一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，本发明涉及由冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法。

背景技术：

气基竖炉制备海绵铁采用氧化球团或焙烧球团为原料，往往需要将冷固结球团经过干燥、焙烧和冷却后方能进入气基竖炉内。生球干燥过程在链篦机中进行，焙烧往往在回转窑内进行，冷却在环冷机上进行。气基竖炉制备海绵铁所采用的原料为室温或低温下的氧化球团，这涉及到冷固结球团的干燥、焙烧和冷却过程，流程长，设备复杂，造成了大量的能量耗散。

近年来，有专利报道采用冷固结球团直接输送至气基竖炉生产海绵铁，可极大的缩短工艺流程，降低能量耗散。然而，由于冷固结球团抗压强度低、易粉碎，且在已有气基竖炉内直接使用可操作性不强，因此采用冷固结球团在气基竖炉内制备海绵铁仍需更多的实践和探索。

气基竖炉内不同温度带和位置的冷固结球团所能承受的抗压强度是不同的。已有气基竖炉为立式炉，炉内球团承受自身上部及周围球团带来的压力和摩擦力，且竖炉越高，炉内球团所承受的来自垂直距离上的压力和摩擦力越大。

技术实现要素：

针对上述气基竖炉制备海绵铁存在的问题，本发明提出一种采用冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法。

根据本发明的一方面，本发明提供一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉，该气基竖炉包括：

炉体，其沿竖直方向延伸，炉体内部设有空腔，空腔自上而下分成干燥段、预热段以及还原段，并且空腔相对的侧壁自上而下交替设置有多对倾斜的左支撑料板和右支撑料板，每个左支撑料板和右支撑料板在朝向腔体的竖直中心线的方向上向下倾斜延伸至所述竖直中心线；

冷固结球团入口，其位于炉体上端；

炉顶气出口，其位于所述炉体的干燥段；

还原气入口，其位于还原段；以及

海绵铁出口，其位于还原段底端。

根据本发明的一个实施例，其中炉顶气出口位于炉体干燥段的侧面的上部并且还原气入口位于还原段的侧面的下部。

根据本发明的一个实施例，左支撑料板和右支撑料板与水平面的夹角为5°～30°，并且该角度优选为10°～20°。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法，该方法包括下列步骤：

1)制备冷固结球团并将所述冷固结球团由冷固结球团入口加入到气基竖炉干燥段内；

2)经预热段自下而上的第一气体在干燥段对步骤1)中加入的冷固结球团进行干燥，得到干燥后的冷固结球团；

3)干燥后的冷固结球团在预热段交替地沿左支撑料板和右支撑料板下落，同时被来自还原段的第二气体预热，得到预热后的冷固结球团和第一气体；

4)预热后的冷固结球团在还原段交替地沿左支撑料板和右支撑料板下落，同时与经还原气入口通入的还原气体发生还原反应，生成海绵铁和第二气体；

5)使步骤4)中生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口排出。

根据本发明的一个实施例，步骤1)中所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％。

根据本发明的一个实施例，步骤1)中制备冷固结球团的方式包括圆盘造球、对辊压球或压制成球方式中的一种或几种。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原气的温度为850℃～950℃。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原气包含H₂和CO，并且H₂和CO的总的体积百分比不小于80％。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原后海绵铁温度为400℃～600℃。

本发明采用的气基竖炉以及由冷固结球团制备海绵铁的方法将气基竖炉装置分为干燥段、预热段和还原段三部分，特别是还原段内部设置了左支撑料板和右支撑料板，减少了下部冷固结球团所承受的来自垂直距离上的压力和来自周围球团的摩擦力，降低了球团粉化率。左支撑料板和右支撑料板的引入促使还原气沿“之”字路径向上运动，极大的改善和提高了冷固结球团的干燥、预热和还原效果。将冷固结球团干燥、预热、还原和深还原过程集中于气基竖炉干燥段、预热段和还原段内完成，大大简化了工艺流程，节省了氧化球团或焙烧球团制备过程所需设备，节约了综合能耗，提高了海绵铁的金属化率和生产效率，海绵铁的金属化率较传统工艺得到的海绵铁的金属化率高。

附图说明

图1是本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉的主视图；

图2是本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉的侧视图；以及

图3是本发明的采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法的流程示意图。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

下面参照图1和2描述本发明实施例的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉。该气基竖炉总体包括炉体，其沿竖直方向延伸，炉体内部设有空腔，空腔自上而下分成干燥段200、预热段300以及还原段400，并且空腔相对的侧壁自上而下交替设置有多对倾斜的右支撑料板800和左支撑料板900，每个左支撑料板900和右支撑料板800在朝向腔体的竖直中心线的方向上向下倾斜延伸至所述竖直中心线，左支撑料板900和右支撑料板800与水平面的夹角为5°～30°，并且该角度优选为10°～20°。炉体上端设置有冷固结球团100，炉顶气出口700位于炉体的干燥段200侧面的上部，还原气入口500位于还原段300侧面的下部，海绵铁出口600位于还原段400底端。

图3示出了根据本发明的采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法的示意性流程图。结合图1-2并参照图3来说明本发明所公开的制备海绵铁的方法。

该方法开始于步骤S100。在步骤S100中，制备冷固结球团并将冷固结球团由冷固结球团入口100加入到气基竖炉干燥段内。所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％，通过圆盘造球、对辊压球或压制成球方式中的一种或几种来制备该冷固结球团。

在步骤S200中，经预热段300自下而上的第一气体在干燥段200对步骤S100中加入的冷固结球团进行干燥，得到干燥后的冷固结球团。

在步骤S300中，干燥后的冷固结球团在预热段300交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时被来自还原段400的第二气体预热，得到预热后的冷固结球团和第一气体。

在步骤S400中，预热后的冷固结球团在还原段400交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时与经还原气入口500通入的还原气体发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。还原气的温度为850℃～950℃。还原气包含H₂和CO，并且H₂和CO的总的体积百分比不小于80％。还原后海绵铁温度为400℃～600℃。

最后，在步骤S500中，使步骤S400中生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口600排出。

实施例一

将水分质量含量10％的冷固结球团由冷固结球团入口100加入气基竖炉干燥段200内。经预热段300自下而上的第一气体在气基竖炉干燥段200与加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥，干燥冷固结球团所产生的炉顶气经炉顶气出口700排出。干燥后的冷固结球团在预热段300交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时被来自还原段400的第二气体预热，得到预热后的冷固结球团和第一气体。预热后的冷固结球团在还原段400交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时与经还原气入口500通入的850℃的还原气体发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。还原气包含H₂和CO，并且H₂和CO的总的体积百分比为81％。还原后海绵铁温度为400℃，生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口600排出。

采用本方法制备的海绵铁的金属化率约83.5％，采用传统工艺制备的海绵铁金属化率约82.4％。

实施例二

将水分质量含量9％的冷固结球团由冷固结球团入口100加入气基竖炉干燥段200内。经预热段300自下而上的第一气体在气基竖炉干燥段200与加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥，干燥冷固结球团所产生的炉顶气经炉顶气出口700排出。干燥后的冷固结球团在预热段300交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时被来自还原段400的第二气体预热，得到预热后的冷固结球团和第一气体。预热后的冷固结球团在还原段400交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时与经还原气入口500通入的900℃的还原气体发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。还原气包含H₂和CO，并且H₂和CO的总的体积百分比为85％。还原后海绵铁温度为500℃，生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口600排出。

采用本方法制备的海绵铁的金属化率约86.3％，采用传统工艺制备的海绵铁金属化率约84.1％。

实施例三

将水分质量含量8％的冷固结球团由冷固结球团入口100加入气基竖炉干燥段200内。经预热段300自下而上的第一气体在气基竖炉干燥段200与加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥，干燥冷固结球团所产生的炉顶气经炉顶气出口700排出。干燥后的冷固结球团在预热段300交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时被来自还原段400的第二气体预热，得到预热后的冷固结球团和第一气体。预热后的冷固结球团在还原段400交替地沿左支撑料板900和右支撑料板800下落，同时与经还原气入口500通入的950℃的还原气体发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。还原气包含H₂和CO，并且H₂和CO的总的体积百分比为88％。还原后海绵铁温度为600℃，生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口600排出。

采用本方法制备的海绵铁的金属化率约88.5％，采用传统工艺制备的海绵铁金属化率约87.3％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。