CN203999666U - 气-煤基直接还原铁的竖炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用气-煤基直接还原铁的竖炉，包括炉体，炉体内设置的竖罐，竖罐从上往下分为预热段、还原段、冷却段、在竖罐预热段和还原段的两侧设有火道，在竖罐的还原段内外加入煤气，在竖罐顶部将收集的炉顶气再送到火道内作为燃烧气体使用，在冷却段设置煤气预热腔。采用本实用新型，能加快还反原应的进行，促进了热气向上流行，增加了预热段温度，减少了预热时间，比原有方式下至少增加一倍的产量。

Description

气-煤基直接还原铁的竖炉

技术领域

本实用新型属于煤基直接还原铁领域，特别是采用气-煤基组合直接还原铁的竖炉。

背景技术

直接还原铁也称海绵铁。目前，国内外煤基直接还原铁的工业化大规模生产，主要采用回转窑法。回转窑长度都在60至80米，作业时窑体按一定转速旋转，铁矿粉球团或块矿与还原煤、脱硫剂(石灰石)，从窑尾加料端连续加入。随窑体转动，固体物料不断地翻滚，向窑头排料端移动。物料移动过程中，被逆向高温气流加热，进行物料的干燥、预热、碳酸盐分解、铁氧化物还原以及溶碳渗碳反应，铁氧化物在保持外形不变的软化温度以下转变成直接还原铁。因此要求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，防止铁矿球团还原金属的再氧化。这样，窑内就存在着为保持煤粉充分燃烧的供氧和防止铁矿球团氧化而降低含氧量的矛盾。由于窑尾加料端废气温度尚有850℃左右，废气中的能量约占以煤的方式给入能量的40%，必须安装废气处理系统。窑内结圈是回转窑经常出现的问题。回转窑法存在着设备庞大、投资大、工艺技术复杂，操作十分困难的问题和缺点。

还有采用隧道窑法，由于隧道窑法技术含量低，适合小规模生产，投资小，隧道窑法一般采用罐式法还原铁，具体做法是先利用耐火砖等材料砌成罐体，然后将原料放入罐体内，再将罐体密封，这种方式虽然投资小，但是还原热效率低、能耗高、占地面积大，生产周期长，污染严重、产品质量不稳定，单机生产能力难以扩大等问题。

最新的是采用竖炉进行还原铁冶练，如专利200720015482.3的煤基直接还原铁外热式竖炉，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形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道连接。

该竖炉存在问题表现在以下三方面：

一、直接还原反应时间长，一个周期一般要达到12小时以上，而且还原的铁只能在92%以上；

二、炉顶气直接排放，经研究，竖炉的炉顶气含有大量的CO，直接排放掉不仅是资源的浪费，同时也造成热效能利用率低，炉内温度不足，最终影响产量；

三、煤气进入火道前没有进过预热，低温的煤气对还原段会产生不利的影响，同时冷却段的冷却效率也有待提高。

实用新型内容

本实用新型旨在针对现有直接还原铁竖炉还原效率低的问题，提供一种采用气-煤基直接还原铁的竖炉。

为实现本实用新型目的，采用的技术方案为：

一种气-煤基直接还原铁的竖炉，包括炉体，炉体内设置竖罐，竖罐从上往下分为预热段、还原段、冷却段，在竖罐预热段和还原段的两侧设有火道，竖罐上端设置的进料箱，下端设置的出料箱，其特征在于：竖罐的还原段连接煤气输入管，火道连接燃料输入管。

进一步的是，所述竖罐还原段的下部设置有喷嘴，喷嘴有开有小孔，并与煤气输入管连通，经过煤气输入管的煤气能通过喷嘴喷出。

所述喷嘴为中空的圆柱型，竖直设置，顶面为圆弧型，侧面开有小孔。为避免喷嘴的堵塞和对物料下落的影响，上述形状最大限度减少对物料下落和煤气输入的影响。

本发明竖炉中也可不采用上述喷嘴，煤气输入管开口设在竖罐还原段的下部的竖罐壁上，使煤气输入管直接与竖罐连通，这种设置简单，维护简单。

进一步的是，所述竖罐顶部设有炉顶气收集器，所述炉顶气收集器上开有小孔，并与炉顶气收集管道连通，所述炉顶气收集器能收集竖罐内的煤气通过煤气收集管道排出，或连通火道，循环利用。

所述炉顶气收集器为中空的圆柱型，与竖罐成垂直设置，所述炉顶气收集器表面开有小孔。该形状能保证安装和使用时都有小孔能正常应用。

为较好收集炉顶气，在炉顶气收集管道上设有引风机。

本发明竖炉中也可不采用上述圆柱型炉顶气收集器，直接将炉顶气收集管道突入竖罐的部分作为炉顶气收集器，其在竖罐中的端口封闭，并在封闭的开口处和突入的管道上开小孔。炉顶气收集管道另一端与火道连通。此种设置简单，设备改动时方便。

进一步的是，为减少在对竖罐还原段中外加入的煤气时影响还原反应温度，以及充分利用冷却段热量，对外加入的煤气先进行预热。

在炉体竖罐冷却段部位设有由顶板和底板组成的煤气预热腔，所述煤气预热腔包括预热腔输入管和预热腔输出管，煤气从预热腔输入管进入后，经煤气预热腔后从预热腔输出管输出 ，加热排出的煤气输送到煤气输入管或者通过燃料输入管进入火道内燃烧。

进一步的是，为加大煤气预热效果，所述煤气预热腔内由隔条相错设置成为回廊通道，通过预热腔输入管的煤气通过回廊通道后从预热腔输出管输出。

火道上设有高温气流环绕孔，火道与燃料输入管连通，煤气通过燃料输入管进入火道内燃烧，为竖罐内的还原反应提供热量。所述竖罐还原段的下部与煤气输入管连通，竖罐顶部与炉顶气收集管道连通，炉顶气收集管道收集的炉顶气再通过燃料输入管进入火道内燃烧。

物料在竖罐上端的预热段预热后，经过中部的还原段还原，再通过竖罐下端的冷却段冷却后得到还原铁，在竖罐的还原段内外加入煤气，在竖罐顶部将收集的炉顶气再送到火道内作为燃烧气体使用。

在煤基直接还原铁竖炉中采用上述结构，将明显提高还原铁速度，常规的还原段煤基还原铁中，中间反应主要有：C+C0₂＝2CO，Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂ ， FeO+CO=Fe+CO₂ ，CO₂+C=2CO，而还原反应的速度取决于CO₂再生为CO的速度，而现在采用直接在还原段中加入煤气，可以直接用于还原氧化铁，从而增大了生成CO₂浓度，在固定碳的作用下，反过来加快CO的生成，再作用于氧化铁，加快了还原铁反应速度，采用此方法后，生产的海绵铁产量是原竖炉的1倍以上，同时，加热的炉顶气再进入火道燃烧，增加了温度，又提高的产量，炉顶气的再利用，节约了能源。采用此方法后还原铁的金属转化率达到99%以上。

本实用新型的有益效果是：煤基竖炉还原铁的过程中，在竖罐中加入煤气，能加快还反原应的进行，同时促进了热气向上流行，增加了预热段温度，减少了预热时间，单位时间内增加了产品产量，比原有方式下至少增加一倍的产量；同时，煤气还原氧化铁后，在煤基作用下生成的炉顶气中又含有大量的CO,又可以再次输入火道燃烧，达到二次利用。利用冷却段的热量对煤气预加热，既减少了低温煤气对还原段的影响，也达到了对竖罐的冷却段进行了冷却目的。

附图说明

图1：本实用新型剖面结构示意图。

图2：煤气喷嘴结构示意图。

图3：炉顶气收集器结构示意图。

图4：图1炉顶气收集器A-A剖视图。

图5：图3煤气预热腔A-A剖视图。

图中编号：1炉体，2竖罐，3预热段，4还原段，5冷却段，6火道，7进料箱，8出料箱，9燃料输入管，10煤气输入管，11炉顶气收集管道，12 喷嘴，13炉顶气收集器，14小孔，15顶板， 16底板， 17预热腔，18预热腔输入管，19预热腔输出管，20隔条，21引风机，22高温气流环绕孔。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种采用气-煤基直接还原铁的竖炉，包括炉体l，炉体1内设置的竖罐2，竖罐2为圆柱形，竖罐为多个，在炉体内均匀分布，竖罐2上端设置有进料箱7，下端设置有出料箱8，竖罐2从上往下分为预热段3、还原段4、冷却段5、在竖罐2预热段3和还原段4的两侧设有火道6，火道上设有高温气流环绕孔22，火道6与燃料输入管9连通，煤气通过燃料输入管9进入火道6内燃烧，为竖罐2内的还原反应提供热量。

竖炉上还包括煤气输入管10和炉顶气收集管道11，在竖罐2还原段的下部圆柱型中心位置设置有喷嘴12，喷嘴12为中空的圆柱型，竖直设置，顶面为圆弧型，侧面开有小孔14，小孔14侧面成均匀排列，喷嘴12与煤气输入管10连通，经过煤气输入管10的煤气能通过喷嘴12喷出。这样煤气通过喷嘴12能均匀喷出，保证还原气氛均匀，同时圆弧型喷嘴和侧面开孔，能有效避免对物料的阻挡和物料对小孔14的堵塞。

所述竖罐2顶部还设有炉顶气收集器13，所述炉顶气收集器13为中空的圆柱型，与竖罐2成垂直设置，所述炉顶气收集器13表面开有小孔14，小孔14开在圆柱型炉顶气收集器13下弧面，小孔14孔径为1-3mm,所述炉顶气收集器13比炉顶气收集管道11管径大并与之连通，炉顶气收集器13在引风机21作用下收集竖罐2内的炉顶气后，再输送到燃料输入管9中进入火道6内燃烧。圆柱型炉顶气收集器13其小孔设在下弧面，避免了对物料下落时阻挡，又能正常地收集炉顶气。

实施例2：

在竖炉中不采用实施例1使用的喷嘴，煤气输入管10开口设在竖罐2还原段4的下部的竖罐壁上，使煤气输入管10直接与竖罐2连通，这种设置简单，设备改动方便，维护简单。

实施例3：

在竖炉中不采用实施例1中使用的圆柱型炉顶气收集器13，直接将炉顶气收集管道11突入竖罐2的部分作为炉顶气收集器13，其在竖罐2中的端口封闭，并在封闭的开口处和突入的管道上开小孔。此种设置简单，设备改动时方便。

实施例4：

如图1、图4：一种对煤气进行预加热装置的竖炉，在炉体1竖罐2冷却段5部位设有由顶板15和底板16组成的预热腔17，所述煤气预热腔包括预热腔输入管18和预热腔输出管19，所述预热腔17内由隔条20按竖罐排列形式相错地设置成为一个回廊通道，进入预热腔输入管18的煤气通过回廊通道后从预热腔输出管19输出。

预热输出的煤气可以输送到煤气输入管10后进入竖罐2参加还原反应，由于煤气温度升高减少了对还原段反应温度的影响。

预热输出的煤气也可以通过燃料输入管9进入火道6内燃烧。

上述方法和实施例中，对输入的煤气可以采用高值低温煤气，进一步提高反应的速度，同时达到综合循环利用能源。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气-煤基直接还原铁的竖炉，包括炉体，炉体内设置竖罐，竖罐有预热段、还原段、冷却段，在竖罐预热段和还原段的两侧设有火道，其特征在于：竖罐的还原段连接煤气输入管，火道连接燃料输入管。

2.根据权利要求1所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：竖罐还原段的下部设置有煤气喷嘴，喷嘴与煤气输入管连通。

3.根据权利要求2所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：所述喷嘴为中空的圆柱型，竖直设置，顶面为圆弧型，侧面开有小孔。

4.根据权利要求1所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：所述煤气输入管开口设在竖罐还原段下部的竖罐壁上，直接与竖罐连通。

5.根据权利要求1所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：竖罐顶部设有炉顶气收集器，并与炉顶气收集管道连通，炉顶气收集管道与火道连通。

6.根据权利要求5所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：所述炉顶气收集器为中空的圆柱型，与竖罐成垂直设置，炉顶气收集器表面开有小孔。

7.根据权利要5或6所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：在炉顶气收集管道上设有引风机。

8.根据权利要1所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：设置炉顶气收集管道，炉顶气收集管道一端伸入竖罐，端口封闭，伸入部分和端口开设小孔，炉顶气收集管道另一端与火道连通。

9.根据权利要1所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：在竖罐冷却段部位设有由顶板和底板围成的煤气预热腔，所述煤气预热腔安装有预热腔输入管和预热腔输出管，煤气从预热腔输入管进入，经煤气预热腔从预热腔输出管输出，连通到煤气输入管或者通过燃料输入管。

10.根据权利要9所述的气-煤基直接还原铁的竖炉，其特征在于：所述煤气预热腔内由隔条相错设置为回廊通道，回廊通道前后端分别连通预热腔输入管和预热腔输出管。