专利名称：一种低能耗无环境污染的炼铁装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶炼设备，具体地说，本实用新型是一种低能耗 的、无环境污染的炼铁装置。
背景技术：
人类对钢铁的利用有超过千年的历史，钢铁对人类文明发展的贡 献是毋庸置疑的。随着生产力的发展，人们对钢铁的需求不管是在质 上还是量上都提出越来越高的要求，因而对钢铁冶炼的技术提出了更 高的要求。
随着冶炼技术的发展，高炉生产也空前发展，高炉容积在不断地 扩大。高炉炼铁发展到今天，消耗下降，成本降低，生产率几乎达到 顶峰，为人类文明和经济发展做出巨大贡献，现在仍然是钢铁生产的
主力军。在世界钢铁工业中，炼钢生铁的供应60%左右来自高炉， 而我国几乎100%来自高炉炼铁。然而，随着时代的发展，在资源、 环境、效率等条件的约束下，高炉炼铁生产却遇到了新的挑战，而且 这些挑战大多来自高炉自身的发展。
这些挑战主要体现在
1.对炉料要求高、配套环节多、投资庞大
为保证焦炭和铁矿石构成的料柱的透气性，高炉炉料必须是块 状，且有较均匀的粒度，就需要对矿粉进行造块(烧结、球团)加工。 从炼铁前的原料场到烧结(球团)厂、焦化厂，再到高炉炼铁系统， 生产流程很长，而且总投资十分庞大。2. 生产成本高，难以满足环保的要求
高炉炼铁必须使用焦炭，然而焦煤的资源却越来越少，且焦炭资 源不可再生，焦炭价格急剧上涨，导致了生铁成本的大幅上升。烧结 矿、球团矿和焦炭的生产及这些原燃料在满足高炉生产的过程中会给 大气、水和环境造成污染。越来越高的环保要求使高炉炼铁技术的发 展越来越难以满足需要。
3. 生产效率己近极限
众所周知，传统高炉过分地依赖间接还原，矿石中约2/3的氧是 靠间接还原去除的，因此铁氧化物在高炉内还原和熔炼一般要停留很 长时间，即从炉料投入到高炉出铁需要6.5 7小时。尽管高炉采用 了各种强化冶炼技术，但这种依赖气固反应为主的熔炼工艺要想继续 提高生产率已非常困难。
高炉炼铁生产遇到空前挑战，各种新的炼铁工艺方法不断涌现， 其中就包括直接还原的炼铁方法。
直接还原炼铁方法限于以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源， 是在铁矿石(或含铁团块)呈固态的软化温度以下进行还原获得金属 铁的方法。这种金属铁由于还原温度低，产品呈多孔低密度海绵状， 称为直接还原铁(DRI)或海绵铁。DRI由于其成分稳定，有害元素含 量低，特别是不易氧化的金属夹杂元素少，粒度均匀，不仅可以补充 废钢资源的不足，而且作为电炉炼钢的原料和转炉炼钢的冷却剂，对 保证钢材的质量，特别是合金钢的质量，起着不可替代的作用，是炼 钢的优质原料。据日本神户制钢预测，2010年直接还原铁产量将为 10700万t。
直接还原冶炼按照主体能源的不同，将其分为气基直接还原、煤基直接还原和电直接还原三大类。其中，电直接还原以电力为主要能 源，因为要消耗大量的电力，目前多已停产。煤基直接还原方法存在 生产效率低、生产规模小、反应温度高、容易出现结圈结瘤的缺点， 使用范围有限。
气基直接还原由于具有生产效率高、能耗低、操作容易等优点，
成为直接还原铁生产最主要的方法，约占DRI总产量的90%以上。 但因受地理分布的局限，该方法主要分布在中东、南美等天然气资源 丰富的地区。代表较为节能的工艺有Midrex竖炉法、HYL反应罐 法等。
① Midrex竖炉法。Midrex竖炉法是气基直接还原铁生产技术 的主导工艺，该工艺由Midland Ross公司开发，目前已占直接还原 铁市场60%以上。球团或块矿在竖炉内被天然气还原，生成DRI。 此工艺要求有充裕的天然气，且生产指标较高，投资大。
② HYL反应罐法。原料天然气首先用活性炭脱硫，然后与过量 水蒸气混合，在85(TC-1050。C下进行催化反应。反应罐组由多个反应 罐组成。反应罐之间有一套复杂的还原气管路相连接。高温还原气通 入主还原罐，将经过预热和预还原的矿石还原成海绵铁。工艺复杂， 设备众多，投资大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种炼铁装置，该炼铁装置具有低能 耗、无环境污染的优点。
针对我国铁矿资源和煤矿资源的特殊性及对环保的要求，目前市 场上迫切需要一种低能耗无环境污染的炼铁装置，该装置既能很好地 解决了以往直接还原炼铁的不足，还节能、环保，使同时实现环保、节能、大规模地炼铁生产成为可能。
为了实现上述的实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案 一种低能耗无环境污染的炼铁装置，由若干独立反应模块相互首 尾连接而成，每个反应模块由电机、减速器、联轴器、温控单元、保 温层、螺筒、螺杆、与其它模块的螺杆端部相连接的连结管组成，螺 杆尾部接有联轴器，联轴器接有电机及减速器；在螺杆芯部套有螺筒， 螺筒上包覆有温控单元。
该炼铁装置使用独立反应模块的优点有(1)、避免过长的螺筒
因为自重和温差过大造成形变；(2)、避免螺杆传动力矩过大，造成 机械的不稳定；(3)、可以对物料进行分段的温度控制，有利于反应 的进行；(4)、对每段物料施加合适的热量，充分节省能源。(5)、模 块化的设计制造，对不同的物料和生产现场具有极佳的适应性，做到 设备的通用化，最大程度节省人力、物力，并且极大地縮短炼铁厂建 设周期。
电机通过减速器、联轴器构成转速可调的动力源向螺杆提供旋转 的动力。
各模块之间通过连结管成一定角度连结；所述的相互首尾连接的 各模块之间水平的夹角角度为0° 90° 。其中，较佳的夹角角度范 围是0° 15° ，最佳的角度是15。，物料在螺筒中由于其本身的自 重，高位物料填压在低位物料之上自动形成反应所必须的密闭氛围。
所述的联轴器是传动时能够随时调整中心位置的传动装置。这是 因为螺筒和螺杆在加热过程中会发生形变，导致螺杆中心位置的改 变，所以必须使用能够随时调整中心位置的传动装置才能保证动力的 可靠传输。所述的联轴器是各种弹性、挠性、万向节连接方式。 所述的螺筒是密闭的螺筒。这是因为还原炼铁的过程必须保证对 氧气的隔绝，所以螺筒必须密闭。
螺筒、螺杆的材质为耐600。C-130(TC的各种金属、非金属材料。 还原炼铁对温度有较高要求，只有耐得高温的材料才能够作为设备制 造用料。
所述的炼铁装置不同于已有炼铁装置的一个非常重要特点就是 利用热传导实现物料的加热，热效率高，极大地减少了无用功生成， 降低炼铁的能耗。
所述的温控单元是低能耗加热装置、密闭导热油冷却器或密闭循 环水冷却器。每个反应模块，温控单元是三者任选其一种。在还原炼 铁过程需要使用低能耗加热装置，提供反应必须的温度条件；当炼铁 过程完成，开始收取产品时，则利用密闭导热油冷却器或密闭循环水 冷却器回收高温产品所带有的余热。
密闭导热油冷却器、密闭循环水冷却器是包裹在表面装有散热鳍 片的螺旋输送器外层，利用导热油、水或其他导热介质回收余热。余 热用于物料的干燥、发电及化学反应用途，以进一步达到节能的目的。
为了使物料在设备中输送顺畅且保证密闭气氛，要求物料填满螺 杆与螺筒之间的空隙。但由于物料在进入设备时呈疏松状态，且随着 反应的进行，物料中的铁元素经历Fe203-Fe3(VFeO-Fe的转化过程， 其单位体积重量呈现由低到高的变化趋势，为了保证物料填满螺杆与 螺筒之间的空隙需根据物料反应过程中堆积密度发生变化调整各独 立反应模块相应的转速，达到各独立反应模块同步输送同体积物料的 目的，经过试验的确定，各独立反应模块运动速度差在l-9之间。只要增加或减少单个反应模块，扩大或縮小螺筒螺杆直径，即可 增大、减少炼铁产量；
电机及减速器可以是转速可调也可以是转速不可调。 物料由含铁物质、碳酸盐、煤、添加剂按合适比例配伍而成，具
体比例根据含铁物质性质确定。炼铁过程中，由煤中所含c与碳酸
盐受热分解产生的co2反应直接生成还原气体CO，由CO还原含铁 物质中的铁元素，实现铁元素与其他元素的分离，达到炼铁的目的。 而原矿中的硫、磷、硅等杂质则被固定在固体灰分中，不会对环境造 成其他污染，同时，生成的精铁由于此类有害元素的脱去，也成为优 质的炼钢、铸造和粉末冶金的原料。
物料中的含铁物质包括但不限于磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱
铁矿、假象赤铁矿、钛铁矿、钒钛铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿及含铁钢
渣、含铁灰尘、含铁尾矿、硫酸渣等；物料形状可以是粒状、粉状、 柱状、块状、球团状等。
如物料为高品位铁矿石，生成的产品则会具有铁含量高、灰分低 等特点，其可作为炉料直接投入炼钢炉，此时可去除余热回收装置， 入炉温度达到80(TC以上。从而避免对物料的冷却和再加热，十分节 省能源。
当物料品位低，生成的产品TFe在90%以下，不可作为炉料直 接投入炼钢炉时，则对其降温，回收余热，然后进行磨洗磁选处理， 使产品品位达到要求。同时为了防止已还原的铁被再次氧化，还需要 对产品进行钝化处理，最终使产品符合炼钢、铸造和粉末冶金要求。
本实用新型具有以下的优点
由于采用了上述技术方案，使本实用新型与已有设备、技术工艺相比具有如下优点及效果
a、 该装置采用模块化设计，整套装置可根据实际生产需要采用 不同的模块数量和组合方式，集低能耗加热、物料输送、反应器、余 热回收和废气固化五大功能于一体，大大减少设备数量和复杂程度， 简单可靠；
b、 由低能耗加热装置提供物料反应所需热量，初步实现降低能
耗；
c、 由电机、减速器、联轴器组成的动力单元，可调性、可靠性 都很高，对物料和生产条件适应范围广；
d、 物料在各模块之间运动，由于装置特殊设计和螺旋运动方式 在装置中自发形成反应所必需的密闭环境；
e、 由于在一套装置中直接产生还原气体和脱去硫、磷等有害元 素，大大减少了炼铁过程的设备数量和投资，极大简化了炼铁的工艺 流程，也实现了炼铁行业多年追求的对环境污染最小化；
f、 经过单一设备即可实现从原料到产品的转化，生产效率得到 极大提高，节省设备和投资，经济效益十分显著，同时生成的产品还 具有有害成分极低的特性，是优质的炼钢、铸铁、粉末冶金的原料；
g、 最后两节模块分别使用密闭导热油冷却器和密闭循环水冷却 器回收物料的余热，进一步实现低能耗的目的，同时也降低了对环境 的热污染；
h、 保温层极大的阻止了整套设备的热损失，提高了设备的能量 利用率，它与低能耗加热方式、余热回收和独特的生产工艺一道最终 实现整套设备的极低能耗，与已经存在的最节能炼铁方式相比仍然节 能10%以上；i、采用螺杆输送物料，能增大物料和反应剂接触面积并在有限 的空间内加大物料的行走路径，强化传热和保证反应时间，能够确保
物料的快速反应，同时实现物料的大量快速输送；
j、螺杆的旋转除了起到输送物料的作用外还起到诸如均匀加 热物料、加大物料受热面积等作用，相应的螺杆参数和管壁参数皆可 根据不同物料和反应进行相应调整，大大提高设备的通用性和适应 性；
k、具有投资少、生产效率高、能耗极低、对环境无污染等优点， 因而市场前景十分广阔。
图1是本实用新型的俯视结构示意图。
图2是本实用新型的侧视结构示意图。
附图标记说明1.电机及减速器；2.联轴器；3.加热装置；4. 保温层；5.螺筒；6.螺杆；7.连结管；8.密闭导热油冷却器；9.密 闭循环水冷却器。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示， 一种低能耗无环境污染的炼铁装置，由四块 独立反应模块相互首尾连接而成，每块反应模块由电机及减速器1、 联轴器2、温控单元、保温层4、螺筒5、螺杆6、与其它模块的螺杆 6端部相连接的连结管7组成，螺杆6尾部接有联轴器2，联轴器2 接有电机及减速器l;在螺杆6芯部套有螺筒5，螺筒5上包覆有温 控单元。
如图1所示，温控单元具体是低能耗加热装置3、密闭导热油冷却器8或密闭循环水冷却器9。低能耗加热装置3、密闭导热油冷却 器8、密闭循环水冷却器9分别安装在不同的反应模块上。
相互首尾连接的各模块之间的角度为15° ，如图2所示。螺筒 是密闭的螺筒，物料在螺筒中自主形成反应所必须的密闭氛围。
联轴器是万向节。也可以采用其它传动时能够随时改变中心位置 的传动装置，如软连接。
整套系统由若干独立反应模块通过连结管7组合而成，单个模块 中由电机及减速器1通过联轴器2提供螺杆5旋转的动力，由低能耗 加热装置3向螺筒5提供热量来加热物料，使添加剂与煤反应生成还 原气体CO和脱硫、脱磷剂，物料中的含铁物质与还原气体反应生成 铁和其他物质，其中含硫、含磷废气被脱硫、脱磷剂固化成为亚硫酸 盐、亚磷酸盐等，最终实现铁与其他物质的分离并对环境不造成污染。 物料由螺杆6带动被从料斗中输出，并在整个设备中作螺旋运动，同 时受螺杆6的剪切和混合作用，在反应器中发生反应生成产品，随后 产品被排出整套反应装置进入后续工艺步骤。每个独立反应模块皆敷 有保温层4，阻止热量的散失。在最后的几个模块螺筒5外用密闭导 热油冷却器8或密闭循环水冷却器9回收余热。
以上对本实用新型所提供的低能耗无环境污染的炼铁装置进行 了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式 进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法 及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型 的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述， 本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.一种低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于若干独立反应模块相互首尾连接而成，每个反应模块由电机、减速器、联轴器、温控单元、保温层、螺筒、螺杆、与其它模块的螺杆端部相连接的连结管组成，螺杆尾部接有联轴器，联轴器接有电机及减速器；在螺杆芯部套有螺筒，螺筒上包覆有温控单元。
2. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的温控单元是低能耗加热装置、密闭导热油冷却器或密 闭循环水冷却器。
3. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的相互首尾连接的各模块之间水平的夹角角度为0°
4. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的联轴器是传动时能够随时改变中心位置的传动装置。
5. 根据权利要求4所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的联轴器是万向节或软连接。
6. 根据权利要求2所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特征在于所述的低能耗加热装置是电阻加热器、红外热管加热器或者 换热器。
7. 根据权利要求1所述的低能耗无环境污染的炼铁装置，其特 征在于所述的螺筒是密闭的螺筒。
专利摘要本实用新型公开了一种低能耗无环境污染的炼铁装置。该低能耗无环境污染的炼铁装置，由若干独立反应模块相互首尾连接而成，每个反应模块由电机、减速器、联轴器、温控单元、保温层、螺筒、螺杆、与其它模块的螺杆端部相连接的连结管组成，螺杆尾部接有联轴器，联轴器接有电机及减速器；在螺杆芯部套有螺筒，螺筒上包覆有温控单元。该装置采用模块化设计，整套装置可根据实际生产需要采用不同的模块数量和组合方式，集低能耗加热、物料输送、反应器、余热回收和废气固化五大功能于一体，大大减少设备数量和复杂程度，简单可靠。本实用新型是可以同时实现环保、节能、大规模地炼铁生产的炼铁装置。
文档编号C21B11/00GK201317786SQ200820180908
公开日2009年9月30日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者刘海卫, 鑫 张, 李柏荣, 王绍华, 黄星星 申请人:李柏荣