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进入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，由于冷固结球团自身存在强度低、易粉碎而影响气基竖炉料层透气性的不足，且采用冷固结球团在气基竖炉内生产海绵铁的工业化实践鲜有报道，因此采用冷固结球团在气基竖炉制备海绵铁仍需要更多的实践和探索。

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。利用本发明的气基竖炉和方法既大大简化了工艺流程，同时节约了综合能耗，提高了海绵铁的生产效率。

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：

上料仓，其位于气基竖炉的最上部并具有空腔，上料仓包括位于其顶部的冷固结球团入口以及炉顶气出口，其中上料仓的底壁为上凸的锥形，上料仓的底壁边缘与侧壁之间设有多个中间料罐入料口；

多个中空的中间料罐，每个中间料罐通过中间料罐入料口与上料仓连通，中间料罐的底壁为斜面，斜面沿朝向气基竖炉竖直中心线的方向逐渐降低；

还原仓，其顶壁与每个中间料罐的侧壁连接，还原仓具有空腔并且顶壁为上凸的锥形，还原仓的顶壁与其侧壁之间设有多个还原仓入料口，还原仓入料口连通中间料罐和还原仓，还原仓还包括一次还原气入口、二次还原气入口以及二次还原气出口，其中，二次还原气入口和二次还原气出口连通并且二者之间设有循环加压风机；以及

海绵铁出口，其位于还原仓底端。

根据本发明的一个实施例，其中炉顶气出口位于上料仓侧壁的上部，一次还原气入口位于还原仓的侧壁的下部，二次还原气入口位于还原仓的侧壁的下部并且比一次还原气入口的高度更低，二次还原气出口位于还原仓顶壁的中部。

根据本发明的一个实施例，中间料罐的数量不小于2个。

根据本发明的一个实施例，上料仓的底壁所形成的锥形的顶角角度为120°～170°。

根据本发明的一个实施例，中间料罐的底壁形成的斜面与水平面的夹角为5°～30°。

根据本发明的一个实施例，还原仓顶壁形成的锥形的顶角角度不大于180°。

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

1)制备冷固结球团并将冷固结球团由冷固结球团入口加入到气基竖炉的上料仓内；

2)在上料仓内利用自下而上的第一气体对步骤1)中加入的冷固结球团进行干燥；

3)将步骤2)中干燥后的冷固结球团经中间料罐入料口输送到中间料罐中，利用自下而上的第二气体在中间料罐中对冷固结球团进行预热，得到预热后的冷固结球团和第一气体；

4)将步骤3)中预热后的冷固结球团经还原仓入料口输送到还原仓中，冷固结球团与经一次还原气入口通入的一次还原气和经二次还原气入口通入的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁和第二气体；

5)使步骤4)中得到的海绵铁经还原仓底端的海绵铁出口排出。

根据本发明的一个实施例，步骤4)还包括使生成的海绵铁继续下落并在一次还原气入口和二次还原气入口之间与二次还原气发生进一步的还原反应。

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含量不大于10％，并且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)中一次还原气的温度为850℃～950℃。

本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法将冷固结球团的干燥、预热和还原过程集中于气基竖炉上料仓、中间料罐和还原仓内完成，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。并且上料仓、中间料罐和还原仓三个装置彼此相对独立，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，还节约了综合能耗，提高了海绵铁的金属化率和生产效率。

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示意图；以及

图2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上料仓100、多个中空的中间料罐200以及还原仓300。

上料仓100位于气基竖炉的最上部并具有空腔，上料仓100包括位于其顶部的冷固结球团入口110以及炉顶气出口130，其中上料仓100的底壁为上凸的锥形，上料仓100的底壁边缘与其侧壁之间设有多个中间料罐入料口120。上料仓100的底壁所形成的锥形的顶角角度为120°～170°，由此有助于落到上料仓100底壁上的冷固结球团向边缘的中间料罐入料口120移动。

多个中空的中间料罐200在竖直方向上总体位于气基竖炉的中部。每个中间料罐通200过中间料罐入料口120与上料仓100连通，中间料罐200的底壁为斜面，该斜面沿朝向气基竖炉竖直中心线的方向逐渐降低，该斜面与水平面的夹角为5°～30°，优选为15°～25°，由此有助于落到中间料罐200底壁的冷固结球团朝向还原仓入料口(下文详细说明)移动。

还原仓300的顶壁与每个中间料罐位于气基竖炉内部的侧壁连接，还原仓300具有空腔并且顶壁为上凸的锥形，该锥形的顶角角度不大于180°，由此更好地引导还原仓300内的气体经二次还原气出口进入循环回路。还原仓300的顶壁与其侧壁之间设有多个还原仓入料口310，还原仓入料口310连通中间料罐200和还原仓300，还原仓300还包括一次还原气入口320、二次还原气入口330以及二次还原气出口340。其中，二次还原气入口330和二次还原气出口340连通并且二者之间设有循环加压风机350。在还原仓300的底端设有海绵铁出口360。

根据本发明的具体实施例，中间料罐200的数量不小于2个。

利用本发明的气基竖炉制备海绵铁时，首先将冷固结球团通过冷固结球团入口110添加到上料仓100内。由于气基竖炉的上料仓100与其下方的多个中间料罐200连通，因此，中间料罐200内温度较高的气体会向上流动至上料仓100内。自下而上的气体与加入到上料仓100内的冷固结球团接触并且对其进行干燥。由于上料仓100的底壁为上凸的锥形，因此，落到底壁上的冷固结球团会向上料仓底壁边缘运动，进而经过中间料罐入料口120进入到中间料罐200。在中间料罐200中，来自还原仓300的气体与下落的冷固结球团接触并对其进行预热。预热后的冷固结球团沿中间料罐200的斜面状底壁下滑至还原仓入料口310，并且经还原仓入料口310进入还原仓300。在还原仓300中，预热后的冷固结球团与一次还原气以及二次还原气接触并发生还原反应，得到海绵铁，海绵铁最终经还原仓300底端的海绵铁出口360排出。其中，二次还原气是前一次还原反应之后还原仓300内的部分气体从二次还原气出口340排出并且经过循环加压风机350加压后得到的气体。之后将二次还原气通过二次还原气入口330通入还原仓300的底部。

图2示出了采用本发明的气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法的流程示意图。结合图1并且参照图2来说明采用本发明的由冷固结球团制备海绵铁的方法。

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110加入到气基竖炉的上料仓100内，所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％，并且可以利用圆盘造球、对辊压球或压制成球方式中的一种或几种来制备冷固结球团。

在步骤S200中，在上料仓100内利用自下而上的第一气体对步骤S100中加入的冷固结球团进行干燥，干燥后的炉顶气经炉顶气出口130排出，炉顶气温度约为100℃～300℃。

在步骤S300中，将步骤S200中干燥后的冷固结球团经中间料罐入料口120输送到中间料罐200中，利用自下而上的第二气体在中间料罐200中对冷固结球团进行预热，得到预热后的冷固结球团和第一气体，在中间料罐200中的第二气体的温度约为300℃～700℃。

在步骤S400中，将步骤S300中预热后的冷固结球团经还原仓入料口310输送到还原仓300中，冷固结球团与经一次还原气入口320通入的一次还原气和经二次还原气入口330通入的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。其中，一次还原气中H₂和CO的总体积的百分比不小于80％，其温度约为850℃～950℃。还原后海绵铁温度为300℃～600℃。

在步骤S500中，使步骤S400中得到的海绵铁经还原仓300底端的海绵铁出口360排出。

根据本发明的具体实施例，当第二气体的温度大于500℃时，部分第二气体经循环加压风机350加压后进入还原仓300底部，并且在一次还原气入口320和二次还原气入口330之间的还原段对还原后的海绵铁进行深度还原。深度还原后的海绵铁的温度约为300℃～500℃。进行循环的还原气的体积占第二气体的比例不小于30％。将还原气进行循环既可以实现还原气的重复利用，降低炉顶气中有毒气体的含量，同时也可以进一步对海绵铁进行深度还原，提高生成海绵铁的金属化率。

下面进一步结合具体实施例来说明本发明的冷固结球团制备海绵铁的方法。

实施例一

将水分含量10％的冷固结球团由冷固结球团入口110加入气基竖炉上料仓100内。在上料仓100内利用自下而上的第一气体对加入的冷固结球团进行干燥，干燥后的炉顶气经炉顶气出口130排出，炉顶气温度约为100℃。干燥后的冷固结球团经中间料罐入料口120输送到中间料罐200中，利用自下而上的第二气体在中间料罐200中对冷固结球团进行预热，该第二气体的温度约为300℃，得到预热后的冷固结球团和第一气体。将预热后的冷固结球团经还原仓入料口310输送到还原仓300中，冷固结球团与经一次还原气入口320通入的一次还原气和经二次还原气入口330通入的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。其中，一次还原气中H₂和CO的总体积的百分比为80％，其温度约为850℃，还原后海绵铁温度为300℃。最后使得到的海绵铁经还原仓300底端的海绵铁出口360排出。

采用本发明的上述技术方案得到的海绵铁的金属化率为83.2％，而传统工艺得到的海绵铁的金属化率为82.4％。

实施例二

将水分含量9％的冷固结球团由冷固结球团入口110加入气基竖炉上料仓100内。在上料仓100内利用自下而上的第一气体对加入的冷固结球团进行干燥，干燥后的炉顶气经炉顶气出口130排出，炉顶气温度约为200℃。干燥后的冷固结球团经中间料罐入料口120输送到中间料罐200中，利用自下而上的第二气体在中间料罐200中对冷固结球团进行预热，该第二气体的温度约为400℃，得到预热后的冷固结球团和第一气体。将预热后的冷固结球团经还原仓入料口310输送到还原仓300中，冷固结球团与经一次还原气入口320通入的一次还原气和经二次还原气入口330通入的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。其中，一次还原气中H₂和CO的总体积的百分比为85％，其温度约为900℃，还原后海绵铁温度为400℃。最后使得到的海绵铁经还原仓300底端的海绵铁出口360排出。

采用本发明的上述技术方案得到的海绵铁的金属化率为85.9％，而传统工艺得到的海绵铁的金属化率为84.1％。

实施例三

将水分含量8％的冷固结球团由冷固结球团入口110加入气基竖炉上料仓100内。在上料仓100内利用自下而上的第一气体对加入的冷固结球团进行干燥，干燥后的炉顶气经炉顶气出口130排出，炉顶气温度约为300℃。干燥后的冷固结球团经中间料罐入料口120输送到中间料罐200中，利用自下而上的第二气体在中间料罐200中对冷固结球团进行预热，该第二气体的温度约为700℃，得到预热后的冷固结球团和第一气体。将预热后的冷固结球团经还原仓入料口310输送到还原仓300中，冷固结球团与经一次还原气入口320通入的一次还原气和经二次还原气入口330通入的二次还原气发生还原反应，生成海绵铁和第二气体。其中，一次还原气中H₂和CO的总体积的百分比为88％，其温度约为950℃。使第二气体容积的30％的气体经还原仓300顶壁的二次还原气出口340排出，之后通过循环加压风机350加压，经二次还原气入口330进入还原仓300的底部。下落的海绵铁在一次还原气入口320和二次还原气入口330之间与二次还原气发生进一步的还原反应，进行深度还原。深度还原后的海绵铁的温度约为500℃。最后使得到的海绵铁经还原仓300底端的海绵铁出口360排出。

采用本发明的上述技术方案得到的海绵铁的金属化率为89.5％，而传统工艺得到的海绵铁的金属化率为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。