局部斜坡式還原煉鐵爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種局部斜坡式還原煉鐵爐，煉鐵爐對(duì)還原室進(jìn)行局部斜坡式設(shè)計(jì)，所述還原室自上至下依次包括預(yù)還原區(qū)、過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)，所述預(yù)還原區(qū)和熔融區(qū)豎直位于爐體內(nèi)，所述過(guò)渡區(qū)傾斜設(shè)置，與爐體水平線呈固定角度；在每個(gè)空腔中均設(shè)有耐熱擋板，所述耐熱擋板固定在爐體上，耐熱擋板與還原室之間存在空隙。本實(shí)用新型煉鐵爐可以進(jìn)行熔融還原和直接還原的靈活調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)一氧化碳?xì)怏w的循環(huán)利用，大大降低了成本，采用該煉鐵爐煉鐵可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，物料受熱均勻、反應(yīng)完全，物料掛壁現(xiàn)象也得到有效控制，不存在廢水的處理問(wèn)題，對(duì)環(huán)境友好，符合綠色環(huán)保、清潔生產(chǎn)的要求。
【專利說(shuō)明】局部斜坡式還原煉鐵爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種還原煉鐵爐，具體涉及一種還原室呈局部斜坡式構(gòu)造的一體式還原煉鐵爐，屬于鐵礦冶煉裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目如以鐵礦石為原料煉制而成的廣品主要為鐵水和海綿鐵。將鐵礦石煉制成鐵水的工藝主要有高爐法，直接還原法，熔融還原法，等離子法，其中熔融還原法因?qū)Νh(huán)境污染小、投資少、流程短等優(yōu)點(diǎn)得到國(guó)內(nèi)外專家的關(guān)注，是目前非高爐煉鐵領(lǐng)域的一大課題。目前，海綿鐵的生產(chǎn)工藝主要是轉(zhuǎn)底爐法。轉(zhuǎn)底爐工藝主要是將含鐵粉料、煤粉料、脫硫劑混勻后造球，然后將均勻混合的原料烘干并預(yù)熱后加入轉(zhuǎn)底爐中，隨著爐底的旋轉(zhuǎn)，爐料依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)、中性區(qū)反應(yīng)完畢后進(jìn)入熱運(yùn)輸罐內(nèi)或快速冷卻。
[0003] 申請(qǐng)人:于2011年11月18日申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“一種一體式還原煉鐵爐及一體式還原煉鐵工藝”、申請(qǐng)?zhí)枮?01110365916.3的發(fā)明專利，并已經(jīng)得到授權(quán)。該專利中公開(kāi)了一種一體式還原煉鐵爐，該還原煉鐵爐爐體內(nèi)依次排列若干還原室，兩還原室和爐體共同圍成一個(gè)空腔，該空腔處于半封閉狀態(tài)，還原室產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在此空腔內(nèi)燃燒，對(duì)還原室進(jìn)行加熱，從而提高了一氧化碳的利用率。該煉鐵爐能同時(shí)煉制鐵水和海綿鐵，具有清潔、節(jié)能、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是在進(jìn)一步的生產(chǎn)使用中，發(fā)現(xiàn)此煉鐵爐還是存在一定的缺陷，例如:1、還原室為豎直腔體，一次裝載反應(yīng)后反應(yīng)料全部出爐，助燃空氣從爐體的下部引入點(diǎn)火燃燒，熱流的分布決定還原室下部溫度明顯高于上部溫度，還原室受熱不均勻，這樣極易造成還原室內(nèi)物料受熱不均，上部的物料反應(yīng)不完全，倒出的反應(yīng)料中存在未反應(yīng)完全的物料，物料成品率降低；2、煉鐵爐各還原室不能同時(shí)裝料，是間隔一定時(shí)間后依次裝料，操作繁瑣，各還原室生產(chǎn)過(guò)程中存在空置時(shí)間，造成生產(chǎn)空間的浪費(fèi)，每個(gè)還原室不能連續(xù)加料，且需要將反應(yīng)料全部倒出后再重新裝料，生產(chǎn)效率有所降低；3、在煉制紅土鎳礦時(shí)，其中的所含成分在一定溫度范圍內(nèi)具有粘性，極易粘在還原室側(cè)壁上，造成掛壁現(xiàn)象，需要停產(chǎn)對(duì)還原室進(jìn)行清理，明顯降低生產(chǎn)效率，而且還會(huì)影響爐子的使用壽命；4、生產(chǎn)鐵水和海綿鐵時(shí)需要的反應(yīng)溫度存在很大的差異，相差在300°C以上，為了使建筑材料能夠承受高溫，制造煉制鐵水的窯爐要比煉制海綿鐵的窯爐造價(jià)高近三倍，因?yàn)閮烧叽嬖诰薮蟮某杀静町悾噪m然該煉鐵爐能同時(shí)用于煉制鐵水和海綿鐵，但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)雙向靈活生產(chǎn)的目的難以實(shí)現(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述煉鐵爐所存在的缺陷，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，提供了一種局部斜坡式還原煉鐵爐，本實(shí)用新型煉鐵爐克服了【背景技術(shù)】中爐子物料反應(yīng)不均勻、物料掛壁、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，更加有利于規(guī)?；笊a(chǎn)。
[0005]本實(shí)用新型是通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種局部斜坡式還原煉鐵爐，包括封閉爐體，爐體上設(shè)有排出氣體的排氣口，爐體內(nèi)依次排列若干還原室，還原室和爐體之間存在空隙，兩還原室和爐體之間、或者是第一個(gè)還原室或最后一個(gè)還原室與爐體之間共同圍成一個(gè)呈半封閉狀態(tài)的空腔，還原室頂部設(shè)有進(jìn)料口，底部設(shè)有出料口，還原室側(cè)壁上設(shè)有至少一個(gè)出氣口，反應(yīng)生成的氣體從出氣口溢出進(jìn)入空腔，其特征是:所述還原室自上至下依次包括預(yù)還原區(qū)、過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)，所述預(yù)還原區(qū)和熔融區(qū)豎直位于爐體內(nèi)，所述過(guò)渡區(qū)傾斜設(shè)置，與爐體水平線呈固定角度；在每個(gè)空腔中均設(shè)有耐熱擋板，所述耐熱擋板固定在爐體上，耐熱擋板與還原室之間存在空隙。
[0007]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，優(yōu)選預(yù)還原區(qū)高度為爐體高度的2/5，過(guò)渡區(qū)垂直高度為爐體高度的2/5，熔融區(qū)高度為爐體高度的1/5。
[0008]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，過(guò)渡區(qū)與爐體水平線所成角度為α，α =30-40°或140-150°，優(yōu)選α=30°或150°。所述爐體水平線是指與爐體的底平行的線，因?yàn)闋t體的底一般是與地面平行的，所以爐體水平線一般為水平線。
[0009]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，所述耐熱擋板優(yōu)選處于過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)交界處的位置。
[0010]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，所述耐熱擋板采用與爐體水平線平行的方式進(jìn)行設(shè)置。
[0011]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，在爐體上還設(shè)有抽氣裝置，該抽氣裝置將空腔上部的可燃?xì)怏w送入擋板以下的空腔處，所述抽氣裝置設(shè)有至少一個(gè)抽氣口，所述抽氣口設(shè)置于爐體的上部或頂端，所述抽氣裝置設(shè)有至少一個(gè)送氣口，所述送氣口位于爐體上，設(shè)置于擋板以下的部位。出氣口和送氣口均位于空腔處。
[0012]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，在爐體的擋板以上部位和擋板以下部位還均設(shè)有至少一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，所述進(jìn)風(fēng)口位于空腔處，進(jìn)風(fēng)口上設(shè)有送入助燃?xì)怏w的送氣裝置和/或煤氣管道，可使助燃?xì)怏w或煤氣進(jìn)入空腔內(nèi)。
[0013]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，所述抽氣裝置和送氣裝置在設(shè)置時(shí)首選遠(yuǎn)離排氣口的位置。
[0014]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，進(jìn)料口和出料口均位于爐體的外部。
[0015]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，出氣口位于還原室預(yù)還原區(qū)上。
[0016]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，還原室下部還設(shè)有出鐵口和排渣口，所述出鐵口和排渣口位于還原室與爐體交界處或者位于爐體外，出鐵口和排渣口分別位于還原室的不同側(cè)面。排渣口優(yōu)選高于出鐵口。
[0017]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，每個(gè)還原室優(yōu)選設(shè)有兩個(gè)出氣口。
[0018]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，還原室內(nèi)壁和爐體內(nèi)壁上均設(shè)有耐火材料，所述耐火擋板的材質(zhì)也為耐火材料。
[0019]上述局部斜坡式還原煉鐵爐，所述排氣口優(yōu)選設(shè)置于靠近最后一個(gè)還原室的位置，排氣口優(yōu)選位于爐體側(cè)壁的中部，排氣口上設(shè)有風(fēng)機(jī)等抽風(fēng)裝置，將廢棄從爐體內(nèi)抽出。
[0020]采用上述局部斜坡式還原煉鐵爐的連續(xù)化熔融還原煉鐵工藝包括以下步驟:
[0021](I)將鐵礦粉、原煤和熔劑混合均勻，簡(jiǎn)單成型后成為含碳鐵氧化物球團(tuán)，烘干，作為爐料，烘干后的爐料加入各還原室中，各還原室加入爐料量一致；
[0022](2)利用外部熱源保持爐體預(yù)還原區(qū)及過(guò)渡區(qū)溫度為800-1000°C，熔融區(qū)溫度為1250-1400°C，溫度穩(wěn)定后熔融區(qū)的爐料發(fā)生高溫熔融還原反應(yīng)，反應(yīng)生成的可燃?xì)怏w進(jìn)入空腔，反應(yīng)所得的鐵水從出鐵口排出，鐵渣從排渣口排出，鐵水和鐵渣排出后爐料在重力和負(fù)壓作用下自動(dòng)下移進(jìn)入熔融區(qū)，向還原室中加爐料至原始位置；待熔融區(qū)再次反應(yīng)完全后，再次將鐵水和鐵渣排出，再加滿爐料，一直循環(huán)排鐵水鐵渣、加料的步驟；
[0023](3)同時(shí)，空腔上部的可燃?xì)怏w被不斷抽送到擋板以下的空腔中，可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w點(diǎn)火燃燒放出熱量為熔融區(qū)加熱，加快熔融區(qū)爐料反應(yīng)，燃燒后的高溫?zé)釟馔ㄟ^(guò)擋板與還原室間的空隙進(jìn)入到擋板以上的空腔中，對(duì)過(guò)渡區(qū)和預(yù)還原區(qū)進(jìn)行加熱，另外未充分燃燒的可燃?xì)怏w在擋板以上的空腔中進(jìn)行二次燃燒，進(jìn)一步對(duì)預(yù)還原區(qū)以及過(guò)渡區(qū)進(jìn)行加熱；
[0024]( 4 )步驟(2 )和(3 )連續(xù)化同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化煉鐵。
[0025]上述連續(xù)化熔融還原煉鐵工藝中，利用可燃?xì)怏w的燃燒熱能或物理熱能對(duì)還原室進(jìn)行加熱后，預(yù)還原溫度保持在900-1100°C，過(guò)渡區(qū)溫度保持在1100-1300°C，熔融區(qū)溫度保持在1400-1650°C ;若達(dá)不到上述溫度，則向空腔中通入煤氣維持上述溫度。
[0026]上述連續(xù)化熔融還原煉鐵工藝中，可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的尾氣由排氣口排出，排出的氣體用于干燥爐料。
[0027]上述連續(xù)化熔融還原煉鐵工藝中，爐料的加入量占還原室體積的4/5。
[0028]上述連續(xù)化熔融還原煉鐵工藝中，所得鐵水從出鐵口流出后，獲得優(yōu)質(zhì)鐵水，可直接進(jìn)行鋼板軋制等成型工藝，爐渣從排渣口排出；沒(méi)有出鐵口和排渣口時(shí)，直接從出料口出料，進(jìn)入水池進(jìn)行水淬，得到粗制生鐵。
[0029]上述連續(xù)化熔融還原煉鐵工藝中，所述熔劑為石灰石，鐵礦粉、原煤和熔劑的質(zhì)量比為:8.0-9.0:0.15-0.25:0.45-0.55，鐵礦粉、原煤和熔劑的粒度均小于15mm ;所述助燃
氣體為空氣或氧氣。
[0030]采用上述局部斜坡式還原煉鐵爐的連續(xù)化直接還原煉鐵工藝包括以下步驟:
[0031](I)將鐵礦粉、原煤和熔劑混合均勻，簡(jiǎn)單成型后成為含碳鐵氧化物球團(tuán)，烘干，作為爐料，烘干后的爐料加入各還原室中，各還原室加入爐料量一致；
[0032](2)利用外部熱源保持爐體預(yù)還原區(qū)和過(guò)渡區(qū)溫度為800-900°C，熔融區(qū)溫度為900-1000°C，溫度穩(wěn)定后熔融區(qū)的爐料發(fā)生直接還原反應(yīng)，反應(yīng)生成的可燃?xì)怏w進(jìn)入空腔，反應(yīng)所得的海綿鐵從出料口排出，海綿鐵排出后爐料在重力和負(fù)壓作用下自動(dòng)下移進(jìn)入熔融區(qū)，向還原室中加爐料至原始位置；待熔融區(qū)再次反應(yīng)完全后，再次將海綿鐵排出，再加滿爐料，一直循環(huán)排海綿鐵、加料的步驟；
[0033](3)同時(shí)，空腔上部的可燃?xì)怏w被不斷抽送到擋板以下的空腔中，可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w點(diǎn)火燃燒放出熱量為熔融區(qū)加熱，加快熔融區(qū)爐料反應(yīng)，燃燒后的高溫?zé)釟馔ㄟ^(guò)擋板與還原室間的空隙進(jìn)入到擋板以上的空腔中，對(duì)過(guò)渡區(qū)和預(yù)還原區(qū)進(jìn)行加熱，另外未充分燃燒的可燃?xì)怏w在擋板以上的空腔中進(jìn)行二次燃燒，進(jìn)一步對(duì)預(yù)還原區(qū)以及過(guò)渡區(qū)進(jìn)行加熱；
[0034]( 4 )步驟(2 )和(3 )連續(xù)化同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化煉鐵。
[0035]上述連續(xù)化直接還原煉鐵工藝中，利用可燃?xì)怏w的燃燒熱能或物理熱能對(duì)還原室進(jìn)行加熱后，預(yù)還原溫度保持在900-1000°C，過(guò)渡區(qū)溫度保持在1000-1100°C，熔融區(qū)溫度保持在1100-1200°c ;若達(dá)不到上述溫度，則向空腔中通入煤氣維持上述溫度。[0036]上述連續(xù)化直接還原煉鐵工藝中，可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的尾氣由排氣口排出，排出的氣體用于干燥爐料。
[0037]上述連續(xù)化直接還原煉鐵工藝中，爐料的加入量占還原室體積的4/5。
[0038]上述連續(xù)化直接還原煉鐵工藝中，所述熔劑為石灰石，鐵礦粉、原煤和熔劑的質(zhì)量比為:8.0-9.0:0.15-0.25:0.45-0.55，鐵礦粉、原煤和熔劑的粒度均小于15mm ;所述助燃
氣體為空氣或氧氣。
[0039]本實(shí)用新型煉鐵爐具有以下改進(jìn)及優(yōu)勢(shì):
[0040]1、本實(shí)用新型對(duì)還原室結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將其進(jìn)行局部斜坡式設(shè)計(jì)，使整個(gè)還原室從功能上自然分為預(yù)還原區(qū)、過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)，所謂斜坡是指還原室的一部分并非豎直，而是傾斜設(shè)置。斜坡位于還原室的中部，為還原室過(guò)渡區(qū)部分，傾斜角度(以爐體水平線為基準(zhǔn))為30-40°或140-150° (優(yōu)選30°或150° )，斜坡的垂直高度占爐體高度的2/5，斜坡上部為預(yù)還原區(qū)，斜坡下部為熔融區(qū)，該斜坡和所占比例、角度等設(shè)計(jì)基于以下幾點(diǎn)考慮:
(I)不同功能區(qū)產(chǎn)生的總的一氧化碳量分別進(jìn)行一、二次燃燒時(shí)，依據(jù)熱流走向及分布，其熱量要大體能保證還原室各功能區(qū)的真正溫度達(dá)到理想溫度；(2)保證熔融區(qū)的熔體及渣排出后所造成的負(fù)壓，與預(yù)還原區(qū)和過(guò)渡區(qū)的爐料的自身重力共同作用，使得預(yù)還原區(qū)及過(guò)渡區(qū)的爐料在理想溫度下順利下落。經(jīng)過(guò)大量的研究和實(shí)驗(yàn)后，發(fā)明人得出了本實(shí)用新型的方案，采用該方案反應(yīng)自身的能量能使各還原室溫度達(dá)到最佳理想溫度，在熔融區(qū)內(nèi)爐料被還原成液體狀態(tài)從出鐵口流出后，預(yù)還原區(qū)和過(guò)渡區(qū)的爐料在自身重力及壓力作用下在理想溫度下能順利下行，分別進(jìn)入到過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)，此時(shí)可繼續(xù)向預(yù)還原區(qū)內(nèi)加爐料。掛壁現(xiàn)象主要發(fā)生在預(yù)還原區(qū)所處的溫度范圍，在自身重力及負(fù)壓的存在下能使預(yù)還原區(qū)的掛壁現(xiàn)象大大減輕，有效提高了生產(chǎn)效率。還原室優(yōu)選為圓柱狀，各部分之間以圓滑過(guò)渡的方式進(jìn)行連接，以保證物料(特別是預(yù)還原區(qū)的物料)能順利下落。
[0041]2、本實(shí)用新型在爐體腔內(nèi)加入了具有隔熱效果的耐熱擋板(簡(jiǎn)稱擋板，下同)，擋板用耐火材料制成，固定于爐體上，位于爐體下部，優(yōu)選位于過(guò)渡區(qū)與熔融區(qū)交界處，即斜坡底部(距離還原室底部約1/5處)。擋板水平安裝于爐體內(nèi)，與各還原室之間存在一定空隙，擋板與還原室之間的空隙稱之為還火帶。擋板設(shè)計(jì)優(yōu)化了爐體結(jié)構(gòu)，使?fàn)t內(nèi)氣流分配更加可控，改善了還原室中爐料在截面上的溫度均勻性和傳熱條件，可更好得控制還原室中不同功能區(qū)的溫度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和品位升級(jí)。還火帶能有效改善一氧化碳的循環(huán)利用方式，控制其對(duì)不同功能區(qū)的貢獻(xiàn)，使一氧化碳通過(guò)二次燃燒實(shí)現(xiàn)了最大利用率，使一氧化碳的利用更為合理，節(jié)約能源；同時(shí)使還原室可同時(shí)加滿爐料進(jìn)行生產(chǎn)，最大限度的利用了生產(chǎn)空間，并可實(shí)現(xiàn)還原爐的連續(xù)加料及生產(chǎn)，生產(chǎn)效率得到明顯提高。
[0042]3、本實(shí)用新型還可以在還原室上設(shè)置排渣口和出鐵口，并保留還原室底部的出料口，這樣可以使鐵水從出鐵口流出，海綿鐵從出料口出料。出鐵口和排渣口的設(shè)計(jì)使鐵水在生產(chǎn)階段進(jìn)行了純化，不用再進(jìn)行水淬除渣，在出料時(shí)即可將鐵渣從鐵水中分離出來(lái)，從出鐵口流出的鐵水為優(yōu)質(zhì)鐵水，純度很高，可直接進(jìn)行鋼板軋制等成型工藝，制成鋼板等高性能鐵材。此設(shè)計(jì)即保證了生產(chǎn)過(guò)程中的連續(xù)加料，即熔融區(qū)的鐵水排出后，既可向預(yù)還原區(qū)加料，而不必還原室中爐料的還原過(guò)程全部結(jié)束后再加料，簡(jiǎn)化了操作，大大提高了生產(chǎn)效率；又拓寬了生產(chǎn)的鐵水的利用領(lǐng)域和市場(chǎng)價(jià)值。
[0043]4、本實(shí)用新型在爐體上設(shè)置了抽氣裝置和送氣裝置，例如風(fēng)機(jī)，抽氣裝置將從還原室出氣口排出到爐腔內(nèi)的一氧化碳等可燃?xì)怏w引入到還原爐擋板以下的空腔部位，與送氣裝置輸送的助燃空氣反應(yīng)，使之燃燒放熱，集中對(duì)還原室的熔融區(qū)供熱。擋板以下的氣體燃燒后產(chǎn)生的高溫氣體通過(guò)環(huán)火帶逸出到擋板以上的空腔中，通過(guò)對(duì)擋板上方助燃空氣的調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)一氧化碳的二次燃燒，由于過(guò)渡區(qū)成傾斜放置且離擋板較近，高溫氣體主要對(duì)還原室的過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生加熱作用，使過(guò)渡區(qū)溫度達(dá)到最佳。
[0044]5、本實(shí)用新型通過(guò)還原爐的設(shè)計(jì)，使還原反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳能夠充分燃燒以提供后續(xù)還原反應(yīng)所需的大部分熱能，一般，熔融還原反應(yīng)中，鐵礦石和碳反應(yīng)得到鐵水的溫度在1400-1650°C最佳，直接還原形成海綿鐵的溫度在1100-1200°C最佳，根據(jù)反應(yīng)能夠產(chǎn)生的一氧化碳和一氧化碳燃燒率計(jì)算出一氧化碳能提供的熱能，在保證還原爐內(nèi)的第一次還原反應(yīng)能夠發(fā)生并放出一氧化碳的情況下，確定出熔融還原時(shí)還原爐擋板下面部分(熔融區(qū))總體外加熱溫度在1250-1400°C最佳，擋板上面總體熱加熱溫度在800-1000°C為最佳；直接還原形成海綿鐵時(shí)還原爐內(nèi)擋板下部總體外加熱溫度在900-100(TC最佳，擋板上部總體外加熱溫度為800-900°C為最佳。這樣，通過(guò)還原室內(nèi)第一次還原反應(yīng)生成的一氧化碳燃燒所產(chǎn)生的熱能，能使還原室的不同功能區(qū)分別達(dá)到最佳還原溫度，快速引發(fā)還原室的還原反應(yīng)，同時(shí)釋放出一氧化碳以引發(fā)后續(xù)爐料的還原反應(yīng)，依此循環(huán)。在后期反應(yīng)中，如果體系自身熱能增加可以調(diào)整外部加熱溫度，使還原室各部位保持最佳反應(yīng)溫度。
[0045]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0046]1、本實(shí)用新型煉鐵爐設(shè)備為封閉式非焦煤冶煉還原爐，在爐腔內(nèi)加入具有隔熱效果的擋板，將還原室設(shè)計(jì)為局部斜坡式構(gòu)造，將還原室按照還原過(guò)程進(jìn)行了功能區(qū)的自然分配，使一氧化碳循環(huán)利用率更高，還原室各部位所需溫度不同，在建造時(shí)，擋板以上的爐體和還原室所用耐熱材料要求降低，使用能接受直接還原的溫度的材質(zhì)即可，僅擋板以下的耐熱材料能達(dá)到耐熔融還原的熱度即可，此設(shè)計(jì)可將還原爐進(jìn)行熔融還原生產(chǎn)所需的投資成本降低近70%，有效降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)直接還原和熔融還原雙向靈活生產(chǎn)提供了更為可行的條件。
[0047]2、本實(shí)用新型還原煉鐵爐可以進(jìn)行熔融還原和直接還原的靈活調(diào)節(jié)，免去了傳統(tǒng)高爐生產(chǎn)中的煉焦工藝和燒結(jié)過(guò)程，也不存在廢水的處理問(wèn)題，對(duì)環(huán)境友好，符合綠色環(huán)保、清潔生產(chǎn)的要求。
[0048]3、本實(shí)用新型還原煉鐵爐可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，物料受熱均勻、反應(yīng)完全，物料掛壁現(xiàn)象得到有效控制。
[0049]4、本實(shí)用新型還原煉鐵爐原料燃料適應(yīng)性廣，操作容易，可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力可通過(guò)調(diào)節(jié)還原室個(gè)數(shù)靈活控制，工藝更加簡(jiǎn)潔。
[0050]5、本實(shí)用新型充分實(shí)現(xiàn)了一氧化碳?xì)怏w的循環(huán)利用，并保證了還原爐能夠進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn),生產(chǎn)效率高，電能損耗低,生產(chǎn)成本大大降低。
[0051]6、本實(shí)用新型建筑成本大大低于轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯等非焦煤冶煉傳統(tǒng)設(shè)備，建造一條既能熔融還原，又能直接還原的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線僅需1500萬(wàn)左右，且維修簡(jiǎn)單方便，無(wú)須全部停產(chǎn)，并可自動(dòng)化操作及控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0052]圖1為本實(shí)用新型局部斜坡式還原煉鐵爐的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)示意圖；[0053]圖中，1、爐體，2、排氣口，3、空腔，4、進(jìn)料口，5、出料口，6、出氣口，7、預(yù)還原區(qū)，8、過(guò)渡區(qū)，9、熔融區(qū)，10、擋板，11、抽氣裝置，12、送氣裝置，13、出鐵口，14、排渣口，15、進(jìn)風(fēng)口，16、爐體水平線。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的闡釋，應(yīng)該明白的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本實(shí)用新型，并闡述本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)，并不對(duì)其具體內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0055]本實(shí)用新型工藝原料選擇性高，可適用于低品位釩鈦磁鐵礦、低品位菱鐵礦、低品位紅土鎳礦以及高磷鐵礦的冶煉；原煤可采用褐煤、煙煤和無(wú)煙煤。
[0056]實(shí)施例1
[0057]如圖1所示的局部斜坡式還原煉鐵爐(簡(jiǎn)稱還原煉鐵爐，下同)，包括封閉爐體1，爐體上設(shè)有排出氣體的排氣口 2，排氣口位于爐體的中部，靠近最后一個(gè)還原室的位置，排氣口上設(shè)有引風(fēng)機(jī)等裝置，將爐體內(nèi)的二氧化碳排出，爐體內(nèi)依次排列4個(gè)還原室，當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中還原室的個(gè)數(shù)可以隨意調(diào)配，這里僅以4個(gè)還原室的還原爐為例對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，這4個(gè)還原室分別獨(dú)立。還原室頂部設(shè)有進(jìn)料口 4，底部設(shè)有出料口 5，進(jìn)料口和出料口均位于爐體的外部，還原室側(cè)壁上設(shè)有2個(gè)出氣口 6，這兩個(gè)出氣口位于還原室上部，位于還原室不同側(cè)面，出氣口個(gè)數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。還原室上還設(shè)有出鐵口 13和排渣口 14，所述出鐵口和排渣口位于還原室下部，可以位于還原室與爐體交界處，也可以位于爐體外，出鐵口和排渣口分別位于還原室的不同側(cè)面，排渣口高于出鐵口。所述還原室自上至下依次包括預(yù)還原區(qū)7、過(guò)渡區(qū)8和熔融區(qū)9，所述還原區(qū)和熔融區(qū)豎直設(shè)置于爐體內(nèi)，所述過(guò)渡區(qū)傾斜設(shè)置于爐體內(nèi)，過(guò)渡區(qū)與爐體水平線16呈固定角度，該角度為圖中的α，α=30_40°或140-150°，優(yōu)選α=30°或150°，預(yù)還原區(qū)高度(垂直高度)為爐體高度的2/5，過(guò)渡區(qū)垂直高度為爐體高度的2/5，熔融區(qū)垂直高度為爐體高度的1/5 ;還原室和爐體之間存在空隙，兩還原室和爐體之間、或者是第一個(gè)還原室或最后一個(gè)還原室與爐體之間共同圍成一個(gè)呈半封閉狀態(tài)的空腔3，還原室反應(yīng)生成的氣體從出氣口溢出進(jìn)入空腔，在每個(gè)空腔中均設(shè)有耐熱擋板10，所述耐熱擋板固定在爐體上，與爐體水平線平行，耐熱擋板優(yōu)選安裝在過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)交界處的位置，這樣可以將大部分熱量為熔融區(qū)供熱，耐熱擋板與各還原室之間存在空隙，該空隙稱之為還火帶。為了滿足熔煉條件，在爐體內(nèi)壁和還原室的內(nèi)壁上都設(shè)有耐火材料，耐熱擋板材質(zhì)為耐火材料。
[0058]為了滿足一氧化碳的循環(huán)、充分燃燒及實(shí)現(xiàn)溫度的微調(diào)，在空腔處的爐體上設(shè)有抽氣裝置11 (例如風(fēng)機(jī)等)，該抽氣裝置將空腔上部的一氧化碳?xì)怏w送入擋板以下的空腔中，所述抽氣裝置設(shè)有一個(gè)抽氣口，所述抽氣口設(shè)置于爐體的上部或頂端，位于爐體空腔處，所述抽氣裝置在每個(gè)空腔處都設(shè)有一個(gè)送氣口，所述送氣口設(shè)置于爐體上，位于擋板以下的位置；在爐體的擋板以上部位和擋板以下部位還均設(shè)有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口 15，所述進(jìn)風(fēng)口位于空腔處，進(jìn)風(fēng)口上設(shè)置送入助燃?xì)怏w的送氣裝置12 (例如風(fēng)機(jī)等)，在實(shí)際生產(chǎn)中，還可以在進(jìn)風(fēng)口上設(shè)置煤氣管道，如果熱量能滿足要求，則不需要設(shè)置煤氣管道。
[0059]本實(shí)用新型爐子主要對(duì)還原室進(jìn)行局部斜坡式設(shè)計(jì)，并在空腔中加入擋板，其他的部分，例如耐火材料、外部熱源加熱方式等與專利“一體式還原煉鐵爐及一體式還原煉鐵新工藝”中的煉鐵爐及現(xiàn)有熱爐等相同，可以采用電加熱保持整個(gè)爐體的基礎(chǔ)溫度。[0060]實(shí)施例2
[0061]本實(shí)用新型的局部斜坡式還原煉鐵爐的結(jié)構(gòu)可以在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，例如，抽氣裝置和送氣裝置的個(gè)數(shù)可以是一個(gè)，也可以在每個(gè)空腔處設(shè)置一個(gè)，當(dāng)僅用一個(gè)時(shí)，所述抽氣裝置和送氣裝置首選安裝于遠(yuǎn)離排氣口的位置。
[0062]實(shí)施例3
[0063]本實(shí)用新型的局部斜坡式還原煉鐵爐的結(jié)構(gòu)可以在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，例如，可以在每個(gè)空腔處的擋板以上部位和擋板以下部位都設(shè)置一個(gè)進(jìn)風(fēng)口。
[0064]實(shí)施例4
[0065]本實(shí)用新型的局部斜坡式還原煉鐵爐的結(jié)構(gòu)可以在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，例如，可以不設(shè)置出鐵口和排渣口，熔融還原后的鐵水從出料口排出，所得鐵水經(jīng)過(guò)水淬得到生鐵和鐵渣。這樣出來(lái)的鐵水含雜質(zhì)較高，無(wú)法直接用于制備品質(zhì)好的鐵質(zhì)產(chǎn)品。
[0066]下面以實(shí)施例1的局部斜坡式還原煉鐵爐為例，簡(jiǎn)述一下煉鐵工藝:
[0067]1、熔融還原反應(yīng)的工藝流程為:
[0068](I)、取鐵礦石、原煤和石灰石熔劑按比例均勻混合，過(guò)篩，簡(jiǎn)單壓合，形成含碳鐵氧化物球團(tuán)一爐料，爐料經(jīng)過(guò)烘干后順次送至還原爐內(nèi)各個(gè)還原室，爐料可以加滿還原室，但一般加入量不宜過(guò)多，一般以整個(gè)還原室體積五分之四為宜；
[0069](2)、采用電加熱的方式保持還原爐擋板上方爐體溫度為800-1000°C，擋板下方爐體溫度為1250-1400°C，加入后的爐料在此溫度下進(jìn)行高溫熔融反應(yīng)，由于還原爐初始溫度較低，熔融過(guò)程進(jìn)展緩慢，反應(yīng)逐漸穩(wěn)定，熔融區(qū)的爐料形成鐵水，從出鐵口排出，渣從排渣口排出，位于過(guò)渡區(qū)的部分爐料在重力和負(fù)壓作用下落入熔融區(qū)。待位于過(guò)渡區(qū)的爐料進(jìn)入到熔融區(qū)后，位于預(yù)還原區(qū)的爐料在重力作用下順次進(jìn)入到過(guò)渡區(qū)，緊接著向預(yù)還原區(qū)加入爐料至初始位置。還原室在上述過(guò)程中產(chǎn)生的大量一氧化碳等氣體從還原室上部出氣口進(jìn)入半封閉空腔中，通過(guò)引風(fēng)機(jī)等抽氣裝置將其引入到還原爐擋板以下的空間，通過(guò)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機(jī)鼓入空氣的量以及微調(diào)通入的煤氣流量，使一氧化碳點(diǎn)火充分燃燒，釋放其攜帶的物理能和化學(xué)能，使擋板下的還原室熔融區(qū)的溫度迅速升高，至1400-1650°C，在此最佳溫度下，熔融區(qū)的爐料快速完成熔融還原反應(yīng)，再次形成鐵水和渣排出，過(guò)渡區(qū)的爐料在重力和壓力作用下再次進(jìn)入到熔融區(qū)，再次加料，依次循環(huán)。攜帶大量熱量的氣流從還火帶逸出到擋板以上的空腔中，主要對(duì)還原室的斜坡部分進(jìn)行加熱。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機(jī)鼓入空氣的量以及微調(diào)通入的煤氣流量，在擋板下部未能充分燃燒的一氧化碳再次在擋板上部進(jìn)行二次燃燒，放出其攜帶的物理能和化學(xué)能，共同對(duì)斜坡處過(guò)渡區(qū)進(jìn)行加熱，使其溫度上升至理想溫度(1100-1300°C，隨熱氣流繼續(xù)上行，預(yù)還原區(qū)受熱，溫度上升至理想溫度(900-1100°C)，預(yù)還原區(qū)的升溫加快了預(yù)還原反應(yīng)的進(jìn)行，一氧化碳釋放速度加快。還原室不斷進(jìn)行還原過(guò)程，產(chǎn)生的一氧化碳等氣流不斷經(jīng)歷上述兩次燃燒過(guò)程，充分釋放熱量。
[0070]整個(gè)過(guò)程如上述不斷循環(huán)進(jìn)行，不僅保證了還原過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w完全的循環(huán)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程，加速熔融還原反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)保證了生產(chǎn)過(guò)程不同還原階段的連續(xù)進(jìn)行及整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的最大限度的使用，提高了生產(chǎn)效率。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣在排氣口處設(shè)置的風(fēng)機(jī)的引導(dǎo)下從排氣孔中排出，可以利用尾氣的物理熱能來(lái)干燥簡(jiǎn)單成型的爐料，同時(shí)爐料也可吸附部分的碳元素。排氣口的大小需依據(jù)還原室的個(gè)數(shù)而定。
[0071](3)熔融還原反應(yīng)后，各還原室中形成的鐵水經(jīng)出鐵口流出后，獲得優(yōu)質(zhì)鐵水，可直接進(jìn)行鋼板軋制等成型工藝，爐渣從排渣口排出；如果不設(shè)置出鐵口和排渣口，鐵水和鐵渣都從出料口流出，流出的鐵水直接引至水池進(jìn)行水淬，可以得到粗制生鐵和爐渣(鐵渣)。
[0072]2、直接還原反應(yīng)的工藝流程為:
[0073](1)、取鐵礦石、原煤和石灰石熔劑按比例均勻混合，過(guò)篩，簡(jiǎn)單壓合，形成含碳鐵氧化物球團(tuán)一爐料，爐料經(jīng)過(guò)烘干后順次送至還原爐內(nèi)各個(gè)還原室，爐料可以加滿還原室，但一般加入量不宜過(guò)多，一般以整個(gè)還原室體積五分之四為宜；
[0074](2)、采用電加熱的方式將還原爐擋板上方整體溫度加熱為800-900°C，擋板下方還原爐整體溫度為900-1000°C。加入后的爐料在此溫度下進(jìn)行直接還原反應(yīng)，因還原溫度不是很高，所以反應(yīng)相對(duì)慢一些，反應(yīng)逐漸穩(wěn)定，熔融區(qū)的爐料形成海綿鐵，直接從出料口排出，預(yù)還原區(qū)和過(guò)渡區(qū)的爐料在重力和負(fù)壓作用下分別落入到過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)，此時(shí)向還原室中預(yù)還原區(qū)加料。反應(yīng)釋放的一氧化碳等氣體從還原室上部出氣口進(jìn)入半封閉空腔中，通過(guò)引風(fēng)機(jī)等抽氣裝置將其引入到還原爐擋板以下的空間，通過(guò)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機(jī)鼓入空氣的量以及微調(diào)通入的煤氣流量，使產(chǎn)生的一氧化碳點(diǎn)火充分燃燒，釋放其攜帶的物理能和化學(xué)能，使擋板下的熔融區(qū)的溫度迅速升高，至1100-1200°C，在此最佳溫度下，熔融區(qū)的爐料快速完成直接還原反應(yīng)，再次形成海綿鐵，熔融區(qū)的固態(tài)海綿鐵再次從出料口排出，位于過(guò)渡區(qū)的部分爐料再次落入熔融區(qū)，再次加料，依次循環(huán)。擋板下部燃燒后的高溫?zé)釟鈴倪€火帶上行到擋板以上部位，主要對(duì)還原室的斜坡部分進(jìn)行加熱。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)助燃風(fēng)機(jī)鼓入空氣的量以及微調(diào)通入的煤氣流量，在擋板下部未能充分燃燒的一氧化碳再次在擋板上部進(jìn)行二次燃燒，放出其攜帶的物理能和化學(xué)能，共同對(duì)斜坡處過(guò)渡區(qū)進(jìn)行加熱，使其溫度上升至理想溫度(1000-110(TC )，隨熱氣流繼續(xù)上行，預(yù)還原區(qū)受熱，溫度上升至理想溫度(900-1000°C)，預(yù)還原區(qū)的升溫加快了預(yù)還原反應(yīng)的進(jìn)行，一氧化碳釋放速度加快。還原室不斷進(jìn)行還原過(guò)程，產(chǎn)生的一氧化碳等氣流不斷經(jīng)歷上述兩次燃燒過(guò)程，充分釋放熱量。
[0075]整個(gè)過(guò)程如上述不斷循環(huán)進(jìn)行，不僅保證了還原過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w極大程度的循環(huán)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程，引發(fā)直接還原反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)保證了生產(chǎn)過(guò)程不同還原階段的連續(xù)進(jìn)行及整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的最大限度的使用，提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣從排氣孔中排出并可加以充分利用。一者，可以利用尾氣的物理熱能來(lái)干燥簡(jiǎn)單成型的爐料，同時(shí)爐料也可吸附部分的碳元素。
[0076](3)、直接還原所得的產(chǎn)物為海綿鐵(DRI)，各還原室中形成的海綿鐵可以從出料口直接以固體狀態(tài)高溫?zé)嵫b入電爐進(jìn)行精煉(例如球磨磁旋)，根據(jù)用戶需要配料，液渣分離后制到合金鋼。高溫?zé)嵫b入爐相對(duì)于傳統(tǒng)的冷料入爐，節(jié)省了大量的物理熱和化學(xué)熱，顯著降低了電能和還原劑的消耗，提高了生產(chǎn)效率。
[0077]下面列舉幾個(gè)使用本實(shí)用新型煉鐵爐煉鐵的例子，下述例子僅為了解釋本實(shí)用新型，并不起到限定作用。
[0078]實(shí)施例5
[0079]采用本實(shí)用新型工藝冶煉高品位紅土鎳礦，其高品位鎳紅土礦的成分為:
[0080]
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【權(quán)利要求】
1.一種局部斜坡式還原煉鐵爐，包括封閉爐體，爐體上設(shè)有排出氣體的排氣口，爐體內(nèi)依次排列若干還原室，還原室和爐體之間存在空隙，兩還原室和爐體之間、或者是第一個(gè)還原室或最后一個(gè)還原室與爐體之間共同圍成一個(gè)呈半封閉狀態(tài)的空腔，還原室頂部設(shè)有進(jìn)料口，底部設(shè)有出料口，還原室側(cè)壁上設(shè)有至少一個(gè)出氣口，反應(yīng)生成的氣體從出氣口溢出進(jìn)入空腔，其特征是:所述還原室自上至下依次包括預(yù)還原區(qū)、過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)，所述預(yù)還原區(qū)和熔融區(qū)豎直位于爐體內(nèi)，所述過(guò)渡區(qū)傾斜設(shè)置，與爐體水平線呈固定角度；在每個(gè)空腔中均設(shè)有耐熱擋板，所述耐熱擋板固定在爐體上，耐熱擋板與還原室之間存在空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:預(yù)還原區(qū)高度為爐體高度的2/5，過(guò)渡區(qū)垂直高度為爐體高度的2/5，熔融區(qū)高度為爐體高度的1/5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:過(guò)渡區(qū)與爐體水平線所成角度為α , α =30-40°或140-150。。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:α=30°或150°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:所述耐熱擋板處于過(guò)渡區(qū)和熔融區(qū)交界處的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:所述耐熱擋板與爐體水平線平行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是: 在爐體上還設(shè)有抽氣裝置，該抽氣裝置將空腔上部的可燃?xì)怏w送入擋板以下的空腔處，所述抽氣裝置設(shè)有至少一個(gè)抽氣口，所述抽氣口設(shè)置于爐體的上部或頂端，所述抽氣裝置設(shè)有至少一個(gè)送氣口，所述送氣口位于爐體上，設(shè)置于擋板以下的部位； 在爐體的擋板以上部位和擋板以下部位還均設(shè)有至少一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，所述進(jìn)風(fēng)口位于空腔處，進(jìn)風(fēng)口上設(shè)有送入助燃?xì)怏w的送氣裝置和/或煤氣管道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:所述抽氣裝置和送氣裝置在設(shè)置時(shí)首選遠(yuǎn)離排氣口的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:還原室下部還設(shè)有出鐵口和排渣口，所述出鐵口和排渣口位于還原室與爐體交界處或者位于爐體外，出鐵口和排渣口分別位于還原室的不同側(cè)面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:排渣口高于出鐵口。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部斜坡式還原煉鐵爐，其特征是:進(jìn)料口和出料口均位于爐體的外部；出氣口位于還原室預(yù)還原區(qū)上，每個(gè)還原室設(shè)有兩個(gè)出氣口 ；還原室內(nèi)壁和爐體內(nèi)壁上均設(shè)有耐火材料；所述耐火擋板材質(zhì)為耐火材料；所述排氣口位于靠近最后一個(gè)還原室的位置，位于爐體側(cè)壁的中部，排氣口上設(shè)有風(fēng)機(jī)。
【文檔編號(hào)】C21B11/00GK203668438SQ201320731028
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】胡麗娜, 李增元 申請(qǐng)人:濟(jì)南增元冶金科技有限公司