一种低强度球团用气基还原竖炉的制作方法

本发明属于直接还原炼铁技术领域，具体涉及一种低强度球团用气基还原竖炉。

背景技术：

直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。

气基法使用的直接还原炼铁的装置为气基还原竖炉。现有的气基还原竖炉大多为瘦高型装置，在生产过程中，炉内装满氧化球团，料柱一般高达几十米，因此，对所用的物料球团的抗压强度由一定要求。如MIDREX法、PERED法均要求物料球团的抗压强度达到2500N。普通铁精矿氧化球团的抗压强度易达到这一要求，但对于一些如红土镍矿、高磷矿等铁矿石生产的氧化球团就难以满足要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低强度球团可以使用的气基还原竖炉，以克服现有技术的不足。

本发明提供的低强度球团用气基还原竖炉包括竖炉本体、冷却组件和承压分流组件；

所述竖炉本体内自上而下限定有进料室、还原室和冷却室，所述进料室设有物料入口和炉顶气出口，所述还原室设有还原气体入口，所述冷却室设有还原产物出口；

所述冷却组件安装在所述冷却室的外壁上；

所述承压分流组件为圆锥体或棱锥体，所述承压分流组件包括第一承压分流组件和第二承压分流组件，所述第一承压分流安装所述还原室内，所述第二承压分流组件安装在所述冷却室内。

在本发明的一些实施例中，所述圆锥体的过顶点的纵截面为等腰三角形，所述等腰三角形顶角的角度为45°-75°。

在本发明的一些实施例中，所述棱锥体的过顶点的纵截面为三角形，所述三角形顶角的角度为45°-75°。

在本发明的一些实施例中，所述第一承压分流组件和所述第二承压分流组件的高度为所述竖炉本体高度的1/8-1/12。

在本发明的一些实施例中，所述第一承压分流组件为多个，水平间隔排布在所述还原室内，相邻高度层的所述第一承压分流组件错列布置；所述第二承压分流组件为多个，水平间隔排布在所述冷却室内，相邻高度层的所述第二承压分流组件错列布置。

在本发明的一些实施例中，所述承压分流组件还包括第三承压分流组件，所述第三承压分流组件安装在所述进料室内。

在本发明的一些实施例中，所述第三承压分流组件的高度为所述竖炉本体高度的1/8-1/12。

在本发明的一些实施例中，所述第三承压分流组件为多个，水平间隔排布在所述进料室内，相邻高度层的所述第三承压分流组件错列布置。

在本发明的一些实施例中，所述承压分流组件的材料为耐高温、耐摩擦且不与还原气体反应的金属。

本发明提供的气基还原竖炉(在本发明中亦将其简称为“竖炉”)内安装有承压分流组件，该装置有利于降低气基还原竖炉对入炉氧化球团或块矿的抗压强度要求。因此，本发明提供的这种竖炉能处理各种低密度的铁矿石，工业实用性强。

此外，该装置还能起到分流的作用，进一步改善竖炉内料流的均匀性和气体的透气性，降低物料流不均匀和透气性变差等问题出现的概率，减少竖炉停炉整修时间，能节约成本和提高产能，提高产品质量。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的气基还原竖炉的纵截面的结构示意图。

图2为物料在图1所示的气基还原竖炉中的移动轨迹示意图。

图3为本发明另一个实施例中的气基还原竖炉的纵截面的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

需要说明的是，本发明中，术语“内”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“宽度”、“高度”、“厚度”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或单元必须具有特定的方位或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明中所述的“安装”、“连接”等术语，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连；可以是机械连接，也可以是电连接。

此外，本发明所有提及的棱锥体的“纵截面”，均指的是其过顶点的垂直于底面的且面积最大的纵截面。即，若棱锥体有奇数条棱边，其“纵截面”为一条棱边与其对应的最远底边的中点所形成的截面；若棱锥体有偶数条棱边，其“纵截面”为一条棱边与距其最远的棱边所形成的截面。

下面参考图1至图3对本发明提供的低强度球团用气基还原竖炉进行详细描述。

图1所示为本发明提供的一种气基还原竖炉，该气基竖炉包括竖炉本体1、冷却组件2和承压分流组件。

竖炉本体1内自上而下限定有进料室11、还原室12和冷却室13，进料室11设有物料入口101和炉顶气出口104，还原室12设有还原气体入口102，冷却室13设有还原产物出口103。

冷却组件2安装在冷却室13的外壁上。

承压分流组件为圆锥体或棱锥体。

氧化球团/块矿从物料入口101进入竖炉本体1内后，依次通过进料室11、还原室12和冷却室13，在竖炉本体1内承压分流组件下方的物料，因承压分流组件抵挡了上方物料的压力，因此，不容易破碎，在整个竖炉本体内运行顺畅，解决了原有竖炉粉化率过高的问题。承压分流组件有利于降低气基还原竖炉对入炉氧化球团或块矿的抗压强度要求。因此，本发明提供的这种竖炉能处理各种低密度的铁矿石，工业实用性强。

此外，承压分流组件还能起到分流的作用，进一步改善竖炉内料流的均匀性和气体的透气性，降低物料流不均匀和透气性变差等问题出现的概率，减少竖炉停炉整修时间，能节约成本和提高产能，提高产品质量。

圆锥体的过顶点的纵截面为等腰三角形，棱锥体的过顶点的纵截面为三角形。该等腰三角形或三角形的顶点的角度影响氧化球团/铁块在承压分流组件上的停留时间和承压分流组件的分流效果。该等腰三角形或三角形的顶点的角度越大，氧化球团/铁块在承压分流组件上的停留时间越长，但也越容易堆积在承压分流组件上；该等腰三角形或三角形的顶点的角度越小，氧化球团/铁块在承压分流组件上的停留时间越短。经过大量的实验发现，等腰三角形顶角的角度为45°-75°或三角形顶角的角度为45°-75°时，氧化球团/铁块在承压分流组件上的停留时间和承压分流组件的分流效果均比较好。

图1所示的承压分流组件包括第一承压分流组件31和第二承压分流组件32，第一承压分流组件31安装还原室12内，第二承压分流组件32安装在冷却室13内。图1所示的第一承压分流组件31为一个，第二承压分流组件32也为一个。

图2为物料在图1所示的气基还原竖炉中的移动轨迹示意图。其中虚线箭头为氧化球团/块矿在该竖炉中的移动轨迹，实线箭头为还原气/炉顶气在该竖炉中的移动轨迹。从图2可看出，氧化球团/块矿自上而下运动，还原气/炉顶气自下而上运动，向下的氧化球团/块矿能被向上的还原气/炉顶气干燥、预热及还原。第一承压分流组件31改变了部分氧化球团/块矿和部分还原气/炉顶气的走向，增加了氧化球团/块矿和还原气/炉顶气的接触面积和接触时间，提高了干燥、预热及还原的效果。

氧化球团/块矿被还原气体还原后，继续向下运行，碰到第二承压分流组件32。第二承压分流组件32增加了直接还原铁在冷却室的冷却时间，有利于提高冷却室的冷却效果。第二承压分流组件还能起到承压、分流的作用，降低竖炉底部物料的破碎概率，提高物料的均匀性和气体的透气性，降低物料流不均匀和透气性变差等问题出现的概率。

经过大量的实验发现，当气基竖炉中只有一个第一承压分流组件和一个第二承压分流组件时(如图1所示)，第一承压分流组件和第二承压分流组件的高度优选为竖炉本体高度的1/8-1/12。高度太高，所占用的地方多；高度太低，所起的承压及分流作用不明显，炉内物料流不均匀和透气性变差等问题出现的概率将增加。

除了图1所示的布置方式外，承压分流组件还可以按照图3所示的方式进行布置。其中，第一承压分流组件31’为多个，水平间隔排布在还原室12内，相邻高度层的第一承压分流组件31’错列布置。第二承压分流组件32’为多个，水平间隔排布在冷却室13内，相邻高度层的第二承压分流组件32’错列布置。

图3所示的布置方式，尤其提高了承压分流组件对氧化球团/块矿分流的效果，氧化球团/块矿在整个竖炉本体内运行顺畅，解决了原有竖炉粉化率过高及透气性差的问题。

参照图3，承压分流组件还可包括第三承压分流组件33’。第三承压分流组件33’安装在进料室11内。第三承压分流组件33’与第一承压分流组件31’、第二承压分流组件32’所起的作用类似。不过第三承压分流组件33’还可取代布料器，即，本发明提供的气基还原竖炉可不使用布料器，第三承压分流组件33’也能均匀布料。

若按照图3的方式布置承压分流组件，承压分流组件的高度可不必限定，根据进料室11、还原室12及冷却室13的实际高度及所处理的物料的实际情况再行决定即可。

同样的，图3所示的第三承压分流组件33’可以为一个，此时，其高度优选为为竖炉本体1的高度的1/8-1/12(类似图1中第一承压分流组件31和第二承压分流组件32的方式布置)；也可以为多个，水平间隔排布在进料室11内，相邻高度层的第三承压分流组件错列布置(如图3所示的方式布置)。

需要说明的是，同一个气基还原竖炉中，第一承压分流组件、第二承压分流组件和第三承压分流组件的可以完全相同，也可不相同，并不需要限制。但为了方便制造，优选完全相同。

本发明所提供的承压分流组件优选由金属制备，只要其耐高温、耐摩擦且不与还原气体反应即可。金属的热传导性好，优选的金属有不锈钢。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例采用图1所示的气基还原竖炉还原红土镍矿氧化球团。该红土镍矿氧化球团的抗压强度为1400N。

本实施例所用的气基还原竖炉中，竖炉本体1的高度为10m，进料室11的高度为2m，还原室12的高度为5m，冷却室13的高度为3m。其中，第一承压分流组件31为三棱锥，其过顶点的纵截面为三角形，该三角形顶角的角度为45°。第二承压分流组件32为圆锥体，其过顶点的纵截面为等腰三角形，该等腰三角形顶角的角度为75°。第一承压分流组件31的高度为1.25m，第二承压分流组件32的高度为0.84m。进料室11的顶部装有布料器(图中未示出)。第一承压分流组件31和第二承压分流组件32所用的材料为304不锈钢。

红土镍矿氧化球团从上自下，自物料入口101进入竖炉本体1内，依次经过进料室11、还原室12和冷却室13，先后碰到承压分流组件31和32，与从还原气体入口102进入的纯度为95％的H₂和CO组成的还原气体反应后，制得直接还原铁，经还原产物出口103排出。炉顶气自下而上，从炉顶气出口104排出。整个过程运行顺畅，物料粉化率低于7％。制得的直接还原铁的金属化率为75％。

实施例2

本实施例采用图3所示的气基还原竖炉还原高磷矿。该高磷矿的抗压强度为1600N。

本实施例所用的气基还原竖炉中，竖炉本体1的高度为10m，进料室11的高度为2m，还原室12的高度为5m，冷却室13的高度为3m。其中，第一承压分流组件31’、第二承压分流组件32’和第三承压分流组件33’均为圆锥体，其过顶点的纵截面为等腰三角形，该等腰三角形顶角的角度为60°。第一承压分流组件31’、第二承压分流组件32’和第三承压分流组件33’的高度均为0.1m。

进料室11中的第三承压分流组件33’有两层，第一层为3个，第二层为2个；第三承压分流组件33’水平间隔排布在进料室11内；上下两层错列布置，上下两层的距离为0.1m，每层中左右相邻两个第三承压分流组件33’的水平间距为0.1m。进料室11中未设置有布料器。

还原室12中的第一承压分流组件31’有三层，第一层为3个，第二层为2个，第三层为3个；第一承压分流组件31’水平间隔排布在还原室12内；三层错列布置，上下两层的距离为0.1m，每层中左右相邻两个第一承压分流组件31’的水平间距为0.1m。

冷却室13中的第二承压分流组件32’有两层，第一层为2个，第二层为3个；第二承压分流组件33’水平间隔排布在冷却室13内；上下两层错列布置，上下两层的距离为0.1m，每层中左右相邻两个第二承压分流组件32’的水平间距为0.1m。

第一承压分流组件31’、第二承压分流组件32’和第三承压分流组件33’所用的材料为309不锈钢。

高磷矿从上自下，自物料入口101进入竖炉本体1内，依次经过进料室11、还原室12和冷却室13，先后碰到第三承压分流组件33’、第一承压分流组件31’和第二承压分流组件32’，与从还原气体入口102进入的纯度为95％的H₂和CO组成的还原气体反应后，制得直接还原铁，经还原产物出口103排出。炉顶气自下而上，从炉顶气出口104排出。整个过程运行顺畅，物料粉化率低于3％。制得的直接还原铁的金属化率为93％。

从实施例1和实施例2可以看出，本发明提供的气基还原竖炉能处理抗压强度低至1400N的铁矿石，工业实用性强。

综上，本发明提供的气基还原竖炉内安装有承压分流组件，该装置有利于降低气基还原竖炉对入炉氧化球团或块矿的抗压强度要求。因此，本发明提供的这种竖炉能处理各种低密度的铁矿石，工业实用性强。

此外，该装置还能起到分流的作用，进一步改善竖炉内料流的均匀性和气体的透气性，降低物料流不均匀和透气性变差等问题出现的概率，减少竖炉停炉整修时间，能节约成本和提高产能，提高产品质量。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。