实施例B22
重复实施例B17，只是该方法还包括：
3)控制系统K通过设置在各个抽风风箱4上的压力检测装置8实时监测各个抽风风箱4 的负压。
压力检测装置8检测到某抽风风箱4的实时负压P＝21000Pa，由于目标负压P0＝15000Pa，即该抽风风箱4的实时负压P＞目标负压P0，判定此时出现了烧结料层负压过大的情况。
控制系统K通过压力检测装置8确定烧结料层负压过大位置所对应的抽风风箱4，然后控制驱动电机703将自由移动式微波源7的移动微波源702移动至该抽风风箱4对应位置，开启移动微波源702加热该位置烧结料层，使得P＝P0。
实施例B23
重复实施例B17，只是底部燃气喷加系统2所喷吹的燃气为富氢燃气。所述富氢燃气中氢气的体积占比大于60％。

Claims (16)

1.一种三相复合供热式低碳烧结装置，其特征在于：该装置包括烧结机台车(1)、底部燃气喷加系统(2)和加热源；所述底部燃气喷加系统(2)设置在烧结机台车(1)的下方；沿着烧结机台车(1)的运行方向，所述加热源设置在烧结机台车(1)的侧部。
2.根据权利要求1所述的低碳烧结装置，其特征在于：所述加热源为正负电极源(301)；所述正负电极源(301)包括正极(301A)和负极(301B)；沿着烧结机台车(1)的运行方向，所述正极(301A)和负极(301B)分别设置在烧结机台车(1)的两侧；或
所述加热源为微波加热源(302)；所述微波加热源(302)设置在烧结机台车(1)的两侧。
3.根据权利要求1或2的低碳烧结装置，其特征在于：该装置还包括抽风风箱(4)和大烟道(5)；所述抽风风箱(4)设置在烧结机台车(1)的上方；所述大烟道(5)设置在抽风风箱(4)的上方，并与抽风风箱(4)连通；
作为优选，烧结机台车(1)与抽风风箱(4)之间还设有密封罩(6)；所述密封罩(6)位于烧结机台车(1)的上部，并与抽风风箱(4)连通。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的低碳烧结装置，其特征在于：所述底部燃气喷加系统(2)包括底部喷气罩(201)、喷气管(202)和反射板(203)；所述底部喷气罩(201)设置在烧结机台车(1)的下方，并与烧结机台车(1)的底部连接；喷气管(202)和反射板(203)均设置在底部喷气罩(201)内；喷气管(202)上设有喷气孔(204)；反射板(203)设置在喷气管(202)的下方；优选，所述喷气管(202)上设有燃气阀门(205)。
5.根据权利要求4所述的低碳烧结装置，其特征在于：所述喷气孔(204)设置在喷气管(202)的下半部位置；优选，喷气孔(204)所在的径向偏离竖直方向设置；所述反射板(203)位于喷气孔(204)的喷出延长线上；
作为优选，所述底部燃气喷加系统(2)包括多根喷气管(202)；相邻两根喷气管(202)之间留有间隙；所述反射板(203)对应设置在相邻两根喷气管(202)之间的间隙位置；所述喷气管(202)的数量为m根，m的取值为2～50，优选为3～20；所述反射板(203)的数量≥m+1块。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的低碳烧结装置，其特征在于：所述正负电极源(301)的数量为多个，每一个正负电极源(301)均包括正极(301A)和负极(301B)；沿着烧结机台车(1)的运行方向，各个正负电极源(301)的正极(301A)依次设置在烧结机台车(1)的同一侧，且各个正极(301A)的设置高度依次递增，即各个正负电极源(301)的正极(301A)在烧结机台车(1)的同一侧从整体上形成倾斜向上设置的正极组；作为优选，所述各个正负电极源(301)的负极(301B)依次设置在烧结机台车(1)的另一侧；所述烧结机台车(1)两侧的负极(301B)与正极(301A)在数量与设置位置上呈对称分布。
7.根据权利要求2-5中任一项所述的低碳烧结装置，其特征在于：所述微波加热源(302)的数量为多个，所述多个微波加热源(302)分别设置在烧结机台车(1)的两侧；沿着烧结机台车(1)的运行方向，同一侧微波加热源(302)依次设置，且各个微波加热源(302)的设置高度依次递增，即同一侧微波加热源(302)在整体上形成倾斜向上设置的微波加热源组；作为优选，所述烧结机台车(1)两侧的微波加热源(302)在数量与设置位置上呈对称分布。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的低碳烧结装置，其特征在于：该装置还包括自由移动式微波源(7)；所述自由移动式微波源(7)包括轨道(701)、移动微波源(702)、驱动电机(703)；其中，轨道(701)设置在烧结机台车(1)的侧部；移动微波源(702)设置在轨道(701)上；驱动电机(703)与移动微波源(702)连接，并驱动移动微波源(702)沿着轨道(701)做自由水平运动；优选，烧结机台车(1)的两侧对称设置有所述自由移动式微波源(7)。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的低碳烧结装置，其特征在于：该装置还包括设置在烧结机台车(1)内的导电格栅板(8)；优选，所述导电格栅板(8)的数量为多块；所述多块导电格栅板(8)沿着烧结机台车(1)的宽度方向依次成排设置；进一步优选，所述多块导电格栅板(8)沿着烧结机台车(1)的运行方向依次设置为多排；相邻两排导电格栅板(8)交错排布，后一排导电格栅板(8)对应前一排导电格栅板(8)中相邻两块导电格栅板(8)之间的间隙设置；
作为优选，烧结机台车(1)上的烧结混合料内还设有均匀分布的若干导电钢纤维(9)；优选，所述导电钢纤维(9)为细条状；导电钢纤维(9)的尺寸为1～10mm，优选为3～8mm；优选的是，相邻两块导电格栅板(8)之间的间距为300～1200mm，优选为500～1000mm。
10.根据权利要求9所述的低碳烧结装置，其特征在于：每一排所述导电格栅板(8)中，每相邻两块导电格栅板(8)之间的间距相同；作为优选，相邻两块导电格栅板(8)之间的间距L满足下述关系式：
Figure FDA0003617316360000021
式中：L为相邻两块导电格栅板之间的间距，mm；d为烧结混合料的平均粒径，mm；γ为烧结混合料中的全铁含量；ω为烧结混合料中的水分含量；β为烧结混合料中的导电钢纤维含量；a、b、c、e为间距调节常数，a的取值为0.1-0.5，b的取值为0.1-0.5，c的取值为0.1-1，e的取值为0-5。
11.根据权利要求3-10中任一项所述的低碳烧结装置，其特征在于：烧结机台车(1)的上方设有n个抽风风箱(4)，n的取值为18～39，优选为21～36，更优选为24～30；每一个抽风风箱(4)均通过各自的风箱支管(401)连接至大烟道(5)；优选，每一个抽风风箱(4)上均设有压力检测装置(10)；和/或
所述密封罩(6)与烧结机台车(1)的连接位置设有密封装置(601)；优选，所述密封装置(601)为液密封装置。
12.根据权利要求3-11中任一项所述的低碳烧结装置，其特征在于：该装置还包括设置在烧结机台车(1)上的检测装置(11)；所述检测装置(11)伸入烧结料层中的烧结矿带；作为优选，该装置还包括设置在密封罩(6)上的燃气浓度检测装置(12)；所述燃气浓度检测装置(12)伸入密封罩(6)内；
优选的是，该装置还包括控制系统(K)；所述控制系统(K)与检测装置(11)、压力检测装置(10)、燃气浓度检测装置(12)、底部燃气喷加系统(2)的燃气阀门(205)、正负电极源(301)、微波加热源(302)、自由移动式微波源(7)的移动微波源(702)和驱动电机(703)连接，并控制检测装置(11)、压力检测装置(10)、燃气浓度检测装置(12)、燃气阀门(205)、正负电极源(301)、微波加热源(302)、移动微波源(702)、驱动电机(703)的操作。
13.一种三相复合供热式低碳烧结方法或使用权利要求1-12中任一项所述的装置进行低碳烧结的方法，该方法包括以下步骤：
1)将烧结混合料布料至烧结机台车(1)上，开启正负电极源(301)或微波加热源(302)，点火运行，同时开启底部燃气喷加系统(2)的燃气阀门(205)；
2)控制系统(K)通过检测装置(11)实时监测烧结矿的孔隙度；实时监测过程中，控制系统(K)将检测到的实时烧结矿孔隙度Z与目标烧结矿孔隙度Z0进行比较；
201)若实时烧结矿孔隙度Z＝目标烧结矿孔隙度Z0，即此时烧结矿质量指标在正常范围内，装置继续运行；
202)若实时烧结矿孔隙度Z＜目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过烧的情况；控制系统(K)控制调小燃气阀门(205)或调小微波加热源(302)的微波功率，使得Z＝Z0；
203)若实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过生的情况；控制系统(K)控制调大燃气阀门(205)或调大烧结混合料中的固体燃料配比或调大微波加热源(302)的微波功率，使得Z＝Z0；
作为优选，所述目标烧结矿孔隙度Z0的取值范围为10％-30％，优选为10％-20％，更优选为10％-15％。
14.根据权利要求13所述的低碳烧结方法，其特征在于：步骤1)中还包括导电钢纤维(9)的添加步骤，具体为：在烧结混合料布料至烧结机台车(1)之前，在烧结一混料进行二混的过程中加入导电钢纤维(9)，导电钢纤维(9)与烧结一混料混合均匀，得到烧结混合料；
作为优选，底部燃气喷加系统(2)所喷吹的燃气为富氢燃气；优选，所述富氢燃气中氢气的体积占比大于50％，优选为大于60％。
15.根据权利要求13或14所述的低碳烧结方法，其特征在于：该方法还包括：
3)控制系统(K)通过设置在各个抽风风箱(4)上的压力检测装置(10)实时监测各个抽风风箱(4)的负压；实时监测过程中，一旦检测到有抽风风箱(4)的实时负压P＞目标负压P0，则判定此时出现了烧结料层负压过大的情况；
控制系统(K)通过压力检测装置(10)确定烧结料层负压过大位置所对应的抽风风箱(4)，然后控制驱动电机(703)将自由移动式微波源(7)的移动微波源(702)移动至该抽风风箱(4)对应位置，开启移动微波源(702)加热该位置烧结料层，使得P＝P0；
作为优选，所述目标负压P0的取值范围为10000-20000Pa，优选为10000-18000Pa，更优选为10000-15000Pa。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的低碳烧结方法，其特征在于：所述步骤203)具体为：若实时烧结矿孔隙度Z＞目标烧结矿孔隙度Z0，则判定此时烧结矿出现了过生的情况；控制系统(K)通过燃气浓度检测装置(12)检测烧结机台车(1)内的实时燃气浓度C；
若实时燃气浓度C＜燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统(K)控制调大燃气阀门(205)，使得Z＝Z0；若实时燃气浓度C≥燃气爆炸下限浓度Cmax，此时控制系统(K)控制调大烧结混合料中的固体燃料配比或调大微波加热源(302)的微波功率，使得Z＝Z0；优选，所述燃气爆炸下限浓度Cmax的取值范围为4％-5％。
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