专利名称：高温直接还原铁冷却方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种高温直接还原铁的冷却方法及系统。
背景技术：
转底炉处理钢铁企业尘泥和直接还原铁矿石工艺主要有日本的神户制钢和美国米德兰公司共同开发的fastmelt工艺和加拿大国际镍公司开发的Inmetco工艺。他们的工艺流程相似，首先将原料包括钢铁厂粉尘或精矿粉、煤粉、粘结剂等通过混勻机混勻，然后采用造球机造球并对生球进行烘干预热，接着进入转底炉在高温下进行还原反应，将氧化铁球团还原成直接还原铁球团；从转底炉出来的直接还原铁球团温度一般都比较高，在 1000°C 1100°C，需要通过冷却保护系统进行冷却得到产品作为高炉入炉原料。目前该冷却保护系统有两种模式一种是直接将高温的球团放入水里进行冷却； 另外一种是通过在冷却筒内通入保护性气体进行保护，同时在筒体外壁喷水或通水进行间接冷却。这两种模式的冷却都有其缺点前一种冷却模式虽然冷却速度快，但是高温的球团直接进入水池里，很容易产生爆裂，从而使得球团不满足作为高炉入炉原料的要求；此外， 铁被水氧化生成的四氧化三铁的量也比较多，从而降低了球团产品的铁金属化率，使得被氧化的铁在转底炉内被加热还原消耗的能量白白地浪费了 ；后一种冷却模式虽然不会对球团产生氧化，但是由于它是采用里面通氮气保护，外面冷却的模式，球团的热量要通过气体传递，而气体传热效果不是很好，所以为了能达到所需的冷却温度，必须增加冷却设备的长度，这就使得冷却系统的投资成本较高，同时保护气体和冷却水的用量也因此会比较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高温直接还原铁冷却方法及系统，既能快速冷却高温直接还原铁，又不会使球团碎裂，同时铁也基本不会氧化，系统设备规模较小，降低生产运行成本。本发明公开了一种高温直接还原铁冷却方法，在保护性气体的保护下，先对高温直接还原铁直接喷水雾冷却至620°C以上，再对直接还原铁的容器外壁喷水或通水冷却，从而间接冷却直接还原铁。进一步，在所述对高温直接还原铁直接喷水雾冷却的同时，也对直接还原铁的容器外壁喷水或通水冷却，从而间接冷却直接还原铁；
进一步，所述保护性气体为惰性气体；
进一步，所述直接还原铁为直接还原铁球团，所述直接还原铁的容器为冷却筒。本发明还公开了一种实现上述高温直接还原铁冷却方法的系统，包括带有安装倾角的冷却筒，所述冷却筒的高端为进料端，低端为出料端，冷却筒的筒体连通有保护性气体管，所述冷却筒的筒体分为两段，靠近进料端的一段为高温段，靠近出料端的一段为低温段，高温段的筒体内设有水雾喷口且筒体内的直接还原铁球团温度> 620°C，低温段的筒体外设有对筒体外壁喷水冷却的喷淋水管。进一步，所述高温段的筒体外也设有对筒体外壁喷水冷却的喷淋水管；
进一步，还包括保护性气体循环装置，所述保护性气体循环装置包括依次连通的冷凝器、保护性气体储存罐和风机，所述风机出口与保护性气体管连通，所述保护性气体管与冷却筒的出料端连通，所述冷却筒的进料端连通有溜槽，溜槽上设有开口，开口处设有挡板， 所述溜槽上的开口与冷凝器连通；
进一步，所述冷凝器包括壳体和设置于壳体内的冷凝水管，壳体底部通过阀门与排水管连通；
进一步，还包括设置于冷却筒下方用于收集筒体外壁余水的集水池，所述集水池通过循环泵分别与喷淋水管和水雾喷口连通；
进一步，所述冷却筒呈卧式布置，筒体由托圈和筒体支撑轮支撑，筒体可在传动系统的驱动下转动。本发明的有益效果在于
1、本发明通过对铁与水蒸气的化学反应性质进行分析，得出620°c以上铁与水蒸气不会发生反应，从而先对高温直接还原铁直接冷却(可以同时辅以间接冷却)，利用直接还原铁与水的直接接触换热，通过水的汽化蒸发吸热，从而带走大量的热量，实现快速冷却，控制这一阶段直接还原铁的温度在620°C以上(这一阶段完成时，最佳温度为630°C ^620°C), 就既可实现快速冷却的效果，也避免铁被水氧化；然后再按常规的间接冷却方式冷却至所需温度(一般要求为300°C 250°C)，此时没有将水与直接还原铁直接接触，避免了铁被水氧化；整个冷却过程是在保护性气体的保护下进行，以防止铁被空气氧化。相对于全程间接冷却的方式，先直接冷却再间接冷却的方式冷却效率更高，而且也可以避免铁被再次氧化或球团爆裂；
2、由于直接喷水雾冷却与间接冷却相比，冷却效果较好，冷却需要的用水量相比于间接冷却方式需要的用水量就会减少很多；同时由于冷却速度比较快，冷却筒体长度缩短，需要的保护性气体也会相对较少；因此，整个冷却系统的建设和运行成本比间接冷却方式要低；
3、使用的冷却水回流到冷却筒下面的集水池，通过泵循环使用，节约了冷却水的补充
量；
4、本发明将保护性气体通过循环装置回收，减少了稀缺的保护性气体的用量，进一步减少了系统运行成本。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1为本发明的高温直接还原铁冷却系统的结构示意图。
具体实施例方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。 本发明的高温直接还原铁冷却方法，在保护性气体的保护下，先对高温直接还原铁直接喷水雾冷却至620°C以上，再对直接还原铁的容器外壁喷水或通水冷却，从而间接冷却直接还原铁。根据铁与水蒸汽反应的化学热力学知道，当温度高于620°C时，铁与水反应(生成四氧化三铁和氢气或者生成氧化亚铁和氢气)的吉布斯自由能大于0，所以不会发生反应；因此，先对高温直接还原铁直接冷却，利用直接还原铁与水的直接接触换热， 实现快速冷却，控制这一阶段直接还原铁的温度在620°C以上(这一阶段完成时，最佳温度为630°C飞20°C)，就既可实现快速冷却的效果，也避免铁被水氧化；然后再按常规的间接冷却方式冷却至所需温度(一般要求为300°C 250°C)，此时没有将水与直接还原铁直接接触，避免了铁被水氧化；整个冷却过程是在保护性气体的保护下进行，以防止铁被空气氧化。相对于全程间接冷却的方式，先直接冷却再间接冷却的方式冷却效率更高，而且也可以保证铁不会被再次氧化。上述方法中，在所述对高温直接还原铁直接喷水雾冷却的同时，也对直接还原铁的容器外壁喷水或通水冷却，从而间接冷却直接还原铁；直接冷却的同时辅以间接冷却，可进一步提高冷却效率。上述方法中，所述保护性气体为惰性气体，如氮气等。上述方法中，所述直接还原铁为直接还原铁球团，所述直接还原铁的容器为冷却筒；当然，本发明的方法并不限于用于冷却直接还原铁球团，本发明也适用于其它需要冷却高温直接还原铁的情况。图1为本发明的高温直接还原铁冷却系统的结构示意图，如图所示，本发明的实现上述高温直接还原铁冷却方法的系统，包括带有安装倾角的冷却筒1，所述冷却筒1的高端为进料端la，低端为出料端lb，冷却筒1的筒体连通有保护性气体管2，所述冷却筒1的筒体分为两段，靠近进料端Ia的一段为高温段lc，靠近出料端Ib的一段为低温段ld，高温段Ic的筒体内设有水雾喷口 3且筒体内的直接还原铁球团温度> 620°C，低温段Id的筒体外设有对筒体外壁喷水冷却的喷淋水管4。作为上述技术方案的进一步改进，所述高温段Ic的筒体外也设有对筒体外壁喷水冷却的喷淋水管4 ；在高温段，直接冷却的同时辅以间接冷却，可进一步提高冷却效率。作为上述技术方案的进一步改进，还包括保护性气体循环装置，所述保护性气体循环装置包括依次连通的冷凝器5、保护性气体储存罐6和风机7，所述风机7出口与保护性气体管2连通，所述保护性气体管2与冷却筒1的出料端Ib连通，所述冷却筒1的进料端Ia连通有溜槽8，溜槽8上设有开口，开口处设有挡板9，所述溜槽8上的开口与冷凝器 5连通；保护性气体沿着筒内进入到高温段Ic与高温段Ic的水蒸气一同在溜槽8上的开口处进入冷凝器5，水蒸气在冷凝器5处被冷却凝结成水滴，保护性气体再进入保护性气体储存罐6里继续循环使用；挡板9可以挡住保护性气体直接沿溜槽8流动，使得其进入保护性气体循环装置，保护性气体储存罐6还连通有保护性气体补充管10 ；将保护性气体通过循环装置回收，减少了稀缺的保护性气体的用量，进一步减少了系统运行成本。所述冷凝器5包括壳体和设置于壳体内的冷凝水管，壳体底部通过阀门fe与排水管恥连通；当冷凝器5下部冷凝收集的水超过一定量时就将阀门如打开，将冷凝的水排放出来。作为上述技术方案的进一步改进，还包括设置于冷却筒1下方用于收集筒体外壁余水的集水池11，所述集水池11通过循环泵12分别与喷淋水管4和水雾喷口 3连通；喷淋到筒体外壁上的水没有汽化蒸发的沿着筒体外壁落到下面的集水池11，集水池11里的水又通过循环泵12抽到上面的冷却用水主管路，供筒体内外冷却水使用，节约了冷却水的补充量。所述冷却筒1呈卧式布置，筒体由托圈和筒体支撑轮支撑，筒体可在传动系统的驱动下转动。上述冷却系统的工艺流程如下
从转底炉出来的高温的直接还原铁球团经过溜槽8进入冷却筒1，在冷却筒1内旋转， 由进料端Ia移至出料端lb。高温段Ic的筒体内直接还原铁球团温度高于620°C，通过水雾喷口 3喷出的水雾与球团直接接触换热，将球团冷却到630°C 620°C，同时对筒体外壁进行喷水冷却，从而间接对筒体内球团进行冷却；低温段Id的筒体内球团温度低于620°C，对筒体外壁进行喷水冷却，从而间接对筒体内球团进行冷却。根据冷却筒1的筒体直径以及需要冷却的球团的小时产量计算高温段Ic和低温段Id的长度，如下表所示，本发明4个实施例的筒体参数
权利要求
1.一种高温直接还原铁冷却方法，其特征在于在保护性气体的保护下，先对高温直接还原铁直接喷水雾冷却至620°c以上，再对直接还原铁的容器外壁喷水或通水冷却，从而间接冷却直接还原铁。
2.根据权利要求1所述的高温直接还原铁冷却方法，其特征在于在所述对高温直接还原铁直接喷水雾冷却的同时，也对直接还原铁的容器外壁喷水或通水冷却，从而间接冷却直接还原铁。
3.根据权利要求1或2所述的高温直接还原铁冷却方法，其特征在于所述保护性气体为惰性气体。
4.根据权利要求1或2所述的高温直接还原铁冷却方法，其特征在于所述直接还原铁为直接还原铁球团，所述直接还原铁的容器为冷却筒。
5.一种实现权利要求1所述的高温直接还原铁冷却方法的系统，包括带有安装倾角的冷却筒(1)，所述冷却筒⑴的高端为进料端(Ia)，低端为出料端(Ib)，冷却筒⑴的筒体连通有保护性气体管O)，其特征在于所述冷却筒(1)的筒体分为两段，靠近进料端(Ia) 的一段为高温段(Ic)，靠近出料端(Ib)的一段为低温段(Id)，高温段(Ic)的筒体内设有水雾喷口(；3)且筒体内的直接还原铁球团温度彡620°C，低温段(Id)的筒体外设有对筒体外壁喷水冷却的喷淋水管G)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述高温段(Ic)的筒体外也设有对筒体外壁喷水冷却的喷淋水管G)。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于还包括保护性气体循环装置，所述保护性气体循环装置包括依次连通的冷凝器(5)、保护性气体储存罐(6)和风机(7)，所述风机(7)出口与保护性气体管(2)连通，所述保护性气体管(2)与冷却筒(1)的出料端(Ib) 连通，所述冷却筒(1)的进料端(Ia)连通有溜槽(8)，溜槽( 上设有开口，开口处设有挡板(9)，所述溜槽⑶上的开口与冷凝器(5)连通。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述冷凝器(5)包括壳体和设置于壳体内的冷凝水管，壳体底部通过阀门(5a)与排水管(5b)连通。
9.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于还包括设置于冷却筒(1)下方用于收集筒体外壁余水的集水池(11)，所述集水池(11)通过循环泵(12)分别与喷淋水管(4) 和水雾喷口( 连通。
10.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于所述冷却筒(1)呈卧式布置，筒体由托圈和筒体支撑轮支撑，筒体可在传动系统的驱动下转动。
全文摘要
本发明公开了一种高温直接还原铁冷却方法及系统，在保护性气体的保护下，先对高温直接还原铁直接喷水雾冷却至620℃以上，再对直接还原铁的容器外壁喷水或通水冷却，从而间接冷却直接还原铁；本发明通过对铁与水蒸气的化学反应性质进行分析，得出620℃以上铁与水蒸气不会发生反应，从而先对高温直接还原铁直接冷却，既可实现快速冷却的效果，也避免铁被水氧化；然后再按常规的间接冷却方式冷却至所需温度，此时没有将水与直接还原铁直接接触，避免了铁被水氧化；整个冷却过程是在保护性气体的保护下进行，以防止铁被空气氧化；相对于全程间接冷却的方式，先直接冷却再间接冷却的方式冷却效率更高，而且也可以避免铁被再次氧化或球团爆裂。
文档编号C21B13/00GK102181595SQ20111012578
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者胡斐, 雍海泉 申请人:中冶赛迪工程技术股份有限公司