煤基直接還原鐵豎爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤基直接還原鐵豎爐，包括爐體，爐體內設置豎罐，豎罐從上往下分為預熱段、還原段、冷卻段，在豎罐預熱段和還原段的兩側設有火道，火道連接燃料輸入管，豎罐上端設置有進料箱，下端設置有出料箱，在豎罐冷卻段爐體內設有煤氣預熱腔，所述煤氣預熱腔連接預熱腔輸入管和預熱腔輸出管；豎罐的還原段連接煤氣輸入管；爐體設置有爐頂氣收集管，一端與豎罐頂部連通，一端與火道連通。采用本實用新型，能加快還反原應的進行，促進了熱氣向上流行，增加了預熱段溫度，減少了預熱時間，比原有方式下至少增加一倍的產量。
【專利說明】煤基直接還原鐵豎爐
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于煤基直接還原鐵【技術領域】，特別是煤基直接還原鐵堅爐。
【背景技術】
[0002] 直接還原鐵也稱海綿鐵。目前，國內外煤基直接還原鐵的工業化大規模生產，主要 采用回轉窯法。回轉窯長度都在60至80米，作業時窯體按一定轉速旋轉，鐵礦粉球團或塊 礦與還原煤、脫硫劑（石灰石），從窯尾加料端連續加入。隨窯體轉動，固體物料不斷地翻 滾，向窯頭排料端移動。物料移動過程中，被逆向高溫氣流加熱，進行物料的干燥、預熱、碳 酸鹽分解、鐵氧化物還原以及溶碳滲碳反應，鐵氧化物在保持外形不變的軟化溫度以下轉 變成直接還原鐵。因此要求窯氣中必須有足夠的含氧量供煤粉和煤氣燃燒用，從氧化還原 角度而言，窯內必須處于一種還原氣氛，特別是保持物料層內還原氣氛，防止鐵礦球團還原 金屬的再氧化。這樣，窯內就存在著為保持煤粉充分燃燒的供氧和防止鐵礦球團氧化而降 低含氧量的矛盾。由于窯尾加料端廢氣溫度尚有850°C左右，廢氣中的能量約占以煤的方式 給入能量的40%，必須安裝廢氣處理系統。窯內結圈是回轉窯經常出現的問題。回轉窯法存 在著設備龐大、投資大、工藝技術復雜，操作十分困難的問題和缺點。
[0003] 還有采用隧道窯法，由于隧道窯法技術含量低，適合小規模生產，投資小，隧道窯 法一般采用罐式法還原鐵，具體做法是先利用耐火磚等材料砌成罐體，然后將原料放入罐 體內，再將罐體密封，這種方式雖然投資小，但是還原熱效率低、能耗高、占地面積大，生產 周期長，污染嚴重、產品質量不穩定，單機生產能力難以擴大等問題。
[0004] 最新的是采用堅爐進行還原鐵冶練，如專利200720015482. 3的煤基直接還原鐵 外熱式堅爐，包括堅爐、冷卻水圈和爐體支座。爐體支座，由承重鋼梁和多個鋼支柱裝配成， 冷卻水圈固定在承重鋼梁上，堅爐坐設在冷卻水圈上。堅爐包括爐體和設置在爐體內的多 個截面為矩形堅式設置的還原反應室，爐體由外殼體和依次砌設在外殼體內的纖維氈層、 硅藻土磚層、粘土磚層構成。每一個還原反應室的兩側有多層煤氣燃燒式火道，每個還原反 應室的上端設有料倉，其下端穿過冷卻水圈內的高鋁磚墻上的還原反應室通孔后與對應的 上冷卻水套連接，上冷卻水套與下冷卻水道連接。
[0005] 該堅爐存在問題表現在以下三方面：
[0006] -、直接還原反應時間長，一個周期一般要達到12小時以上，而且還原的鐵只能 在92%以上；
[0007] 二、爐頂氣直接排放，經研究，堅爐的爐頂氣含有大量的C0,直接排放掉不僅是資 源的浪費，同時也造成熱效能利用率低，爐內溫度不足，最終影響產量；
[0008] 三、煤氣進入火道前沒有進過預熱，低溫的煤氣對還原段會產生不利的影響，同時 冷卻段的冷卻效率也有待提高。 實用新型內容
[0009] 本實用新型旨在針對現有直接還原鐵堅爐還原效率低的問題，提供煤基直接還原 鐵堅爐。
[0010] 為實現本實用新型目的，本實用新型采用的技術方案為：
[0011] 煤基直接還原鐵堅爐，包括爐體，爐體內設置堅罐，堅罐從上往下分為預熱段、還 原段、冷卻段，在堅罐預熱段和還原段的兩側設有火道，火道連接燃料輸入管，堅罐上端設 置有進料箱，下端設置有出料箱，在堅罐冷卻段爐體內設有煤氣預熱腔，所述煤氣預熱腔連 接預熱腔輸入管和預熱腔輸出管；堅罐的還原段連接煤氣輸入管；爐體設置有爐頂氣收集 管，一端與堅罐頂部連通，一端與火道連通。
[0012] 進一步地，所述煤氣預熱腔由頂板、底板、爐體壁、堅罐壁圍成。
[0013] 進一步的是，為加大煤氣預熱效果，所述煤氣預熱腔內由隔條相錯設置成為回廊 通道，通過預熱腔輸入管的煤氣通過回廊通道后從預熱腔輸出管輸出。
[0014] 進一步地，堅罐頂部設有爐頂氣收集器，并與爐頂氣收集管連通，在爐頂氣收集管 上設有引風機。爐頂氣收集器能收集堅罐內的煤氣通過煤氣收集管道排出，或連通火道，循 環利用。引風機的設置可更好的收集爐頂氣。
[0015] 所述爐頂氣收集器為中空的圓柱型，與堅罐成垂直設置，所述爐頂氣收集器表面 開有小孔。該形狀能保證安裝和使用時都有小孔能正常應用。
[0016] 進一步地，煤氣預熱腔的預熱腔輸出管連通火道，直接連接火道或通過燃料輸入 管連通火道，為火道提供燃氣。
[0017] 同時，預熱腔輸出管經煤氣輸入管連通堅罐，具體地：
[0018] 所述堅罐還原段的下部設置有噴嘴，噴嘴開有小孔，噴嘴與煤氣輸入管連通，經過 煤氣輸入管的煤氣能通過噴嘴噴出。
[0019] 所述噴嘴為中空的圓柱型，堅直設置，頂面為圓弧型，側面開有小孔。為避免噴嘴 的堵塞和對物料下落的影響，上述形狀最大限度減少對物料下落和煤氣輸入的影響。
[0020] 本發明堅罐中也可不采用上述噴嘴，煤氣輸入管開口設在堅罐還原段的下部的堅 罐壁上，使煤氣輸入管直接與堅罐連通，這種設置簡單，維護簡單。
[0021] 采用以上結構，煤氣從預熱腔輸入管進入后，經煤氣預熱腔從預熱腔輸出管輸出， 加熱排出的煤氣輸送到煤氣輸入管或者通過燃料輸入管進入火道內燃燒。
[0022] 本發明堅爐中也可不采用上述圓柱型爐頂氣收集器，直接將爐頂氣收集管道突入 堅罐的部分作為爐頂氣收集器，其在堅罐中的端口封閉，并在封閉的開口處和突入的管道 上開小孔。爐頂氣收集管道另一端與火道連通。此種設置簡單，設備改動時方便。
[0023] 火道上設有高溫氣流環繞孔，火道與燃料輸入管連通，煤氣通過燃料輸入管進入 火道內燃燒，為堅罐內的還原反應提供熱量。所述堅罐還原段的下部與煤氣輸入管連通，堅 罐頂部與爐頂氣收集管道連通，爐頂氣收集管道收集的爐頂氣再通過燃料輸入管進入火道 內燃燒。
[0024] 物料在堅罐上端的預熱段預熱后，經過中部的還原段還原，再通過堅罐下端的冷 卻段冷卻后得到還原鐵，在堅罐的還原段內外加入煤氣，在堅罐頂部將收集的爐頂氣再送 到火道內作為燃燒氣體使用。
[0025] 在煤基直接還原鐵堅爐中采用上述結構，將明顯提高還原鐵速度，常規的還原 段煤基還原鐵中，中間反應主要有<+0)2 = 20)，？6304+0)=3?6〇+0)2，？6〇+0)=?6+0) 2， C02+C=2C0,而還原反應的速度取決于C02再生為C0的速度，而現在采用直接在還原段中加 入煤氣，可以直接用于還原氧化鐵，從而增大了生成co2濃度，在固定碳的作用下，反過來加 快C0的生成，再作用于氧化鐵，加快了還原鐵反應速度，采用此方法后，生產的海綿鐵產量 是原堅爐的1倍以上，同時，加熱的爐頂氣再進入火道燃燒，增加了溫度，又提高的產量，爐 頂氣的再利用，節約了能源。采用此方法后還原鐵的金屬轉化率達到99%以上。
[0026] 本實用新型的有益效果是：煤基堅爐還原鐵的過程中，在堅罐中加入煤氣，能加快 還反原應的進行，同時促進了熱氣向上流行，增加了預熱段溫度，減少了預熱時間，單位時 間內增加了產品產量，比原有方式下至少增加一倍的產量；同時，煤氣還原氧化鐵后，在煤 基作用下生成的爐頂氣中又含有大量的C0,又可以再次輸入火道燃燒，達到二次利用。利 用冷卻段的熱量對煤氣預加熱，既減少了低溫煤氣對還原段的影響，也達到了對堅罐的冷 卻段進行了冷卻目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027] 圖1 :本實用新型剖面結構示意圖。
[0028] 圖2 :煤氣噴嘴結構示意圖。
[0029] 圖3 :爐頂氣收集器結構示意圖。
[0030] 圖4 :圖1爐頂氣收集器A - A剖視圖。
[0031] 圖5 :圖3煤氣預熱腔A - A剖視圖。
[0032] 圖中編號：1爐體，2堅罐，3預熱段，4還原段，5冷卻段，6火道，7進料箱，8出料 箱，9燃料輸入管，10煤氣輸入管，11爐頂氣收集管，12噴嘴，13爐頂氣收集器，14小孔，15 頂板，16底板，17煤氣預熱腔，18預熱腔輸入管，19預熱腔輸出管，20隔條，21引風機，22 高溫氣流環繞孔。
[0033] 具體實方式
[0034] 實施例1 :
[0035] 如圖1所示，煤基直接還原鐵堅爐，包括爐體1，爐體1內設置堅罐2,堅罐2從上 往下分為預熱段3、還原段4、冷卻段5,在堅罐2預熱段3和還原段4的兩側設有火道6,火 道6連接燃料輸入管9,堅罐2上端設置有進料箱7,下端設置有出料箱8,在堅罐2冷卻段 5爐體1內設有煤氣預熱腔17,煤氣預熱腔17連接預熱腔輸入管18和預熱腔輸出管19 ; 堅罐2的還原段4連接煤氣輸入管10 ;爐體1設置有爐頂氣收集管11，一端與堅罐2頂部 連通，一端與火道6連通。
[0036] 堅罐2為圓柱形，堅罐2為多個，在爐體1內均勻分布，火道6上設有高溫氣流環 繞孔22,煤氣通過燃料輸入管9進入火道6內燃燒，為堅罐2內的還原反應提供熱量。
[0037] 在堅罐2還原段4的下部圓柱型中心位置設置有噴嘴12,噴嘴12為中空的圓柱 型，堅直設置，頂面為圓弧型，側面開有小孔14,小孔14側面成均勻排列，噴嘴12與煤氣輸 入管10連通，經過煤氣輸入管10的煤氣能通過噴嘴12噴出。這樣煤氣通過噴嘴12能均 勻噴出，保證還原氣氛均勻，同時圓弧型噴嘴12和側面開孔，能有效避免對物料的阻擋和 物料對小孔14的堵塞。
[0038] 堅罐2頂部還設有爐頂氣收集器13,爐頂氣收集器13為中空的圓柱型，與堅罐2 成垂直設置，爐頂氣收集器13表面開有小孔14,小孔14開在圓柱型爐頂氣收集器13下弧 面，小孔14孔徑為1-3_，爐頂氣收集器13比爐頂氣收集管11管徑大并與之連通，爐頂氣 收集器13在引風機21作用下收集堅罐2內的爐頂氣后，再輸送到燃料輸入管9中進入火 道6內燃燒。圓柱型爐頂氣收集器13其小孔設在下弧面，避免了對物料下落時阻擋，又能 正常地收集爐頂氣。
[0039] 實施例2 :
[0040] 在堅爐中不采用實施例1使用的噴嘴12,煤氣輸入管10開口設在堅罐2還原段4 的下部的堅罐壁上，使煤氣輸入管10直接與堅罐2連通，這種設置簡單，設備改動方便，維 護簡單。
[0041] 實施例3:
[0042] 在堅爐中不采用實施例1中使用的圓柱型爐頂氣收集器13,直接將爐頂氣收集管 11突入堅罐2的部分作為爐頂氣收集器13,其在堅罐2中的端口封閉，并在封閉的開口處 和突入的管道上開小孔。此種設置簡單，設備改動時方便。
[0043] 實施例4 :
[0044] 如圖1、圖4 :煤基直接還原鐵堅爐，在爐體1堅罐2冷卻段5部位設有由頂板15 和底板16組成的煤氣預熱腔17,煤氣預熱腔17包括預熱腔輸入管18和預熱腔輸出管19， 煤氣預熱腔17內由隔條20按堅罐排列形式相錯地設置成為一個回廊通道，進入預熱腔輸 入管18的煤氣通過回廊通道后從預熱腔輸出管19輸出。
[0045] 預熱輸出的煤氣可以輸送到煤氣輸入管10后進入堅罐2參加還原反應，由于煤氣 溫度升高減少了對還原段反應溫度的影響。
[0046] 預熱輸出的煤氣也可以通過燃料輸入管9進入火道6內燃燒。
[0047] 上述方法和實施例中，對輸入的煤氣可以采用高值低溫煤氣，進一步提高反應的 速度，同時達到綜合循環利用能源。
[0048] 以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并不用于限制本實用新型，對于本領域 的技術人員來說，本實用新型可以有更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作 的任何修改、改進等，均應包括在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 煤基直接還原鐵堅爐，包括爐體，爐體內設置堅罐，堅罐從上往下分為預熱段、還原 段、冷卻段，在堅罐預熱段和還原段的兩側設有火道，火道連接燃料輸入管，堅罐上端設置 有進料箱，下端設置有出料箱，其特征在于：在堅罐冷卻段爐體內設有煤氣預熱腔，所述煤 氣預熱腔連接預熱腔輸入管和預熱腔輸出管；堅罐的還原段連接煤氣輸入管；爐體設置有 爐頂氣收集管，一端與堅罐頂部連通，一端與火道連通。
2. 根據權利要求1所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：所述煤氣預熱腔由頂板、 底板、爐體壁、堅罐壁圍成。
3. 根據權利要求1所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：所述煤氣預熱腔內由隔 條相錯設置為回廊通道，回廊通道前后端分別連通預熱腔輸入管和預熱腔輸出管。
4. 根據權利要求1所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：堅罐頂部設有爐頂氣收 集器，并與爐頂氣收集管連通，在爐頂氣收集管上設有引風機。
5. 根據權利要求4所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：所述爐頂氣收集器為中 空的圓柱型，與堅罐成垂直設置，爐頂氣收集器表面開有小孔。
6. 根據權利要求1所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：爐頂氣收集管一端伸入 堅罐，端口封閉，伸入部分和端口開設小孔，爐頂氣收集管另一端與火道連通。
7. 根據權利要求1所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：煤氣預熱腔的預熱腔輸 出管連通火道。
8. 根據權利要求1或7所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：預熱腔輸出管經煤 氣輸入管連通堅罐。
9. 根據權利要求8所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：堅罐還原段的下部設置 有煤氣噴嘴，噴嘴與煤氣輸入管連通。
10. 根據權利要求8所述的煤基直接還原鐵堅爐，其特征在于：所述煤氣輸入管開口設 在堅罐還原段下部的堅罐壁上，直接與堅罐連通。
【文檔編號】C21B13/02GK203999663SQ201420437536
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月5日 優先權日:2014年8月5日
【發明者】馮輝陽 申請人:馮輝陽