本实用新型涉及冶金技术领域，具体而言，本实用新型涉及直接还原铁用气基竖炉的出料系统。
背景技术：
现代高炉炼铁技术虽然取得了长足的进步，然而并没有克服它对优质冶金焦和优质人造块矿的强烈依赖，这种依赖决定了它必须具有从炼焦、烧结或球团最终到高炉的较长流程。焦煤资源是限制高炉流程进一步发展的重要因素，尽管我国是煤炭资源的大国，但主焦煤的资源极为有限而且分布地域不均匀，仅占煤炭资源总量的25％左右。随着我国钢铁产量的飞跃发展(目前的产能已经达到8亿吨/年)，据有关方面的预测我国的炼焦煤资源只够使用30年。更重要的是，焦化和烧结一直是钢铁企业中污染排放大户，也决定了高炉流程的污染比较严重，未来会受到来自环保方面日益严苛的限制。
与传统的高炉流程相比，气基竖炉直接还原-废钢电炉流程具有流程相对较短、不需炼焦煤、单套设备产量大、节能减排效果明显的技术优势，具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。气基竖炉产出的直接还原铁(DRI/HBI)是电炉冶炼高等级纯净钢的最佳废钢残留元素的稀释剂，是提高我国废钢使用比例、降低钢铁产业能耗及CO2排放量必需的原料。但是，提高气基直接还原竖炉的单位产能必须以改进竖炉设备生产的稳定性和连续性为前提条件。
当前，国内气基竖炉的排料系统一直未能取得理想的效果，因为竖炉产出的金属化球团温度较高且易氧化，所以必须在惰性气氛下冷却至200℃以下之后才能排出竖炉。国内竖炉采用的螺旋出料方式存在气密性不佳、出料螺旋磨损严重和频繁卡料的问题，严重影响竖炉的生产顺行和产能充分释放。因此，现有的气基竖炉出料系统仍有待改进。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出直接还原铁用气基竖炉的出料系统。该系统可以显著提高气基竖炉还原段的气密性，避免热态金属化球团在出料过程中发生二次氧化，从而提高气基竖炉工作的稳定性，并保证产品的金属化率。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种直接还原铁用气基竖炉的出料系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：
气基竖炉，所述气基竖炉内自上而下限定出还原段、出料段、冷却段和排料段，所述气基竖炉包括：
松料器，所述松料器布置在所述出料段，所述松料器包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴相对布置，所述第一旋转轴上分别沿轴向和径向间隔布置有第一旋转叶片，所述第二旋转轴上分别沿轴向和径向间隔布置有第二旋转叶片，在所述第一旋转轴和所述第二旋转轴相对一侧，所述第一旋转叶片和所述第二旋转叶片交错分布，并且所述第一旋转轴和所述第二旋转轴内均布置有水冷管；
第一闸板，所述第一闸板布置在所述出料段且位于所述松料器的下方；
第二闸板，所述第二闸板布置在所述出料段且位于所述第一闸板的下方；
进气管，所述进气管布置在所述冷却段下端侧壁上；
排气管，所述排气管布置在所述冷却段上端的侧壁上；
旋转卸料器，所述旋转卸料器布置在所述排料段；
换热单元，所述换热单元包括：
缓冲罐，所述缓冲罐具有气体入口和气体出口；
换热管，所述换热管布置在冷水槽中且所述换热管的后端与所述气体入口相连；
抽气泵，所述抽气泵分别与所述换热管的前端和所述排气管相连；
压缩泵，所述压缩泵分别与所述气体出口和进气管相连。
根据本实用新型实施例的直接还原铁用气基竖炉的出料系统，将金属化球团由气基竖炉还原段排出后，物料进入出料段，在出料段旋叶式松料器的输送下，物料依次通过第一闸板和第二闸板进入冷却段；通过依次关闭第一闸板和第二闸板，可以有效避免发生卡料，从而保证气基竖炉还原段的气密性良好，并保证还原段压力维持在正常水平；待物料进入冷却段、且第一闸板和第二闸板关闭后，通过设置在冷却段下端侧壁上的进气管向冷却段内供给惰性气体对热态金属化球团进行冷却，换热后的惰性气体经设置在冷却段上端侧壁上的排气管排出，再经换热单元各组件的处理以降温，并返回冷却段对物料进行冷却，从而形成惰性冷却气体的循环；进一步地，冷却后的金属化球团进入排料段，在排料段旋转卸料器的输送下导出系统，落入其下方的输送皮带并送至后续工艺。由此，本实用新型的直接还原铁用气基竖炉的出料系统可以显著提高气基竖炉还原段的气密性，避免热态金属化球团在出料过程中发生二次氧化，从而提高气基竖炉工作的稳定性，并保证产品的金属化率。
任选的，所述出料段自上而下包括第一渐缩段和第一等径段，所述松料器布置在所述第一渐缩段，所述第一闸板和所述第二闸板布置在所述第一等径段。
任选的，所述第一闸板底端与所述第二闸板顶端的距离为10～15cm。
任选的，所述第一渐缩段的侧壁与所述第一等径段侧壁之间的夹角为5～15度。
任选的，所述松料器包括第一至第三松料器，所述第一至第三松料器自上而下间隔布置在所述第一渐缩段，并且第一松料器和第三松料器的第一旋转轴和第二松料器的第一旋转轴垂直。
任选的，所述冷却段自上而下包括第二渐扩段、第二等径段和第二渐缩段，所述进气管布置在所述第二渐缩段的侧壁上，所述排气管布置在所述第二渐扩段的侧壁上。
任选的，所述进气管包括进气段和出气段，所述进气段沿垂直所述第二渐缩段的侧壁方向伸入到所述冷却段，所述出气段与所述进气段垂直且所述出气段的出气口朝向所述排料段；所述排气管垂直于所述第二渐扩段的侧壁。
任选的，所述进气管和所述排气管分别独立地为两个，并且所述两个进气管分别布置在所述第二渐缩段相对的侧壁上，所述两个排气管分别布置在所述第二渐扩段相对的侧壁上，所述两个进气管和所述两个排气管在所述冷却段的同一个纵切面上。
任选的，所述第二渐扩段的侧壁与所述第二等径段侧壁之间的夹角为15～60度，所述第二渐缩段与所述第二等径段侧壁之间的夹角为30～60度。
任选的，位于所述旋转卸料器的所述排料段的一段的纵截面为圆弧，所述旋转卸料器叶片外缘轨迹与所述纵截面为圆弧的排料段的内壁距离为2～4mm。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例的直接还原铁用气基竖炉的出料系统结构示意图；
图2是根据本实用新型一个实施例的松料器结构示意图；
图3是根据本实用新型再一个实施例的直接还原铁用气基竖炉的出料系统结构示意图；
图4是根据本实用新型一个实施例的出料段结构示意图；
图5是根据本实用新型一个实施例的冷却段结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种直接还原铁用气基竖炉的出料系统。根据本实用新型的实施例，参考图1～5，该系统包括：气基竖炉和换热单元，所述气基竖炉内自上而下限定出还原段100、出料段200、冷却段300和出料段400。所述气基竖炉包括松料器210、第一闸板220、第二闸板230、进气管310、排气管320和旋转卸料器410。
下面参考图1～5对根据本实用新型实施例的直接还原铁用气基竖炉的出料系统进行详细描述：
根据本实用新型的实施例，参考图2，松料器210布置在出料段200，松料器210包括第一旋转轴2101和第二旋转轴2102，第一旋转轴2101和第二旋转轴2102相对布置，第一旋转轴2101上分别沿轴向和径向间隔布置有第一旋转叶片，第二旋转轴2102上分别沿轴向和径向间隔布置有第二旋转叶片，在第一旋转轴2101和第二旋转轴2102相对一侧，第一旋转叶片和第二旋转叶片交错分布，并且第一旋转轴2101和第二旋转轴2102内均布置有水冷管(附图中未示出)。由此，可以进一步有利于热态金属化球团稳定地进入出料系统，避免发生卡料，且通过采用中轴水冷，可以对热态金属化球团进行初步冷却，避免物料二次氧化。
根据本实用新型的实施例，第一闸板220布置在出料段200且位于松料器210的下方，第二闸板230布置在出料段200且位于第一闸板220的下方。发明人发现，在竖炉还原段出料结束后，第一闸板在关闭过程中可能被金属化球团挤住，产生缝隙而破坏气密性，通过在第一闸板的下方设置第二闸板，且在第一闸板后间隔一段时间(例如3～5s后)再关闭第二闸板，可以有效防止第二闸板再被球团卡住。由此，通过第一闸板和第二闸板的联合作用，可以显著增强竖炉出料系统的气密性，不仅可以保证竖炉还原段的压力维持在正常水平，而且可以防止竖炉内有毒气体逸出发生危险，还能防止后续冷却段的惰性冷却气体渗入竖炉内部，影响炉内气氛的还原性和炉顶气的循环使用。
根据本实用新型的具体实施例，第一闸板底端与第二闸板顶端的距离可以为10～15cm。由此，可以进一步有利于第一闸板与第二闸板的联合作用，避免球团卡料，影响竖炉气密性。
根据本实用新型的具体实施例，第一闸板和第二闸板均由耐热耐磨材料制成，由此，可以进一步提高设备的稳定性。
根据本实用新型的实施例，参考图4，出料段200自上而下包括第一渐缩段201和第一等径段202，松料器210布置在第一渐缩段201，第一闸板220和第二闸板230布置在第一等径段202。根据本实用新型的具体实施例，第一闸板220与第一等径段202顶端的距离可以为30～50cm。由此，可以进一步有利于避免球团卡料，影响竖炉气密性。
根据本实用新型的具体实施例，第一渐缩段的侧壁与第一等径段侧壁之间的夹角α为5～15度。由此，可以进一步有利于金属化球团的出料，并避免球团卡料，影响竖炉气密性。
根据本实用新型的具体实施例，参考图3，松料器210包括第一至第三松料器211～213，即第一松料器211，第二松料器212，第三松料器213，第一至第三松料器自上而下间隔布置在第一渐缩段201，并且第一松料器和第三松料器的第一旋转轴和第二松料器的第一旋转轴垂直。由此，通过采用多个松料器对竖炉还原段排出的热态金属化球团进行输送，可以进一步避免球团卡料，并进一步有利于球团的初步冷却效果。
根据本实用新型的实施例，进气管310布置在冷却段200下端侧壁上，排气管320布置在冷却段300上端的侧壁上。通过采用进气管向冷却段喷吹惰性气体，以便加速热态金属化球团的冷却，并避免二次氧化。
根据本实用新型的具体实施例，参考图5，冷却段300自上而下包括第二渐扩段301、第二等径段302和第二渐缩段303，进气管310布置在第二渐缩段303的侧壁上，排气管320布置在第二渐扩段301的侧壁上。
根据本实用新型的具体实施例，进气管310包括进气段311和出气段312，进气段311沿垂直第二渐缩段303的侧壁方向伸入到冷却段300，出气段312与进气段311垂直且出气段312的出气口朝向排料段400；排气管320垂直于第二渐扩段301的侧壁。由此，可以有效防止下落的球团将管路喷嘴砸坏。根据本实用新型的实施例，进气管310和排气管320的内径可以为第二等径段302高度h的1/20～1/15，根据本实用新型的具体实施例，h可以为2～5m，进气管310和排气管320的内径可以相同。由此，可以进一步提高对热态金属化球团的冷却效率。
根据本实用新型的具体实施例，进气管的气体流速可以为0.5～3m/s，排气管的气体流速可以设置为大于进气管气体流速0.2～1m/s，由此，可以进一步有利于冷却气体的循环，提高金属化球团的冷却效率。
根据本实用新型的具体实施例，进气管310和排气管320分别独立地为两个，并且两个进气管310分别布置在第二渐缩段303相对的侧壁上，两个排气管320分别布置在第二渐扩段301相对的侧壁上，两个进气管310和两个排气管320在冷却段300的同一个纵切面上。由此，可以进一步提高对热态金属化球团的冷却效率。
根据本实用新型的具体实施例，参考图5，第二渐扩段301的侧壁与第二等径段303侧壁之间的夹角β为15～60度，第二渐缩段303与第二等径段303侧壁之间的夹角γ为30～60度。由此，可以进一步有利于金属化球团的冷却。
根据本实用新型的实施例，旋转卸料器410布置在排料段400。根据本实用新型的具体实施例，旋转卸料器可以由耐热耐磨材料制成。可以通过调整旋转卸料器的转速在3～20r/min，从而获得不同的出料速度。考虑到某些气基竖炉的工作压力高达0.5MPa左右，因此建议采用间歇出料的方式以保证竖炉还原段的压力稳定。
根据本实用新型的具体实施例，位于旋转卸料器410的排料段400的一段的纵截面为圆弧，旋转卸料器410叶片外缘轨迹与纵截面为圆弧的排料段的内壁距离为2～4mm。由此，可以控制该间距不大于金属化球团直径的50～70％，以防止球团通过叶片与出料段内壁之间的缝隙漏出而发生的出料速度失控的现象。
根据本实用新型的具体实施例，旋转卸料器所在位置的出料段横截面可以设置为长:宽＝1～4的方形。
根据本实用新型的实施例，换热单元包括缓冲罐510、换热管520、抽气泵530和压缩泵540。其中，缓冲罐510具有气体入口和气体出口；换热管520布置在冷水槽521中且换热管520的后端与缓冲罐510的气体入口相连；抽气泵530分别与换热管520的前端和排气管320相连；压缩泵540分别与缓冲罐510的气体出口和进气管310相连。冷却段排出的热气体首先经过抽气泵、然后经过带水槽的换热管进行冷却降温，最后返回缓冲罐；缓冲罐内的冷却气再经过压缩泵和进气管返回冷却段。由此，冷却段对金属化球团换热后的惰性气体经设置在冷却段上端侧壁上的排气管排出，再经换热单元各组件的处理以降温，并返回冷却段对物料进行冷却，从而形成惰性冷却气体的循环。
由此，根据本实用新型实施例的直接还原铁用气基竖炉的出料系统，将金属化球团由气基竖炉还原段排出后，物料进入出料段，在出料段旋叶式松料器的输送下，物料依次通过第一闸板和第二闸板进入冷却段；通过依次关闭第一闸板和第二闸板，可以有效避免发生卡料，从而保证气基竖炉还原段的气密性良好，并保证还原段压力维持在正常水平；待物料进入冷却段、且第一闸板和第二闸板关闭后，通过设置在冷却段下端侧壁上的进气管向冷却段内供给惰性气体对热态金属化球团进行冷却，换热后的惰性气体经设置在冷却段上端侧壁上的排气管排出，再经换热单元各组件的处理以降温，并返回冷却段对物料进行冷却，从而形成惰性冷却气体的循环；进一步地，冷却后的金属化球团进入排料段，在排料段旋转卸料器的输送下导出系统，落入其下方的输送皮带并送至后续工艺。由此，本实用新型的直接还原铁用气基竖炉的出料系统可以显著提高气基竖炉还原段的气密性，避免热态金属化球团在出料过程中发生二次氧化，从而提高气基竖炉工作的稳定性，并保证产品的金属化率。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
实施例1
气基竖炉还原段排出热态金属化球团后，依次打开第一闸板和第二闸板，热态金属化球团开始由竖炉还原段落入下方的冷却段。冷却段底部进气管的气体流速为0.5m/s，排气口的气体流速为0.7m/s。
竖炉还原段出料结束后，首先关闭第一闸板，3s后再关闭第二闸板。球团在冷却段中冷却3h后开启旋转卸料器，转速5r/min，将冷却后的金属化球团导出到输送皮带。
对于还原段工作压力为0.5MPa左右的气基还原竖炉，采用本实用新型提供的出料系统，除了可以使竖炉还原气的工作压力稳定在0.5MPa，炉内还原段的N2体积分数低于1％，炉顶气可以长期循环使用，不会因为N2的循环累积受到影响。
实施例2
气基竖炉还原段排出热态金属化球团后，依次打开第一闸板和第二闸板，热态金属化球团开始由竖炉还原段落入下方的冷却段。冷却段底部进气管的气体流速为3m/s，排气口的气体流速为4m/s。
竖炉还原段出料结束后，首先关闭第一闸板，5s后再关闭第二闸板。球团在冷却段中冷却6h后开启旋转卸料器，转速60r/min，将冷却后的金属化球团导出到输送皮带。
对于还原段工作压力为0.5MPa左右的气基还原竖炉，采用本实用新型提供的出料系统，除了可以使竖炉还原气的工作压力稳定在0.5MPa，炉内还原段的N2体积分数低于1％，炉顶气可以长期循环使用，不会因为N2的循环累积受到影响。
实施例3
气基竖炉还原段排出热态金属化球团后，依次打开第一闸板和第二闸板，热态金属化球团开始由竖炉还原段落入下方的冷却段。冷却段底部进气管的气体流速为2m/s，排气口的气体流速为3m/s。
竖炉还原段出料结束后，首先关闭第一闸板，4s后再关闭第二闸板。球团在冷却段中冷却5h后开启旋转卸料器，转速15r/min，将冷却后的金属化球团导出到输送皮带。
对于还原段工作压力为0.5MPa左右的气基还原竖炉，采用本实用新型提供的出料系统，除了可以使竖炉还原气的工作压力稳定在0.5MPa，炉内还原段的N2体积分数低于1％，炉顶气可以长期循环使用，不会因为N2的循环累积受到影响。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。