專利名稱：用于還原金屬氧化物的并行直底爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備，該設(shè)備用于以含碳還原劑還原金屬氧化物的還原過程。
轉(zhuǎn)底爐(RHF)適用于還原含有固體碳還原劑的鐵礦粉或鋼鐵廠含鐵塵泥人造團(tuán)礦[1-3]。泰國建造中的用于以鐵礦粉為原料煉鐵的世界上最大的轉(zhuǎn)底爐是本發(fā)明的最有意義的參照對比技術(shù)。泰國Nakomthai帶鋼有限公司(NSM)的轉(zhuǎn)底爐爐底外徑45m，爐底寬6.5m，爐底面積800m2，年生產(chǎn)直接還原鐵(DRI)300,000至500,000噸；其生產(chǎn)量取決于產(chǎn)品的金屬化率。該轉(zhuǎn)底爐的設(shè)計(jì)是在爐底上鋪1至2層含鐵球團(tuán)、靠火焰輻射加熱還原。直接還原鐵在爐子的出料端靠螺旋排料器排出。
現(xiàn)時(shí)使用轉(zhuǎn)底爐還原金屬氧化物有以下缺點(diǎn)(A)土地利用率低，被圍在轉(zhuǎn)底爐爐底內(nèi)側(cè)以內(nèi)無法用于使用的土地幾乎和轉(zhuǎn)底爐的爐底面積一般大。
(B)爐子轉(zhuǎn)速高，爐底轉(zhuǎn)動線速度隨轉(zhuǎn)底爐直徑的增大而加快，從而限制了單體規(guī)模。
(C)排料操作困難，爐底運(yùn)動線速度的提高和爐底加寬將增加螺旋排料器的工作難度。
(D)當(dāng)爐底的任何地方的任何地方需要維修時(shí)，整個(gè)轉(zhuǎn)底爐需要停爐冷卻到低溫。這不僅降低轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)率，同時(shí)影響其它爐襯壽命。
本發(fā)明是提供一種解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題的、土地使用率高、維修方便、結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、能耗低、金屬團(tuán)礦不被再氧化的用于還原金屬氧化物的并行直底爐。
本發(fā)明的、用于以含碳的還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備包括一對并排直底爐，每一直底爐都有各自的加料端和出料端，直底爐的爐底由一列相互聯(lián)接的爐底分節(jié)(臺車)構(gòu)成，在爐子的排料端每一爐底分節(jié)(臺車)可自由脫離車列、被轉(zhuǎn)送到另一毗鄰的爐子的加料端。
并排直底爐邊之間是邊靠邊的平行排列，一直底爐的出料端毗鄰另一直底爐的加料端。
可從車列脫離的爐底分節(jié)(臺車)砌有(或筑或澆注)有耐火材料，爐底不透氣。臺車二側(cè)帶有擋料墻、其高度不低于設(shè)計(jì)料層高度，擋料墻的延伸方向平行于爐底的運(yùn)行方向。
在并排直底爐含有一種氣流導(dǎo)向裝置，這一能引導(dǎo)由加料端料層產(chǎn)生的氣體進(jìn)入毗鄰的直底爐的出料端，并使這一氣流毗鄰直底爐的加料端向爐料運(yùn)動的相反方向流過一定爐料。
在直底爐的加料端和出料端各有一擋火墻隔離直底爐的加料段和排料段與加熱還原段。
直底爐出氣口的抽力和位置將維持爐內(nèi)的熱氣流和爐料作相向流動并維持爐內(nèi)負(fù)壓。
直底爐的設(shè)計(jì)可以控制爐內(nèi)的直底爐中火焰的溫度和還原勢在爐子長度方向上的分布，使得固體料經(jīng)歷的氣流的還原勢隨還原程度的增加而提高；同時(shí)熱氣流中和燃料將在排出爐子之前充分燃燒。
在此將以一參考圖例具體說明本發(fā)明。


圖1A是轉(zhuǎn)底爐爐底的俯視圖。
圖1B為具有圖1A中的轉(zhuǎn)底爐同樣爐底面積的本發(fā)明的并排直底爐的俯視圖。
圖2描述了在圖1B所表述的并排直底爐內(nèi)的氣、固物流的流動方向。
圖3A為并排直底爐的側(cè)視圖。
圖3B為并排直底爐的俯視圖。
圖4為用于并排直底爐的臺車的斷面圖。
圖5為并排直底爐的橫斷面圖。
本發(fā)明的用于各種金屬氧化物還原的并排直底爐的細(xì)節(jié)將在下節(jié)說明，本節(jié)先對轉(zhuǎn)底爐的特征尺寸和并排直底爐作一比較。
泰國NSM的轉(zhuǎn)底爐見圖1A，本發(fā)明的并排直底爐見圖1B。
假設(shè)條件(i)爐底面積相同
(ii)爐底寬度(W)一致、則W=D-d2]]>這里D為轉(zhuǎn)底爐爐底的外徑(m)，d為轉(zhuǎn)底爐爐底的內(nèi)徑(m)，此時(shí)并排直底爐的長度(L)可按以下方法計(jì)算對于并排直底爐(PSH爐)，其爐底總面積為APSHFAPSHF＝2WL=2(12(D-d)L)]]>對于轉(zhuǎn)底爐(RHF)，其爐底總面積為ARHFARHF=π4(D2-d2)]]>令A(yù)PSHF＝ARHF，解其方程求L得L=π4(D+d)]]>或L=π2(D-W)]]>如圖1B所示，當(dāng)爐底總面積為800m2，爐底寬度為6.5m時(shí)，并排直底爐的爐底長度為61m。
爐料的移動速度比和其在相同的時(shí)間內(nèi)所需移動的距離成正比(對于PSH爐其距離為L，對于轉(zhuǎn)底爐其距離為πD)，即61(PSH)∶141(RHF)，或1(PSH)∶2.3(RHF)本發(fā)明的特點(diǎn)可參比工業(yè)中眾所周知的工業(yè)爐，即轉(zhuǎn)底爐和帶式燒結(jié)機(jī)和帶式球團(tuán)焙燒機(jī)進(jìn)行描述。
如圖2所示、并排直底爐(PSH)有二列相互連接并可自由脫離的、類似帶式燒結(jié)機(jī)/球團(tuán)焙燒機(jī)中的臺車的爐底分節(jié)22組成。爐底分節(jié)(臺車)22接觸在一起，在臺車相互接觸的側(cè)面沒有擋墻。這種直底爐和帶式燒結(jié)/焙燒機(jī)的不同點(diǎn)之一是各自獨(dú)立的臺車22在出料端可與車列分離并連接到毗鄰的直底爐的加料端14進(jìn)行加料。
并排直底爐中可分離爐底分節(jié)(臺車)22砌筑有耐火材料，如同轉(zhuǎn)底爐的爐底。直底爐的爐底是不能透氣的，不象帶式燒結(jié)機(jī)或焙燒機(jī)的臺車那樣。
本發(fā)明的并排直底爐(PSH)10，12中二排臺車攜帶爐料作相對直線運(yùn)動，如圖2所示。在靠近加料端14的區(qū)域由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體流入與其相鄰的另一列爐子的排料端16，在爐子中、氣流的流向和爐料料流方向相反。這種方法提高了對還原劑中揮發(fā)份的利用，消除了金屬化后的產(chǎn)品在出料端16的被再氧化危險(xiǎn)性。
為了利用臺車離開排料端時(shí)所帶的余熱、就在排料端16之后、卸了料的臺車22作側(cè)位移動進(jìn)入相鄰的爐列接受新料。如圖2所示，二直底爐10，12攜帶固體爐料各從自爐子的一頭移到另一頭，即二并行的固體物流作相對直線移動。在固體爐料的入口和爐氣的出口(即煙囪或出氣口)20之間設(shè)有一道擋火墻18促使?fàn)t內(nèi)的氣流與固體料對流。在抵達(dá)這一道擋火墻18之前，含煤球團(tuán)料層產(chǎn)生的氣體含有大量的揮發(fā)物。這道擋火墻18迫使富含煤炭揮發(fā)物的氣流流入毗鄰的爐列10或12的出料端16、而固體爐料則從這道擋火墻18的下部通過。在爐子的排料端噴入的氧氣/空氣混合氣(空氣可以是預(yù)熱過的)對來自毗鄰的爐列10或12加料端的富含煤炭揮發(fā)物的氣流作部分燃燒產(chǎn)生熱量提供給接近排料端的爐料和/或保持還原氣氛(如果必要)以避免直接金屬化后的產(chǎn)品在很高的溫度下被再氧化。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)包括加料和排料操作如圖3A和圖3B所示。直底爐的高溫區(qū)被限制在擋火墻15和17之間。如上所述、擋火墻18用于控制氣流流動方向。攜帶爐料最后通過在直底爐排料端的擋火墻17的每一爐底分節(jié)(臺車)22可以從車列10或12中分離以將在其上的產(chǎn)品卸入接料漏斗24，見圖3A?？尚械男读戏椒▽⒃诤竺娼忉?。卸料后的爐底分節(jié)22被即刻轉(zhuǎn)移到毗鄰的直底爐的加料端14接受新料，如圖3B所示。在并排直底爐10，12的二端都有同樣的卸料和臺車轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，這使?fàn)t底的所有分節(jié)22得以循環(huán)。
增加料層高度和提高加熱火焰溫度可以提高轉(zhuǎn)底爐的生產(chǎn)率(t-金屬化團(tuán)礦/m2/h)，見美國專利、申請?zhí)?9/192,927、申請日1998年11月16日。因此本發(fā)明在臺車沿二側(cè)提供了至少和料層一樣高的擋料墻28，擋料墻平行于臺車運(yùn)動方向，如圖4所示。然而這一擋料墻的設(shè)置將導(dǎo)致螺旋排料器無法沿與爐底運(yùn)動相垂直的方向從爐底上卸出直接還原鐵。本發(fā)明的特征之一是當(dāng)通過擋火墻17之后、臺車(爐底分節(jié))22可以從車列中分離出來卸掉其上的金屬化團(tuán)礦，而不受擋料墻28的干擾。
裝料和卸料的操作將在并排直底爐的高溫區(qū)以外但在爐子的密封墻30(圖5)內(nèi)進(jìn)行。
(i)裝料操作在并排直底爐中、含碳球團(tuán)或壓塊的裝料和布料系統(tǒng)可以用傳統(tǒng)的、用于帶式球團(tuán)焙燒機(jī)上的裝料布料系統(tǒng)。只是需要增加一套密封裝置，例如雙罐系統(tǒng)，以截?cái)酄t內(nèi)和大氣之間的氣流，從而保護(hù)環(huán)境。
(ii)卸料操作如前所述，卸料過程是本發(fā)明的特點(diǎn)之一。在并排直底爐的這一卸料過程分三個(gè)基本步驟進(jìn)行步驟一，臺車加速，從車列分離在卸料端、當(dāng)通過擋火墻17之后、臺車22由一加速驅(qū)動裝置加速。這一加速驅(qū)動裝置獨(dú)立于驅(qū)動臺車列的主驅(qū)動裝置，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度較主驅(qū)動裝置快。臺車加速后從車列上分離出來進(jìn)入卸料裝置。
步驟二，卸料為了將臺車上的直接還原鐵卸入臺車下方的受料斗24，其卸料裝置可由以下方法之一完成卸料工作●將臺車傾斜一定角度、讓臺車上的直接還原鐵在重力的作用下滑落，就象自卸卡車那樣。如果必要，可增設(shè)一輔助推料裝置。
●臺車傾翻成“底上頂下”，將其上的直接還原鐵倒入受料斗24，或●用固定式或轉(zhuǎn)動式刮料器，借助臺車脫離車列似的直線移動、將臺車上的直接還原鐵刮入受料斗24。
步驟三，臺車與毗鄰的直底爐的裝料端銜接卸料裝置將卸了料的空臺車22轉(zhuǎn)回原方向(如果以卸料方法1和2卸料)并進(jìn)入臺車輸送/轉(zhuǎn)移裝置。這一裝置將空臺車從直底爐一側(cè)的卸料端16移到另一側(cè)的裝料端14，以便空臺車和毗鄰車列的裝料端銜接。這一移動平臺也可將空臺車22移出并排直底爐的密封墻外，以便臺車離線維修。
在目前用于金屬氧化物還原的轉(zhuǎn)底爐中，爐底是一個(gè)很大的帶有耐火磚襯的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺，該轉(zhuǎn)臺是個(gè)整體。直接還原鐵由一磐大的螺旋卸料器沿爐底的徑向刮出。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是便于驅(qū)動。但是，如果需要維修爐底的任何地方，或是維修維護(hù)頻率很高的螺旋卸料器，整個(gè)轉(zhuǎn)底爐需要?；鹄鋮s。這是降低轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)效率的主因之一，同時(shí)對其他爐襯也不利。
在本發(fā)明、并排直底(PSH)爐中，爐底是由一列可分離的爐底分節(jié)(臺車)22組成、并且在爐子的高溫區(qū)域內(nèi)沒有任何用于卸料的運(yùn)動部件。當(dāng)需要維修時(shí)、任何一個(gè)臺車22都可從車列中移出、同時(shí)換上一個(gè)準(zhǔn)備好伺服的臺車，從而不會中斷生產(chǎn)。被移出的臺車將離線維修。
與轉(zhuǎn)底爐一樣，并排直底爐是整體封閉在爐墻30里，見圖5，同時(shí)在負(fù)壓下運(yùn)作。設(shè)在并排直底(PSH)爐中兩端的爐門26可以打開讓臺車22移出/移入爐子10，12。由于在負(fù)壓下操作，煤氣和爐塵都不太可能逸出爐外。
這種金屬氧化物還原過程對于料層上面的火焰有一對相互對立的需求，即要求將燃料的化學(xué)熱最大限度地釋放給料層同時(shí)還得保護(hù)直接還原鐵不被再氧化。將碳的化學(xué)能更多地轉(zhuǎn)化為熱能，就必然使燃燒產(chǎn)物(火焰)對直接還原鐵更具氧化性。以下將闡述本發(fā)明在這一方面的改進(jìn)。
在高爐中，煤氣與爐內(nèi)的含鐵爐料對流。在任何氣固接觸點(diǎn)上，煤氣的溫度總是高于該點(diǎn)的爐料。高金屬化的爐料接觸到的溫度最高、還原性最強(qiáng)的煤氣。因此在高爐中金屬鐵被沒有再氧化的危險(xiǎn)。離開風(fēng)口回旋區(qū)后，不能在煤氣的上升途中引入空氣或氧氣對煤氣作進(jìn)一步氧化以便將全部碳中的化學(xué)能全部釋放出來。因此在爐頂煤氣中只有50％的碳氧化物是CO2，剩下的是CO。
在現(xiàn)時(shí)的轉(zhuǎn)底爐操作中，氣固的對流方式維持的不好。為了保護(hù)直接還原鐵不被再氧化，在燃燒火焰中的碳氧化物的比率維持在CO/CO2＝2以上。這使得近一半的碳化學(xué)能沒有釋放到爐內(nèi)合理的位置提供給還原過程。
可以相信一點(diǎn)，對于原料層，當(dāng)其金屬化率達(dá)到一定的程度之前，例如85％，料層需要高強(qiáng)度熱量供給和火焰對料層的高速傳熱，而且這時(shí)料層可以承受很強(qiáng)的氧化氣氛(只要?dú)夥罩胁缓叩淖杂裳?。在這一低、中金屬化率的區(qū)域(在擋火墻15與擋火墻17之間)料層上面的煤氣和燒嘴可進(jìn)行完全燃燒。
當(dāng)金屬化率達(dá)到一定程度之后，比如90％，DRI料層要求其上的火焰維持高溫并可能要求火焰具有一定的還原性。這一高金屬化區(qū)將靠近擋火墻17，見圖3。如果需要，具有強(qiáng)還原勢的煤氣可以從毗鄰直底爐的加料端引入這一高金屬化率區(qū)域。由于并排直底爐的爐底具有大的長/寬(L/W)比，該爐內(nèi)可以維持很好的氣-固對流。在這一高金屬化區(qū)，從側(cè)墻引入的助燃?xì)鈶?yīng)是氧氣或預(yù)熱空氣、以提高燃燒火焰的溫度并維持盡量小的氣流速度。隨著氣流向出氣口方向流動，可以從側(cè)墻的燒嘴引入空氣和附加燃料到煤氣流中，促使燃料完全燃燒以提供高強(qiáng)度熱量和供熱速度。
綜上所述、并排直底爐大幅度地將降低生產(chǎn)金屬化團(tuán)礦的能耗同時(shí)從根本上消除了金屬化團(tuán)礦被再氧化的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下A.土地利用率高。
B.有效利用由含碳物料釋放出的還原劑和熱量。
C.所用的燃料中的化學(xué)能將被完全釋放在還原單元中。
D.有效控制爐內(nèi)氣氛的氧化/還原勢，使其滿足鐵氧化物、鉻氧化、鈦鐵礦等天然礦物以及含重金屬氧化物的工業(yè)塵泥的不同還原階段的要求，同時(shí)保護(hù)還原后的產(chǎn)品不被再氧化。
E.維持厚而勻的料層。
F.裝、卸料機(jī)構(gòu)簡化，在低溫下運(yùn)作，使用壽命長、造價(jià)低、維護(hù)方便。
G.爐底維護(hù)簡便、維護(hù)效率高。
對于這方面的專業(yè)人士而言、本發(fā)明的其他技術(shù)詳情和優(yōu)點(diǎn)業(yè)已清楚體現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，包括一對并排直底爐，每一直底爐都有各自的加料端和出料端，直底爐的爐底由一列相互聯(lián)接的爐底分節(jié)(臺車)構(gòu)成，在爐子的排料端每一爐底分節(jié)(臺車)可自由脫離車列、被轉(zhuǎn)送到另一毗鄰的爐子的加料端。
2.如權(quán)利要求1所述的用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，并排直底爐邊之間是邊靠邊的平行排列，一直底爐的出料端毗鄰另一直底爐的加料端。
3.如權(quán)利要求1所述的用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，可從車列脫離的爐底分節(jié)砌(或筑或澆注)有耐火材料，爐底不透氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，可從車列脫離的爐底分節(jié)(臺車)二側(cè)帶有擋料墻、擋料墻的延伸方向平行于爐底的運(yùn)行方向，擋料墻的高度不低于鋪在爐底的含碳團(tuán)礦料層的高度。
5.如權(quán)利要求1所述的用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，在并排直底爐含有一種氣流導(dǎo)向措施，這一措施能引導(dǎo)由加料端料層產(chǎn)生的氣體進(jìn)入毗鄰的直底爐的出料端，并使這一氣流毗鄰直底爐的加料端向爐料運(yùn)動的相反方向流過一定爐料。
6.如權(quán)利要求1所述的用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，在直底爐的加料端和出料端各有一擋火墻隔離直底爐的加料段及排料段與加熱還原段。
7.如權(quán)利要求1所述的用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，直底爐出氣口的位置和抽力將維持爐內(nèi)的熱氣流和爐料作相互逆向流動。
8.如權(quán)利要求1所述的用于以含碳固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備有措施可以控制直底爐中火焰的溫度和還原勢在爐子長度方向上的分布，使得固體料經(jīng)歷的氣流的還原勢隨還原程度的增加而提高；同時(shí)熱氣流中和燃料將在排出爐子之前充分燃燒。
9.一種用含碳固體還原劑還原金屬氧化物的方法，其特征在于，該方法包括一對并排直底爐，每一直底爐都有各自的加料端和出料端，直底爐的爐底由一列相互聯(lián)接的爐底分節(jié)(臺車)構(gòu)成，在爐子的排料端每一爐底分節(jié)(臺車)可自由脫離車列、卸料；并可轉(zhuǎn)移連接到另一毗鄰的爐子的加料端、加新料。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括并排直底爐邊之間是邊靠邊的平行排列，一直底爐的出料端毗鄰另一直底爐的加料端。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括可從車列脫離的爐底分節(jié)砌(或筑或澆注)有耐火材料，爐底不透氣。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括引導(dǎo)由加料端料層產(chǎn)生的氣體進(jìn)入毗鄰的直底爐的出料端，并使這一氣流毗鄰直底爐的加料端向爐料運(yùn)動的相反方向流過一定爐料。
全文摘要
一種用于以含碳的固體還原劑還原金屬氧化物的設(shè)備,該設(shè)備包括一對并排直底爐,每一直底爐都有各自的加料端和出料端,直底爐的爐底由一列相互聯(lián)接的爐底分節(jié)(臺車)構(gòu)成,在爐子的排料端每一爐底分節(jié)(臺車)可自由脫離車列、被轉(zhuǎn)送到另一毗鄰的爐子的加料端。
文檔編號F27B9/36GK1277265SQ00102679
公開日2000年12月20日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月26日
發(fā)明者盧維高, 黃典冰 申請人:盧維高, 黃典冰