CN216337766U - 一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，包括直热式电加热装置（2）、炉体（3）、炉顶烟气净化装置（6）、高温还原气加热装置（7）和换热冷却装置（11），所述直热式电加热装置（2）设置于炉体（3）内部，炉体（3）的出气口连接炉顶烟气净化装置（6），炉顶烟气净化装置（6）连接高温还原气加热装置（7），高温还原气加热装置（7）连接炉体（3）的进气口，所述炉体（3）的出料口连接换热冷却装置（11），换热冷却装置（11）的出气口连接高温还原气加热装置（7），直热式电加热装置（2）外接电源。

Description

一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统

技术领域

本实用新型属于电加热直接还原炼铁技术领域，具体涉及一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统。

背景技术

钢铁领域为实现产业结构转型升级，其优化重点落在工艺与设备方面。电竖炉铁矿石直接还原属于直接还原炼铁工艺中以竖炉作为主体设备、电加热作为主体加热手段的冶炼工艺，冶炼过程中铁矿石入炉球团始终保持固态。工艺技术优化的关键点在于提升入炉料升温速率、保证稳定较高的还原温度、解决还原气析碳问题与增大炉体内的有效冶炼容积。

入炉升温速率及稳定的高温还原温度是影响冶炼顺行及产品质量的主要因素。入炉料升温速率慢，会降低还原反应速率，不利于铁矿石的还原，从而影响冶炼的生产率，并且对于部分难还原矿相，还原温度只有在900~1100℃才能保证海绵铁产品金属化率高。其次，入炉还原气组分主要由CO与H₂组成，CO在500~700℃温度区间会发生析碳反应，并且H₂的存在也会促进该反应进行，析出的炭黑会在球团孔隙内沉积和膨胀，产生内应力，使入炉球团破裂，甚至粉化，影响料注透气性，还会降低炉衬寿命。最后，传统工艺竖炉内存在冷却区，将生成的海绵铁通过冷却气冷却至50℃以下，方可排出竖炉，但是直接在炉内进行冷却，既不利于炉温控制，也会导致竖炉有效容积利用率下降，产品余热也没有得到较好利用。

为解决上述现有工艺所存在问题，亟待研发一种新型节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，利用直热式电加热装置，解决现有工艺存在的入炉料升温速率慢，还原区温度不稳定，还原气在竖炉内析碳及竖炉有效容积小的问题，实现电加热直接还原炼铁技术“节能、高效”的工艺目标，加速钢铁行业的优化升级。

为了解决技术问题，本实用新型的技术方案是：一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，包括直热式电加热装置、炉体、炉顶烟气净化装置、高温还原气加热装置和换热冷却装置，所述直热式电加热装置设置于炉体内部，炉体的出气口连接炉顶烟气净化装置，炉顶烟气净化装置连接高温还原气加热装置，高温还原气加热装置连接炉体的进气口，换热冷却装置的出气口连接高温还原气加热装置，直热式电加热装置外接电源。

优选的，所述炉体顶部设置有炉顶下料口和炉顶烟气出口，炉顶烟气出口与炉顶烟气净化装置连接，炉体侧壁下侧设置有高温还原气进口，高温还原气进口与高温还原气加热装置连接，炉体底部设置有竖炉下料口，竖炉下料口与换热冷却装置连接。

优选的，所述炉顶烟气出口与炉顶烟气净化装置通过风道连接。

优选的，所述竖炉下料口处设置有竖炉下料口插板阀。

优选的，还设置有备用高温还原气加热装置，备用高温还原气加热装置与高温还原气加热装置并联，备用高温还原气加热装置和高温还原气加热装置的输入端分别通过风道连接炉顶烟气净化装置，风道上设置有第一引风机，备用高温还原气加热装置和高温还原气加热装置的输出端分别通过风道连接炉体的高温还原气进口。

优选的，所述直热式电加热装置设置于炉体内壁的中下侧直热式电加热区域，直热式电加热装置的上下两端电极在直热式电加热区域产生电场，直热式电加热装置的设置位置高于高温还原气进口的设置位置。

优选的，所述换热冷却装置底部设置有换热冷却装置出料口，换热冷却装置出料口处设置有换热冷却装置出料口插板阀。

优选的，所述换热冷却装置的进气口连接补充还原气管，对补充还原气进行预热，换热冷却装置的出气口通过风道连接第一引风机上游的风道，换热冷却装置的出气口和第一引风机之间的风道上设置有第二引风机。

优选的，所述除炉顶烟气出口至炉顶烟气净化装置风道以外所有风道外壁采用保温浇注料砌筑。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

（1）本实用新型将直热式电加热装置与高温还原气加热装置两种加热升温方式进行组合，同时保证入炉铁矿石球团快的升温速率及冶炼过程中稳定的还原区温度，本实用新型直热式电加热装置将电加热的方式由传统的间接加热，变为铁矿石球团自身发热的直接加热方式，电转热效率、升温速率都有显著的提高；

（2）本实用新型高温还原气加热装置将析碳反应从竖炉内“转移”至竖炉外，通过并联的“一用一备”的高温还原气加热装置，解决了还原气升温过程中析碳反应产生的积碳对于高温还原气加热装置的影响；

（3）本实用新型换热冷却装置将传统工艺中竖炉冷却段从炉内剥离至炉外，减少冷却段对炉内还原区温度稳定性及球团升温速率的影响，并且将该装置与炉顶烟气净化装置出口端的风道结合，实现对高温海绵铁产品余热的利用。

附图说明

图1、本实用新型一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、炉顶下料口，2、直热式电加热装置，3、炉体，4、炉顶烟气出口，5、第一引风机，6、炉顶烟气净化装置，7、高温还原气加热装置，8、备用高温还原气加热装置，9、竖炉下料口，10、竖炉下料口插板阀，11、换热冷却装置，12、换热冷却装置出料口，13、换热冷却装置出料口插板阀，14、高温还原气进口，15、第二引风机。

具体实施方式

下面结合实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，本实用新型公开了一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，包括直热式电加热装置2、炉体3、炉顶烟气净化装置6、高温还原气加热装置7和换热冷却装置11，所述直热式电加热装置2设置于炉体3内部，炉体3的出气口连接炉顶烟气净化装置6，炉顶烟气净化装置6连接高温还原气加热装置7，高温还原气加热装置7连接炉体3的进气口，所述炉体3的出料口连接换热冷却装置11，换热冷却装置11的出气口连接高温还原气加热装置7，直热式电加热装置2外接电源。

实施例2

如图1所示，优选的，所述炉体3顶部设置有炉顶下料口1和炉顶烟气出口4，炉顶烟气出口4与炉顶烟气净化装置6连接，炉体3侧壁下侧设置有高温还原气进口14，高温还原气进口14与高温还原气加热装置7连接，炉体3底部设置有竖炉下料口9，竖炉下料口9与换热冷却装置11连接。

所述直热式电加热装置2、炉顶烟气净化装置6、高温还原气加热装置7、高温还原气加热装置8、换热冷却装置11、第一引风机5和第二引风机15分别与控制组件电连接，控制组件为PLC控制系统。

如图1所示，优选的，所述炉顶烟气出口4与炉顶烟气净化装置6通过风道连接。

如图1所示，优选的，所述竖炉下料口9处设置有竖炉下料口插板阀10。

所述炉体3冶炼所需高温还原气，由炉顶烟气净化装置6净化后的炉顶烟气与利用换热冷却装置11中高温海绵铁余热预热后的补充还原气组成，炉顶烟气经过炉顶烟气出口4，进入炉顶烟气净化装置6，净化后完成后，与经过换热冷却装置11将高温海绵铁产品余热利用后的补充还原气相结合，进入高温还原气加热装置7，通过加热使中低温还原气迅速升温至950℃，再将加热完成的950℃高温还原气通入炉体3内，达到对入炉铁矿石球团进行初步升温及还原作用，保证了铁矿石球团的升温速率。

所述炉顶烟气净化装置6用于净化还原气，现有技术中能净化气体的装置均可用。

所述炉体3为竖炉。

实施例3

如图1所示，优选的，还设置有备用高温还原气加热装置8，备用高温还原气加热装置8与高温还原气加热装置7并联，备用高温还原气加热装置8和高温还原气加热装置7的输入端分别通过风道连接炉顶烟气净化装置6，风道上设置有第一引风机5，备用高温还原气加热装置8和高温还原气加热装置7的输出端分别通过风道连接炉体3的高温还原气进口14。

所述备用高温还原气加热装置8是对高温还原加热装置7的补充，两套装置并联排列，在500~700℃温度区间内，含CO与H₂的还原气存在析碳反应，根据高温还原加热装置7电控系统反应的电流及电压实时数据，判断加热装置内的积碳量，当需要检修维护时，通过气道管路阀门控制，使需要加热的净化后可利用还原气通入备用高温还原气加热装置8进行加热形成高温还原气，保证冶炼过程的正常进行，检修维护完成后，暂停备用高温还原气加热装置8的使用，恢复高温还原加热装置7的工作状态。

所述高温还原气加热装置7和备用高温还原气加热装置8均为常规气体加热装置，只要能实现将气体加热至950℃左右即可。

实施例4

优选的，所述直热式电加热装置2设置于炉体3内壁的中下侧直热式电加热区域，直热式电加热装置2的上下两端电极在直热式电加热区域产生电场，直热式电加热装置2的设置位置高于高温还原气进口14的设置位置。

本实用新型利用电热元件提供匹配铁矿石球团自身电阻发热所需稳定电流，料堆发热均匀，解决了传统间接电加热，加热物料时加热元件过热问题，加热元件寿命较传统电加热提高2~3倍，电热转换效率达95%以上。

所述直热式电加热装置2用于提供电流，属于常规设备，只要能够对入炉铁矿石球团提供需要的电流即可；可在炉体3内壁设置多个电极棒，电极棒外接电源，提供电流。

实施例5

如图1所示，优选的，所述换热冷却装置11底部设置有换热冷却装置出料口12，换热冷却装置出料口12处设置有换热冷却装置出料口插板阀13。

如图1所示，优选的，所述换热冷却装置11的进气口连接补充还原气管，对补充还原气进行预热，换热冷却装置11的出气口通过风道连接第一引风机5上游的风道，换热冷却装置11的出气口和第一引风机5之间的风道上设置有第二引风机15。

所述换热冷却装置11为常规装置，能实现热量交换即可。

如图1所示，优选的，所述风道除炉顶烟气出口至炉顶烟气净化装置风道以外所有风道外壁采用保温浇注料砌筑。

本实用新型直热式电加热还原系统中各阶段还原气的循环，由各阶段风道的引风机调控气压进行保证，风道除炉顶烟气出口至炉顶烟气净化装置风道以外所有风道外壁均采用保温浇注料砌筑，减少还原气热量散失。

本实用新型工作原理如下：

如图1所示，本实用新型提供了一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，包括直热式电加热装置2、炉体3、炉顶烟气净化装置6、高温还原气加热装置7、换热冷却装置11，所述直热式电加热装置2设置于炉体3内部，炉体3的出气口连接炉顶烟气净化装置6，炉顶烟气净化装置6连接高温还原气加热装置7，高温还原气加热装置7连接炉体3的进气口，所述炉体3的出料口连接换热冷却装置11，换热冷却装置11连接高温还原气加热装置7，直热式电加热装置2外接电源，入炉铁矿石球团的升温，由直热式电加热装置2提供电场使球团自身发热与入炉950℃高温还原气两种方式组合共同完成，使入炉铁矿石球团迅速升温至1050~1100℃温度范围内，达到冶炼工艺要求。

本实用新型直热式电加热装置2，对铁矿石球团提供电场，利用铁矿石球团自身电阻均匀发热，电热转换效率达95%以上，同时采用高温还原气加热装置7对入炉还原气进行快速加热，950℃高温的入炉还原气配合直热式电加热装置2，将球团升温速率提升至传统工艺的1.5倍，此种组合式加热方式也保证了竖炉内温度一直稳定在1050~1100℃范围内，使海绵铁产品金属化率达90%以上，也将析碳反应从竖炉内“转移”至竖炉外，还原完成的高温海绵铁进入换热冷却装置11进行余热利用，对补充还原气进行预热，将传统工艺的冷却循环装置与还原气补充装置结合起来，省略了冗繁的冷却循环设备，增大了竖炉内有效容积，提高了工艺生产率。

本实用新型直热式电加热还原系统运行过程中，预处理完成的铁矿石球团（入炉料）经过炉顶下料口1，进入竖炉3内，通过直热式电热装置2对入炉球团提供电场，电流通过球团，球团因自身电阻自发发热升温，实现迅速的电热转换，原理如下式：

其中：

Q-入炉料自身产生热量，J；

I-通过入炉料电流，A；

R-入炉料电阻，Ω；

t-升温还原时间，s。

还原完成的高温海绵铁产品经过竖炉下料口9，通过开启炉体下料口插板阀10，进入换热冷却装置11，高温海绵铁产品余热被利用完成，温度降低至50℃以下后，经过换热冷却装置出料口12，通过开启换热冷却装置出料口插板阀13，将完成冶炼的海绵铁产品排出。

与传统气基竖炉相比，本实用新型炉体3内只需要通入高温还原气，不需要还原气额外燃烧提供冶炼所需热量，故本系统不需要额外通入助燃氧气或空气，系统整体循环气量减小，冶炼发气量稳定，省略了助燃氧气或空气循环设备及预热设备。

在本实用新型炉体3外对入炉还原气进行快速加热，950℃高温的入炉还原气配合直热式电加热装置2，将铁矿石球团升温速率提升至传统工艺的1.5倍，提升了产品的生产率；此种组合式加热方式也保证了竖炉内温度一直稳定在1050~1100℃范围内，海绵铁产品金属化率达90%以上。

本实用新型将传统工艺中竖炉内存在的析碳反应“转移”至炉外，避免了析碳反应对铁矿石球团强度及炉内料注透气性的影响，提高了产品的质量，也避免了积碳对于耐材的侵蚀，提高了耐材寿命；并且高温还原气加热装置采用“一用一备”并联结构，解决了析碳反应对高温还原气加热装置的影响，保证了冶炼过程的连续性，间接提升了还原系统的寿命。

本实用新型换热冷却装置的设计，将补充还原气预热形成中温还原气与出炉产品冷却相结合，一方面补充还原气在换热冷却装置中进行初步预热，将高温海绵铁的余热进行利用，减少了系统热量浪费，另一方面省略了传统冷却循环回路的设计，直接在换热冷却装置中对高温海绵铁进行冷却，达到出炉工艺温度要求，并且此种结构设计提高了竖炉内有效容积，进而提高了产品生产率。

上面对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：包括直热式电加热装置（2）、炉体（3）、炉顶烟气净化装置（6）、高温还原气加热装置（7）和换热冷却装置（11），所述直热式电加热装置（2）设置于炉体（3）内部，炉体（3）的出气口连接炉顶烟气净化装置（6），炉顶烟气净化装置（6）连接高温还原气加热装置（7），高温还原气加热装置（7）连接炉体（3）的进气口，所述炉体（3）的出料口连接换热冷却装置（11），换热冷却装置（11）的出气口连接高温还原气加热装置（7），直热式电加热装置（2）外接电源。

2.根据权利要求1所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：所述炉体（3）顶部设置有炉顶下料口（1）和炉顶烟气出口（4），炉顶烟气出口（4）与炉顶烟气净化装置（6）连接，炉体（3）侧壁下侧设置有高温还原气进口（14），高温还原气进口（14）与高温还原气加热装置（7）连接，炉体（3）底部设置有竖炉下料口（9），竖炉下料口（9）与换热冷却装置（11）连接。

3.根据权利要求2所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：所述炉顶烟气出口（4）与炉顶烟气净化装置（6）通过风道连接。

4.根据权利要求2所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：所述竖炉下料口（9）处设置有竖炉下料口插板阀（10）。

5.根据权利要求2所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：还设置有备用高温还原气加热装置（8），备用高温还原气加热装置（8）与高温还原气加热装置（7）并联，备用高温还原气加热装置（8）和高温还原气加热装置（7）的输入端分别通过风道连接炉顶烟气净化装置（6），风道上设置有第一引风机（5），备用高温还原气加热装置（8）和高温还原气加热装置（7）的输出端分别通过风道连接炉体（3）的高温还原气进口（14）。

6.根据权利要求2所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：所述直热式电加热装置（2）设置于炉体（3）内壁的中下侧直热式电加热区域，直热式电加热装置（2）的上下两端电极在直热式电加热区域产生电场，直热式电加热装置（2）的设置位置高于高温还原气进口（14）的设置位置。

7.根据权利要求1所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：所述换热冷却装置（11）底部设置有换热冷却装置出料口（12），换热冷却装置出料口（12）处设置有换热冷却装置出料口插板阀（13）。

8.根据权利要求5所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：所述换热冷却装置（11）的进气口连接补充还原气管，对补充还原气进行预热，所述换热冷却装置（11）的出气口通过风道连接第一引风机（5）上游的风道，换热冷却装置（11）的出气口和第一引风机（5）之间的风道上设置有第二引风机（15）。

9.根据权利要求5、8任一项所述的一种节能高效的铁矿石直热式电加热还原系统，其特征在于：所述风道外壁采用保温浇注料砌筑。

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