气基竖炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种气基竖炉，包括：竖炉本体，竖炉本体内自上而下依次限定出上冷却室、还原室和下冷却室；物料入口，物料入口设置在上冷却室的顶部；还原产物出口，还原产物出口设置在下冷却室的底部；还原气体进口，还原气体进口设置在还原室的外壁上；炉顶气出口，炉顶气出口设置在上冷却室的顶部；以及还原室加热组件，还原室加热组件设置在还原室的外壁上。根据本实用新型实施例的气基竖炉可以系统、全面模拟竖炉生产过程中的各个工艺参数，尤其可以有效模拟竖炉生产过程中竖炉内温度梯度分布。
【专利说明】气基竖炉
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于冶金【技术领域】，具体而言，本实用新型涉及一种气基坚炉。
【背景技术】
[0002] 直接还原炼铁技术是钢铁工业发展的前沿技术，是钢铁工业发展摆脱焦煤资源的 羁绊，是降低能耗，减少C0 2排放，改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量的重要方向。直接 还原铁（DRI)是优质废钢的替代品，是生产高品质纯净钢的不可短缺的铁源原料，是转炉 炼钢的优质冷却剂。以天然气为能源的气基坚炉直接还原法（MIDREX和HYL等）约占直接 还原铁总产量74. 3%。我国直接还原铁生产发展缓慢，尤其是气基坚炉直接还原炼铁技术 几乎是空白，严重的制约了我国优质钢、纯净钢的发展和装备制造业的发展。因此，我国应 大力发展气基坚炉直接还原炼铁技术，适应我国钢铁工业和制造业的发展需求。
[0003] 目如，随着商品位铁矿石资源的短缺，低品位以及复杂难冶铁矿石逐渐在炼铁工 业被使用，这就要求气基坚炉必须适应各种不同品种的矿物原料，从而保证坚炉的产量和 产品的质量。但是目前的气基坚炉生产设备直径大于5米，高度大于66米，一次性投入几 十吨以上的物料，采用生产设备进行试验会消耗大量的能源、矿物和人力等资源。因此，需 要通过模拟试验，对不同物理性能和冶金性能的矿物原料进行试验，从而确定合理的工艺 技术参数，满足气基坚炉的生产需求。对于模拟实验用的小型设备，如果完全按照大型生产 设备进行缩小，既不符合工艺要求，同时还会因为管径小，导致散热快、顺行不畅、气体加热 效率低和气体利用率低等问题。
[0004] 此外，现有的球团试验检测设备仅为结构简单，测试目的单一的装置。如球团转鼓 和磨损指数测定（IS03271)、球团粘结指数测定（IS011256)、球团低温还原破裂指数和金 属化率测定（IS011257)均采用简单的还原反应管配加检测装置，并且间歇式的加入少量 球团，仅为500g左右，同时还原参数固定，对气基坚炉还原工艺的模拟性不强，无法实现针 对不同矿物原料确定合理工艺参数的目的。因此，气基坚炉炼铁技术的发展亟需一套系统、 全面模拟坚炉气基还原工艺的小型装置。 实用新型内容
[0005] 本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本实用新型的 一个目的在于提出一种可以系统、全面模拟坚炉生产过程中的各个工艺参数，尤其可以有 效模拟坚炉生产过程中坚炉内温度梯度分布的气基坚炉。
[0006] 在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种气基坚炉。根据本实用新型的 实施例，气基坚炉包括：
[0007] 坚炉本体，所述坚炉本体内自上而下依次限定出上冷却室、还原室和下冷却室；
[0008] 物料入口，所述物料入口设置在所述上冷却室的顶部；
[0009] 还原产物出口，所述还原产物出口设置在所述下冷却室的底部；
[0010] 还原气体进口，所述还原气体进口设置在所述还原室的外壁上；
[0011] 炉顶气出口，所述炉顶气出口设置在所述上冷却室的顶部；以及
[0012] 还原室加热组件，所述还原室加热组件设置在所述还原室的外壁上。
[0013] 根据本实用新型实施例的气基坚炉通过在还原室外壁设置还原室加热组件，从而 可以实现模拟坚炉生产过程中坚炉内温度梯度分布的目的。
[0014] 另外，根据本实用新型上述实施例的气基坚炉还可以具有如下附加的技术特征：
[0015] 在本实用新型的一些实施例中，所述气基坚炉进一步包括：原料储罐，所述原料储 罐设置有球团入口、球团出口、第一氮气入口和第一氮气出口；以及还原产物储罐，所述还 原产物储罐设置有产物进料口、产物出料口、第二氮气入口和第二氮气出口，其中，所述球 团出口与所述物料入口相连，所述产物进料口与所述还原产物出口相连。
[0016] 在本实用新型的一些实施例中，所述气基坚炉进一步包括：配气装置；还原气体 管路，所述还原气体管路分别连接所述配气装置和所述还原气体进口；还原气体加热组件， 所述还原气体加热组件设置在所述还原气体管路的外侧。由此，可以有效模拟工业生产中 还原气体进入坚炉的条件。
[0017] 在本实用新型的一些实施例中，所述气基坚炉进一步包括冷凝器，所述冷凝器与 所述炉顶气出口相连。由此，可以显著降低对环境的污染。
[0018] 在本实用新型的一些实施例中，所述还原室加热组件包括多个夹套式电加热炉。 由此，可以有效控制还原炉不同段的加热温度。
[0019] 在本实用新型的一些实施例中，所述上冷却室和所述下冷却室的外壁设有冷却夹 套。由此，可以确保插板式给料机和插板式排料机不会因为温度过高而损坏。
[0020] 在本实用新型的一些实施例中，所述气基坚炉进一步包括：插板式给料机，所述插 板式给料机分别与所述球团出口和所述物料入口相连；以及插板式排料机，所述插板式排 料机分别与所述还原产物出口和所述产物进料口相连。
[0021] 在本实用新型的一些实施例中，所述球团入口、球团出口、产物进料口以及产物出 料口内分别设置球阀。由此，可以有效避免还原气体泄露。
[0022] 在本实用新型的一些实施例中，所述气基坚炉进一步包括：氮气置换装置，所述氮 气置换装置分别与所述第一氮气入口和第二氮气入口相连。由此，可以将原料储罐和还原 产物储罐中的还原气体置换干净，从而确保装置操作人员的安全。
[0023] 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 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：
[0025] 图1是根据本实用新型一个实施例的气基坚炉的结构示意图；
[0026] 图2是根据本实用新型又一个实施例的气基坚炉的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 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。
[0028] 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"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底""内"、"外"、"顺 时针"、"逆时针"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。
[0029] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语"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，或一体地连接；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。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。
[0030] 在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种气基坚炉。下面参考图1-2对 本实用新型实施例的气基坚炉进行详细描述。根据本实用新型的实施例，气基坚炉包括：
[0031] 坚炉本体100 :根据本实用新型的实施例，坚炉本体100内自上而下依次限定出上 冷却室10、还原室11和下冷却室12。根据本实用新型的实施例，上冷却室10的顶部可以 设置有物料入口 13,用于将反应物料加入到坚炉本体100中。根据本实用新型的实施例，下 冷却室12的底部可以设置有还原产物出口 14,用于将还原产物排出坚炉本体100。根据本 实用新型的实施例，还原室11的外壁上可以设置有还原气体进口 15,用于将还原气体通入 到坚炉本体100的还原室11，以便在还原室11发生还原反应。根据本实用新型的实施例， 上冷却室10的顶部可以设置有炉顶气出口 16,用于将炉顶气排出坚炉本体100。根据本实 用新型的实施例，还原室11的外壁上可以设置有还原室加热组件17,用于对还原室11提供 热量，根据本实用新型的具体实施例，还原室加热组件可以包括多个夹套式电加热炉，具体 地，还原室加热组件可以为一个三段解热的电加热炉，该电加热炉采用硅钥棒为加热元件， 最高温度均可以达到1200摄氏度，并运用PID精确控温，从而实现准确模拟坚炉实际生产 过程中坚炉内温度梯度的分布。
[0032] 根据本实用新型的实施例，上冷却室10和下冷却室12的外壁可以设有冷却夹套 18。根据本实用新型的实施例，冷却夹套18中的冷却介质并不受特别限制，根据本实用新 型的具体实施例，冷却夹套18中的冷却介质可以为循环水。具体地，采用间接循环水冷却， 冷却水进入上冷却室10和下冷却室12的夹层，采用计量泵准确控制冷却水的流量，从而可 以加强冷却效果，同时对给料机和排料机的法兰密封起到保护作用。发明人发现，通过在上 冷却室和下冷却室的外壁设置冷却夹套可以确保插板式给料机和插板式排料机不会因为 温度过高而损坏。
[0033] 根据本实用新型实施例的气基坚炉通过在还原室外壁设置还原室加热组件可以 系统、全面模拟坚炉生产过程中的各个工艺参数，尤其可以有效模拟坚炉生产过程中坚炉 内温度梯度分布。
[0034] 参考图2,根据本实用新型实施例的气基坚炉进一步包括：
[0035] 原料储罐200 :根据本实用新型的实施例，原料储罐200具有球团入口 21、球团出 口 22、第一氮气入口 23和第一氮气出口 24,根据本实用新型的具体实施例，球团出口 22与 物料入口 13相连。
[0036] 还原产物储罐300 :根据本实用新型的实施例，还原产物储罐300具有产物进料口 31、产物出料口 32、第二氮气入口 33和第二氮气出口 34,根据本实用新型的具体实施例，产 物进料口 31和还原产物出口 14相连。根据本实用新型的实施例，原料储罐200和还原产 物储罐300的材质并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，原料储罐200和还原产 物储罐300均可以由不锈钢制成。具体的，还原储罐200作为球团原料的中间储存装置，还 原产物储罐300作为还原产物的中间储存装置，均可以承装30?70kg的物料，并且可以保 证装置模拟气基坚炉内球团在还原过程中所承受的压力条件。
[0037] 配气装置400 :根据本实用新型的实施例，配气装置400中可以具有氮气储罐和还 原气体储罐。
[0038] 还原气体管路500 :根据本实用新型的实施例，还原气体管路500分别连接配气装 置400和还原气体进口 15。根据本实用新型的实施例，还原气体管路500外可以包裹加热 带和保温材料，从而可以保证还原气体温度在还原气体管路内不下降。
[0039] 还原气体加热组件600 :根据本实用新型的实施例，还原气体加热组件600设置在 还原气体管路500的外侧，用于在将还原气体通入到坚炉本体之前，对还原气体进行预热 处理。
[0040] 冷凝器700 :根据本实用新型的实施例，冷凝器700与炉顶气出口 16相连，用于对 还原反应过程中产生的炉顶气进行冷却处理，以便对炉顶气进行净化处理，从而达到尾气 排放标准。
[0041] 插板式给料机800 :根据本实用新型的实施例，插板式给料机800分别与球团出口 22和物料入口 13相连，用于将球团定量加入到坚炉本体100中。具体地，可以由电液推杆 控制插板开闭的周期频率，实现控制进料和排料的速率，该装置不但易于控制，而且不易挤 碎球团。
[0042] 插板式排料机900 :根据本实用新型的实施例，插板式排料机900分别与还原产物 出口 14和产物进料口 31相连，用于将还原产物定量排出坚炉本体100。同理，插板式排料 机900亦可以由电液推杆控制插板开闭的周期频率，实现控制进料和排料的速率，该装置 不但易于控制，而且不易挤碎球团。
[0043] 氮气置换装置1000 :根据本实用新型的实施例，氮气置换装置1000分别与第一氮 气入口 23和第二氮气入口 33相连，用于在还原反应结束后向原料储罐和还原产物储罐中 通入氮气，以便将原料储罐和还原产物储罐中的还原气体置换干净，从而可以确保装置操 作人员的安全性。
[0044] 根据本实用新型的实施例，球团入口 21、球团出口 22、产物进料口 31以及产物出 料口 32内分别设置球阀1100。发明人发现，由于坚炉本体中存在大量的还原性气体C0和 H2，均为危险性气体，若没有密封系统，则容易导致管内气体大量泄露，由此通过设置球阀 可以显著增强装置的气密性，为多路连续试验提供了条件，同时确保了装置的安全性。
[0045] 如上所述，根据本实用新型实施例的气基坚炉可以具有选自下列的优点至少之
[0046] 根据本实用新型实施例的气基坚炉的坚炉本体的还原室外壁采用三段式加热炉， 可以通过分别控制三段加热炉的温度，实现准确模拟坚炉实际生产过程中坚炉内温度梯度 分布的目的；
[0047] 根据本实用新型实施例的气基坚炉的还原气体加热组件内置有盘管装置，并且进 气管路外包裹保温材料和加热带，从而可以增强气体预热效果，使还原气体进入坚炉前可 达到实验要求，实现模拟工业生产中还原气体进入坚炉的条件；
[0048] 根据本实用新型实施例的气基坚炉整个试验装置所用炉料为30?70kg，可模拟 气基坚炉内球团在还原过程中所承受的压力条件；
[0049] 根据本实用新型实施例的气基坚炉采用插板式给料机和插板式排料机，不但易于 控制，而且不易挤碎球团；
[0050] 根据本实用新型实施例的气基坚炉设有冷却系统，可以增强球团冷却效果，保证 设备安全运行；
[0051] 根据本实用新型实施例的气基坚炉装置球阀，可以保证还原气体不泄露，从而提 高了试验装置的安全性，并可实现长时间连续操作。
[0052] 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。
[0053] 实施例
[0054] 试验前保证配气装置、球团入口处球阀、球团出口处球阀、产物进料口处球阀和产 物出料口处球阀处于关闭状态。开始试验，首先打开球团入口处的球阀，将铁矿球团装入原 料储罐，待原料储罐装满后，关闭球团出口处球阀，打开球团出口处球阀，并开启插板式给 料机，使球团进入坚炉本体，然后打开配气装置上的氮气储罐，向坚炉本体中以10?50L/ min的速率通入氮气，并开启还原气体加热组件和还原室加热组件，同时开启上冷却室和下 冷却室的循环水冷却系统，在气体进炉温度和还原室球团温度达到700?1000°C并稳定 后，打开配气装置的还原气体储罐，将气体切换成还原气体，并以10?50L/min速率通入还 原室中；然后打开产物进料口处球阀，并同时开启插板式排料机，待还原产物储罐内球团装 满后，停止插板式给料机和插板式排料机，并关闭球团出口处球阀和球产物进料口处球阀， 然后开启氮气置换系统，将原料储罐和还原产物储罐内的还原气体用氮气置换干净；然后 打开产物出料口处球阀，排出还原后的球团，并同时打开球团入口处球阀，装入铁矿球团， 待原料储罐装满，并且还原产物储罐内球团全部排出后，关闭球团入口处球阀和产物出料 口处球阀，然后开启氮气置换系统，将原料储罐和还原产物储罐内的空气用氮气置换干净， 之后打开球团入口处球阀和产物进料口处球阀，并开启插板式给料机和插板式排料机，继 续试验过程。在试验过程中，从冷凝器排出的炉顶气中取样，分析其成分。
[0055] 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 述不一定指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 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0056] 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不脱离本实用新型 的原理和宗旨的情况下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。
【权利要求】
1. 一种气基坚炉，其特征在于，包括： 坚炉本体，所述坚炉本体内自上而下依次限定出上冷却室、还原室和下冷却室； 物料入口，所述物料入口设置在所述上冷却室的顶部； 还原产物出口，所述还原产物出口设置在所述下冷却室的底部； 还原气体进口，所述还原气体进口设置在所述还原室的外壁上； 炉顶气出口，所述炉顶气出口设置在所述上冷却室的顶部；以及 还原室加热组件，所述还原室加热组件设置在所述还原室的外壁上。
2. 根据权利要求1所述的气基坚炉，其特征在于，进一步包括： 原料储罐，所述原料储罐设置有球团入口、球团出口、第一氮气入口和第一氮气出口； 以及 还原产物储罐，所述还原产物储罐设置有产物进料口、产物出料口、第二氮气入口和第 二氮气出口， 其中， 所述球团出口与所述物料入口相连， 所述产物进料口与所述还原产物出口相连。
3. 根据权利要求1所述的气基坚炉，其特征在于，进一步包括： 配气装置； 还原气体管路，所述还原气体管路分别连接所述配气装置和所述还原气体进口； 还原气体加热组件，所述还原气体加热组件设置在所述还原气体管路的外侧。
4. 根据权利要求1所述的气基坚炉，其特征在于，进一步包括冷凝器，所述冷凝器与所 述炉顶气出口相连。
5. 根据权利要求1所述的气基坚炉，其特征在于，所述还原室加热组件包括多个夹套 式电加热炉。
6. 根据权利要求1所述的气基坚炉，其特征在于，所述上冷却室和所述下冷却室的外 壁设有冷却夹套。
7. 根据权利要求2所述的气基坚炉，其特征在于，进一步包括： 插板式给料机，所述插板式给料机分别与所述球团出口和所述物料入口相连；以及 插板式排料机，所述插板式排料机分别与所述还原产物出口和所述产物进料口相连。
8. 根据权利要求2所述的气基坚炉，其特征在于，所述球团入口、球团出口、产物进料 口以及产物出料口内分别设置球阀。
9. 根据权利要求2所述的气基坚炉，其特征在于，进一步包括： 氮气置换装置，所述氮气置换装置分别与所述第一氮气入口和第二氮气入口相连。
【文档编号】C21B13/02GK203904382SQ201420282771
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】吴道洪, 张奔, 李志远 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司