本实用新型属于冶金设备技术领域，具体地，涉及一种安装有炉顶装料设备和炉顶气排出设备的竖炉。
背景技术：
我国是钢铁生产大国，2015年我国大陆粗钢产量为8.04亿吨，占全球总产量49.5％。但是钢铁产业结构不合理，铁钢比高、电炉钢比例小，部分特殊的钢材品种还需进口，炼钢工艺以高炉炼铁-转炉炼钢的长流程为主，能源资源消耗大、生产成本高，经济效益差，已经越来越不适应行业的发展，遭到陆续的淘汰，当前直接还原铁技术在冶炼行业中得到了较快的发展，获得了较普遍的应用，气基竖炉直接还原技术作为主要的非高炉炼铁技术在国外已得到成熟应用，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，具有流程短、节能减排效果明显优势，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。
炉顶装料设备是直接还原竖炉的关键设备，其工作的性能好坏直接影响到竖炉能否正常生产。竖炉在进行连续化装料过程中，需要安装料位计对炉内的料位进行监测，由于炉顶气含尘量大，激光、雷达等料位计监测结果存在误差，而传统的射线料位计又具有放射性，对人员安全影响大。对于大型竖炉，炉顶气由炉顶侧面排出会影响竖炉上部煤气流分布，造成上部炉料与还原气的换热、化学反应不均匀，每吨产品海绵铁消耗还原气量高，并且炉顶气中含尘量高，增加后续降温除尘工序设备的负荷。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种安装有炉顶装料设备和炉顶气排出设备的竖炉。本实用新型的目的是为了优化竖炉上部煤气流分布，避免煤气偏行，降低炉顶气中粉尘含量，同时提高竖炉的有效容积。
本实用新型提供一种竖炉，所述竖炉的上部安装有炉顶装料设备，所述竖炉的顶端安装有炉顶气排出设备；
所述炉顶装料设备包括受料斗、储料罐和下料管，所述储料罐分别与所述受料斗和所述下料管相连；所述储料罐的顶端安装有密封阀，所述储料罐的上部安装有氮气吹扫管，所述储料罐的下部安装有料位计；所述下料管有多个，均匀地设置在所述竖炉炉墙的同一水平位置上；所述下料管上安装有松料器，所述下料管的底端竖直向下；
所述炉顶气排出设备包括雾化降温装置、炉顶气导出管和上升管；所述雾化降温装置安装在所述竖炉内，所述雾化降温装置包括环形不锈钢水管和喷头喷雾器，所述喷头喷雾器安装在所述环形不锈钢水管上；所述炉顶气导出管有多个，均匀地设置在所述竖炉的顶端；所述炉顶气导出管与所述上升管相连；所述上升管上安装有热电偶，所述热电偶与所述雾化降温装置通过温度检测反馈元件相连。
在本实用新型的一些实施例中，所述下料管包括相连的竖管和斜管，所述斜管与水平方向的夹角为55°-70°。
在本实用新型的一些实施例中，所述下料管的底端与所述竖炉的中心、所述炉墙之间的水平距离相等，所述下料管的底端与所述竖炉顶端的距离为1m-1.5m。
在本实用新型的一些实施例中，所述下料管的直径为150mm-250mm。
在本实用新型的一些实施例中，所述炉顶气导出管的直径为0.5m-1.5m。
在本实用新型的一些实施例中，所述上升管的直径为1m-1.3m。
在本实用新型的一些实施例中，所述氮气吹扫管与所述密封阀的距离为所述储料罐高度的1/6-1/2。
在本实用新型的一些实施例中，所述料位计与所述储料罐底端的距离为所述储料罐高度的1/8-3/8。
在本实用新型的一些实施例中，所述雾化降温装置与所述竖炉顶端的距离为0.3m-0.7m。
在本实用新型的一些实施例中，所述喷头喷雾器有20-40个。
本实用新型的炉顶气从顶部排出，可以将竖炉料面可以提高0.5m以上，料面升高提高了竖炉的有效容积5％-10％。本实用新型中储料罐内持续有料，并经下料管输送入竖炉，可实现竖炉装料的连续化，并能够保证竖炉内料面稳定在同一高度，无须增加料位监测设备。
本实用新型炉顶气通过炉顶对称分布上升管排出，使得竖炉上部煤气流分布均匀，有利于上部炉料与还原气的充分换热和化学反应，产品海绵铁金属化率稳定在92％-93％之间，每吨海绵铁还原气消耗量减少约5％。
进一步地，由于本实用新型可将炉顶气含尘量由约6g/Nm3降至约4g/Nm3、温度由400℃降至200℃左右，使得后续洗涤塔耗水量降低约30％，水洗塔设计规模也相应降低，减少了设备投资和运行成本。
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
图1为本实用新型实施例中的一种竖炉炉顶的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型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，而不是对本实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型提供的竖炉上部安装有炉顶装料设备，顶端安装有炉顶气排出设备。
其中，炉顶装料设备包括受料斗1、储料罐2和下料管3，储料罐2分别与受料斗1和下料管3相连。储料罐2的顶端安装有密封阀21，储料罐2的上部安装有氮气吹扫管22，储料罐2的下部安装有料位计23。下料管3有多个，均匀地设置在竖炉炉墙7的同一水平位置上。下料管3上安装有松料器31，下料管3的底端竖直向下。
密封阀21用于防止竖炉炉顶煤气外溢。在本实用新型优选的实施例中，氮气吹扫管22与密封阀21的距离为储料罐高度的1/6-1/2，更优选为1/3。当储料罐2内炉料不足时，先进行氮气吹扫，将储料罐2内的煤气吹扫干净后，再打开密封阀21进行装料操作，将受料斗1内的炉料迅速加入到储料罐2中。在本实用新型优选的实施例中，料位计23与储料罐2底端的距离为储料罐2高度的1/8-3/8，更优选为1/4。当炉料低于料位计23的位置时，料位计23报警，从而进行装料，保证储料罐2内始终有物料。
为使得竖炉内炉料分布均匀，不出现大堆角，优选将多个储料罐2及下料管3设置为在圆周上对称。下料管3包括相连的竖管和斜管，为保证炉料运动顺畅，斜管与水平方向的夹角优选为55°-70°。进一步地，下料管3的底端与竖炉的中心、炉墙7之间的水平距离优选相等，下料管3的底端与竖炉顶端的距离优选为1m-1.5m。下料管3的直径优选为150mm-250mm，更优选为200mm。当下料管3下料不畅时，可启动松料器31，将炉料捅至炉内。
在本实用新型优选的实施例中，下料管3为四个及以上，可以保证炉料在竖炉炉体内(炉料区8)分布得更均匀。在本实用新型优选的实施例中，多个下料管3可以共用一个储料罐2，可减少储料罐2的数量，降低设备占用空间。
MIDREX的单导管直径达2m以上，从侧面引出炉顶煤气，占据的竖炉炉顶2m以上的高度不能有炉料，而本实用新型炉顶空间少，竖炉料面可以提高0.5m以上，料面升高提高了竖炉的有效容积5％-10％。本实用新型中储料罐内持续有料，并经下料管输送入竖炉，可实现竖炉装料的连续化，并能够保证竖炉内料面稳定在同一高度，无须料位监测设备。
炉顶气排出设备包括雾化降温装置4、炉顶气导出管5和上升管6。雾化降温装置4安装在竖炉内，雾化降温装置4包括环形不锈钢水管41和喷头喷雾器42，喷头喷雾器42安装在环形不锈钢水管41上。炉顶气导出管5有多个，均匀地设置在竖炉的顶端；炉顶气导出管5与上升管6相连。上升管6上安装有热电偶61，热电偶61与雾化降温装置4通过温度检测反馈元件相连。
在本实用新型优选的实施例中，雾化降温装置4与竖炉顶端的距离为0.3m-0.7m，更优选为0.5m。雾化降温装置4的环形不锈钢水管41连接高压水泵，由高压水泵持续供应冷却水。在本实用新型优选的实施例中，喷头喷雾器42有20-40个。
炉顶气导出管5设置在竖炉炉顶的正上方，优选在顶部圆周上对称均匀分布四根炉顶气导出管5，并且位于竖炉中心与炉壁的中间位置。在本实用新型优选的实施例中，炉顶气导出管5的直径为0.5m-1.5m，更优选为1m。
多个炉顶气导出管5的上端合并在一起，与上升管6相连。在本实用新型优选的实施例中，上升管6的直径为1m-1.3m。
温度检测反馈元件根据变化的煤气温度自动调节雾化水量，检测并发出喷水量信号，使得炉顶气温度控制稳定。
本实用新型可将炉顶气含尘量由约6g/Nm3降至约4g/Nm3、温度由400℃降至200℃左右，使得后续洗涤塔耗水量降低约30％，水洗塔设计规模也相应降低，减少了设备投资和运行成本。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。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实用新型内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。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
本实施例中竖炉还原气进气压力为60kPa-80kPa，炉顶压力为10kPa-20kPa，而储料罐2内由于下料管3内料柱阻力，压力为常压。本实施例中要求炉料为铁矿石氧化球团矿，呈圆球形，要求抗压强度大于2500N/个，粒度范围8mm-14mm，保证球团在下料过程中产生碎块少，下料顺畅。
本实施例竖炉炉顶装料通过如下过程实现：
首先，密封阀21处于关闭状态，当储料罐2内炉料不断加入竖炉内，料面下移至料位计23检测位置下方后，料位计23信号反馈至控制计算机，提醒储料罐2需加料。然后通过氮气吹扫管22，将储料罐2内存有的炉顶气吹扫至炉内经炉顶气导出管5排出，之后打开密封阀21，上料设备开始工作，连续快速的将受料斗1内铁矿石炉料加入储料罐2，装料完毕后，最后关闭密封阀4。随着竖炉出料，竖炉上部料面下降，储料罐5内炉料连续通过下料管3加入竖炉内，保证竖炉内料面稳定在同一高度上。如上所述过程不断循环，对储料罐2进行循环间断性上料，保证下料管3内始终有炉料存在，可完成竖炉炉顶的连续装料过程。
本实施例的竖炉炉顶气温度在400℃左右，经过雾化降温装置4喷出雾化水进行降温，使得炉顶气温度降温到200℃左右。采用该方法，降低了炉顶空间温度由400℃降至200℃左右，下料管3工作温度降低，有利于保护下料管3，保证炉料顺利下料至炉料区8内。
本实施例制得的海绵铁金属化率在92.4％，相比于其他方法，每吨海绵铁还原气消耗量减少约5％，将炉顶气含尘量由约6g/Nm3降至约4g/Nm3、温度由400℃降至200℃左右，使得后续洗涤塔耗水量降低约30％，水洗塔设计规模也相应降低，减少了设备投资和运行成本。
从上述实施例可知，采用本实用新型的竖炉，制得的海绵铁金属化率高，生产稳定。储料罐内持续有料，并经下料管输送入竖炉，实现了竖炉装料的连续化，并能够保证竖炉内料面稳定在同一高度，无须增加料位监测设备。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，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实用新型的保护范围之中。