专利名称：一种海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢铁冶金领域，具体地，本发明涉及一种海绵铁冶炼及固相氧化铁还
原装直O
背景技术：
在铁的固相还原冶炼技术中，反应装置为在反应床中部设有一反应床体，反应床体的上部上设有一原料容器，氧化铁及还原剂等添加剂是通过该容器盛装的，其底部为无孔的耐火材料砌体7 (如图幻，物料在被加热或还原过程中，烧嘴1 (图幻产生的热烟气或还原气体对物料多以辐射传热为主，大部分的高温烟气直接通过燃烧腔体6 (图幻排放至出口，导致了热烟气或还原气体对物料热量传导不充分，热效率较低；此外，在热量的传导过程中，由于导致物料只能依靠辐射和直接导热进行传导，对流传导比例较低，决定了物料的铺设厚度小，炉膛使用效率低，60%的热量随着热烟气排除炉体，有效热能利用率低，导致燃料消耗较高，于是部分生产线使用换热器对外排的烟气进行换热，以提高热能利用率， 但由于烟气中含有较高的灰尘和低沸点碱金属化合物，导致换热器的粘结，使得生产不能连续生产，即便能够断续生产，由于使用换热器其理论的换热效率也只有50%，仍有50% 的热能浪费。因此增加烟气或还原气体对物料的对流热量传导比例，是提高传热效率，增加物料铺设厚度，提高炉膛使用效率的直接有效的途径。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置，该装置包括一壳体以及设置在该壳体中部的反应床体3，所述的反应床体3采用孔状耐火材料制成，其孔径大小为5 35mm，且小于反应物料的粒径，所述的海绵铁冶炼装置中通入还原气体和产生的热烟气通过孔状耐火材料制成的反应床体3流动。所述热烟气或还原气体的流动方向为穿过还原物料堆进入孔状耐火材料的反应床体3，并从耐材气体孔流出，或者先通过孔状耐火材料再进入还原物料堆，从而改变了热烟气和还原气体的流动方向，提高了传热效率。所述耐火材料为铝质、硅质、镁质的一种或多种的组合，其耐温大于1300°C。所述反应床体3的孔状耐火材料底部设烟气或还原气体的第一烟道4和第二烟道 5。根据本发明的海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置，所述孔状耐火材料作为物料进行化学反应的反应床体，给热烟气与物料进行换热提供了条件，并且孔状耐材所耐温度为常用耐火材料铝质、硅质、镁质或其三种的结合质，耐温1300°C以上，并且孔状设计及制作也是较为成熟的技术，在冶金行业中的应用如蜂窝砖、高炉热风炉用格子砖等，但是通常这些孔状的耐高温材料用于蓄热体中，其作用在于蓄热和放热，因此，发明人克服了这些孔状的耐高温材料仅用于蓄热和放热的技术偏见，打破常规思维，将其引入到氧化铁还原制铁的领域中，作为高温状态下的反应床体，利用其透气功能，巧妙的解决了现有的热传导不充分，热量利用低下的问题，并且取得了良好的效果，使得热能的利用率达到了 85%以上，改进后的物料层增加的厚度约为原物料层的4-8倍，即同样投资的生产线，其生产率提高了 4-8倍，同时热效率提高，单位产品成本降低，排放的热烟气带走的热能仅为原有装置的25%左右，节省了 75%的燃料成本。在本发明中将原有的底部耐材砌体由孔状耐材砌体取代，还原反应物料层增厚， 同时在耐材底部设烟气或还原气体流动通道，这样热烟气或还原气体的流动方向为穿过还原物料堆向孔状耐材砌体流动，或者由孔状耐材砌体向还原物料堆流动。见图ι和图2所示流动方向。在转底炉固相还原生产海绵铁的生产线中，此项技术尤显热效率的提高技术优势。本发明中转底炉的炉底使用孔状耐材砌体后，气流的流动方向发生改变，穿过物料的同时，提高了传热效率，降低了能耗，加快了铁矿化学还原反应的速度；同时穿过物料的气体将化学反应产生的气体、灰尘带走，经除尘设施净化后排放。通过采用本发明的孔状反应床后，热烟气的流向发生改变，使得对流传热增加至 70%以上，且热烟气在反应床之间的流动为循环二次利用，即从一处反应床换热后出来的热烟气，进入另外一处反应床对冷料进行加热，形成热烟气的二次换热，大大提高了换热效率，使得热能的利用率达到了 85%以上。这样在物料堆的厚度可以大大增加的同时，热烟气或还原气体与物料堆间的对流换热量大大增加，改变了原有工艺中对流换热量少、传热效率低的不足。通过本发明的改进，该装置具有以下的效果和优点1)物料层增加的厚度约为原物料层的4-8倍，即同样投资的生产线，其生产率提高了 4-8倍。2)热效率提高，单位产品成本降低，换热效率提高后，排放的热烟气带走的热能仅为原有装置的25%左右，节省了 75%的燃料成本。3)由于排放温度低于碱金属化合物沸点，克服了碱金属粘结的问题，使生产维护维修率下降，连续性增大，生产效率提高，吨产品成本降低。
图1为本发明中热烟气或还原气体由还原物料堆向孔状耐材砌体流动的正视图；图2为本发明中热烟气或还原气体由孔状耐材砌体向还原物料堆流动的正视图；图3为原有工艺中无孔耐材砌体物料着床正视图。附图标识1、燃气烧嘴 2、反应物料 3、反应床体4、第一烟道 5、第二烟道 6、燃烧腔体及直排烟道7、无孔反应床体
具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述如图3所示为原有工艺中采用无孔反应床体7，其缺点为物料料层薄，物料与热烟气或还原气体的换热以热辐射及物料固态导热为主，大部分烟气通过燃烧腔体及直排烟道 6排出，从而导致换热效率较低。
图1及图2中将原有的底部耐材砌体由孔状耐材砌体取代，还原反应物料层增厚， 同时在耐材底部设烟气或还原气体流动通道，这样热烟气或还原气体的流动方向为穿过还原物料堆向孔状耐材砌体流动，或者由孔状耐材砌体向还原物料堆流动。见图1和图2所示流动方向。图1中燃气烧嘴1燃烧产生高温热烟气，约1100-1400°C，由反应物料2穿过，通过对流主体传导和少量辐射传导将热量传递给物料，物料受热后发生固态下的铁氧化物还原反应，生产金属铁。同时降温后的热烟气通过反应床体3的孔，进入第一烟道4内，此时烟道内的热烟气温度仍较高，通过第二烟道5进入需要加热的盛有物料的反应床体，二次将热量传递给物料，如图2所示(此过程也可如图中所示的气流方向相反进行)。以此类推烟道内的烟气也可第三次、第四次进入加热反应床体的物料。这样烧嘴燃烧产生的热烟气的热量总可以进可能多的传递给低于其温度的物料， 使得排放的烟气温度尽量低，排放的热量也越低。物料的料层可以在原有基础上提高4倍以上，即同样投资的生产线，其生产率提高了 4-8倍。换热效率提高后，排放的热烟气带走的热能仅为原有装置的25%左右。及节省了 75%的燃料成本。同时，由于排放温度低于碱金属化合物沸点，克服了碱金属粘结的问题，使生产维护维修率下降，连续性增大，生产效率提高，吨产品成本降低。在转底炉固相还原生产海绵铁的生产线中，此项技术尤显热效率的提高技术优势。图1及图2中转底炉的炉底使用孔状耐材砌体后，气流的流动方向发生改变，穿过物料的同时，提高了传热效率，降低了能耗，加快了铁矿化学还原反应的速度。同时穿过物料的气体将化学反应产生的气体、灰尘带走，经除尘设施净化后排放。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置，该装置包括一壳体以及设置在该壳体中部的反应床体(3)，其特征在于，所述的反应床体C3)采用孔状耐火材料制成，其孔径大小为 5 35mm，且小于反应物料的粒径，所述的海绵铁冶炼及固态下氧化铁还原装置中通入还原气体和产生的热烟气通过孔状耐火材料制成的反应床体( 流动。
2.根据权利要求1所述的海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置，其特征在于，所述耐火材料为铝质、硅质、镁质中的一种或多种组合，其耐温大于1300°C。
3.根据权利要求1所述的海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置，其特征在于，所述反应床体(3)的孔状耐火材料底部设烟气或还原气体流动的第一烟道(4)和第二烟道(5)。
全文摘要
本发明涉及一种海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置。该装置包括一壳体以及设置在该壳体中部的反应床体(3)，所述的反应床体(3)采用孔状耐火材料制成，其孔径大小为5～35mm，所述的海绵铁冶炼及固相氧化铁还原装置中通入还原气体和产生的热烟气通过孔状耐火材料制成的反应床体(3)流动。通过改进，该装置具有以下的效果和优点1)物料层增加的厚度约为原物料层的4-8倍，即同样投资的生产线，其生产率提高了4-8倍。2)热效率提高，单位产品成本降低。换热效率提高后，排放的热烟气带走的热能仅为原有装置的25％左右，节省了75％的燃料成本。3)由于排放温度低于碱金属化合物沸点，克服了碱金属粘结的问题，吨产品成本降低。
文档编号C21B13/10GK102220446SQ20111013907
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者赵纪波 申请人:北京伟华通达技术开发有限责任公司