专利名称：一种电炉海绵铁热装装置及其方法
技术领域：
本发明属于海绵铁热装技术领域，特别是提供了一种电炉海绵铁热装装置及其方法。
背景技术：
海绵铁(DRI)是铁矿石在固态条件下直接还原而形成的，可以用来作为冶炼优质 钢、特殊钢的纯净原料，从而可以代替废钢来进行电炉炼钢。近年来，由于废钢资源 短缺，以及海绵铁生产技术的成熟应用，海绵铁的产量以每年10%以上的速度递增， 采用冷海绵铁作为原料进行电炉炼钢的工艺在国外已经相当普遍，但是采用气基 MIDREX竖炉方法或其他回转窑方法生产出60(TC左右的热海绵铁，然后通过溜管加料 方式在自重作用下直接溜进电炉进行炼钢的工艺目前在国际上还没有被使用。
矿石在完成还原过程后，海绵铁温度很高(大于60(TC)，以致当海绵铁从直接 还原生产设备送入炼钢车间过程中非常容易出现二次氧化问题。如何开发出一种新的 海绵铁输送系统，使得热海绵铁在密封的条件下进行输送，从而将其与周围空气隔绝， 同时也避免释放出大量炉尘，而且还要求该输送系统与电弧炉设备在操作中不相干涉， 这是目前钢铁厂急需解决的问题，也是近十几年来电炉炼钢厂没有采用海绵铁热装工 艺的主要原因之一。第一套采用MIDREX竖炉生产海绵铁，然后向邻近的电炉炼钢车 伺连续热送热装的热海绵铁加料系统，目前正在阿曼一家钢铁公司建设，而该项电炉 炼钢工程是由北京首钢国际工程技术有限公司以EPS方式承揽总包的。
用冷海绵铁作为废钢的替代原料进行电炉炼钢，与废钢作为原料相比，能耗等指 标还是偏高，但如果采用热海绵铁作为电炉炼钢原料，由于60(TC的海绵铁本身给电炉 带入了一定的物理热，从而大大降低了电炉炼钢的电耗及冶炼时间，吨钢电耗降低约 150kwh，以一个年产100万吨的电炉炼钢厂为例，每年可节约电1.5亿kwh，若以电价 0.5元/kwh计算，每年可节约成本0.75亿元，利润相当可观，并且采用海绵铁直接热 装电炉后，对海绵铁生产车间来说也可縮减用来冷却热海绵铁的工序，这些同样能够 节省一大笔费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电炉海绵铁热装装置及其方法，采用100%热海绵铁 (大于60(TC)进行电炉炼钢的物料输送工艺及其装置，最适用于采用气基竖炉MIDREX纟去生产海绵铁然后热装电炉并进行冶炼的电炉炼钢厂，也适合于其它方式生产 海绵铁然后热装电炉并进行冶炼的电炉炼钢厂。
本发明包括过渡料罐、分配器、固定溜管、热装旋转溜管、氮气密封装置、氮气 冷却系统、受料溜管、普通溜管和旋转支撑，其中，过渡料罐、分配器与固定溜管这 三者是沿料流方向依次布置并以法兰方式连接在一起的，热装旋转溜管和受料溜管依 次布置在其下方，但它们与上述三者不发生物理连接关系，只存在料流的承接关系。 由于热装旋转溜管是可旋转的，所以它与其上面的固定溜管以及其下面的受料溜管之 间存在缝隙，这两处分别焊接有氮气密封装置5和7;氮气冷却系统则是指通过在固定 溜管的双层套管的外层上开孔并通入氮气来冷却的一种设施；固定溜管是从电炉车间 外进入到车间内部的，分别由平台及吊车梁上的吊架或支架固定；热装旋转溜管上还
布置有一根普通溜管，用于满足石灰等熔剂和铁合金的加入需要；热装旋转溜管和普
通溜管均固定在同一旋转支撑上，在两根溜管的末端汇总为一根溜管，形成类似于三
通的下料溜管；受料溜管固定在炉盖上，用于接收热海绵铁及电炉冶炼用的石灰、白
云石等散状料熔剂。
固定溜管采用双层套管结构。在固定溜管的下方布置了热装旋转溜管。热装旋转
溜管的最大旋转角度为80° ，热装旋转溜管的工作角度主要有3个，即0° 、 40°和 80° 。第一氮气密封装置位于固定溜管和热装旋转溜管之间。第二氮气密封装置位于 热装旋转溜管和炉盖上的固定受料管之间。
氮气冷却系统分为两部分，第一部分是上部溜管冷却系统，冷却从分配器至固定 溜管末端之间的各段固定管道，第二部分是热装旋转溜管冷却系统，冷却热装旋转溜 管，氮气管道能够随热装旋转溜管转动。冷却用的氮气从各段溜管的外层套管上的进 气孔进入内外套管之间。
本发明电炉海绵铁热装的方法为热海绵铁从过渡料罐及分配器进入双层套管结 构的固定溜管；热海绵铁在第一氮气密封装置的保护下从固定溜管进入双层套管结构 的热装旋转溜管；热海绵铁在第二氮气密封装置的保护下从热装旋转溜管进入受料溜 管；所有的双层套管的冷却介质为氮气或其他惰性气体；所有的密封装置的密封介质 为氮气或其他惰性气体。
过渡料罐和分配器的作用主要是调节电炉在检修时或在冶炼周期内非加料时间 中的热海绵铁的流向，以及加料过程中调节加料速度。由MIDREX竖窑生产的600。C以 上的热海绵铁进入过渡料罐，以电炉的冶炼周期为55min为例，热装海绵铁的连续加 料时间为45min，其余10分钟的非加料时间中，热海绵铁需经过分配器的换向功能而 转换流向到另一根溜管内，转入热压块工序。在电炉冶炼过程中需连续加入60(TC的海 绵铁，连续加料时间为45min。本发明除旋转机构外不需要外部动力，完全靠物料的自身重量实现物料的连续输 送，节省电炉装料电能及其他设备(如大容量的料罐及称量装置)，并且采用海绵铁的热 装连续炼钢，避免了从炉顶加料时炉盖的打开操作等工序，可节省了 10%的操作时间 (5-10min)，又减少了电炉炉内能量的散失。此工艺方法及装置在电炉炼钢领域具有 很好的应用前景。
图l为本发明装置的结构示意图。其中，过渡料罐l、分配器2、固定溜管3、热 装旋转溜管4、第一氮气密封装置5、氮气冷却系统6、第二氮气密封装置7、受料溜 管8、电炉9、天车梁IO、普通溜管ll、旋转支撑12。
具体实施例方式
该装置包括过渡料罐、分配器、固定溜管、热装旋转溜管、氮气密封装置、氮气 冷却系统、受料溜管。固定溜管3位于分配器2下方，直接进入电炉车间内，分别由 平台及吊车梁上的吊架或支架固定，在固定溜管3的下方布置了热装旋转溜管4;热装 旋转溜管4上还布置有一根普通溜管11,用于满足石灰等熔剂和铁合金的加入需要； 热装旋转溜管4和普通溜管11均固定在同一旋转支撑12上，在两根溜管的末端汇总 为一根溜管，形成类似于三通的下料溜管；受料溜管8固定在炉盖上，用于接收热海 绵铁及电炉冶炼用的石灰、白云石等散状料熔剂；第一氮气密封装置5位于固定溜管3 和热装旋转溜管4之间。第二氮气密封装置7位于热装旋转溜管4和炉盖上的固定受 料溜管8之间。
固定溜管位于分配器下方，直接进入电炉车间内，分别由平台及吊车梁上的吊架 或支架固定，此固定溜管采用双层套管结构，这样做的目的和原因主要是基于以下考 虑第一，冷却内层套管，由于海绵铁的温度在60(TC以上，固定溜管在连续输送这种 高温热海绵铁的过程中，耐磨强度及刚度等理化指标均大幅度下降，通过在双层套管 内充氮气的方式可以起到冷却内部套管作用，从而维持内部溜管的理化性能；第二， 双层套管结构内部充氮气可以起到防止海绵铁与空气接触，从而防止海绵铁二次氧化 的目的。
电炉在冶炼及维修过程中，为保证电炉操作与加料溜管互不干涉，在固定溜管的 下方布置了热装旋转溜管。热装旋转溜管的最大旋转角度为80° ，热装旋转溜管的工 作角度主要有3个，即(T 、 40°和80° ，在冶炼过程中当电炉需连续加料时热装旋 转溜管工作在(T ，在电炉出渣和出钢时，电炉需向前、向后倾动，此时热装旋转溜管 向炉前渣门方向旋转40° ，从而避免了热装旋转溜管与固定在电炉炉盖上的受料管发 生碰撞的可能；在电炉需要检修时，需要用车间内的吊车将电炉整体吊运到修理工位， 此时热装旋转溜管旋转角度为80° ，从而不影响电炉的吊运。由于电炉在生产过程中不仅仅只有海绵铁，还需要大量的石灰等熔剂和铁合金，因此在此热装旋转溜管上还 布置有一根普通的溜管，用于满足石灰等熔剂和铁合金的加入需要。热装旋转溜管和 普通溜管均固定在同一旋转支撑上，在两根溜管的末端汇总为一根溜管，形成类似于 三通的下料溜管。
电炉炉盖上的受料溜管固定在炉盖上，用于接收热海绵铁及电炉冶炼用的石灰、 白云石等散状料烙剂。由于此处的高温烟气温度太高，此溜管采用水冷方式进行冷却， 冷却水引自炉盖冷却水系统。采用海绵铁进行电炉炼钢的一个特点是容易发生熔池大 沸腾，大喷溅，产生的主要原因是加入的海绵铁没来得及熔化而产生了堆集， 一旦熔 池温度升高或临界动力条件的变化，就会引起碳氧反应的剧烈进行，发生大沸腾，大 喷溅，甚至更为严重的事故。为了避免发生这种情况，需保证海绵铁能够加入到电炉 的中心区域(即3根电极的中心位置)，使连续加入的海绵铁能够边加入边熔化，不 产生堆集现象，为此将炉盖上的受料溜管布置在电炉炉盖上的中心区小炉盖范围内， 并向电炉中心方向倾斜24。，根据计算物料的下料弧线轨迹，保证了海绵铁加到电炉 的中心区。
第一氮气密封装置位于固定溜管和热装旋转溜管之间。由于热装旋转溜管的旋转 操作、溜管的变形以及热装旋转溜管的上部喇叭口比上面固定溜管的下口大等因素， 热装旋转溜管与上部固定溜管之间必然留有间隙，600'C的热海绵铁从固定溜管进入到 热装旋转溜管的过程中，为防止空气对海绵铁的二次氧化，特在此间隙处设置了第一 氮气密封装置，氮气流的方向为斜向溜管中心线方向。
第二氮气密封装置位于热装旋转溜管和炉盖上的固定受料管之间。原理同第一氮 气密封装置。此氮气密封装置的氮气流方向为斜向下吹向电炉内部，这种气流方向不 但起到了防止海绵铁二次氧化的作用，也抑制了电炉内的烟气从电炉受料溜管的外溢。
氮气冷却系统主要是用于冷却加料溜管的内外层套管，保证了外层套管的刚度以 及内层套管的耐磨强度。此氮气冷却系统分为两部分，第一部分是上部溜管冷却系统， 冷却从分配器至固定溜管末端之间的各段固定管道，第二部分是热装旋转溜管冷却系 统，冷却热装旋转溜管，氮气管道能够随热装旋转溜管转动。冷却用的氮气从各段溜 管的外层套管上的进气孔进入内外套管之间。
权利要求
1.一种电炉海绵铁热装的装置，其特征在于，该装置包括过渡料罐(1)、分配器(2)、固定溜管(3)、热装旋转溜管(4)、氮气密封装置(5和7)、氮气冷却系统(6)、受料溜管(8)、普通溜管(11)和旋转支撑(12)，其中，过渡料罐(1)、分配器(2)与固定溜管(3)这三者是沿料流方向依次布置并以法兰方式连接在一起的，热装旋转溜管(4)和受料溜管(8)依次布置在其下方，热装旋转溜管(4)与其上面的固定溜管(3)以及其下面的受料溜管(8)之间存在缝隙，这两处分别焊接有氮气密封装置(5、7)；固定溜管(3)是从电炉车间外进入到车间内部的，分别由平台及吊车梁上的吊架或支架固定；热装旋转溜管(4)上还布置有一根普通溜管(11)，用于满足石灰熔剂和铁合金的加入需要；热装旋转溜管(4)和普通溜管(11)均固定在同一旋转支撑(12)上，在两根溜管的末端汇总为一根溜管，形成类似于三通的下料溜管；受料溜管(8)固定在炉盖上，用于接收热海绵铁及电炉冶炼用的石灰、白云石散状料熔剂。
2、 按照权利要求l所述的装置，其特征在于，固定溜管(3)采用双层套管结构； 热装旋转溜管(4)的最大旋转角度为8(T ，热装旋转溜管(4)的工作角度有3个， 即0。 、 40°和80° 。
3、 按照权利要求l所述的装置，其特征在于，氮气冷却系统分(6)为两部分， 第一部分是上部溜管冷却系统，冷却从分配器至固定溜管末端之间的各段固定管道； 第二部分是热装旋转溜管冷却系统，冷却热装旋转溜管，氮气管道能够随热装旋转溜 管转动，冷却用的氮气从各段溜管的外层套管上的进气孔进入内外套管之间。
4、 按照权利要求1所述的装置，其特征在于，热装旋转溜管(4)为三通结构。
5、 采用权利要求l所属装置电炉海绵铁热装的方法，热海绵铁从过渡料罐(1) 及分配器(2)进入双层套管结构的固定溜管(3);热海绵铁在第一氮气密封装置(5) 的保护下从固定溜管(3)进入双层套管结构的热装旋转溜管(4);热海绵铁在第二 氮气密封装置(7)的保护下从热装旋转溜管(4)进入水冷的受料溜管(8);所有的 双层套管的冷却介质为氮气或其他惰性气体；所有的密封装置的密封介质为氮气或其 他惰性气体。
6. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，固定溜管(3)采用双层套管结构 并充氮气或其他惰性气体冷却，双层套管的夹层充气同时起到防止海绵铁与空气可能 的接触，从而防止海绵铁二次氧化。
7. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，热装旋转溜管(4)采用双层套管 结构并充氮气或其他惰性气体冷却。
8. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，受料溜管(8)采用水冷方式冷却 并且安装在中心小炉盖上。
9.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，氮气密封装置采用环缝或环孔喷吹 氮气或其它惰性气体方式产生气幕从而达到密封的目的。
全文摘要
一种电炉海绵铁热装装置及其方法，属于海绵铁热装技术领域。该装置包括过渡料罐、分配器、固定溜管、热装旋转溜管、氮气密封装置、氮气冷却系统、受料溜管。固定溜管位于分配器下方，在固定溜管的下方布置热装旋转溜管；热装旋转溜管上布置一根普通溜管，热装溜管和普通溜管均固定在同一旋转支撑上，在两根溜管的末端汇总为一根溜管，形成类似于三通的下料溜管；受料溜管固定在炉盖上，第一氮气密封装置位于固定溜管和热装旋转溜管之间。第二氮气密封装置位于热装旋转溜管和炉盖上的固定受料溜管之间。适于采用气基竖炉MIDREX法或其它方法生产海绵铁然后热装电炉，装置除旋转机构外不需要外部动力，靠物料自身重力实现连续加料。
文档编号C21B13/00GK101565769SQ20091008526
公开日2009年10月28日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者冯术勋, 张国栋, 武国平, 王庆周, 秦友照 申请人:北京首钢国际工程技术有限公司