CN200955901Y - 铬矿固态还原外热式竖炉 - Google Patents

Abstract

铬矿固态还原外热式竖炉，包括竖炉、冷却水圈和炉体支座，炉体支座，由承重钢梁和多个钢支柱装配成，冷却水圈固定在承重钢梁上，竖炉坐设在冷却水圈上，竖炉包括炉体和设置在炉体内的多个截面为矩型竖式设置的还原反应室，炉体由外壳体和依次砌设在外壳体内的纤维毡层、硅藻土砖层、粘土砖层构成，每一个还原反应室的两侧有多层煤气燃烧式火道，每个还原反应室的上端设有料仓，其下端穿过冷却水圈内的高铝砖隔墙上的还原反应室通孔后与对应的上冷却水套连接，上冷却水套与下冷却水套连接，在多层煤气燃烧式火道内装设多个煤气喷嘴和测温热电偶，在炉体上部设有烟囱。本实用新型能确保还原反应所需温度和时间，操作容易掌握，节约能源、降低生产成本。

Description

铬矿固态还原外热式竖炉

(一)技术领域

本实用新型涉及一种竖炉，尤其是涉及一种用于铬矿固态还原的外热式竖炉。

(二)背景技术

本实用新型的技术方案，是要利用国际上廉价的粉铬矿，生产一种铬、铁还原度达到60-70％的预还原铬矿球团，用于生产高碳铬铁产品，实现大幅度节约电能、提高产量、降低成本之目的。

目前，国内对铬矿球团预还原，已做了大量试验研究工作，由于技术复杂，至今未能走向工业化生产。国外如日本在二十世纪六十年代末，用回转窑法开发成功铬矿球团预还原工艺，称SRC法，并建成利用SRC球团18000KVA封闭式铬铁电炉，以后又将此技术转让给南非CMI公司，建设了21000KVA铬铁电炉。均收到了极大的经济效果，热装入炉条件下，吨铬铁电耗降低35％以上，产量提高60％以上。

工业化生产的回转窑长度都在50-80米，在1200-1400℃高温条件下，实现铬矿球团预还原。要求生产的球团必须经干燥、预热和1100℃焙烧后，才能从窑尾加入回转窑。球团物料随窑体转动不断翻滚，向窑体排料端移动，窑头设置粉煤燃料烧嘴，提供工艺所需热量，沿窑身长度方向还装有若干供风管与燃料烧嘴。物料在移动过程中，被逆向高温气流加热，进行物料中铬铁氧化物的固态还原。在保持外形不变的软化温度以下，转变成预还原铬矿球团。

回转窑是一个复杂的氧化还原体系。从热平衡角度而言，铬矿的预还原是一个强烈的吸热反应，在这一区域，燃烧放热和还原耗能必须处于平衡状态，才能防止局部过热或温度过低。为了保持足够长的高温带，煤粉的燃烧是沿整个高温带完成的，窑气中必须有足够的含氧量供煤粉和煤气燃烧用。从氧化还原角度而言，窑内必须处于一种还原气氛，特别是保持物料层内还原气氛，防止球团内碳烧损和还原金属的再氧化。超过含氧量3％的临界值生产预还原球团是不可能的。这样，窑内就存在着为保持煤粉充分燃烧的供氧和为防止球团氧化而降低含氧量的矛盾。由于窑尾加料端温度尚有1000℃左右，球团中的碳有30％被烧损掉。窑内结圈是回转窑经常出现的问题。可以看出，回转窑法存在着设备庞大，工艺技术复杂，操作十分困难的问题和缺点。

(三)发明内容

本实用新型的目的，是提供一种铬矿固态还原外热式竖炉，可有效控制炉内还原气氛，提高产品质量，节约能源和降低生产成本。

采用的技术方案是：

铬矿固态还原外热式竖炉，包括竖炉、冷却水圈和炉体支座。炉体支座包括承重钢梁和多个支柱。承重钢梁固定在竖直设置的多个支柱的上端，构成炉体支座。冷却水圈固定在承重钢梁上。竖炉由炉体支座支撑，且位于冷却水圈上方。

竖炉包括炉体和设置在炉体内的多个矩型竖式还原反应室。炉体由外壳体和依次砌设在外壳体内的纤维毡层、硅藻土砖层和粘土砖层构成。每个还原反应室的上端装设有进料仓，还原反应室下端固设有冷却水套。每个还原反应室两侧有多层煤气燃烧火道，火道由高铝质异型外墙壁砖和高铝质异型内墙壁砖构成。在火道内安装多个煤气喷嘴和热电偶。

在冷却水圈内设置有高铝砖隔墙。炉体上部装设有烟囱，烟囱下部内装设有空气换热器。

工作原理：

1、以电炉煤气或发生炉煤气为热源，采取外热式加热，即把煤气燃烧室与炉料还原反应室用耐火砖墙隔离，煤气燃烧热通过耐火砖隔墙传给炉料，使炉料在隔绝空气的环境下进行还原反应，可以确保所需还原气氛，炉气中含氧小于3％，保证所需还原度。

2、采取竖炉进行铬矿球团预还原。从上往下分预热段L1、还原反应段L2、冷却段L3，上部有料仓，底部有排料管。每个还原反应室两侧有火道，即煤气燃烧室，还原反应室截面尺寸320mm×1460mm，整个竖炉由若干个还原反应室组成。在煤气燃烧室设若干煤气喷嘴来控制各段所需温度，保证还原反应段反应温度在1200-1400℃，烘干的铬矿球团配入10-20mm冶金焦碳10％的混合料，装入竖炉顶上的料仓中，球团经过预热段升温到大于1100℃，抗压强度从初始的20hg/球提高到35kg/球以上，还原反应段的高度必须保证球团在高温段停留4个小时来保证所需还原度。设冷却段保证了已还原的球团出炉时不会再氧化。由于竖炉上部的预热温度低于300℃，球团进入后不会爆裂粉化，球团在竖炉中平稳下移，不同于回转窑内球团的翻滚移动，回转窑要求球团需经1100℃焙烧提高抗压强度后才可入窑，而竖炉只要求经过小于300℃的烘干脱水就可入炉了。用小时排料速度来控制球团在还原反应室停留时间。竖炉生产1300-1400℃总还原度可达到80-90％，过高的还原度球团会使电炉不能埋弧操作，当球团总还原度42.2％时电耗2610KWH/t，当球团总还原度66.4％时，埋弧冶炼炉况稳定，电耗1920KWH/t。因此，适宜冶炼的球团总还原度为60-70％，高还原度铬矿球团可用于其他冶炼工艺如转炉吹炼铬铁。

3、要求入炉的铬矿含SiO₂＜6％，造出的球团的熔点大于1600℃，严格控制还原反应室温度低于1400℃，竖炉可顺利运行，不会发生结窑和蓬炉现象。

铬铁矿是稳定的复合氧化物，在1200-1400℃温度时，用固体碳作还原剂，还原铬铁矿中FeO和Cr₂O₃，得到的是铁的碳化物与铬的碳化物。

7FeO+10C→Fe₇C₃+7CO↑

7Cr₂O₃+27C→2Cr₇C₃+21CO↑

铬铁矿中FeO比Cr₂O₃在较低的温度下被充分地还原出来，与碳化铬互溶，组成复合碳化物(Fe、Cr)₇C₃，降低了合金的熔点。

现国内外的实验证实：在有固体碳存在下，铬铁矿是由中间产物CO间接还原的，反应速度取决于CO₂再生为CO的速率。

2FeCr₂O₄+⁸⁰/₇CO↑＝2Fe+⁴/₇Cr7C₃+⁶⁸/₇CO₂↑

CO₂↑+C＝2CO↑

本实用新型的优点：

1、本实用新型以电炉煤气或发生炉煤气为热源，采取外热式加热，即把煤气燃烧室与炉料还原反应室用耐火砖墙隔离，煤气燃烧热通过耐火砖隔墙传给炉料，使炉料在隔绝空气的环境下进行还原反应，可确保还原反应，还原所需气氛，炉气中含氧少于3％，保证所需还原度(铬矿团的综合还原度可达到60-70％)；

2、不会出现结炉和蓬炉现象；

3、能确保还原反应所需温度和时间，操作容易掌握；

4、冶炼铬铁节能效果好(电耗降低35％)，产量高(产量提高60％)；

5、节约能源、生产成本低。

(四)附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的A-A视图。

(五)具体实施方式

铬矿固态还原外热式竖炉，包括竖炉、冷却水圈10和炉体支座。

炉体支座，包括承重钢梁14和多个钢支柱15。承重钢梁14固定在竖直设置的多个钢支柱15的上端。在冷却水圈10内砌筑有多个高铝砖隔墙11。带有高铝砖隔墙11的冷却水套10固定在承重钢梁14上。

竖炉坐设在带有高铝砖隔墙11的冷却水圈10上。竖炉包括炉体和设置在炉体内的多个截面为矩型竖式设置的还原反应室9。炉体由外壳体2和依次砌设在外壳体2内的纤维毡层3、硅藻土砖层4、粘土砖层5构成。每一个还原反应室9的两侧有多层煤气燃烧式火道7，火道7由高铝质异型外墙壁砖6和高铝质异型内墙壁砖8构成。要求火道内外墙壁砖耐温大于1600℃，且耐磨性好、热传导系数高、热膨胀系数小。每个还原反应室9的上端设有料仓1，其下端穿过冷却水圈10内的高铝砖隔墙11上的还原反应室通孔后与对应的上冷却水套12连接，上冷却水套12与下冷却水套13连接。在多层煤气燃烧式火道7内装设多个煤气喷嘴16和测温热电偶17。在炉体上部设有烟囱20，在烟囱20内下部装有空气换热器19。还原反应产生的反应气体通过回收管道18进入火道7，火道7内煤气燃烧产生的废气先经过空气换热器19，再经过烟囱20排空或送去干燥预热物料。

Claims (2)

1、铬矿固态还原外热式竖炉，包括竖炉、冷却水圈(10)和炉体支座，炉体支座，由承重钢梁(14)和多个钢支柱(15)装配成，其特征在于冷却水圈(10)固定在承重钢梁(14)上，竖炉坐设在冷却水圈(10)上，竖炉包括炉体和设置在炉体内的多个截面为矩型竖式设置的还原反应室(9)，炉体由外壳体(2)和依次砌设在外壳体(2)内的纤维毡层(3)、硅藻土砖层(4)、粘土砖层(5)构成，每一个还原反应室(9)的两侧有多层煤气燃烧式火道(7)，火道(7)由高铝质异型外墙壁砖(6)和高铝质异型内墙壁砖(8)构成，每个还原反应室(9)的上端设有料仓(1)，其下端穿过冷却水圈(10)内的高铝砖隔墙(11)上的还原反应室通孔后与对应的上冷却水套(12)连接，上冷却水套(12)与下冷却水套(13)连接，在多层煤气燃烧式火道(7)内装设多个煤气喷嘴(16)和测温热电偶(17)，在炉体上部设有烟囱(20)。

2、根据权利要求1所述的铬矿固态还原外热式竖炉，其特征是在烟囱(20)内下部装有空气换热器(19)，在炉体内设有还原反应气体回收管道(18)。

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