专利名称：一种转底炉以及转底炉废气利用方法
技术领域：
本发明涉及钢铁冶炼领域。具体地讲，本发明涉及一种转底炉和利用转 底炉所产生的废气提高含碳球团还原效率的方法。
背景技术：
现今，煤基直接还原工艺有多种，其中，由于转底炉还原工艺具有设备 简单、操作容易、生产周期短、反应速度快、环境友好等优点，所以转底炉
还原工艺已经引起了广泛的关注。采用转底炉设备直接还原铁(DRI)工艺 主要包括以下步骤将铁矿粉与还原剂煤粉混合均匀，压制成含碳球团矿， 烘干；将干燥的含碳球团均匀地铺在转底炉上，使含碳球团在转底炉炉内的 还原区域(温度可达1300°C ~ 1400°C )内被还原15min-30min,即可得到金 属化率为85。/。以上的金属化球团。采用转底炉设备生产DRI的能耗一般为 13GJ/t,生产率为65-75kg/m2。转底炉设备用于生产DRI的优点在于，还原 温度高、时间短、炉料与炉底保持相对的静止不动，从而避免了回转窑、流 化床粘结、竖炉结瘤等问题。但是，由于在转底炉工艺中，采用辐射传热使 含碳球团中的铁矿粉在高温下被其中的碳和/或挥发分还原，火焰的高温热量 要靠辐射传热，所以燃烧着的火焰的高温只能达到料层表面，部分热量通过 料层的空隙辐射也只能达到表面1-2层的地方。这使得在转底炉炉底上只能 铺2-3层球团，料层厚度薄，仅为30-50mm。因此，生产效率很低，产能仅 为65-75kg/m2h。
图1示出了传统转底炉的结构示意图。如图1所示，转底炉100包括预 热段IO、还原^:20和冷却4殳30三个区^:。进料口 1位于转底炉100的预热 段IO，并设置在转底炉100的环形空间顶部。出料口 2位于转底炉IOO的冷 却段30，并设置在转底炉100的底部。含碳球团从转底炉进料口 1装入转底 炉的环形空间的底部，入炉的含碳球团经过转底炉回转(按图1中所示的箭 头方向)，回转一周逐渐完成还原过程，最后从出料口 2排出直接还原铁。在 传统的转底炉工艺中，炉料的加热通常是依靠辐射传热的。加热和还原过程中所产生的废气从炉顶的烟自3直接排出，没有得到再利用。
在转底炉生产直接还原铁的工艺中，从转底炉排出的废气中含有大量的 显热。因此，为了更好地利用废气余热，在现有技术中，主要利用从转底炉 排出的废气来预热空气中干燥的原材料或生产蒸汽。然而，在现有技术中还 未有对传统转底炉采取任何技术措施，并利用废气余热来预热炉料和促进还 原的文献和报道出现。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术的上述问题，通过提供一种改进的转底 炉，并通过这种改进的转底炉，利用其在生产过程中产生的高温废气余热来 预热炉料和促进还原过程，本发明可用于大规模生产的直接还原。
本发明采用以下技术方案来实现其目的本发明提供一种转底炉，包括 预热段、还原段和冷却段，本发明的特点是在所述转底炉的炉底布置有废气 利用装置，即布置在转底炉炉底的预热段和还原段的抽风机和透气砖；在转 底炉的预热段和还原段的炉底铺设有透气砖，透气砖与下方的抽风机相连； 本发明所述转底炉炉内的料层厚度可达100mm至300mm。
本发明还提供一种转底炉废气利用方法，该方法为A在转底炉炉底的 预热段和还原段铺设透气砖，透气砖下方连接有抽风机；B在转底炉炉内铺 设厚度达100mm至300mm的待还原料层；C在转底炉加热工作时，抽风冲几 将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖抽出，并在炉内预热段和还原 段的炉料中产生高温废气对流传热；D高温废气对流传热将预热段的炉料进 行强制预热；E高温废气对流传热为还原段的炉料提供热量，促进还原段炉 料的还原。
采用本发明的转底炉和转底炉废气利用方法，能够实现转底炉废气余热 高效利用、炉料传热快、料层厚，可以实现稳定连续生产，生产效率高。
图1示出了传统转底炉的示意图。 图2示出了根据本发明的转底炉的示意图。
具体实施例方式
4在本发明附图中，相同的标号始终表示相同的部件。下面将结合附图来 详细地描述本发明。
本发明通过对传统转底炉进行改进，充分利用转底炉的高温废气余热来 预热炉料和促进还原过程，从而提高了转底炉的生产效率。
图2示出了根据本发明的转底炉的示意图。参照图2，与传统的转底炉 100 —样，本发明的转底炉200包括预热段10、还原段20和冷却段30;进 料口 11位于转底炉100的预热段10,并设置在转底炉100的顶部；出料口 12位于转底炉100的冷却段30，并设置在转底炉100的底部；其特点是在预 热段10和还原段20的底部设置废气利用装置。
参照图1和图2，在传统的转底炉100中，高温废气从炉顶的烟囱3中 排出，废气余热利用率低。然而，在本发明中，与传统的转底炉100不同， 高温废气被废气利用装置在炉内进行高温废气对流传热，其余热被用来预热 预热段10的炉料，还为还原段20的还原过程提供热量，促进还原过程的加 速进行，最后再从炉底排出，从而充分利用了转底炉的高温废气，提高了转 底炉高温废气余热的利用率。
具体地讲，参照图2，根据本发明的废气利用装置包括在转底炉200的 预热段10和还原段20的底部布置的透气砖13和抽风机14。即，在转底炉 的预热段10和还原段20的底部铺设有透气砖13，透气砖13的下方连接有 多个抽风机14。抽风机抽出的废气走向是从炉料上部到炉料底部(如图2中 的箭头所示)然后被排出，抽风机带走的热量经过炉料时，对炉料起到了对 流传热的作用。
根据本发明，所用的透气砖为本领域技术人员通常所采用的透气砖。也 就是说，本领域技术人员可以在本发明的教导下，根据转底炉的大小在转底 炉的预热段和还原段底部布置透气砖。在本发明中，在转底炉预热段10和还 原段20底部布置的抽风机14的数量可以根据实际需要而定，抽风机的风量 由转底炉直接还原产生的废气量而定。例如，对于中径为14.5m、内径9.5m 的转底炉生产直接还原铁，可以使用总量约为3万n^的抽风机，而抽风机的 个数不限。
在本发明中，因为转底炉是连续进料，所以抽风机随着转底炉的运行而 工作，即连续运转，因而抽风机个数本身对料层的厚度没有影响，但是炉内 废气量对料层厚度有影响。例如，对于废气量为3万m3,可以将料层布置为lOOmm的厚度；对于废气量为10万m3，可以将料层布置为300mm的厚度。 料层越厚，废气余热利用率越高。
采用本发明的转底炉200及转底炉废气利用方法生产直接还原铁，通过 进料口 11将含碳球团送入转底炉200中，直接使料层达到一定厚度，优选地， 料层厚度在100mm至300mm的范围内。将转底炉产生的还原性高温废气经 透气砖13通过抽风机14抽出，废气抽出的过程是对转底炉预热段、高温还 原段的含碳球团进行强制传热的过程。即在转底炉加热工作时，抽风机将预 热段和还原段产生的高温废气通过透气砖抽出，并在炉内预热段和还原段的 炉料中产生高温废气对流传热，含碳球团在转底炉中不仅受到辐射传热的影 响，还受到强制传热的影响，从而在对炉料进行辐射传热的同时还对其进行 强制加热，促进了含碳球团的快速还原。因此，与传统的转底炉相比，采用 本发明的转底炉能够实现废气余热的高效利用，由于炉料之间传热加快，加 料层厚可达100mm至300mm并可充分还原。因此，本发明的转底炉直接还 原大规模生产。
本发明的高温废气余热高效利用可对炉料进行预热，可促进还原的快速 反应；抽风机抽出的高温废气对炉料进行强制对流传热使炉料的传热速度加 快，可预热和还原较厚的炉料，使料层的上中下部位都能够获得足够热量， 炉料得到充分还原。而传统的转底炉炉料传热仅仅是辐射传热，因此，其料 层厚度很薄，仅为30-50mm。下面，将结合本发明的具体实施方式
对本发明 进行进一步的说明。
实施例1:
本发明在转底炉的炉底布置有废气利用装置，该废气利用装置为布置在 转底炉200预热-歐10和还原革爻20的炉底部位的透气-争13和抽风才几14;转 底炉的预热段10和还原段20的炉底铺设有透气砖13，透气砖13的下方连 接有多个抽风机14。
采用本发明的转底炉废气利用方法，首先将含碳球团炉料送入本发明的 转底炉内，直接使料层厚度达到100mm,在转底炉加热工作时，使用抽风机 14将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖13抽出，并在炉内预热段 和还原段的炉料中产生高温废气对流传热；高温废气被抽出的过程即对转底 炉预热段和还原段的含碳球团进行强制预热、传热和加热，并促进含碳球团 的还原。利用高温废气加热还原后的金属化球团金属化率达到91.02%,生产率可达130kg/m2，生产每吨直接还原铁(DRI)能耗降低0.5GJ，即能耗降低 0.5GJ/(t'DRI)。 实施例2:
在实施例1的改进转底炉结构的基础上，采用本发明的转底炉废气利用 方法，首先将含碳球团炉料送入本发明的转底炉内，直接使料层厚度达到 200mm，在转底炉加热工作时，使用抽风机14将预热段和还原段产生的高温 废气通过透气砖13抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对 流传热；高温废气被抽出的过程即对转底炉预热段和还原段的含碳球团进行 强制预热、传热和加热，并促进含碳球团的还原。利用高温废气加热还原后 的金属化球团金属化率达到88%,生产率可达260kg/m2，生产每吨直接还原 铁(DRI)能耗降低1.3GJ/(fDRI)。
实施例3:
在实施例1的改进转底炉结构的基础上，采用本发明的转底炉废气利用
300mm，在转底炉加热工作时，使用抽风机14将预热段和还原段产生的高温 废气通过透气砖13抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对 流传热；高温废气被抽出的过程即对转底炉预热段和还原段的含碳球团进行 强制预热、传热和加热，并促进含碳球团的还原。利用高温废气加热还原后 的金属化球团金属化率达到85%以上，生产率可达390kg/m2，生产每吨直接 还原铁(DRI)能耗降低2GJ/(fDRI)。
本发明所用的透气砖为本领域技术人员通常所采用的透气砖，在转底炉 预热段10和还原段20底部布置的抽风机14的数量可以根据实际需要而定。 例如，可以在转底炉预热段10和还原段20布置3至5个抽风机。
本发明与传统的转底炉相比，具有以下优点
(1 )可以实现高温废气余热的高效利用，废气余热利用率可以达到30% 至70%,节省能源；
(2 )转底炉炉底的抽风机将高温废气从炉底抽出时，对炉料起到了预热 和强制传热的作用，从而降低了能耗，生产每吨直接还原铁(DR1)可降低 能耗0.5GJ至2GJ。
(3 )料层厚，可达100mm至300mm,使生产效率提高。 因此，本发明可使转底炉的高温废气得到高效利用，能耗降低，实现稳
7定连续生产，提高生产效率的目的。
权利要求
1、一种转底炉，包括预热段、还原段和冷却段，其特征在于在所述转底炉的炉底布置有废气利用装置，包括布置在转底炉炉底的抽风机和透气砖。
2、 根据权利要求1所述的转底炉，其特征在于所述的废气利用装置布 置在所述转底炉炉底的预热段和还原段。
3、 根据权利要求2所述的转底炉，其特征在于所述转底炉的预热段和 还原段的炉底铺设有透气砖，透气砖与下方的抽风机相连。
4、 根据权利要求3所述的转底炉，其特征在于抽风机的风量由转底炉 直接还原产生的废气量而定。
5、 根据权利要求1所述的转底炉，其特征在于所述转底炉炉内的料层 厚度达100mm至300mm。
6、 一种如权利要求1所述的转底炉的废气利用方法，其特征在于A在转底炉炉底的预热段和还原段铺设透气砖，透气砖下方连接有抽风机；B在转底炉炉内铺设厚度达100mm至300mm的待还原料层； C在转底炉加热工作时，抽风机将预热段和还原段产生的高温废气通过 透气砖抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对流传热； D高温废气对流传热将预热段的炉料进行强制预热； E高温废气对流传热为还原段的炉料提供热量，促进还原段炉料的还原。
7、 根据权利要求6所述的转底炉废气利用方法，其特征在于抽风机的 风量由转底炉直接还原产生的废气量而定。
全文摘要
本发明公开了一种转底炉以及转底炉废气利用方法，其特点是在所述转底炉的炉底布置有废气利用装置，即在转底炉炉底布置有抽风机和透气砖；本发明在转底炉生产时，抽风机将转底炉产生的高温废气抽出，使其在炉内的炉料中产生高温废气对流传热，对炉料进行强制预热并对还原炉料提供热量，促进还原段炉料的还原，本发明的料层厚度可达100mm至300mm。采用本发明的转底炉和转底炉废气利用方法，能够实现转底炉废气余热高效利用、炉料传热快、料层厚，可以实现稳定连续生产，生产效率高。
文档编号C21B13/08GK101476011SQ20091000754
公开日2009年7月8日 申请日期2009年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者群 何, 刘功国, 文永才, 李占军, 汤天宇, 逊 薛, 君 邓 申请人:攀钢集团研究院有限公司;攀枝花钢铁(集团)公司;攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司