CN1295350C - 一种用于海绵铁生产的连环炉及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明的两种实施方案分为“自造煤气生产方法”和“余热煤气生产方法”，其中余热煤气生产方法是利用回转窑、高炉所产生的低热值高温尾气或其它来源的煤气为基础热源，以掺入的高热值气体或液体为辅助热源，进行海绵铁生产，解决了上述工艺高温尾气回收问题，并采用回收自产余热生产高温空气的方法取代了已有技术中以工业氧气为氧化剂的方法，从而进一步降低了生产成本，并具有投资小，容易实施，生产效率高，入炉球团零损失，装、排、运料简捷、顺畅和益于环境保护等诸多优点。

Description

一种用于海绵铁生产的连环炉及生产方法

本发明所属冶金领域，是生产海绵铁的一种连环炉及生产方法。

目前，世界上生产海绵铁的主要方法仍然是以天然气裂解造气的竖炉法和煤基回转窑法为主。上述方法因受到天然气资源、价格和投资额等因素的限制，在我国未能得到广泛应用。近期一种用冷固结复合球团结合回转窑的海绵铁生产工艺在我国实施，但仍存在着尾气温度高、球团粉化、对煤质要求高和基础投资大等不利因素。01122227.1专利和03154320.1专利申请所公开的技术中虽然有诸多优点，但因导热煤气是采用配入工业氧气的方法提高温度，不益于降低生产成本。

本发明的目的是提供一种既可利用回转窑、高炉产生的高温尾气进行生产，又可独立造气生产，并且不需要工业氧气，尾气温度低，入炉球团100％获得率，装、排、运料简捷顺畅、投资小、效益高的一种生产海绵铁的连环炉及生产方法。

本发明的技术方案中包含了同一发明人在01122227.1专利和03154320.1专利申请中所公开的如下四项技术内容，1、连环式还原炉；2、组合式还原反应罐；3、煤气半燃烧增温；4、利用回收煤气对已还原高温球团进行冷却。本次专利申请是在保留原专利申请技术优点的基础上，又针对其不足之处作了较大改进，尤其在还原炉的结构上、回转窑或高炉尾煤气的利用和半燃烧方法等方面均有较大突破，使该项技术更加成熟和完善，增强了可行性。

本发明的技术方案分为A《自造煤气生产法》和B《余热煤气生产法》，两种技术方案的区别仅在于所采用煤气的来源不同，其它工艺基本相同。

A、自造煤气生产法，该方法按生产工序可分为(一)造气段和(二)还原段。

(一)造气段：该段是由如下3个系统组成。1、煤气生产系统：该系统由1～2台水煤气发生炉或者混合煤气发生炉生产出600～800℃的热煤气，经短距离和保温处理的管道输入还原段……。水煤气发生炉所产生的余热气体输入专用竖炉(也适用其它炉型)，用来干燥和固结煤粉球团；2、高温空气生产系统：该系统是由2～4台热风炉和空气预热器构成，热风炉所生产的900～1200℃高温空气的作用是为还原炉提供煤气半燃烧增温所需要的高温空气，目的是以高温空气取代工业氧气。热风炉燃烧所需要的煤气是利用还原段经过冷却已还原的高温球团，温度达到500～1000℃的回收煤气(如该煤气的发热量不能满足热风炉生产900～1200℃高温空气的要求，可配加适量的高热值煤气或其它高热值气体、液体燃料)。热风炉所产生的余热废气，通过装有导热管的空气预热器，对热风炉所需要的空气进行前期预热；3、烟气回收系统，该系统是用引风机从烟道中抽取以N₂为主的废气，经过除尘和储存，用于已还原球团出炉前的气体置换。

(二)、还原段：该段是由12～20个结构相同并且相互串联的固定床式还原炉组成，还原炉适应湿球团直接入炉，也适应经过干燥后的球团入炉。装有冷固结含碳球团的组合式反应罐套入专用吊装架内，由悬于还原炉上方的桥式吊车运到炉体上端，通过炉口封盖的自动移位装置移开炉口封盖后，将组合式反应罐一次性地装入炉堂或卸出。由造气段输入的热煤气和高温空气，经过设在还原炉底部的内燃式陶瓷燃烧器的限量混合燃烧，将煤气温度提高到1200℃～1400℃后(上述燃烧应保证两个条件1、燃烧时的配氧系数α＜1；2、燃烧后产生的高温煤气的水煤气反应值≤相应温度下的平衡常数值)，进入组合式反应罐的储气室，未反应完全的氧分子在此与煤气得到充分反应后，通过储气室外壁斜式小孔进入还原室，并透过球团层和还原室外壁斜式小孔经出气孔排出炉外后，在高温风机的驱动下和水冷高温阀门的控制下，顺续通过多个还原炉，对其内部的含碳球团进行预热、干燥，直至其温度降到接近100℃时，再输入冷凝器进行气、水分离后输入储气罐内储存，以便作为冷却气体待用。由于上述高温煤气在透过球团层的过程中与球团充分接触，使已经过预热的球团温度很快上升到1100～1200℃。因为上述球团在前期预热期间的700～1000℃温度阶段已经发生了一定程度的还原反应，所以当球团达到1100～1200℃后，球团内配备的碳粉即可发挥出极强的还原能力，经过10～15分钟的反应，即可获得95％以上的金属化率而完成还原工序。已完成还原工序的还原炉，输入储气罐中的冷煤气，由低温至高温连续通过多个还原炉，使已还原的球团温度逐步降低到接近常温后，再用从烟道中回收的以N₂为主的废气，置换后进入排料程序……。上述冷却煤气在对多个还原炉内已还原高温球团的冷却过程中，吸收了球团和炉内的热量，使煤气温度增高，此高温煤气在高温风机的驱动下，返回造气段的热风炉，作为气体燃料烧掉。

B、余热煤气生产法，该方法是以回转窑或高炉产生的低热值煤气或其它不同来源的煤气为基础热源，以掺入的高热值气体或液体燃料为辅助热源进行海绵铁生产。因为B方案与A方案所采用的煤气来源不同，所以采取如下两项措施来满足工艺要求：1、因为上述煤气的热值一般较低，为确保煤气经过还原炉半燃烧增温后剩余的气体成份中，氧化性气体与还原性气在相应温度下的平衡常数值达到含碳球团还原反应的要求，需要在上述煤气进入首坐还原炉的同时配入适量的高热值气体或液体燃料(如焦炉煤气、水煤气、液化气或油类等)，或采取富氧燃烧的方法提高煤气燃烧温度，以满足上述还原工艺的要求。2、如果采用的余热煤气初始温度较低，应采取用热风炉增温等方法，将煤气温度加热到600℃～800℃，以便减少煤气在还原炉燃烧时还原性气体的损耗。其余工序采取与A方案相同的工艺和设置，即可获得相同的效果。

本发明与已有技术比较具有如下优点：

1、由于本发明的B方案《余热煤气生产法》可利用回转窑或炼铁高炉产生的余热尾气生产海绵铁，解决了上述窑炉尾气余热回收再利用的问题，益于节能增效。

2、由于采用增温后的高温煤气由高温至低温连续通过多个还原炉，对球团进行还原、预热和干燥的方法；采用回收的低温煤气冷却已还原高温球团，增温后输入热风炉燃烧的方法；采用热风炉产生的烟气余热对空气进行前期预热的方法；三种方法均益于能源利用和节能增效。

3、由于采用高温空气代替工业氧气的方法，有益于降低生产成本。

4、由于采用列管式冷凝器冷却煤气的方法，使煤气不与水直接接触，对冷却水无污染，有益于环境保护。

5、由于还原炉采用桥式吊车结合专用吊装架，由上端炉口将组合式反应罐整体装入炉膛或卸出的方法，实现了装排料工序的简捷、顺畅。

6、由于采用大小式炉口封闭法以及“砂封、水封、填料封”四道密封设置，并结合炉盖自动移位装置，不但易于操作，而且密封性能好，安全可靠。

7、由于采用还原炉采用底部设置的内燃式陶瓷燃烧器的方法，有益于气体的流通和提高还原炉的使用寿命。

下面通过附图结合自造煤气的生产实例加以详细说明：

附图1为本发明造气段的平面工艺流程图及局部剖视图。

附图2为本发明还原段的平面工艺流程图。

附图3为本发明还原炉的剖视图。

附图4为本发明组合式反应罐专用吊装架的主视图和剖视图。

参见附图1，该图所描述的造气段是由煤粉造球车间1提供的湿煤球，输入煤球干燥窑2进行干燥固结，当煤球干燥并达到一定强度后输入煤气发生炉3，煤气发生炉生产出的热煤气，经干式除尘器4除尘后，携显热通过保温管道G1A，向热风炉和还原段输送600℃～800℃的热煤气。R1、R2、R3、R4是该段的4台热风炉。回收煤气管道G2a，是输送由还原段回收的500℃～1000℃高温煤气，该煤气是热风炉燃烧的基础燃料，如发热量不够，可由配气管G8经煤气分管G3，配入新鲜的热煤气或其它高热值气体或液体燃料，以增加煤气热值。热风炉用上述煤气和预热空气混合燃烧、蓄热、与空气热交换，将空气加热到1000℃～1200℃后，通过高温空气分管道G5和高温空气主管道G4，向还原段输送高温空气。热风炉产生的余热烟气通过支烟道5经主烟道6，进入空气预热器7，最后由烟筒8排出。空气预热器7所需要的冷空气是由冷风机F1提供。A-A剖视图的13是空气预热器的余热烟气通道，11是空气通道，12是装有高导介质的导热管，冷空气通过导热管的传热而增温后，在热空气风机F2的驱动下，经预热空气主管道G6和预热空气分管道G7，向热风炉供应已预热的空气。烟气风机F3的作用是抽取烟道中的余热烟气，经除尘器9除尘后进入储气罐10中储备，以便用于经过煤气冷却的已还原球团出炉前的气体置换。

参见附图2，该图所描述的还原段是由(H1～H12)组成的连环式还原炉，该还原炉是由热煤气主管道G1B输入的热煤气，经热煤气分管道G15分别向每个还原炉供应热煤气。由高温空气主管道G4输入的高温空气，经高温空气分管道G10，分别向每坐还原炉供应高温空气。上述煤气和高温空气按顺序首先在第一个还原炉内限量混合产生半燃烧，将气体温度提高到1200℃～1400℃后透过球团层，在高温风机F4的驱动下和水冷高温阀门的控制下(图中未表阀门)经连通管道G9，连续通过后面多坐还原炉，对炉内的球团进行预热、干燥，直至煤气温度接近于100℃，再通过低温气体输出支管道G12，经低温气体输出主管道G11，输入列管式冷凝器14，使煤气冷凝后与水分离，煤气输入储气罐15。已经过还原的高温球团，是用储气罐15中储存的低温煤气，通过冷煤气管道G13，经冷煤气支管道G14进入还原炉，由低温至高温对球团进行连续冷却，最后携其获得的显热，由煤气回收支管道G16，经煤气返回主管道G2b返回造气段，作为热风炉的气体燃料烧掉。已完成冷却工序的还原炉，用从烟道中回收的以N₂为主的气体置换后，开启还原炉上端封口，由行走于吊车轨道16上的桥式吊车将球团运到炉前，实施卸料或装入新的球团，并将成品运送到成品库……。

参见附图3，该图所描述的还原炉上端设有可自动升降和移位的炉口封盖，该封盖是由大小口式炉口封闭圈18对与其相配套的炉口17实施封闭(炉口和炉口封闭圈应由铸铁铸成，并需精加工)。炉口封闭圈18的内侧装有用耐火捣打料或耐火砼等耐火材料制成的炉盖耐火层19，其上部装有保温材料制成的炉盖保温层20，炉盖保温层和炉盖耐火层的外部设有用钢板制成的炉盖外壳21。炉盖顶部设有用铸铁或砼制成的配重块23和配重块定位销22，其作用是增加炉盖对炉口封闭时的压强，提高其密封性能。封盖的外部接有上钢板圈24和下钢板圈25组成的连接体，其作用是使封盖各部件连为一体。支撑筋板35上面设有3-6个液压起重器34，在进入开盖工序时，随着液压起重器的升起，可将升降短轨33和轨道轮26与炉口封盖整体托起，并使升降短轨33与移位轨道32对齐，然后启动由小卷扬机、滑轮和钢丝绳构成，可双向牵引的炉盖移位设置(图中未作表示)对炉盖实施移位，当炉口17露出后，进入装料或卸料工序。炉口的封闭工作与上述程序相同，反顺序操作即可。炉口封盖的外部设有砂封槽29和水封槽30，其中砂封槽内装有耐火细砂粒，封盖时砂封圈27插入砂层，如有气体从炉口泄出，在此受到阻挡；在水封槽30的底部设有密封填料31并充满水，封盖时水封圈28插入水中并与密封填料31结合，从而形成炉口密封、砂封、水封、填料封四道气体泄露防线，确保工作时无气体泄露。炉口封盖的下端是还原炉的炉体部分，该炉体是由炉体钢板外壳36、炉体保温层37、炉体耐火层38构成炉膛39。组合式反应罐是由组合式反应罐外筒Z1、还原室Z3、储气室Z4和圈形反应罐底座Z5构成。反应罐入炉后就位于炉膛39之内的耐火封气砂层40上面，圈形反应罐底座Z5插入耐火砂层之内，以防止气体直流。炉体的下端设有内燃式陶瓷燃烧器41，该燃烧器的气体出口与组合式反应罐的储气室Z4相通。来自高温空气管道G4的高温空气和来自热煤气管道G1C的煤气，在陶瓷燃烧器41中半燃烧升温。由连通管G9、冷却煤气管道G13和置换气体管道G18输入的气体，均通过燃烧器的空气入口42和煤气入口43输入炉内，再由气体出口44排出炉外后输入气体排出管道G2c，或经高温风机F4增压后输入下一个还原炉……。上述整个炉体是由4-8根炉体支柱45支撑。高热值气、液体管道G17是实施B方案时，为增加气体热值所用。

参见附图4，该图所描述的吊装架是用于桥式吊车向还原炉运输和装卸组合式反应罐的专用器具，它是由4根A槽钢49、4根B槽钢55和钢板圈50焊接成的框架。在A槽钢49的槽内装有多个内滑动轮51，其作用是，在与组合式反应罐Z的装卸过程中，该轮与反应罐外筒Z1的筒壁滚动接触，使其上下运行顺畅并不至于造成罐壁的损伤。框架的底部设有的挂钩54是通过钢丝绳52经导绳轮53与挂钩控制轮47连接，操作时只要转动离合挂钩控制轮47的手柄，控制挂钩54的张合，即可实现吊装架与组合式反应罐Z的离合。A-A剖视图的Z1是组合式反应罐外筒，Z2是组合式反应罐内筒，46是桥式吊车的吊钩。外滑动轮48由槽钢55支撑，该外滑动轮的作用是在整体框架出入还原炉的过程中与炉膛内壁滚动接触，起到减轻对炉壁的损害和导向作用。上述钢板圈50、内滑动轮51、外滑动轮48和导绳轮53的数量，应根据所设计生产线产量的大小酌情而定。

Claims (2)

1、一种用于海绵铁生产的连环炉，该连环炉是由12～20个结构相同的还原炉相互串联组成，还原炉是由其顶部的炉口封闭设置、中部的炉体、炉体内部的炉膛和底部的燃烧器构成；其特征是还原炉封盖的顶部设有配重块(23)和配重块定位销(22)；还原炉的炉口封闭装置是由大小口式炉口(17)和炉口封闭圈(18)构成的炉口封、由砂封圈(27)和砂封槽(29)构成的砂封、由水封圈(28)和水封槽(30)构成的水封、由水封圈(28)与密封填料(31)构成的填料封组成；炉口封闭装置的开启和关闭装置是由设在该装置下端的3-6个液压起重器(34)和与其接触的升降短轨(33)、轨道轮(26)、移位轨道(32)组成的升降设置，由卷扬机、刚丝绳、滑轮组成的牵引设置构成；已入炉的组合式反应罐就位于炉膛(39)之内、耐火封气砂层(40)的上端，圈形反应罐底座(Z5)插入耐火封气砂层(40)之内；还原炉的底部设有内燃式陶瓷燃烧器(41)，内燃式陶瓷燃烧器的出口与组合式反应罐储气室(Z4)贯通，构成还原炉的半燃烧系统；用于装炉、卸炉和运输的组合式反应罐专用吊装架是用4根A槽钢(49)4根B槽钢(55)和钢板圈(50)焊接成框架；吊装架与组合式反应罐的离合，是由装在A槽钢槽内的挂钢控制轮(47)通过钢丝绳(52)和导绳轮(53)对挂钩(54)的控制实现的；B槽钢的槽内设有内滑动轮(51)，A槽钢的槽内设有外滑动轮(48)。

2、一种利用权利要求1所述连环炉进行海绵生产的方法，该方法是以热煤气为传热介质，热煤气输入还原炉内燃烧时的配氧系数α＜1，煤气部分氧化增温后输入还原室，使其内部的含碳球团升温、还原；其特征是B方案是以回转窑、炼铁高炉或其它来源的剩余煤气为基础热源，以掺入的部分高热值气体或液体燃料为辅助热源进行海绵铁生产；还原炉半燃烧所需要的氧气是用热风炉产生的900℃～1200℃的空气；热风炉燃烧所需要的燃料是利用因冷却已还原高温球团而使其温度增加到500℃～1000℃的回收煤气为基础燃料，以掺入的高热值气体或液体燃料为辅助燃料；热风炉所需要的空气是利用本身排放的烟气余热通过预热器进行前期预热；还原炉的气体流通是由设在还原炉之间的高温风机进行驱动，由水冷高温阀门实施控制；还原炉中经过还原并冷却至常温的已还原成品球团，是利用从烟道中回收的废气进行气体置换；还原炉的装料和卸料工序都是用桥式吊车结合反应罐专用吊装架的方法完成。

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