CN115875980B - 富氢还原大速差流化床用进气和排料结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，涉及流化床进气和排料技术领域。富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，包括提拉机构、流化床、进气机构和排料机构，提拉机构包括提拉缸、提拉架、驱动机构、传动齿轮轴、管轴族和密封箱，提拉缸装在密封箱外顶部，提拉缸的输出轴穿过密封箱顶面与提拉架连接，提拉架与管轴族连接，管轴族上连接有从动齿轮，从动齿轮与传动齿轮轴传动连接，传动齿轮轴的端部与驱动机构连接，驱动机构装在密封箱外顶部；提拉管轴下端穿过流化床分别与进气机构、排料机构连接。本发明通过将进气机构、排料机构与提拉机构连接，在停炉时瞬间关闭进气口筒阀和排料筒阀，防止床内流化物料喷出造成炉凉。

Description

富氢还原大速差流化床用进气和排料结构

技术领域

本发明涉及冶金和化工流化床进气和排料技术领域，尤其涉及一种富氢还原大速差流化床用进气和排料结构。

背景技术

众所周知，目前铁矿流化床还原的难点问题是粘接失流，已有的研究成果多集中在粘结机理、或如何减轻或消除粘结失流方面。

公开号CN103695588A的中国专利公开了一种流化床还原粉状铁矿石的系统和方法，采用了三级旋风预热器和一台将煤气部分燃烧提温至650~750℃的横向多级鼓泡流化床对矿粉进行干燥、预热和初步还原，提高了尾气的热能利用率和预热效果，进而再进行800~900℃的三级高流速5~10m/s的循环流化床还原，且这三级循环流化床均采用独立加热的高浓度煤气并联供气，可达到83.5%~96.3%的还原度，并适合采用1atm以下的压力运行。该工艺实际是以牺牲部分气体能量利用率（包括化学能和热能），换取矿粉的较高还原速度，经济性还需要深入研究，且该工艺的横向多级鼓泡流化床尾气与第二、三级循环流化床尾气的温度和成分有较大的差异，将对余热回收和煤气的再利用效率产生不良影响。

公开号CN103725819A的申请文本公开了一种采用完全燃烧后的废气进行850℃~950℃氧化焙烧，其废气单独处理，再进行还原，使粘结失流情况有所改善，然而整个工艺系统较为庞大，多数尾气都需要进行余热回收，散热面积过大，增加了热损失。

中国钢铁研究总院齐渊洪发表一篇关于还原流化床内铁的析出形态与铁矿粉的粘结行为，发现温度在800℃以下，且较低的气体还原势CO/CO₂=75/25时，新生成的金属铁主要呈带有微孔的层状晶,颗粒间相互独立，不易发生粘结；而更高还原势下，即使在700℃下，达到一定的还原度后，新生成的金属铁也主要以铁晶须的形式出现，很易引起粘结失流。

中国科学院过程工程研究所杜占发表了题为《抑制铁矿粉多级流化还原粘结失流研究》的论文，发现平均粒径4μm的MgO加入Fe₂O₃中，在700~900℃下，EPMA线扫描结果没有发现明显生成MgO·Fe₂O₃的迹象，MgO独立粘附于矿粉表面，只起到了物理阻隔的作用；而MgO加入Fe₃O₄中，特别是加入FeO中，却可以生成较多的MgO·FeO，MgO·FeO粘附在矿粉表面的强度较大，且难还原，对粘结的化学阻隔面积和效果更好，对还原速度影响却较少，就可以减少MgO的总加入量，说明在多级流化床中物料加入时机很重要。

中国科学院过程工程研究所郭慕孙等所著的流化床手册，系统介绍了各种流化床的气体分别板、喷动床、喷动流化床、搅拌流化床、搅拌喷动床、三相喷动床的优缺点，以及设计要点；提出了搅拌桨和高速喷动中颗粒的碰撞摩擦会阻止颗粒的团聚与粘结，并易于保持和改善流化状态，这一特性对一些需要同时进行干燥（包括用膏糊状或悬浮液浆料进行喷雾造粒、包衣等）和粉磨的特殊颗粒的加工、铁矿石还原、页岩的热解、煤的焦化过程是非常有用的。尽管在干燥、造粒工艺中有一定粘结性的物料处理，已有较好的工业应用表现，目前还没有进一步在铁矿粉还原上工业应用的成功案例，所介绍的气体分布板气流压差较大，且不具备下料能力。

众多研究成果，尽管在如何减轻或消除粘结失流方面有一定效果，但在可靠性和经济性方面仍不尽人意，特别是粘结生成的矿粉团粒或原始大粒度矿粉易沉积在常规气体分布板上，已有的气动排料料腿或溢流排料工艺，难以将其全面排出，加剧了失流的危害程度。由此障碍了铁矿流化床还原的发展。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，首先取消常规的气体分布板，而在大速差流化床的下部高气速段采用四周高气速射流喷入床层，并在流化床的底部出料口位置设置一个移动床强制搅拌排料结构，完成物料的强制搅拌和定量排料工作，防止沉降在此区域的矿粉粘结团的粘结过程过分发育。

为实现此技术目的，本发明采用如下方案：富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，包括提拉机构、大速差流化床、进气机构和排料机构，提拉机构包括提拉缸、提拉架、驱动机构、传动齿轮轴、管轴族和密封箱；管轴族分为提拉管轴和定高管轴，提拉缸装在密封箱外顶部，提拉缸的伸缩轴穿过密封箱顶面与提拉架连接，提拉架上连接有第一轴承，第一轴承套装在提拉管轴上端，提拉管轴上还连接有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮和传动齿轮轴传动连接，传动齿轮轴的端部与驱动机构连接，驱动机构装在密封箱外顶部；提拉管轴下端穿过流化床分别与进气机构、排料机构等连接；而定高管轴下端穿过流化床分别与各种边框桨、刮刀和锥环形导流板等连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在大速差流化床（大速差搅拌喷动流化床的简称）的下部高气速段设置进气机构，形成旋转的四周高气速射流喷入高速流化床层；在大速差流化床的底部出料口处设置排料机构，形成移动床强制搅拌排料区域，使沉降在此区域的粘结团和大颗粒，在持续强制搅拌状态下，排到流速更高的下一级流化床中，通过提高气流速度和气流对物料的拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉团粒之间和矿粉团粒与器壁之间的粘性力，避免了本级流化床的失流问题，保证了大速差流化床的运行稳定性；通过将进气机构和排料机构与提拉机构连接，在停炉时瞬间完成进气口筒阀和排料筒阀下沉，关闭进气口和排料口，防止床内流化物料喷出造成炉凉。

本发明的优选方案为：

驱动机构数量为2套以上（4~6套更佳，6套以上也可以），管轴族内的管轴按驱动机构套数分类，类数与驱动机构套数相同。驱动机构可以为电动、液动或气动。为方便表达本发明的本质思想，本文仅以2套驱动机构加以说明。

驱动机构为两套，分别为第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构和第二驱动机构分别连接有第一传动齿轮轴和第二传动齿轮轴，第一传动齿轮轴、第二传动齿轮轴上分别连接有主动齿轮；管轴族由外至里按排序分为A类管轴和B类管轴，A类管轴和B类管轴的上端分别连接有从动齿轮；B类管轴的从动齿轮与第二传动齿轮轴上的主动齿轮啮合，A类管轴的从动齿轮与第一传动齿轮轴上的主动齿轮啮合。通过类别不同的管轴实现上下两层刮刀、导流板沿相反方向转动，形成相对转动，刮刀完成导流板表面的剐蹭清理和粘结块的破碎。其中解释说明的是：提拉管轴可能是A类管轴也可能是B类管轴，还可能A类、B类均有；定高管轴亦是。

还包括炉体固定支架，密封箱内设置有固定支撑架，固定支撑架下端固定在炉体固定支架上，固定支撑架上用垫铁连接有第二轴承，第二轴承分别套装在定高管轴上端，定高管轴上也连接有从动齿轮，并分别与相应的驱动机构传动连接，或与提拉管轴共用相应的驱动机构。定高管轴下端穿入流化床分别与锥环形导流板、各部位边框桨、刮刀等连接。所有边框桨和刮刀与对应清理面的切面呈8～90°的夹角。

进气机构包括进气口筒阀、进气口筒阀传力架和进气口固定锥段，进气口筒阀通过进气口筒阀传力架与提拉管轴连接，进气口筒阀套在流化床炉体下圆柱段外侧；流化床的外部固定有炉底吊挂固定架，炉底吊挂固定架与进气口固定锥段连接，进气口固定锥段位于进气口筒阀外侧；进气口固定锥段下端连接有移动床段炉体。进气机构在提拉机构的驱动机构带动下旋转，形成旋转的进气环口，进气口固定锥段通过炉底吊挂固定架固定在炉体上，用于承受炉料的重量和实现炉底各固定件的定位。

进气口筒阀的内径大于流化床炉体下圆柱段外径0~2mm，进气口筒阀的外径大于进气口固定锥段最小内径；进气口筒阀的外侧壁固定有进气口刮刀，进气口刮刀与进气口固定锥段对应锥面的切面呈8～90°的夹角。高速段边框桨也连接在进气口筒阀传力架上，高速段边框桨与流化床炉体下圆柱段内壁的切面也呈8～90°的夹角。进气口刮刀和高速段边框桨一起转动完成对应位置的炉体剐蹭清理和粘结块的破碎，当计划停炉或事故停炉时，提拉缸伸出，提拉架下放，进气口筒阀瞬间完成下沉，关闭旋转进气环口，以防床内流化物料沿旋转进气环口喷出，造成炉凉。

排料机构包括排料筒阀、排料筒阀传力架和扬料板，排料筒阀通过排料筒阀传力架与提拉管轴连接，排料筒阀位于移动床段炉体外侧，排料筒阀的外侧壁连接有扬料板。扬料板的形状为弧形带状，并与炉底固定排料槽侧壁相配合，完成炉料的提升和排料。

排料机构还包括排料槽底板、密封盘和排料槽侧壁，排料槽底板外沿与排料槽侧壁连接，排料槽侧壁上端与炉底吊挂固定架连接，排料槽侧壁上沿低于扬料板上沿；排料槽底板中心开设有通孔，密封盘套装在管轴族上，并封堵在排料槽底板通孔处，以防该处大漏料或挤料对管轴的磨损。

排料机构还包括移动床段边框桨、排料内刮刀、内刮刀传力架和内刮刀定心套管，内刮刀定心套管套装在提拉管轴上，排料内刮刀和内刮刀传力架均固定在内刮刀定心套管上，移动床段边框桨固定在排料内刮刀和内刮刀传力架的端部。排料内刮刀和移动床段边框桨与对应清理面的切面呈8～90°的夹角。

在对应排料筒阀传力架的部位，内刮刀定心套管开有向下的豁口，且插入排料筒阀传力架的下方，在排料筒阀传力架的拨动下实现持续强制搅拌和定量排料的旋转运动。停炉瞬间排料筒阀传力架沿此豁口，与提拉管轴一起下移，实现排料筒阀和进气口筒阀的关闭，防止炉料大量外喷。

炉底吊挂固定架与下一级大速差流化床的顶板均连接在中部锥体段下部，以实现多级流化床的串联工艺。

炉体固定架与流化床炉体顶部之间的管轴族外侧壁连接有炉顶法兰和炉顶伸缩节。

附图说明

图1为本发明实施例提供的富氢还原大速差流化床的进气和排料结构的断面示意图；

图2为本发明实施例提供的密封箱内结构示意图；

图3为本发明实施例提供的富氢还原大速差流化床与进气机构、排料机构的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的锥环形导流板的局部剖面图；

图5为图2中Ⅰ处的结构放大图；

图6为图3上部分局部放大图；

图7为图3下部分局部放大图；

图中标记为：1、提拉缸；2、提拉架；3、密封箱；301、炉顶冷循环煤气入口阀；4、第一驱动机构；401、第一传动齿轮轴；5、第二驱动机构；501、第二传动齿轮轴；6、炉体固定支架；7、固定支撑架；701、第二轴承；8、管轴族；801、A类管轴；802、B类管轴；803、提拉管轴；804、从动齿轮；805、第一轴承；806、主动齿轮；807、定高管轴；808、滑块；9、炉顶法兰；91、炉顶伸缩节；10、大速差流化床；101、上圆柱段；1011、上圆柱段边框桨；1012、连接架；102、中部锥体段；1021、炉体上部边框桨；1022、炉体中部边框桨；1023、炉体下部边框桨；103、锥环形导流板；1031、导流板段炉体边框桨；1032、排料孔；1033、第一通气孔；1034、第二通气孔；1035、加强筋；104、刮刀；1041、刮刀传力架；105、下圆柱段；1051、高速段边框桨；106、矿粉入料口；107、尾气排出口；11、进气口筒阀；1101、进气口筒阀传力架；12、进气口固定锥段；13、进气口刮刀；14、炉底吊挂固定架；15、移动床段炉体；16、移动床段边框桨；17、排料筒阀；18、排料筒阀传力架；19、扬料板；20、排料槽底板；21、排料槽侧壁；22、密封盘；23、内刮刀定心套管；24、内刮刀传力架；25、排料内刮刀。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

如图1所示，本发明提供的一种大速差流化床的进气和排料结构，包括提拉机构、大速差流化床10、进气机构和排料机构等。

提拉机构包括提拉缸1、提拉架2、驱动机构、传动齿轮轴、管轴族8和密封箱3等，建筑基础上固定有炉体固定支架6，炉体固定支架6上固定有密封箱3，密封箱3上连接有炉顶冷循环煤气管道，炉顶冷循环煤气管道上安装有炉顶冷循环煤气入口阀301。提拉缸1装在密封箱3外顶部中心，提拉缸1的伸缩轴穿过密封箱3顶面与提拉架2连接，提拉架2的中心轴线与提拉缸1的伸缩轴共线。

驱动机构数量为2套以上（4~6套更佳，6套以上也可以），管轴族8内的管轴按驱动机构套数分类，类数与驱动机构套数相同，驱动机构可以为电动、液动或气动。本实施例仅按两套阐述，密封箱3的外顶部还固定有两套驱动机构，驱动机构的输出轴穿过密封箱3伸入密封箱3体内，两套驱动机构关于提拉缸1对称设置，分为第一驱动机构4和第二驱动机构5。位于密封箱3内的第一驱动机构4的输出轴连接有第一传动齿轮轴401，第二驱动机构5的输出轴连接有第二传动齿轮轴501。

如图2和图5所示，管轴族8为多根管轴套装在一起形成，管轴族8内的管轴按驱动机构套数分类，类数与驱动机构套数相同，以两套为例进行说明。管轴族8内的管轴按照由外至内的顺序分为A类管轴801和B类管轴802，每根A类管轴801和B类管轴802的顶端均固定一个从动齿轮804，A类管轴801的从动齿轮与第一传动齿轮轴401上的主动齿轮806啮合，B类管轴802的从动齿轮与第二传动齿轮轴501上的主动齿轮806啮合。为了更好的排布从动齿轮804，管轴的上端高度逐渐升高，位于最下侧的第一根A类管轴801上套装有轴承，轴承下端用垫铁置于炉体固定支架6上的密封箱3的底板之上，通过轴承支撑实现第一根A类管轴的转动。第一根A类管轴内部的第一根B类管轴上同样套装有轴承，该轴承下端面用垫铁置于第一根A类管轴801的从动齿轮804上，其他的管轴也采用此种结构形式连接。相邻管轴之间的缝隙中还设有滑块808或其它轴承，以控制其摆动，并减少摩擦。

管轴族8还分为定高管轴807和提拉管轴803，提拉管轴803上端套装有第一轴承805，第一轴承805下端面用垫铁与提拉架2固定连接；定高管轴807上端套装有第二轴承701，第二轴承701下端面用垫铁固定在其他定高管轴807的从动齿轮上或固定支撑架7上，固定支撑架7为固定在炉体固定支架6上的长方体框架，固定支撑架7上固定有横向支臂，横向支臂位于每个提拉管轴803的上方，保证提拉管轴803下沉时不会影响固定管轴的转动。相邻管轴之间的缝隙中，每根管轴的下部还设有滑块808或其它轴承，以控制其摆动，并减少摩擦。

管轴族8穿过密封箱3的底板和炉体固定支架6通过炉顶法兰9、炉顶伸缩节91与大速差流化床10的炉体顶部连接。

如图3、图6 和图7所示，大速差流化床10，包括炉体和可转动的具有下料功能和气体分布功能的导流板等。炉体上端开设有矿粉入料口106和尾气排出口107，炉体为上扩张型结构，上扩张型炉体包括上圆柱段101、中部锥体段102和下圆柱段105等，上圆柱段101的下端与中部锥体段102上端固定连接，中部锥体段102下端与下圆柱段105固定连接。

上圆柱段101内设置有上圆柱段边框桨1011，上圆柱段边框桨1011由桨叶、连接架1012组成，连接架1012连接在A类管轴801上，随着A类管轴801的转动而转动。

中部锥体段102为逐段缩径的2段以上锥体结构，每段锥体内均设置有边框桨，由上至下具体为炉体上部边框桨1021、导流板段炉体边框桨1031、炉体中部边框桨1022、炉体下部边框桨1023，其中炉体上部边框桨1021与上圆柱段边框桨1011连接在同一连接架1012上，上圆柱段边框桨1011位于连接架1012上侧，炉体上部边框桨1021位于连接架1012下侧。中部锥体段102内还设置有可转动的多层导流板，本文仅以两层导流板加以说明。每层导流板上均设置有形状与导流板上表面匹配的刮刀104，刮刀104的外形为犁形或单刀面形，其刀面与对应的各锥面的切面呈8~90°的夹角，每层导流板上方的刮刀104可以设置一把或两把以上。

刮刀104与导流板转动方向相反，因此，导流板与其上下相邻的导流板或连接架连接在类别不同的管轴上。例如：连接架1012的下表面固定有刮刀104，连接架1012连接在A类管轴801上，与连接架1012相邻的上层导流板连接在B类管轴802上，当连接架1012正向转动时带动刮刀104正向转动，而上层导流板反向转动，二者形成相对运动。

导流板的外沿装有导流板段炉体边框桨1031，上层导流板的下侧装有下一层导流板的刮刀104，刮刀104的外沿固定有炉体中部边框桨1022；最下层的导流板的下侧不设置刮刀，仅连接炉体下部边框桨1023即可。

如图4所示，导流板以锥环形导流板103为例进行介绍，锥环形导流板103包括锥形板和环形脊等，锥形板的上表面由内至外依次设置有多圈逐渐扩径的环形脊，环形脊底部的锥形板上开设有数个排料孔1032，排料孔1032的孔径为流化床反应器设计粘结团最大粒径的2~4倍，以便炉料（包括大颗粒矿粉和粘结团）在刮刀104的推送下通过排料孔1032落到锥环形导流板103下方或者在该层锥环形导流板103上被破碎，从而完成对料流的二次分布。锥环形导流板103与管轴之间通过加强筋1035固定连接，刮刀104通过刮刀传力架1041与管轴侧壁连接。

环形脊的断面为尖部朝上的三角形结构，环形脊的侧壁和相邻环形脊之间的锥形板上开设有尺寸较小的第一通气孔1033，第一通气孔1033的孔径为入炉料最大粒径的1.5~2.5倍，仍大于一般分布板的气孔尺寸，也具有较少的过料能力；环形脊下方对应的锥形板上还开设有尺寸较大的第二通气孔1034，通过开孔尺寸、开孔方向和开孔率的变化完成对气流进行二次分布（而不是断面上的均匀分布）。各通气孔和排料孔中的气流和料流的运动，随床层压差有规律的波动而“交替”进行，并且随着导流板的连续转动，进一步改善了料流和气流的二次分布效果。总体上锥环形导流板103的开孔尺寸和开孔率远大于常规气体分布板，压差较小，具有下料（包括大颗粒矿粉和粘结团）和防止堵塞的功能。

由于锥环形导流板103的上下炉体直径不同，锥环形导流板103上气孔内流速又突然提高，使锥环形导流板103的下方存在着一个气流改向空间，通过每层锥环形导流板向下走的物料数量远大于向上走的物料（夹带），大多数物料被限制在两层锥环形导流板之间的空间内，减少了上下两层物料的混合，相当于增加了流化床的级数（亚级），在反应工程学上更加接近逆流传热和反应，锥环形导流板103设有多层，本文仅以两层或三层加以说明。

相邻两层锥环形导流板103之间的床层，属于上扩张型大速差流化床的流化形态，且锥环形导流板103上各个排料孔和通气孔相当于喷动床的喷口，这些喷口的射流均随管轴的旋转而运动，这种动态射流作用强于普通流化床的气泡作用，强化了乳化相中的煤气更换速度和还原速度，大幅度增强了气流对物料的拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉团粒之间和矿粉团粒与器壁之间的粘性力，就防止了失流的发生。同时，矿粉还原过程中的粘结现象，使矿粉团粒逐渐长大，就允许和适应了气流速度的进一步提高，而矿粉团粒内部，还是多孔的松散结构，具有极好的还原动力学条件，由此使本装置在提高运行稳定性和可靠性的同时，还利用粘结效应提高了气速和有效容积利用系数。

上述装置和结构，增强了大速差流化床10中下部的气流流速和气流拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉粘结团或矿粉颗粒之间、以及矿粉与器壁之间的粘性力，由此保证了粘结团和大颗粒矿粉在大速差流化床中下部的良好流化状态，避免了粘结失流，这是本发明的核心创新点之一。

如图3、图7所示，下圆柱段105内设置有高速段边框桨1051，高速段边框桨1051通过连接杆和进气口筒阀传力架1101与提拉管轴803连接，连接杆下方的此提拉管轴803上还连接有进气机构。进气机构包括进气口筒阀11、进气口筒阀传力架1101和进气口固定锥段12等，其中进气口筒阀11通过进气口筒阀传力架1101固定在提拉管轴803上，进气口筒阀11为圆筒结构，并套装在下圆柱段105下端口外侧，因此进气口筒阀11的内径略大于下圆柱段105的外径（最优为0~2mm），进气口筒阀11的外径大于进气口固定锥段12最小内径。进气口筒阀11的外侧壁固定有进气口刮刀13，进气口刮刀13为倒置的直角三角形结构，进气口刮刀13与进气口固定锥段12内壁的切面呈8～90°的夹角。

流化床炉体的外部固定有炉底吊挂固定架14，炉底吊挂固定架14与进气口固定锥段12连接，进气口固定锥段12位于进气口筒阀11外侧。进气口固定锥段12为上宽下窄的锥体结构，进气口固定锥段12的母线与水平面夹角为40～83°，进气口刮刀13的刀面与对应的进气口固定锥段12的切面呈8~90°的夹角，当进气口筒阀11下沉时，进气口刮刀13与进气口固定锥段12内侧壁紧密贴合。

进气口固定锥段12的下端口连接有移动床段炉体15，移动床段炉体15为圆柱筒体结构。移动床段炉体15的下侧装有排料机构。

排料机构包括排料筒阀17、排料筒阀传力架18和扬料板19等，排料筒阀17通过排料筒阀传力架18与提拉管轴803连接，排料筒阀17为圆筒结构并位于移动床段炉体15外侧（最优间隙为0~2mm），排料筒阀17的外侧壁连接有扬料板19，扬料板19下端与排料筒阀传力架18连接。排料机构下方的提拉管轴803上套装有密封盘22，密封盘22下方设置有排料槽。

排料槽包括排料槽底板20和排料槽侧壁21，排料槽底板20套装在提拉管轴803上，排料槽侧壁21上端与炉底吊挂固定架14连接，排料槽侧壁21的上沿低于扬料板19上沿；排料槽侧壁21的下端与排料槽底板20的外缘固定连接，排料槽底板20中心开设有通孔，密封盘22悬浮封堵在排料槽底板20通孔处。

排料机构还包括移动床段边框桨16、排料内刮刀25、内刮刀传力架24和内刮刀定心套管23，内刮刀定心套管23套装在提拉管轴803上，排料内刮刀25和内刮刀传力架24均固定在内刮刀定心套管23上，移动床段边框桨16固定在排料内刮刀25和内刮刀传力架24的端部。排料内刮刀25和移动床段边框桨16与对应清理面的切面呈8～90°的夹角。

在对应排料筒阀传力架18的部位，内刮刀定心套管23开有向下的豁口，且插入排料筒阀传力架18的下方，在排料筒阀传力架18的拨动下实现持续搅拌和定量排料的旋转运动。停炉瞬间排料筒阀传力架18沿此豁口，与提拉管轴803一起下移，实现排料筒阀17和进气口筒阀11的关闭，防止炉料大量外喷。

在上述装置和结构条件下，沉降储备于炉底的移动床强制搅拌排料区域的大颗粒矿粉和粘结团，由排料机构，在持续搅拌着的状态下，定量排入下一级流速更高的大速差流化床中，继续保持良好的流化和还原，最终排入熔融还原炉内或其它海绵铁密封排料系统中。

炉底吊挂固定架14与下一级大速差流化床的顶板均连接在中部锥体段102下部，以实现多级流化床的串联工艺。

炉体固定支架6与流化床炉体顶部之间的管轴族8外侧壁连接有炉顶法兰9和炉顶伸缩节91。

工作过程为：

正常工作时，提拉缸1处于收缩状态，提拉管轴803的从动齿轮804与主动齿轮806啮合，在第一驱动机构4和第二驱动机构5的带动下，提拉管轴803和定高管轴807均转动起来，而A类管轴801和B类管轴802产生相反方向的转动，带动连接其上的各部件也产生相对运动。

0～8mm的矿粉A（含熔剂）由矿粉入料口106进入大速差流化床10内，具体为：矿粉在上扩张型炉体内逐渐被还原，其中还原度较高的细矿粉则逐渐粘结成团状，这些矿粉团与大颗粒矿粉一起落在锥环形导流板103上，经锥环形导流板103排料孔1032下落进入下一个流速更高的亚级流化床中继续在流化状态下还原；而没有粘结成团的细矿粉则难以穿过锥环形导流板103排料孔1032 (该处气速高于细矿粉的终端沉降速度)，多数保留在炉体上部的较低流速区域在流化状态下继续还原。多层转动着的锥环形导流板103均具有料流分布板、喷动床气流分布板和搅拌桨的三重功能，如此串联的多个亚级上扩张型搅拌喷动流化床，自上而下，每一个亚级上扩张型搅拌喷动流化床的气流速度均逐渐升高，就适应了细矿粉团粒逐渐粘结长大的规律，并使细矿粉（在上方）、矿粉团和大颗粒矿粉（在下方）都能够在保持良好流化状态下持续还原，利用粘结效应提高了矿粉的还原度，最终落在排料槽内，在排料内刮刀25和移动床段边框桨16的持续转动搅拌下，这些矿粉团和大颗粒矿粉逐渐被推至排料槽外侧，再经扬料板19转动将排料槽内的矿粉环向搅动起来，经排料槽侧壁21上沿流出进入下方大速差流化床10炉体,后续几级大速差流化床10的进气和排料结构与此一致，直至排进海绵铁密封排料系统或熔融还原炉，在此不再赘述。

所有炉体各段的内表面均对应设有边框桨，各层锥环形导流板103的上表面也设有刮刀104，这些边框桨和刮刀在各自管轴的带动下，连续旋转进行对应器壁的剐蹭清理，破碎了尺寸较大的粘结块，就避免了器壁的结瘤和各排料孔1032和各第一通气孔1033的堵塞，对普通矿粉粘结团的下料也有推送作用。在前述大幅度提高了大速差流化床10中下部的气流速度和气流对物料的拽力的基础上，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉团粒之间和矿粉团粒与器壁之间的粘性力，就防止了失流的发生。

气体由下部的进气机构进入大速差流化床10内，具体为：还原气体由经排料槽侧壁21与封闭炉墙侧壁的间隙向上流动，穿过炉底吊挂固定架14，经进气口固定锥段12与进气口筒阀11之间的缝隙，流入大速差流化床10内，还原气体穿过进气口筒阀传力架1101和锥环形导流板103的排料孔1032、第二通气孔1034和第一通气孔1033，一路上升，在上升过程中与矿粉发生反应，反应后的尾气G由尾气排出口107排出。计划停炉或突然事故停炉时，提拉缸1的伸缩缸伸出，提拉架2下沉带动，提拉管轴803向下运动，提拉管轴803上固接的部件（进气口筒阀11、排料筒阀17等）均跟随提拉管轴803向下运动，进气口筒阀11下沿与进气口固定锥段12紧密贴合，进气口筒阀11上沿与下圆柱段105下沿外壁贴合，防止大速差流化床内流化物料瞬间喷出，造成炉凉；同时排料筒阀17也一起同理关闭。

在炉顶，冷循环煤气C通过炉顶冷循环煤气入口阀301，充入密封箱3内，起到冷却和保压作用，同时该冷循环煤气C穿过各轴承底下的垫铁的缝隙，再沿管轴族8的各管轴之间的间隙下行，进入各大速差流化床10的料层中，既对各管轴进行了冷却，又防止了物料倒灌进入各管轴之间的间隙，而造成的摩擦、磨损。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，其特征在于，包括提拉机构、大速差流化床、进气机构和排料机构，

提拉机构包括提拉缸、提拉架、驱动机构、传动齿轮轴、管轴族和密封箱；管轴族分为提拉管轴和定高管轴，提拉缸装在密封箱外顶部，提拉缸的伸缩轴穿过密封箱顶面与提拉架连接，提拉架上连接有第一轴承，第一轴承套装在提拉管轴上端，提拉管轴上还连接有从动齿轮，从动齿轮与传动齿轮轴上连接的主动齿轮传动连接，传动齿轮轴的端部与驱动机构连接，驱动机构装在密封箱外部；

提拉管轴下端穿过流化床分别与进气机构、排料机构连接；

进气机构包括进气口筒阀、进气口筒阀传力架和进气口固定锥段，进气口筒阀通过进气口筒阀传力架与提拉管轴连接，进气口筒阀套在流化床炉体下圆柱段外侧；

流化床的外部固定有炉底吊挂固定架，炉底吊挂固定架与进气口固定锥段连接，进气口固定锥段位于进气口筒阀外侧；

进气口固定锥段下端连接有移动床段炉体；

进气口筒阀的外侧壁固定有进气口刮刀，进气口刮刀与进气口固定锥段对应锥面的切面呈8～90°的夹角；

排料机构包括排料筒阀、排料筒阀传力架和扬料板，排料筒阀通过排料筒阀传力架与提拉管轴连接，排料筒阀位于移动床段炉体外侧，排料筒阀的外侧壁连接有扬料板；

排料机构还包括排料槽底板、密封盘和排料槽侧壁，排料槽底板与排料槽侧壁连接，排料槽侧壁上端与炉底吊挂固定架连接，排料槽侧壁上沿低于扬料板上沿；排料槽底板中心开设有通孔，密封盘套装在管轴族上，并封堵在排料槽底板通孔处。

2.根据权利要求1所述的富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，其特征在于，驱动机构数量为2套以上，管轴族内的管轴按驱动机构套数分类，类数与驱动机构套数相同。

3.根据权利要求2所述的富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，其特征在于，驱动机构为两套，分别为第一驱动机构和第二驱动机构，第一驱动机构和第二驱动机构分别连接有第一传动齿轮轴和第二传动齿轮轴，第一传动齿轮轴、第二传动齿轮轴上分别连接有主动齿轮；管轴族由外至里按排序分为A类管轴和B类管轴，A类管轴和B类管轴的上端分别连接有从动齿轮；B类管轴的从动齿轮与第二传动齿轮轴上的主动齿轮啮合，A类管轴的从动齿轮与第一传动齿轮轴上的主动齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，其特征在于，还包括炉体固定支架，密封箱固定在炉体固定支架上，密封箱上连接有炉顶冷循环煤气管道，炉顶冷循环煤气管道上安装有炉顶冷循环煤气入口阀，由此通入冷循环煤气，对密封箱和各管轴进行冷却和保压；密封箱内设置有固定支撑架，固定支撑架下端固定在炉体固定支架上，固定支撑架上用垫铁连接有第二轴承，第二轴承分别套装在定高管轴上端，定高管轴上也连接有从动齿轮，并分别与相应的驱动机构传动连接，或与提拉管轴共用相应的驱动机构。

5.根据权利要求1所述的富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，其特征在于，进气口筒阀的内径大于流化床炉体下圆柱段外径0~2mm，进气口筒阀的外径大于进气口固定锥段最小内径。

6.根据权利要求1所述的富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，其特征在于，排料机构还包括移动床段边框桨、排料内刮刀、内刮刀传力架和内刮刀定心套管，内刮刀定心套管套装在提拉管轴上，排料内刮刀和内刮刀传力架均固定在内刮刀定心套管上，移动床段边框桨固定在排料内刮刀和内刮刀传力架的端部；

在内刮刀定心套管对应的排料筒阀传力架的部位，内刮刀定心套管开有向下的豁口，且插入排料筒阀传力架的下方，在排料筒阀传力架的拨动下实现对移动床物料的持续搅拌和定量排料的旋转运动；停炉瞬间排料筒阀传力架沿此豁口，与提拉管轴一起下移，实现排料筒阀和进气口筒阀的关闭，防止炉料大量外喷。

7.根据权利要求6所述的富氢还原大速差流化床用进气和排料结构，其特征在于，炉底吊挂固定架与下一级大速差流化床的顶板均连接在中部锥体段下部，以实现多级流化床的串联工艺。

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