一种气基竖炉的制作方法

本发明属于冶金设备技术领域，尤其涉及一种煤气流分布的气基竖炉。

背景技术：

气基竖炉直接还原技术作为主要的非高炉炼铁技术越来越得到业内的认可，具有能耗低，无需高炉炼铁涉及到的烧结、焦化两个高耗能、高污染工序。而且具有流程短、节能减排效果明显等优势，是改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量，实现清洁冶炼的重要生产技术。

气基竖炉主要有midrex和hyl工艺，两种工艺竖炉都属于对流式移动床，由还原段和冷却段两大部分组成。矿石装入竖炉内在下降过程中先被预热，随后铁矿石进行还原反应，形成海绵铁后进入冷却段。海绵铁进入冷却段在冷却气流中冷却至接近环境温度后，通过底部排料装置排出炉外。

工作时，还原气通过还原段下部设置在炉外的围管，经喷嘴从竖炉的外圆周边喷入炉内。随着竖炉规模大型化，竖炉直径在不断增加，沿直径方向的射流速度不断衰减，还原气无法喷吹入竖炉中心位置，导致中心气流量小，靠近炉壁气流量大，煤气流在竖炉内分布不均匀。由于中心部分炉料进行正常还原反应所必须的煤气数量少，这必然造成竖炉内中心部分炉料的金属化率显著降低。为了保证达到要求的金属化率，必将导致炉料在竖炉内停留时间变长、消耗还原气量增加，必然会增加生产能耗和生产成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种气基竖炉，在炉腔内设置圆台导料结构，确保气基竖炉中心煤气流可调，优化竖炉内部煤气流分布，提高煤气利用率，提高气基竖炉产品海绵铁的金属化率。

本发明提供一种气基竖炉，其内腔包括还原段和冷却段，在所述还原段的下端设有上围管、下围管和圆台导料结构；

所述上围管设置在炉壁的外侧，位于所述圆台导料结构的上方，所述上围管上设有多个上喷嘴，所述上喷嘴连通所述气基竖炉的内腔；

所述圆台导料结构位于所述气基竖炉的内腔，所述圆台导料结构包括支撑梁、导料板和耐火砖；所述支撑梁固定在所述炉壁上，所述导料板为上下贯通的倒锥形，所述导料板的上端与所述炉壁固定连接，所述导料板的下端与所述支撑梁的前端固定连接，所述导料板的表面上设有绝热层，在所述支撑梁与所述导料板之间设有耐火砖；

所述下围管设置在所述炉壁的外侧，位置对应所述圆台导料结构的中部，所述下围管上设有多个下喷嘴，所述下喷嘴穿过所述耐火砖连通所述气基竖炉的内腔。

本发明的一些实施例中，在所述气基竖炉的内腔设有十字测温装置，所述十字测温装置位于所述上围管的上方。

作为本发明优选的方案，所述导料板与所述耐火砖之间设有水冷结构。

进一步的，所述导料板下端开口的直径占所述气基竖炉内径的3/5～2/3。

本发明的一些实施例中，所述导料板的倒锥面与水平面的夹角为45°～60°。

本发明的一些实施例中，所述下喷嘴向下倾斜设置，其与水平面的夹角为25°～30°。

具体的，所述绝热层的材质为硅酸铝耐火浇筑料、高铝质浇注料或蛭石珍珠岩复合耐火材料中的一种。

本发明的一些实施例中，所述耐火砖为轻质镁铝尖晶石砖、硅砖或高铝砖中的一种。

本发明的一些实施例中，所述支撑梁的截面为三角形。

本发明的一些实施例中，所述支撑梁上设有水冷腔。

本发明的气基竖炉，在炉内设置圆台导料结构，采用上下两个还原气进气围管，使气基竖炉内部气流沿横截面分布均匀合理，提高煤气利用率，降低每吨海绵铁产品所消耗还原气量；增加中心气流量，促进气基竖炉中心炉料充分还原，可提高中心炉料的金属化率；圆台导料结构可有效保护设置在其内部的下喷嘴，避免球团直接接触喷嘴管，将喷嘴管挤压变形，保证长期稳定运行。

附图说明

图1是本发明实施例的气基竖炉的结构示意图。

图2是本发明实施例的圆台导料结构处的俯视图。

图3是本发明实施例的气基竖炉a部分的局部放大图。

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。

本发明中所述的“连接”，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。

如图1所示，本发明实施例提供一种气基竖炉，其内腔包括还原段1和冷却段2，物料进入还原段1发生还原反应生成海绵铁，海绵铁进入冷却段2进行冷却后排出气基竖炉。

为了使得气体在还原段1的物料内分布更均匀，提高还原反应的效率，在还原段1的下端设置了圆台导料结构5，在还原段1下端炉壁的外侧设置了上围管3和下围管6，上围管3和下围管6用于还原气的输送。

上围管3位于圆台导料结构5上表面的上方，围绕炉体一周，上围管3上设有多个上喷嘴4。上喷嘴4穿过炉壁，延伸入气基竖炉的内腔，上喷嘴4将还原气体喷入还原段，使得物料与气体发生还原反应，上喷嘴4更多的是为外围的物料提供气体。

如图2和3所示，圆台导料结构5位于气基竖炉的内腔，还原段1上部的物料需通过圆台导料结构5向下移动。圆台导料结构5包括支撑梁9、导料板51和耐火砖10。

导料板51为倒锥形，上下贯通。导料板51由耐热钢制成，以便适应炉内的高温，保证圆台导料结构5的结构强度。在导料板51的表面上设有绝热层52，可对导料板51提供保护。本实施例的绝热层52的材质为硅酸铝耐火浇筑料、高铝质浇注料或蛭石珍珠岩复合耐火材料中的一种。

支撑梁9用于导料板51的支撑，固定在炉壁11上，本实施例的支撑梁9沿水平方向伸入炉腔，以便支撑导料板51。导料板51的上端与炉壁11固定连接，导料板51的下端与支撑梁9的前端固定连接。本实施例的支撑梁9的横截面为三角形，这样的结构简单，易安装，还可对导料板51提供牢靠的支撑。优选的，为了支撑梁9不受炉内高温的影响，在支撑梁9内设有水冷腔91，水冷腔为密闭的腔室，贯穿整个支撑梁，设有进水口和出水口，进水口和出水口与炉外循环水系统连接。

在支撑梁9、导料板51与炉衬12之间设有耐火砖10，耐火砖10可对导料板51起到支撑作用。优选的，耐火砖10为轻质镁铝尖晶石砖、硅砖或高铝砖中的一种。

本实施例中，导料板51下端开口的直径占其所在位置气基竖炉内径的3/5～2/3，优选为1/3。若导料板51下端开口的直径占气基竖炉内径的比例过大，则还原气仍难以喷入到竖炉中心；若导料板51下端开口的直径占气基竖炉内径的比例过小，则该结构承受上部炉料压力增大，容易损坏。对于常规的炉型，导料板51下端边缘与炉壁水平距离为设为1～2m即可，这样可保证高温球团(物料)能够顺利通过圆台导料结构进入下部冷却段。根据炉料自然堆角和流动性，导料板51的倒锥面与水平面的夹角为45°～60°，优选为48°～53°，保证物料的流动性。

本实施例为了进一步保证导料板51在高温环境中的强度，在导料板51与耐火砖10之间设有水冷结构13。水冷结构13由多块冷却板构成，冷却板为铸钢件，内部铸有无缝钢管，无缝钢管设有进水口和出水口，无缝钢管在冷却板内呈蛇形(连续的s形)分布，无缝钢管的进水口和出水口连接到炉外循环水系统。

输送还原气的下围管6所在位置对应圆台导料结构5的中部，下围管6围绕炉体一周，连接有多个下喷嘴7，下喷嘴7穿过耐火砖10连通气基竖炉的内腔，延伸到导料板51下端开口的边沿。部分还原气通过下喷嘴7喷入炉腔内，为了提高气体与物料接触的效率，下喷嘴7向下倾斜设置，其与水平面的夹角为25°～30°，优选角度为27°～29°。

耐火砖10可对下喷嘴管7进行保护，避免球团直接接触喷嘴管，将喷嘴管挤压变形。同时圆台导料结构的设置，使得还原气下围管喷入还原气只能通过竖炉中间空区进入竖炉上部，实现气流沿中心分布的目的。为了保证气基竖炉边缘气流充足，还原气的上喷嘴4采用低压喷入还原气。

在炉腔内还设有十字测温装置8，十字测温装置8所在的位置对应上围管的上方。十字测温装置8可检测炉内截面温度分布，其连接外部的计算机控制系统，为气基竖炉的控制提供温度参数。本实施例的十字测温装置8选用的十字测温热电偶。气基竖炉设置两个还原气进气围管，分别从圆台导料结构上下部位送气进入竖炉，通过炉内的十字测温装置8监测竖炉内温度，调整控制两个还原气进气围管煤气分配比例和进气压力，避免中心气流过度发展，中心炉料温度高现象，可保证气基竖炉内气流分布均匀。

本实施例的气基竖炉，通过设置圆台导料结构和两个还原气进气围管，使气基竖炉内部气流沿横截面分布均匀合理，提高煤气利用率，降低每吨海绵铁产品所消耗还原气量；增加中心气流量，促进气基竖炉中心炉料充分还原，可提高中心炉料的金属化率。

实施例1

本实施例以直径为7m的大型气基竖炉为例，气基竖炉操作压力为0.13mpa。在还原段下端分别设置还原气上围管3、还原气下围管6，导料板下端边缘与炉壁水平距离为1.3m。

粒度为8～20mm的铁精矿氧化球团测得自然堆角为26°，流动性倾角为42°，圆台导料结构5的导料板倾角设置为50°，充分保证球团能够顺利经圆台导料结构5进入下部冷却段2。

设置的两个还原气进气围管，分别从炉外对应的圆台导料结构5上下部位送气进入竖炉，通过炉内的十字测温热电偶监测竖炉内温度，其中还原气的上围管3喷入还原气占总量的55％，上围管连接的上喷嘴4数量为20个，上围管入气压力为0.16mpa；下围管6喷入还原气占总量45％，下围管连接的下喷嘴7数量为14个，下围管6入气压力为0.2mpa。

下喷嘴7经圆台导料结构的耐火砖内部伸入到导料板的边沿，与水平夹角为26°斜向下，圆台导料结构的耐火砖10可对下喷嘴管进行保护，避免球团直接接触喷嘴管，将喷嘴管挤压变形。在此流量分配比例和压力操作下，气基竖炉内气流分布均匀，可将炉料中心温度与外围温度差控制在80℃以内。

与传统的气基竖炉对比，利用本实施例的气基竖炉处理物料，可将煤气利用率提高6％，气基竖炉产品海绵铁的金属化率较稳定，优化后可达到93％，而且吨铁耗气量降低5％。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。