本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。

背景技術(shù)：

氣基豎爐制備海綿鐵采用氧化球團(tuán)或焙燒球團(tuán)為原料，往往需要將冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)過(guò)干燥、焙燒和冷卻后方能進(jìn)入氣基豎爐內(nèi)。生球干燥過(guò)程在鏈篦機(jī)中進(jìn)行，焙燒往往在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行，冷卻在環(huán)冷機(jī)上進(jìn)行。氣基豎爐制備海綿鐵所采用的原料為室溫或低溫下的氧化球團(tuán)，這涉及到冷固結(jié)球團(tuán)的干燥、焙燒和冷卻過(guò)程，流程長(zhǎng)，設(shè)備復(fù)雜，造成了大量的能量耗散。

近年來(lái)，有專利報(bào)道采用冷固結(jié)球團(tuán)直接輸送至氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵，可極大的縮短工藝流程，降低能量耗散。然而，由于冷固結(jié)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度低、易粉碎，且在已有氣基豎爐內(nèi)直接使用可操作性不強(qiáng)，因此采用冷固結(jié)球團(tuán)在氣基豎爐內(nèi)制備海綿鐵仍需更多的實(shí)踐和探索。

氣基豎爐內(nèi)不同溫度帶和位置的冷固結(jié)球團(tuán)所能承受的抗壓強(qiáng)度是不同的。已有氣基豎爐為立式爐，爐內(nèi)球團(tuán)承受自身上部及周圍球團(tuán)帶來(lái)的壓力和摩擦力，且豎爐越高，爐內(nèi)球團(tuán)所承受的來(lái)自垂直距離上的壓力和摩擦力越大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述氣基豎爐制備海綿鐵存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種采用冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐，其特征在于，氣基豎爐包括：

爐體，其沿豎直方向延伸，爐體內(nèi)部設(shè)有空腔，空腔自上而下分成預(yù)熱段以及還原段；其中：

預(yù)熱段包括：

螺旋滑道，其設(shè)置在腔體的預(yù)熱段內(nèi)并且其外邊緣固定到爐體的側(cè)壁上；

冷固結(jié)球團(tuán)入口，其位于爐體上端；

爐頂氣出口，其位于爐體的預(yù)熱段；以及

二次還原氣第一入口以及二次還原氣出口；

還原段包括：

一次還原氣入口；

二次還原氣第二入口；以及

海綿鐵出口；

其中，二次還原氣出口與循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)連接，之后與二次還原氣第一入口或二次還原氣第二入口連通。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，爐頂氣出口位于爐體預(yù)熱段的側(cè)面的上部；二次還原氣出口位于預(yù)熱段的側(cè)面的上部；二次還原氣第一入口位于預(yù)熱段的側(cè)面的下部；一次還原氣入口和二次還原氣第二入口均位于還原段的側(cè)面的下部；以及海綿鐵出口位于還原段的底端。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，螺旋滑道的寬度為氣基豎爐還原段半徑的1/3～5/6。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)二次還原氣溫度不低于300℃且低于500℃時(shí)，二次還原氣經(jīng)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)加壓后經(jīng)二次還原氣第一入口進(jìn)入預(yù)熱段；當(dāng)二次還原氣溫度不低于500℃且低于700℃時(shí)，二次還原氣經(jīng)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)加壓后經(jīng)二次還原氣第二入口進(jìn)入還原段。

本發(fā)明的另一方面提供了一種由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法，該方法包括下列步驟：

1)制備冷固結(jié)球團(tuán)并將冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口加入到氣基豎爐預(yù)熱段內(nèi)；

2)冷固結(jié)球團(tuán)在預(yù)熱段沿螺旋滑道下滑，同時(shí)與來(lái)自還原段的氣體或來(lái)自還原段的氣體與經(jīng)二次還原氣第一入口通入的氣體的第一混合氣體接觸并對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥預(yù)熱，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)；

3)步驟2)中預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)在還原段下落，同時(shí)與經(jīng)一次還原氣入口通入的一次還原氣或一次還原氣與經(jīng)二次還原氣第二入口通入的二次還原氣的第二混合氣體發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵；

4)使步驟3)中生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口排出。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟3)還包括使生成的海綿鐵繼續(xù)下落并在一次還原氣入口和二次還原氣第二入口之間與二次還原氣發(fā)生進(jìn)一步的還原反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟1)中所制備的冷固結(jié)球團(tuán)的水分質(zhì)量含量不大于10％。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟3)中一次還原氣的溫度為850℃～950℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟3)中一次還原氣包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比不小于80％。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟3)中還原后海綿鐵溫度為400℃～600℃。

本發(fā)明采用的氣基豎爐以將氣基豎爐裝置分為預(yù)熱段和還原段兩部分，還原段內(nèi)部設(shè)置了螺旋滑道，減少了下部冷固結(jié)球團(tuán)所承受的來(lái)自垂直距離上的壓力和來(lái)自周圍球團(tuán)的摩擦力，降低了球團(tuán)粉化率。螺旋滑道的引入促使還原氣沿螺旋路徑向上運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)了氣體向上運(yùn)動(dòng)的路徑，極大的改善了冷固結(jié)球團(tuán)的預(yù)熱效果。將冷固結(jié)球團(tuán)干燥、預(yù)熱、還原和深還原過(guò)程集中于氣基豎爐預(yù)熱段和還原段內(nèi)完成，大大簡(jiǎn)化了工藝流程，節(jié)省了氧化球團(tuán)或焙燒球團(tuán)制備過(guò)程所需設(shè)備，節(jié)約了綜合能耗，提高了海綿鐵的金屬化率和生產(chǎn)效率。對(duì)還原后的海綿鐵進(jìn)行深還原后，海綿鐵的金屬化率較傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐的主視圖；

圖2A和2B是本發(fā)明的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐的螺旋滑道的主視圖和俯視圖；以及

圖3是采用本發(fā)明的氣基豎爐由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，在示例性實(shí)施例中所示的本發(fā)明的實(shí)施例僅是說(shuō)明性的。雖然在本發(fā)明中僅對(duì)少數(shù)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易領(lǐng)會(huì)在未實(shí)質(zhì)脫離本發(fā)明主題的教導(dǎo)情況下，多種修改是可行的。相應(yīng)地，所有這樣的修改都應(yīng)當(dāng)被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對(duì)以下示例性實(shí)施例的設(shè)計(jì)、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

下面參照?qǐng)D1、2A和2B描述本發(fā)明實(shí)施例的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐。該氣基豎爐總體包括爐體，其沿豎直方向延伸，爐體內(nèi)部設(shè)有空腔，空腔自上而下分成預(yù)熱段100以及還原段200。預(yù)熱段100包括螺旋滑道130、冷固結(jié)球團(tuán)入口110、爐頂氣出口120、二次還原氣第一入口150以及二次還原氣出口140，螺旋滑道130設(shè)置在腔體的預(yù)熱段100內(nèi)并且其外邊緣固定到爐體的側(cè)壁上，冷固結(jié)球團(tuán)入口110位于爐體上端，爐頂氣出口120位于爐體預(yù)熱段100的側(cè)面的上部，二次還原氣出口140位于預(yù)熱段100的側(cè)面的上部，二次還原氣第一入口150位于預(yù)熱段100的側(cè)面的下部。還原段200包括一次還原氣入口210、二次還原氣第二入口220以及海綿鐵出口230，一次還原氣入口210和二次還原氣第二入口220均位于還原段200的側(cè)面的下部，二次還原氣第二入口220在高度上比一次還原氣入口210更低，海綿鐵出口230位于還原段200的底端。其中，二次還原氣出口140與循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)160連接，之后根據(jù)二次還原氣的溫度而連通二次還原氣第一入口150或二次還原氣第二入口220。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，當(dāng)二次還原氣溫度不低于300℃且低于500℃時(shí)，二次還原氣經(jīng)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)160加壓后經(jīng)二次還原氣第一入口150進(jìn)入預(yù)熱段；當(dāng)二次還原氣溫度不低于500℃且低于700℃時(shí)，二次還原氣經(jīng)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)160加壓后經(jīng)二次還原氣第二入口220進(jìn)入還原段?？梢酝ㄟ^(guò)相應(yīng)的閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。其中，二次還原氣是前一次還原反應(yīng)之后，將預(yù)熱段100內(nèi)的部分氣體經(jīng)二次還原氣出口140排出并經(jīng)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)160加壓后的氣體，循環(huán)利用的部分氣體占預(yù)熱段100內(nèi)總氣體的體積比不小于30％，被排出的氣體的溫度約為300℃～700℃。

如圖2A所示，螺旋滑道130與水平面的夾角為15°～50°，優(yōu)選為25°～40°。如圖2B所示，螺旋滑道130的寬度L可以是氣基豎爐還原段半徑R的1/3～5/6。為了提高海綿鐵的生產(chǎn)效率，僅在預(yù)熱段100內(nèi)設(shè)置螺旋滑道130。螺旋滑道的引入促使還原氣沿螺旋路徑向上運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)了氣體向上運(yùn)動(dòng)的路徑，極大的改善了冷固結(jié)球團(tuán)的預(yù)熱效果。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的采用氣基豎爐由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法的示意性流程圖。結(jié)合圖1、2A和2B并參照?qǐng)D3來(lái)說(shuō)明本發(fā)明所公開的制備海綿鐵的方法。

該方法開始于步驟S100。在步驟S100中，制備冷固結(jié)球團(tuán)并將冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口110加入到氣基豎爐預(yù)熱段內(nèi)。所制備的冷固結(jié)球團(tuán)的水分質(zhì)量含量不大于10％，通過(guò)圓盤造球的方式來(lái)制備該冷固結(jié)球團(tuán)。

在步驟S200中，冷固結(jié)球團(tuán)在預(yù)熱段100沿螺旋滑道130下滑，經(jīng)還原段200自下而上的氣體或經(jīng)二次還原氣第一入口150通入的氣體與螺旋滑道上的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并且對(duì)其進(jìn)行干燥預(yù)熱，之后得到干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)。

在步驟S300中，預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)在還原段200下落，同時(shí)與經(jīng)一次還原氣入口210通入的一次還原氣以及經(jīng)二次還原氣第二入口220通入的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵。一次還原氣的溫度約為850℃～950℃，一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比不小于80％。還原后海綿鐵溫度為400℃～600℃。

最后，在步驟S400中，使步驟S300中生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，步驟S300還包括使生成的海綿鐵繼續(xù)下落并在一次還原氣入口210和二次還原氣第二入口220之間與二次還原氣發(fā)生進(jìn)一步的還原反應(yīng)。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步還原后，海綿鐵溫度為300℃～500℃。

實(shí)施例一

將水分質(zhì)量含量10％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口110加入氣基豎爐預(yù)熱段100內(nèi)。冷固結(jié)球團(tuán)在預(yù)熱段100沿螺旋滑道130下滑，經(jīng)還原段200自下而上的氣體以及經(jīng)二次還原氣第一入口150通入的400℃的氣體與螺旋滑道130上的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并且對(duì)其進(jìn)行干燥預(yù)熱，之后得到干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)。預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)在還原段200下落，同時(shí)與經(jīng)一次還原氣入口210通入的850℃的一次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵。一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比為83％，還原后海綿鐵溫度為400℃。生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

采用本方法制備的海綿鐵的金屬化率約84.7％，采用傳統(tǒng)工藝制備的海綿鐵金屬化率約82.4％。

實(shí)施例二

將水分質(zhì)量含量9％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口110加入氣基豎爐預(yù)熱段100內(nèi)。冷固結(jié)球團(tuán)在預(yù)熱段100沿螺旋滑道130下滑，經(jīng)還原段200自下而上的氣體與螺旋滑道130上的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并且對(duì)其進(jìn)行干燥預(yù)熱，之后得到干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)。預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)在還原段200下落，同時(shí)與經(jīng)一次還原氣入口210通入的900℃的一次還原氣以及經(jīng)二次還原氣第二入口220通入的600℃的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵。一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比為85％，還原后海綿鐵溫度為500℃。生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

采用本方法制備的海綿鐵的金屬化率約87.5％，采用傳統(tǒng)工藝制備的海綿鐵金屬化率約84.1％。

實(shí)施例三

將水分質(zhì)量含量8％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口110加入氣基豎爐預(yù)熱段100內(nèi)。冷固結(jié)球團(tuán)在預(yù)熱段100沿螺旋滑道130下滑，經(jīng)還原段200自下而上的氣體與螺旋滑道130上的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并且對(duì)其進(jìn)行干燥預(yù)熱，之后得到干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)。預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)在還原段200下落，同時(shí)與經(jīng)一次還原氣入口210通入的950℃的一次還原氣以及經(jīng)二次還原氣第二入口220通入的700℃的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵。其中，一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比為88％，還原后海綿鐵溫度為600℃。生成的海綿鐵繼續(xù)下落至一次還原氣入口210和二次還原氣第二入口220之間與二次還原氣發(fā)生進(jìn)一步的還原反應(yīng)，得到深度還原的海綿鐵。得到的海綿鐵之后經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

采用本方法制備的海綿鐵的金屬化率約91.2％，采用傳統(tǒng)工藝制備的海綿鐵金屬化率約87.3％。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。