专利名称：电加热连续生产海绵铁的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种还原海绵铁的设备，尤其是涉及一种电加热连续还原海绵铁的设备。
背景技术：
海绵铁是利用精铁矿粉和还原剂反应，在低于铁熔点的温度下直接还原而成的单质铁，其形状似海绵，因此叫海绵铁。海绵铁在炼钢工业中具有重要作用，是冶炼精钢、特种钢所必须的原材料，但我国的产量很少，我国冶炼精钢用的海绵铁主要是通过进口获得。在国际上，从上世纪八十年代开始海绵铁进入规模化生产，目前生产方法按还原剂的类型分为气基法和煤基法；世界上用气基法生产的占93％，用煤基法生产的占7％。煤基法生产所用的设备大部分是坩埚式的周期生产设备。它是将煤粉和精铁矿粉按一定比例混合后放入坩埚中，然后将坩埚先放入低温回转窑或者其它周期式的炉窑中，在这个较低的温度下加热一段时间后，再转入另外一个中温的炉窑中加热，然后再转入另外一个高温炉窑中；各个炉窑的温度不同，坩埚中的混合物按低、中、高三个不同的温度被分段加热升温，在不同的温度阶段，煤受热分解产生CO、H等还原介质，与Fe2O3发生还原反应，将Fe2O3还原成单质铁。这种设备和方法是传统的工艺，其缺点是设备庞大，笨重，占用很大面积的土地；劳动强度很大，对环境的污染严重。
中国专利CN1080961还公开了一种竖炉煤基还原海绵铁的方法及设备，这种设备包括加料装置、竖置的炉体、蓖板和出料装置四部分。其整个炉体分为预热、还原和冷却三个阶段，在上部加料，在下部出料，其物料用的是煤和精铁矿粉的团球，还原过程是通过煤的燃烧释放出CO和H，将Fe3O4还原成单质铁。这种设备的缺点是，所用物料是煤和精铁矿粉的团球，球团粒度不能太大，也不能太小，制造原料需要一定的成本；精铁矿粉被还原时需要的热量来自于煤的燃烧，而煤的燃烧温度很难控制，对海绵铁的质量造成一定的影响。
另据报道，在日本有一个企业曾经使用一种电加热的海绵铁还原设备，它是用一个直径很大的炉罐，炉罐外面设置有电加热元件及其相应的控温元件。生产时将煤粉和铁矿粉混合后放入炉罐内，然后通电升温，在升温过程中，煤粉释放出的CO和H，与铁矿粉发生反应，生成单质的海绵铁。这种设备缺点和坩埚式的回转窑一样，由于炉罐直径较大，而热源又是从外部开始加热，要将整个炉罐内的物料热透，需要很长的时间，因此物料中心的温度与边缘的温度相差很大，不仅生产周期长，而且造成很大的物料和能源的浪费。这种设备目前已经停止运行。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种能够精确控制反应温度的、生产效率高的利用煤基法还原海绵铁的连续生产设备。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是电加热连续生产海绵铁的设备，包括内部设置有耐热保温层的炉体、电热元件及其相应的控温元件；位于炉体上端设置有加料斗，加料斗与相应的上料机构连接；炉体内设置一根细长的耐热管，此作为炉罐，炉罐由耐热钢或者耐热陶瓷等耐热材料制成；炉罐外面的电热元件及控温元件分段设置，作为低、中、高温加热区，加热区炉体下部的炉罐的外面设置有冷却水套，作为冷却区；炉体下部的冷却区下面设置有出料装置。出料装置的具体结构为一台步进式螺旋卸料机，在步进螺旋卸料机的下面依次设置有破碎机、磁选机、震动筛，震动筛后面设置与上料机构连通的二次煤粉上料管路。
本发明的具体结构进一步改进为炉罐外面的电热元件及控温元件分段设置，其自上向下分为低温区、中温区和高温区三段；冷却水套设置在高温区的下面，使这部分炉罐形成冷却区。炉体的上部设置有气体回收室，气体回收室与炉罐连通，气体回收室顶部设置有排气口；加料斗设置在炉体的最上端，加料斗与炉罐之间通过常温续料区连通，常温续料区穿置于气体回收室内；在炉罐底部的出料装置上面的、冷却区的下部的炉罐壁上设置有循环气进口，在循环气进口和气体回收室的排气口之间通过管道连接有气体处理装置。在炉罐内产生的、没有反应完的CO气体聚集到气体回收室内，然后通过排气口、经管道和气体处理装置使CO变为CO2，再进入炉罐的冷却区内，对进入冷却区的物料进行冷却，同时防止进入冷却区的物料由于反应温度降低不能产生还原性气体而使海绵铁发生氧化。
上述技术方案的气体处理装置的具体设备的设置是它包括CO气体洗涤塔、煤焦油吸油泵、循环气加热泵；其具体的连接方式是，CO气体洗涤塔与气体回收室的排气口连通，在此CO气体洗涤塔的底部与排气口之间设置有煤焦油吸油泵，在CO气体洗涤塔的出气端设置一CO回收管，此CO回收管与一气体压缩机连通，气体压缩机将多余的CO进行回收以便再利用；在CO气体洗涤塔出气端的通向炉罐底部循环气进口的管道上再依次连接一台煤焦油吸油泵、一台循环气加热装置和一台CO2气体洗涤塔，循环气加热装置将CO转变为CO2，然后输送到循环气进口；在CO2气体洗涤塔的出气端还设置一CO2排放口。
本发明的冷却水套的进一步改进在于在冷却水套和炉罐之间设置有螺旋挡板，冷却水套的进水口设置在下部，出水口设置在上部。
本发明的上料机构的进一步具体结构为它包括混料仓和输送装置，混料仓包括精铁矿粉仓、还原煤仓和返煤仓；经过第一次在炉内还原使用后的煤和物料，经过设置于出料装置的出料口处的破碎机破碎，经磁选机选择将海绵铁选出后，再经震动筛将能用的二次煤分再次送回到返煤仓，与精铁矿粉和还原煤混合，参与再一次的使用；返煤仓与筛分煤粉的震动筛之间设置有二次煤粉上料管路。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明可以利用煤粉和精铁矿粉直接混合后的原料直接入炉还原，而产生海绵铁。本发明采用电热元件加热，因此可以精确控制煤与精铁矿粉的反应温度；由于本发明的炉罐很细，又采用分段加热控制，能很容易的将煤与精铁矿粉的混合物料完全热透，并使物料的温度逐步升高，使煤能够在不同的温度阶段及时产生不同的还原气体，将精铁矿粉及时而充分的还原，得到最多的海绵铁。分段式的加热结构合理设置不同的长度后，步进式螺旋卸料机可以使物料在各加热区间之间的移动加快，不但能保证将精铁矿粉充分还原成海绵铁，而且可以提高还原效率，提高产量。
本发明的气体回收室及气体洗涤塔等装置的设置，可以将还原反应中多余CO气体进行回收再利用，另一方面也减少了排放CO气体对环境的污染；CO气体经过煤焦油吸油泵后经循环气加热装置将其转变为CO2气体，CO2经CO2气体洗涤塔之后，进入炉罐的底部，不仅能对进入炉罐冷却区的物料进行冷却，而且可以对冷却区内的物料起到保护作用，防止其与空气接触而发生氧化。
炉体底部设置的冷却水套，主要对炉罐内的物料进行冷却，使物料能够被迅速冷却到较低的温度，而不再发生氧化；其冷却水在冷却水套的上部会被高温的炉罐加热成蒸汽，这些蒸汽也可以再利用。水套内的螺旋挡板的设置使水能够充分与炉罐接触，增加了冷却性能。
由于本发明是利用煤粉和精铁矿粉之间反应而还原单质海绵铁，因此不需要将物料制成球团。经过一次使用的煤经过磁选、筛分，将煤和海绵铁分离后，形成二次煤粉，还可以再次回到混料仓直接使用，因此节约了成本，减少了原材料的浪费。
图1是本发明的结构示意图；其中1、加料斗，2、气体回收室，3、炉体，4、低温区，5、电热元件，6、中温区，7、高温区，8、冷却水套，9、进水口，10、上料管路，11、混料仓，12、震动筛，13、排气口，14、常温续料区，15、CO气体洗涤塔，16、煤焦油吸油泵，17、气体压缩机，18、循环气加热装置，19、CO2排放口，20、炉罐，21、出水口，22、冷却区，23、循环气进口，24、步进螺旋卸料机，25、破碎机，26、磁选机，27、螺旋挡板，28、CO2气体洗涤塔。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述本发明包括炉体3、位于炉体3上端的加料斗1以及与加料斗1连通的上料机构、炉体3下部的出料装置，出料装置是一步进螺旋卸料机24，炉体3的里面设置有保温层和耐热层，炉体的耐热层里面设置一根细长的耐热管，此耐热管即是还原海绵铁的炉罐20，炉罐20外面分段设置有电热元件5及控温元件，炉体3下部、电热元件5下面的炉罐20的外面设置有冷却水套8。
炉罐20外面的电热元件5及控温元件分段设置，其自上向下分为低温区4、中温区6和高温区7三段，冷却水套8处所形成的冷却区22位于高温区7的下面；炉体3的上部设置有气体回收室2，气体回收室2与炉罐20连通，气体回收室2顶部设置有排气口13；加料斗1设置在炉体3的上端，加料斗1与炉罐20之间通过常温续料区14连通，常温续料区14穿置于气体回收室2内；在炉罐20底部、步进螺旋卸料机24的上面的炉罐壁上设置有循环气进口23，在气体回收室2的排气口13通过管道与一CO气体洗涤塔15连通，在此CO气体洗涤塔15的底部设置有煤焦油吸油泵16，此煤焦油吸油泵连接在气体回收室2的排气口13和CO气体洗涤塔15的底部之间；在上述CO气体洗涤塔15的出气端设置一与CO回收管连通的气体压缩机17，将多余的CO进行回收以便再利用；在与上述CO回收管三通的管道上再依次设置一煤焦油吸油泵16、一循环气加热装置18和一CO2气体洗涤塔28，循环气加热装置18将CO转变为CO2，然后通过管道输送到炉罐20底部循环气进口23处，使CO2进入炉罐的冷却区，多余的CO2从CO2气体洗涤塔28的出气端的CO2排放口19排出或者回收利用。
在炉罐内产生的没有反应完的CO气聚集到气体回收室内，然后通过排气口进入CO气体洗涤塔15和煤焦油吸油泵16，处理干净后一部分由气体压缩机17排出，以回收再利用；一部分CO再经煤焦油吸油泵16、循环气加热装置18和CO2气体洗涤塔28变为CO2并处理干净，CO2气体的一部分经管道进入炉罐内，对进入冷却区的物料进行冷却，同时防止进入冷却区的物料由于反应温度降低不能产生还原性气体而被氧化，另一多余的部分则可经CO2排放口19排出。
在冷却水套8和炉罐之间设置有螺旋挡板27，冷却水套8的进水口9设置在冷却水套8的下部，出水口21设置在冷却水套8上部。
在步进螺旋卸料机24下面、炉罐的出料口处设置一破碎机25，破碎机25的出料口下面设置有磁选机26，磁选机26将海绵铁和用过的煤粉分离，煤粉进入震动筛12，经震动筛12筛选过的二次煤粉经二次煤粉上料管路送到混料仓11内，混料仓11包括精铁矿粉仓、还原煤仓和返煤仓，返煤仓用来存放上述使用过的二次煤粉。经过第一次在炉内还原使用后的煤与精铁矿粉和还原煤按比例直接混合，经混合后的物料再由上料管道10送到加料斗1内。物料将整个炉罐20充满，在步进螺旋卸料机24的推动下，物料自上向下运动，从加料斗1依次向下经过常温续料区14、低温区4、中温区6、高温区7、冷却区22，形成一个逐步加热、发生还原反应、冷却的循环过程，使精铁矿粉在煤粉所分解出的CO和H的作用下，还原成海绵铁。
权利要求
1.电加热连续生产海绵铁的设备，包括内部设置有耐热保温层的炉体、电热元件及其相应的控温元件，其特征在于炉体内设置一根耐热材料制成的细长的炉罐，炉罐外面分段设置有电热元件及控温元件，炉体下部的炉罐的外面设置有冷却水套；位于炉体上端有加料斗及其相应的上料机构，炉体下部设置有出料装置。
2.根据权利要求1所述的电加热连续生产海绵铁的设备，其特征在于所述炉罐外面的电热元件分段设置的结构自上向下分为低温区、中温区和高温区三段；炉体的上部设置有与炉罐连通的气体回收室，气体回收室顶部设置有排气口；设置在炉体上部的加料斗与炉罐之间通过穿置于气体回收室内的常温续料区连通；在炉罐底部的出料装置上部的炉罐壁上设置有循环气进口，在循环气进口和气体回收室的排气口之间通过管道连接有将CO转变CO2的气体处理装置。
3.根据权利要求2所述的电加热连续生产海绵铁的设备，其特征在于所述气体处理装置包括CO气体洗涤塔、煤焦油吸油泵、循环气加热泵，其具体的连接方式是，CO气体洗涤塔与气体回收室的排气口连通，在此CO气体洗涤塔的底部和其进气端之间设置有煤焦油吸油泵，在CO气体洗涤塔的出气端通向循环气进口的管道上再依次设置煤焦油吸油泵、将CO转变成CO2的循环气加热装置以及CO2气体洗涤塔；在CO气体洗涤塔的出气端还设置有将多余CO进行回收再利用的CO气体压缩机。
4.根据权利要求1所述的电加热连续生产海绵铁的设备，其特征在于所述冷却水套内壁和炉罐之间设置有螺旋挡板。
5.根据权利要求1所述的电加热连续生产海绵铁的设备，其特征在于所述上料机构包括混料仓和输送装置，混料仓包括精铁矿粉仓、还原煤仓和存放重复再利用的煤粉的返煤仓。
全文摘要
本发明公开了一种海绵铁的还原设备，具体是指一种电加热连续生产海绵铁的设备。它包括内部设置耐热保温层的炉体、位于炉体上端的加料斗以及与加料斗连通的上料机构、炉体下部的出料装置；炉体内设置一根耐热材料制成的细长的炉罐，炉罐外面分段设置有电热元件及控温元件，炉体的下部、炉罐的外面设置有冷却水套；炉体的上部设置有气体回收室，在炉罐底部的出料装置上面的炉罐壁上设置有循环气进口，在循环气进口和气体回收室的排气口之间通过管道连接有将CO转变CO
文档编号C21B13/12GK101067158SQ200710062119
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月6日 优先权日2007年6月6日
发明者王东海 申请人:王东海