CN219239689U - 一种直接还原铁的环形窑炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直接还原铁的环形窑炉，包括：预热段、高温段、冷却段和装卸料区；所述的预热段包括：烟气抽取段、热风预热段和底层预热段；所述的高温段包括：双面加热段和上面加热段；所述的冷却段包括：底板抽出热风段和风冷段。本实用新型的装置具有：产量大，占地面积少、投资比小、降低能耗、自动化程度高、操控简单等特点，可应用于高品位铁矿深度还原DRI产品，也可适合于各种难选铁矿、复合矿及含铁固废等原料的渣铁分离还原，开发出无罐、静态化、宽端面、旋转式环形还原窑炉，特别适合于各种高品位铁矿粉及各种难选铁矿、复合矿、含铁固废的深度还原和渣铁分离还原及其它物料的焙烧和煅烧的改进型还原铁窑炉。

Description

一种直接还原铁的环形窑炉

技术领域

本实用新型涉及冶金窑炉技术领域，具体为一种直接还原铁的环形窑炉。

背景技术

隧道窑直接还原铁的工艺，具有很好的深度还原功能，但因其占地面积大、劳动强度大、产能低（单条隧道窑一般产量在1～3万吨）、自动化程度低、投资比大等缺陷，近几年，没有得到广泛的推广和应用，更是无法实现渣铁分离还原，应用于各种难选铁矿及复合矿的渣铁分离还原。我国是难选铁矿资源丰富地区，难选铁矿资源占总铁矿资源的98%以上，拥有巨大的难选铁矿资源，均无法很好的得到综合利用和开发。

现有技术中，有人将国外的煤基转底炉装备技术和工艺技术引进入我国，转底炉具有加热温度高、运行速度快等特点，但因布料、加热方式、窑炉结构及工艺技术的一些不合理性，造成被还原物料氧化严重，DRI中氧化亚铁含量很高，产品还原率较低，还原率始终达不到80%，因此，转底炉装置只能应用于高炉含锌除尘灰及含锌尘泥的脱锌或降锌的应用，无法应用于直接还原铁的深度还原，更无法应用于各种难选铁矿、复合矿、含铁固废的渣铁分离还原。

经检索，申请号为201922101342.3的专利公开了一种双面加热转底炉，窑炉本体沿其圆周方向上依次设有预热段、高温还原段及冷却段，高温还原段包括高温还原前段、中段及后段，前段窑墙上设有多个下烧嘴，中段窑墙上设有多个上烧嘴及下烧嘴，后段窑墙上设有多个上烧嘴，物料承载机构包括耐火层及受料碳化硅板及料层，受料碳化硅板与耐火层之间设有与下烧嘴相配合的下加热室，下加热室与耐火层热风支路连通。本实用新型让料层的双面进行加热和隔焰加热，使料层很快达到880℃以上，实现和满足碳基还原冶金理论和氢基还原冶金理论的基础和基本要求；热风管路除了减少炉外设置金属管散热和投资，也充分利用了窑墙的耐材用量，增加窑墙的温度及增加窑内的热风量，实现余热的综合利用。

该方案存在上述提到的无法彻底满足应用于直接还原铁的深度还原，及各种难选铁矿、复合矿的渣铁分离还原，对被还原物料及U型碳化硅料池底部同步加热及加热的均匀性和彻底性等问题，其加热方式存在一些问题，因此，我们需要提出一种直接还原铁的环形窑炉。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直接还原铁的环形窑炉，结合隧道窑和转底炉的特点，进行了优化和完善，除了具有隧道窑的深度还原的优势，还具有产量大，占地面积少、投资比小、降低能耗、自动化程度高、操控简单等优点，除了可以应用高品位铁矿深度还原DRI产品，而且，也非常适合各种难选铁矿、复合矿及含铁固废的渣铁分离还原，不再应用还原罐容器，开发出无罐、静态化、宽端面、旋转式环形还原窑炉，适合各种高品位铁矿粉及各种难选铁矿、含铁固废的深度还原和渣铁分离还原及其它物料的焙烧和煅烧的改进型还原铁窑炉，其应用广泛，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种直接还原铁的环形窑炉，包括：预热段、高温段、冷却段和装卸料区；所述的预热段包括：烟气抽取段、热风预热段和底层预热段；所述的高温段包括：双面加热段和上面加热段；所述的冷却段包括：底板抽出热风段和风冷段；所述的预热段的长度小于高温段以及冷却段的长度；所述的预热段的展开长度为10～20m，占环形窑炉展开总长的10～15%；所述的高温段的展开长度为80～100m，占环形窑炉展开总长的45～55%；所述的冷却段的展开长度为40～60m，占环形窑炉展开总长的30～45%；

还包括：混凝土基础，以及由窑顶和窑墙围成的环形窑炉主体；所述的环形窑炉主体的内部转动安装有旋转底盘；所述的环形窑炉主体与混凝土基础之间安装有驱动旋转底盘转动的驱动机构；所述的旋转底盘上安装有料池支架；所述的料池支架上设置有U型碳化硅料池；所述的U型碳化硅料池的内部盛放有被还原物料；所述的窑墙上位于预热段、高温段和冷却段的位置均开设有多个窑墙内排烟口、多个窑墙内热风进口、多个下排副烧嘴、多个上排主烧嘴和多个窑墙内热风出口；所述的下排副烧嘴位于U型碳化硅料池的下方；所述的上排主烧嘴位于U型碳化硅料池的上方；所述的窑顶上安装有热风总管；所述的热风总管的一端连接有位于热风预热段的热风支管；

所述的窑顶上安装有位于底板抽出热风段的风幕支管以及位于风冷段的窑尾冷风管；所述的窑尾冷风管的下端连接有倾斜设置的窑尾冷风喷嘴；所述的风幕支管的下端连接有风幕喷风嘴；所述的窑墙内热风出口上连接有窑墙内热风管；所述的窑墙内热风管的一端连接有引风机进风管；所述的引风机进风管与热风总管的另一端之间连接高温引风机。

优选的，所述的驱动机构包括固定在混凝土基础上的托轮总成和液压驱动马达总成；所述的旋转底盘的下端侧部连接有旋转圆盘外侧齿带；所述的旋转圆盘外侧齿带位于托轮总成上；所述的液压驱动马达总成上的大齿轮与旋转圆盘外侧齿带耦合。

优选的，所述的U型碳化硅料池的宽度设置为4000～6000mm；所述的U型碳化硅料池的碳化硅板的厚度为35～45mm，耐高温，U型碳化硅料池的总高度为200～250mm，由多块带有子母扣的扇形耐高温合金钢板或碳化硅板拼装而成。

优选的，所述的料池支架的净高度为220～320mm，所述被还原物料的料层厚度在160～180mm。

优选的，所述的预热段中的热风预热段和底层预热段的窑墙两侧均增设了多个窑墙内热风进口和多个下排副烧嘴。

优选的，所述的高温段中的双面加热段的窑墙两侧均安装有多个上排主烧嘴和多个下排副烧嘴。

优选的，所述的旋转底盘的直径设置为40～80m；所述的托轮总成支撑在旋转底盘的下端；所述的托轮总成由多个呈同心圆周分布且统一标高的拖轮组成；所述的旋转底盘做同心间歇式圆周运动或同心匀速圆周运动。

优选的，所述的旋转底盘设置为钢结构体，所述旋转底盘的上部和中部均镶嵌有1200～1500mm厚的耐火材料。

所述的被还原物料在预热段的持续时间为1～1.5h，在高温段的还原时间在6～10h，在冷却段的持续时间为4～5h。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型结合隧道窑和转底炉的特点，进行了优化和完善，除了具有隧道窑的深度还原的优势，还具有产量大，占地面积少、投资比小、降低能耗、自动化程度高、操控简单等优点，除了可以应用于高品位铁矿深度还原DRI产品，而且，也非常适合各种难选铁矿、复合矿及含铁固废的渣铁分离还原，不再应用还原罐容器，开发出无罐、静态化、宽端面、旋转式环形还原窑炉，适合各种高品位铁矿粉及各种难选铁矿、含铁固废的深度还原和渣铁分离还原及其它物料的焙烧和煅烧的改进型还原铁窑炉，其应用广泛。

本实用新型的直接还原铁的环形窑炉也适合罐式法还原铁应用及其它物料的煅烧、焙烧应用。

附图说明

图1为本实用新型整体环形窑炉装置俯视三段四区的分布示意图；

图2为本实用新型环形窑炉整体结构的侧面展开图；

图3为本实用新型A-A′方向端面示意图；

图4为本实用新型B-B′方向端面示意图；

图5为本实用新型C-C′方向端面示意图；

图6为本实用新型D-D′方向端面示意图；

图7为本实用新型E-E′方向端面示意图；

图8为本实用新型F-F′方向端面示意图；

图9为本实用新型的旋转底盘端面示意图。

图中：1、窑顶；2、窑墙内排烟口；3、窑墙；4、U型碳化硅料池；5、料池支架；6、窑墙内热风进口；7、托轮总成；8、热风支管；9、热风总管；10、下排副烧嘴；11、上排主烧嘴；12、窑墙内热风出口；13、窑墙内热风管；14、引风机进风管；15、高温引风机；16、窑尾冷风管；17、风幕支管；18、窑尾冷风喷嘴；19、混凝土基础；20、被还原物料；21、旋转底盘；22、液压驱动马达总成；23、风幕喷风嘴；24、旋转圆盘外侧齿带。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～9，本实用新型提供一种技术方案：一种直接还原铁的环形窑炉，包括：预热段、高温段、冷却段和装卸料区；预热段包括：烟气抽取段、热风预热段和底层预热段；高温段包括：双面加热段和上面加热段，冷却段包括底板抽出热风段和风冷段。预热段的长度小于高温段以及冷却段的长度，预热段的展开长度为10～20m，占环形窑炉展开总长的10～15%；高温段的展开长度为80～100m，占环形窑炉展开总长的45～55%；冷却段的展开长度为40～60m，占环形窑炉展开总长的30～45%；

由预热段、高温段、冷却段和装卸料区四个区域组成一个环形窑炉，冷却段还原后的被还原物料20经过装卸料区被快速卸出又被快速装上新的被还原物料20，再又进入预热段，形成一个封闭循环运动，进行循环往复，周而复始的还原循环运动，具有自动化程度高、产量大、节能减排等特点。

还包括：混凝土基础19，以及由窑顶1和窑墙3围成的环形窑炉主体，环形窑炉主体的内部转动安装有旋转底盘21，环形窑炉主体与混凝土基础19之间安装有驱动旋转底盘21转动的驱动机构，旋转底盘21上安装有料池支架5，料池支架5上设置有U型碳化硅料池4，U型碳化硅料池4的内部盛放有被还原物料20，窑墙3上位于预热段、高温段和冷却段的位置均开设有多个窑墙内排烟口2、多个窑墙内热风进口6、多个下排副烧嘴10、多个上排主烧嘴11和多个窑墙内热风出口12，下排副烧嘴10位于U型碳化硅料池4的下方，上排主烧嘴11位于U型碳化硅料池4的上方，窑顶1上安装有热风总管9，热风总管9的一端连接有位于热风预热段的热风支管8；

窑顶1上安装有位于底板抽出热风段的风幕支管17以及位于风冷段的窑尾冷风管16，窑尾冷风管16的下端连接有倾斜设置的窑尾冷风喷嘴18，风幕支管17的下端连接有风幕喷风嘴23，窑墙内热风出口12上连接有窑墙内热风管13，窑墙内热风管13的一端连接有引风机进风管14，引风机进风管14与热风总管9的另一端之间连接高温引风机15。

U型碳化硅料池4及被还原物料20进入冷却段后，经过一段距离和时间自身深度还原后，可采用高温引风机15将烟气抽取段的废烟气或冷风，经风幕支管17和风幕喷风嘴23打在被还原物料20的覆盖层的上面，同时，部分冷风经窑尾冷风管16和窑尾冷风喷嘴18斜向打入被还原物料20的覆盖层，从而对被还原物料20、U型碳化硅料池4、料池支架5及旋转底盘21进行直接冷却，同时，又会获得大量的显热在750～900℃的热风，可通过窑墙内热风出口12、窑墙内热风管13、引风机进风管14经高温引风机15和热风总管9，再经热风支管8和窑墙内热风进口6，等量抽取高温显热的热风，再打入热风预热段，再对U型碳化硅料池4和被还原物料20进行预热。

预热段的预热风，结合高温段的燃烧热风（燃气和助燃风燃烧形成的高温热风）及冷却段的冷却风等工艺风，进行合理布置和利用，做到进行余热综合利用和节能减排。

驱动机构包括固定在混凝土基础19上的托轮总成7和液压驱动马达总成22，液压驱动马达总成22设置有2～6部，旋转底盘21的下端侧部连接有旋转圆盘外侧齿带24，旋转圆盘外侧齿带24位于托轮总成7上，液压驱动马达总成22上的大齿轮与旋转圆盘外侧齿带24耦合，确保旋转底盘21运行平稳和同步。

U型碳化硅料池4的宽度设置为4000～6000mm，U型碳化硅料池4的碳化硅板的厚度为35～45mm，耐高温，U型碳化硅料池4的总高度为200～250mm，由多块带有子母扣的扇形耐高温合金钢板或碳化硅板拼装而成。

料池支架5的净高度为220～320mm，充分保证了下排副烧嘴10火焰的燃烧空间，使其燃烧充分并对U型碳化硅料池4的底部进行隔焰加热，被还原物料20的料层厚度在160～180mm，在保证物料深度还原和渣铁分离还原的同时，比转底炉法可增加5倍厚度的装料量。

本实用新型中单条窑炉装置的年处理矿量可达到10～20万吨，而且，实现还原率93～96%，并且，还可使各种难选铁矿实现渣铁分离还原，磨选后的还原金属粉的品位TFe≥90%、还原率≥93%、回收率≥93%的“3个90”产品指标，甚至是“4个90”（再加上金属铁MFe≥90%指标）的最高产品指标，甚至经过长度128m含镍褐铁复合矿，进行渣铁分离还原冶选的工业化工程项目上应用，还原生产分离出大量的像花生米、豆粒、大米粒一样大的粒铁产品，完全实现了“4个90”的产品指标。

预热段中的热风预热段和底层预热段的窑墙3两侧均增设了多个窑墙内热风进口6和多个下排副烧嘴10，用于对U型碳化硅料池4的底部进行快速隔焰式预热和加热，使被还原物料20快速升到900℃以上，使被还原物料20中的还原剂快速分解CO和H₂还原性气体，与铁矿的氧化铁中的氧元素，达到其共同激烈反应的超过880℃温度要求，进行直接和间接还原反应，不至于让还原剂进行缓慢热解，以至于挥发出了CO、H₂还原性气体，而又因为氧化铁矿没有达到880℃以上激烈反应的温度，变成可燃气体而没有起到还原剂的作用，从而造成还原剂中挥发分的浪费；本方案充分利用了被还原物料20在880℃时，H₂的还原速度是CO的5倍的特点，人为设定并促使其加快还原反应，使其尽可能达到和符合双基还原冶金理论的要求。

高温段中的双面加热段的窑墙3两侧均安装有多个上排主烧嘴11和多个下排副烧嘴10，对U型碳化硅料池4内的还原物料20进行上下两面加温，使还原物料20保持在1200～1300℃工艺要求的还原温度和渣铁还原要求的温度，使还原物料20进行快速还原反应。

旋转底盘21的直径设置为40～80m，托轮总成7支撑在旋转底盘21的下端，托轮总成7由多个呈同心圆周分布且统一标高的拖轮组成，旋转底盘21做同心间歇式圆周运动或同心匀速圆周运动。

旋转底盘21设置为钢结构体，旋转底盘21的上部和中部均镶嵌有1200～1500mm厚的耐火材料，进行隔热、保温和支承物料。

被还原物料20在预热段的持续时间为1～1.5h，在高温段的还原时间在6～10h，在冷却段的持续时间为4～5h。

本方案的环形窑炉，可以采用高品位铁矿及各种难选铁矿、复合矿、含铁固废等物料的深度还原和渣铁分离还原，也适合其它物料的还原、焙烧及煅烧应用。

使用时，为了节能减排，将来自冷却段，人为抽取的显热在750～900℃的热风，通过热风总管9和热风支管8，从多个窑墙内热风进口6打入热风预热段，即在U型碳化硅料池4底部的料池支架5之间，为U型碳化硅料池4内的被还原物料20进行预热，见图4；

来自高温段和烟气抽取段的废烟气，通过多个窑墙内排烟口2，由窑炉主排烟风机将其抽出，废烟气经处理后排空，见图3；

当U型碳化硅料池4运行到上面加热段，被还原物料20即将完成还原时，上排主烧嘴11停止加热，只保留下排副烧嘴10对U型碳化硅料池4的底部继续加热，见图7；

U型碳化硅料池4及被还原物料20进入冷却段后，经过一段距离和时间自身静态保温还原后，可采用高温引风机15将烟气抽取段的废烟气或冷风，经风幕支管17和风幕喷风嘴23打在被还原物料20的覆盖层的上面，同时，部分冷风经窑尾冷风管16和窑尾冷风喷嘴18斜向打入被还原物料20的覆盖层，从而对被还原物料20、U型碳化硅料池4、料池支架5及旋转底盘21进行直接冷却；

同时，又会获得大量的显热在750～900℃的热风，可通过窑墙内热风出口12、窑墙内热风管13、引风机进风管14经高温引风机15和热风总管9，再经热风支管8和窑墙内热风进口6，等量抽取高温显热的热风，再打入热风预热段，再对U型碳化硅料池4和被还原物料20进行预热。

综上所述，本实用新型结合隧道窑和转底炉的特点，进行了优化和完善，除了具有隧道窑的深度还原的优势，还具有产量大，占地面积少、投资比小、降低能耗、自动化程度高、操控简单等优点，除了可以应用高品位铁矿深度还原DRI产品，而且，也非常适合各种难选铁矿、复合矿及含铁固废的渣铁分离还原，不再应用还原罐容器，开发出无罐、静态化、宽端面、旋转式环形还原窑炉，适合各种高品位铁矿粉及各种难选铁矿、含铁固废的深度还原和渣铁分离还原及其它物料的焙烧和煅烧的改进型还原铁窑炉，其应用广泛。

本实用新型的直接还原铁的环形窑炉也适合罐式法还原铁应用及其它物料的煅烧、焙烧应用。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种直接还原铁的环形窑炉，包括：预热段、高温段、冷却段和装卸料区，其特征在于：所述预热段包括：烟气抽取段、热风预热段和底层预热段；所述的高温段包括：双面加热段和上面加热段；所述的冷却段包括：底板抽出热风段和风冷段；所述的预热段的长度小于高温段以及冷却段的长度，所述的预热段的展开长度为10～20m，占环形窑炉展开总长的10～15%；所述的高温段的展开长度为80～100m，占环形窑炉展开总长的45～55%；所述的冷却段的展开长度为40～60m，占环形窑炉展开总长的30～45%；

还包括：混凝土基础（19）以及由窑顶（1）和窑墙（3）围成的环形窑炉主体；所述的环形窑炉主体的内部转动安装有旋转底盘（21）；所述的环形窑炉主体与混凝土基础（19）之间安装有驱动旋转底盘（21）转动的驱动机构；所述的旋转底盘（21）上安装有料池支架（5），所述料池支架（5）上设置有U型碳化硅料池（4）；所述的U型碳化硅料池（4）的内部盛放有被还原物料（20）；所述的窑墙（3）上位于预热段、高温段和冷却段的位置均开设有多个窑墙内排烟口（2）、多个窑墙内热风进口（6）、多个下排副烧嘴（10）、多个上排主烧嘴（11）和多个窑墙内热风出口（12）；所述的下排副烧嘴（10）位于U型碳化硅料池（4）的下方；所述的上排主烧嘴（11）位于U型碳化硅料池（4）的上方；所述的窑顶（1）上安装有热风总管（9）；所述的热风总管（9）的一端连接有位于热风预热段的热风支管（8）；

所述的窑顶（1）上安装有位于底板抽出热风段的风幕支管（17）以及位于风冷段的窑尾冷风管（16）；所述的窑尾冷风管（16）的下端连接有倾斜设置的窑尾冷风喷嘴（18），所述风幕支管（17）的下端连接有风幕喷风嘴（23）；所述的窑墙内热风出口（12）上连接有窑墙内热风管（13）；所述的窑墙内热风管（13）的一端连接有引风机进风管（14）；所述的引风机进风管（14）与热风总管（9）的另一端之间连接高温引风机（15）。

2.根据权利要求1所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的驱动机构包括固定在混凝土基础（19）上的托轮总成（7）和液压驱动马达总成（22）；所述的旋转底盘（21）的下端侧部连接有旋转圆盘外侧齿带（24）；所述的旋转圆盘外侧齿带（24）位于托轮总成（7）上；所述的液压驱动马达总成（22）上的大齿轮与旋转圆盘外侧齿带（24）耦合。

3.根据权利要求1所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的U型碳化硅料池（4）的宽度设置为4000～6000mm；所述的U型碳化硅料池（4）的碳化硅板的厚度为35～45mm，耐高温U型碳化硅料池（4）的总高度为200～250mm，由多块带有子母扣的扇形耐高温合金钢板或碳化硅板拼装而成。

4.根据权利要求1所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的料池支架（5）的净高度为220～320mm；所述被还原物料（20）的料层厚度在160～180mm。

5.根据权利要求1所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的预热段中的热风预热段和底层预热段的窑墙（3）两侧均增设了多个窑墙内热风进口（6）和多个下排副烧嘴（10）。

6.根据权利要求1所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的高温段中的双面加热段的窑墙（3）两侧均安装有多个上排主烧嘴（11）和多个下排副烧嘴（10）。

7.根据权利要求2所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的旋转底盘（21）的直径设置为40～80m；所述的托轮总成（7）支撑在旋转底盘（21）的下端；所述托轮总成（7）由多个呈同心圆周分布且统一标高的拖轮组成；所述旋转底盘（21）做同心间歇式圆周运动或同心匀速圆周运动。

8.根据权利要求7所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的旋转底盘（21）设置为钢结构体；所述的旋转底盘（21）的上部和中部均镶嵌有1200～1500mm厚的耐火材料。

9.根据权利要求1所述的一种直接还原铁的环形窑炉，其特征在于：所述的被还原物料（20）在预热段的持续时间为1～1.5h，在高温段的还原时间在6～10h，在冷却段的持续时间为4～5h。

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