CN116516093A - 一种直接还原铁的生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种直接还原铁的生产装置，包括还原炉，所述还原炉的顶面设置有进料通道，所述还原炉的中部外壁周向等间距设置有若干用于供给还原气的第一还原进气口，所述还原炉的底部外壁上对称设置有两个用于供给还原气的第二还原进气口；所述还原炉的顶部设置有炉顶出气口；冷却炉，所述冷却炉的中部设置有氮气进口，所述冷却炉的顶部设置有氮气出口，所述冷却炉的底部设置有出料口；用于连通所述还原炉和所述冷却炉的缓冲部，所述还原炉、所述缓冲部和所述冷却炉由上到下依次设置。本发明可实现源头碳减排，有效降低了炼铁过程中产生的环境污染和碳排放问题。

Description

一种直接还原铁的生产装置

技术领域

本发明涉及直接还原冶金技术领域，特别是涉及一种直接还原铁的生产装置。

背景技术

目前钢铁行业以高炉-转炉的长流程工艺占据主导地位，占总工艺的90％，而长流程工艺碳排放量大，对钢铁行业碳减排造成了巨大压力。采用高炉炉内喷吹还原气或采用气基竖炉直接还原炼铁，能实现低碳甚至无碳炼铁，在降低碳排放方面具有显著优势。与传统炼铁相比，以还原性的富氢气体替代传统碳还原剂煤和焦炭，摆脱对化石能源的依赖，可以从源头上解决碳的排放问题

专利号为CN112176144A的中国专利“一种氢气喷吹炼铁竖炉装置及实现氢气炼铁低能耗的方法”中公开了一种两段式氢气喷吹的炼铁竖炉，其通过两段式氢气喷吹、氢气循环、顶部气体余热回收和下部海绵铁余热回收等手段在完成氢气还原铁矿石的前提下充分利用顶部所排气体和下部所排海绵铁的余热，虽直接还原铁的同时有一定的节能效果，但该工艺氢气循环的安全性较难保证，且较难实施。

专利号为CN216473302U的中国专利“一种纯氢竖炉还原装置”中公开了一种直接还原铁的氢气竖炉，其依次设置加热焙烧段、调温段、等压段和还原冷却段，通过相互组合使得生球团与氢反应直接还原铁，其设计过于简单，且并未给出具体的设计结构。

目前的专利中设计的工艺并不完善，还有很大的提升空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接还原铁的生产装置，以解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种直接还原铁的生产装置，包括：

还原炉，所述还原炉的顶面设置有进料通道，所述还原炉的中部外壁周向等间距设置有若干用于供给还原气的第一还原进气口，所述还原炉的底部外壁上对称设置有两个用于供给还原气的第二还原进气口；所述还原炉的顶部设置有炉顶出气口；

冷却炉，所述冷却炉的中部设置有氮气进口，所述冷却炉的顶部设置有氮气出口，所述冷却炉的底部设置有出料口；

用于连通所述还原炉和所述冷却炉的缓冲部，所述还原炉、所述缓冲部和所述冷却炉由上到下依次设置。

优选的，所述还原炉分为六段且由上到下依次为封头段、加压进料段、过渡段、还原气体进气段、第一锥形反应段和第二锥形反应段；所述进料通道和所述炉顶出气口均设置在所述封头段上，若干所述第一还原进气口设置在所述还原气体进气段上，两所述第二还原进气口设置在所述第二锥形反应段上。

优选的，所述封头段、所述加压进料段、所述过渡段、所述还原气体进气段、所述第一锥形反应段和所述第二锥形反应段高度与所述还原炉总高的百分比为：

所述封头段：所述加压进料段：所述过渡段：所述还原气进气段：所述第一锥形反应段：所述第二锥形反应段：所述还原炉＝(5-7)％：(24-26)％：(6-7)％：(21-23)％：(18-20)％：(17-19)％：100％。

优选的，所述加压进料段的直径为所述还原炉总高的1/6-1/9，所述还原气进气段的直径为所述还原炉总高的1/4-1/6。

优选的，所述冷却炉自上到下依次分为冷却段和卸料段，所述氮气进口和所述氮气出口均设置在所述冷却段上，所述出料口设置在所述卸料段的底部，所述出料口设置有第一密封旋转卸料器。

优选的，所述缓冲部包括缓冲仓，所述缓冲仓的顶部和底部的通道内分别设置有第二密封旋转卸料器和第三密封旋转卸料器，所述缓冲仓的顶部通道与所述第二锥形反应段的底部连通设置，所述缓冲仓的底部通道与所述冷却段的顶部连通设置。

优选的，所述还原炉和所述冷却炉的外壳均由碳钢或不锈钢制成，所述还原炉和所述冷却炉炉体内壁均砌筑有耐火砖，所述还原炉和所述冷却炉内竖向间隔设置有若干用于支撑耐火砖的固定支架。

优选的，所述第一锥形反应段、所述第二锥形反应段、所述缓冲仓、所述第二密封旋转卸料器和所述第三密封旋转卸料器外部均设置水冷套。

本发明公开了以下技术效果：本发明提出一种直接还原铁的生产装置，使用焦炉煤气或天然气或其他富氢气体作为原料气。通过还原炉与冷却炉的搭配设计，可使用富氢的还原气体直接还原铁，避免了传统工艺的碳排放，从而实现了源头碳减排，有效降低了炼铁过程中产生的环境污染和碳排放问题，推动炼铁工艺由“碳还原”向“氢还原”变革。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明一种直接还原铁的生产装置的结构示意图；

其中，1、还原炉；2、进料通道；3、第一还原进气口；4、第二还原进气口；5、炉顶出气口；6、冷却炉；7、氮气进口；8、氮气出口；9、封头段；10、加压进料段；11、过渡段；12、还原气体进气段；13、第一锥形反应段；14、第二锥形反应段；15、冷却段；16、卸料段；17、第一密封旋转卸料器；18、缓冲仓；19、第二密封旋转卸料器；20、第三密封旋转卸料器。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，本发明提供一种直接还原铁的生产装置，包括：

还原炉1，所述还原炉1的顶面设置有进料通道2，所述还原炉1的中部外壁周向等间距设置有若干用于供给还原气的第一还原进气口3，所述还原炉1的底部外壁上对称设置有两个用于供给还原气的第二还原进气口4；所述还原炉1的顶部设置有炉顶出气口5；

冷却炉6，所述冷却炉6的中部设置有氮气进口7，所述冷却炉6的顶部设置有氮气出口8，所述冷却炉6的底部设置有出料口；

用于连通所述还原炉1和所述冷却炉6的缓冲部，所述还原炉1、所述缓冲部和所述冷却炉6由上到下依次设置。

本发明提出一种直接还原铁的生产装置，使用焦炉煤气或天然气或其他富氢气体作为原料气。通过还原炉1与冷却炉6的搭配设计，可使用富氢的还原气体直接还原铁，避免了传统工艺的碳排放，从而实现了源头碳减排，有效降低了炼铁过程中产生的环境污染和碳排放问题，推动炼铁工艺由“碳还原”向“氢还原”变革。

进一步优化方案，所述还原炉1分为六段且由上到下依次为封头段9、加压进料段10、过渡段11、还原气体进气段12、第一锥形反应段13和第二锥形反应段14；所述进料通道2和所述炉顶出气口5均设置在所述封头段9上，若干所述第一还原进气口3设置在所述还原气体进气段12上，两所述第二还原进气口4设置在所述第二锥形反应段14上。

进一步优化方案，所述封头段9、所述加压进料段10、所述过渡段11、所述还原气体进气段12、所述第一锥形反应段13和所述第二锥形反应段14高度与所述还原炉1总高的百分比为：

所述封头段9：所述加压进料段10：所述过渡段11：所述还原气进气段：所述第一锥形反应段13：所述第二锥形反应段14：所述还原炉1＝(5-7)％：(24-26)％：(6-7)％：(21-23)％：(18-20)％：(17-19)％：100％。

进一步优化方案，所述加压进料段10的直径为所述还原炉1总高的1/6-1/9，所述还原气进气段的直径为所述还原炉1总高的1/4-1/6。

进一步优化方案，所述冷却炉6自上到下依次分为冷却段15和卸料段16，所述氮气进口7和所述氮气出口8均设置在所述冷却段15上，所述出料口设置在所述卸料段16的底部，所述出料口设置有第一密封旋转卸料器17。

冷却炉6采用氮气冷却，氮气从底部侧面的氮气进口7进入冷却炉6内，与高温炉料换热后，经由冷却炉6上部侧面的氮气出口8流出，用来回收炉料的显热，实现节能生产。

进一步优化方案，所述缓冲部包括缓冲仓18，所述缓冲仓18的顶部和底部的通道内分别设置有第二密封旋转卸料器19和第三密封旋转卸料器20，所述缓冲仓18的顶部通道与所述第二锥形反应段14的底部连通设置，所述缓冲仓18的底部通道与所述冷却段15的顶部连通设置。

进一步优化方案，所述还原炉1和所述冷却炉6的外壳均由碳钢或不锈钢制成，所述还原炉1和所述冷却炉6炉体内壁均砌筑有耐火砖，所述还原炉1和所述冷却炉6内竖向间隔设置有若干用于支撑耐火砖的固定支架。

还原炉1和冷却炉6均为压力容器，外壳由碳钢或不锈钢制作，内部均采用耐火砖或其他耐火材料砌筑，炉内不同的高度均设置了固定支架，固定支架的一端固定在压力容器的圆周上，组成完整的支撑环，用以支撑耐火砌材。

进一步优化方案，所述第一锥形反应段13、所述第二锥形反应段14、所述缓冲仓18、所述第二密封旋转卸料器19和所述第三密封旋转卸料器20外部均设置水冷套。

设置的水冷套用以保证设备在高温下正常运行。

本发明的工作流程为：球团从还原炉1顶部的进料通道2进入炉内加压进料段10，向下流动，在还原气进气段与还原气接触开始反应，经第一锥形反应段13和第二锥形反应段14，进入缓冲仓18，在冷却段15降温后，由卸料段16的第一密封旋转卸料器17卸出冷却炉6，得到成品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种直接还原铁的生产装置，其特征在于，包括：

还原炉(1)，所述还原炉(1)的顶面设置有进料通道(2)，所述还原炉(1)的中部外壁周向等间距设置有若干用于供给还原气的第一还原进气口(3)，所述还原炉(1)的底部外壁上对称设置有两个用于供给还原气的第二还原进气口(4)；所述还原炉(1)的顶部设置有炉顶出气口(5)；

冷却炉(6)，所述冷却炉(6)的中部设置有氮气进口(7)，所述冷却炉(6)的顶部设置有氮气出口(8)，所述冷却炉(6)的底部设置有出料口；

用于连通所述还原炉(1)和所述冷却炉(6)的缓冲部，所述还原炉(1)、所述缓冲部和所述冷却炉(6)由上到下依次设置。

2.根据权利要求1所述的一种直接还原铁的生产装置，其特征在于：所述还原炉(1)分为六段且由上到下依次为封头段(9)、加压进料段(10)、过渡段(11)、还原气体进气段(12)、第一锥形反应段(13)和第二锥形反应段(14)；所述进料通道(2)和所述炉顶出气口(5)均设置在所述封头段(9)上，若干所述第一还原进气口(3)设置在所述还原气体进气段(12)上，两所述第二还原进气口(4)设置在所述第二锥形反应段(14)上。

3.根据权利要求2所述的一种直接还原铁的生产装置，其特征在于：所述封头段(9)、所述加压进料段(10)、所述过渡段(11)、所述还原气体进气段(12)、所述第一锥形反应段(13)和所述第二锥形反应段(14)高度与所述还原炉(1)总高的百分比为：

所述封头段(9)：所述加压进料段(10)：所述过渡段(11)：所述还原气进气段：所述第一锥形反应段(13)：所述第二锥形反应段(14)：所述还原炉(1)＝(5-7)％：(24-26)％：(6-7)％：(21-23)％：(18-20)％：(17-19)％：100％。

4.根据权利要求3所述的一种直接还原铁的生产装置，其特征在于：所述加压进料段(10)的直径为所述还原炉(1)总高的1/6-1/9，所述还原气进气段的直径为所述还原炉(1)总高的1/4-1/6。

5.根据权利要求4所述的一种直接还原铁的生产装置，其特征在于：所述冷却炉(6)自上到下依次分为冷却段(15)和卸料段(16)，所述氮气进口(7)和所述氮气出口(8)均设置在所述冷却段(15)上，所述出料口设置在所述卸料段(16)的底部，所述出料口设置有第一密封旋转卸料器(17)。

6.根据权利要求5所述的一种直接还原铁的生产装置，其特征在于：所述缓冲部包括缓冲仓(18)，所述缓冲仓(18)的顶部和底部的通道内分别设置有第二密封旋转卸料器(19)和第三密封旋转卸料器(20)，所述缓冲仓(18)的顶部通道与所述第二锥形反应段(14)的底部连通设置，所述缓冲仓(18)的底部通道与所述冷却段(15)的顶部连通设置。

7.根据权利要求6所述的一种直接还原铁的生产装置，其特征在于：所述还原炉(1)和所述冷却炉(6)的外壳均由碳钢或不锈钢制成，所述还原炉(1)和所述冷却炉(6)炉体内壁均砌筑有耐火砖，所述还原炉(1)和所述冷却炉(6)内竖向间隔设置有若干用于支撑耐火砖的固定支架。

8.根据权利要求7所述的一种直接还原铁的生产装置，其特征在于：所述第一锥形反应段(13)、所述第二锥形反应段(14)、所述缓冲仓(18)、所述第二密封旋转卸料器(19)和所述第三密封旋转卸料器(20)外部均设置水冷套。