煤基直接还原铁竖炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种煤基直接还原铁竖炉，包括炉体，炉体内设置竖罐，竖罐从上往下分为预热段、还原段、冷却段，在竖罐预热段和还原段的两侧设有火道，火道连接燃料输入管，竖罐上端设置有进料箱，下端设置有出料箱，在竖罐冷却段炉体内设有煤气预热腔，所述煤气预热腔连接预热腔输入管和预热腔输出管；竖罐的还原段连接煤气输入管；炉体设置有炉顶气收集管，一端与竖罐顶部连通，一端与火道连通。采用本实用新型，能加快还反原应的进行，促进了热气向上流行，增加了预热段温度，减少了预热时间，比原有方式下至少增加一倍的产量。
【专利说明】煤基直接还原铁竖炉
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于煤基直接还原铁【技术领域】，特别是煤基直接还原铁坚炉。
【背景技术】
[0002] 直接还原铁也称海绵铁。目前，国内外煤基直接还原铁的工业化大规模生产，主要 采用回转窑法。回转窑长度都在60至80米，作业时窑体按一定转速旋转，铁矿粉球团或块 矿与还原煤、脱硫剂（石灰石），从窑尾加料端连续加入。随窑体转动，固体物料不断地翻 滚，向窑头排料端移动。物料移动过程中，被逆向高温气流加热，进行物料的干燥、预热、碳 酸盐分解、铁氧化物还原以及溶碳渗碳反应，铁氧化物在保持外形不变的软化温度以下转 变成直接还原铁。因此要求窑气中必须有足够的含氧量供煤粉和煤气燃烧用，从氧化还原 角度而言，窑内必须处于一种还原气氛，特别是保持物料层内还原气氛，防止铁矿球团还原 金属的再氧化。这样，窑内就存在着为保持煤粉充分燃烧的供氧和防止铁矿球团氧化而降 低含氧量的矛盾。由于窑尾加料端废气温度尚有850°C左右，废气中的能量约占以煤的方式 给入能量的40%，必须安装废气处理系统。窑内结圈是回转窑经常出现的问题。回转窑法存 在着设备庞大、投资大、工艺技术复杂，操作十分困难的问题和缺点。
[0003] 还有采用隧道窑法，由于隧道窑法技术含量低，适合小规模生产，投资小，隧道窑 法一般采用罐式法还原铁，具体做法是先利用耐火砖等材料砌成罐体，然后将原料放入罐 体内，再将罐体密封，这种方式虽然投资小，但是还原热效率低、能耗高、占地面积大，生产 周期长，污染严重、产品质量不稳定，单机生产能力难以扩大等问题。
[0004] 最新的是采用坚炉进行还原铁冶练，如专利200720015482. 3的煤基直接还原铁 外热式坚炉，包括坚炉、冷却水圈和炉体支座。炉体支座，由承重钢梁和多个钢支柱装配成， 冷却水圈固定在承重钢梁上，坚炉坐设在冷却水圈上。坚炉包括炉体和设置在炉体内的多 个截面为矩形坚式设置的还原反应室，炉体由外壳体和依次砌设在外壳体内的纤维毡层、 硅藻土砖层、粘土砖层构成。每一个还原反应室的两侧有多层煤气燃烧式火道，每个还原反 应室的上端设有料仓，其下端穿过冷却水圈内的高铝砖墙上的还原反应室通孔后与对应的 上冷却水套连接，上冷却水套与下冷却水道连接。
[0005] 该坚炉存在问题表现在以下三方面：
[0006] -、直接还原反应时间长，一个周期一般要达到12小时以上，而且还原的铁只能 在92%以上；
[0007] 二、炉顶气直接排放，经研究，坚炉的炉顶气含有大量的C0,直接排放掉不仅是资 源的浪费，同时也造成热效能利用率低，炉内温度不足，最终影响产量；
[0008] 三、煤气进入火道前没有进过预热，低温的煤气对还原段会产生不利的影响，同时 冷却段的冷却效率也有待提高。 实用新型内容
[0009] 本实用新型旨在针对现有直接还原铁坚炉还原效率低的问题，提供煤基直接还原 铁坚炉。
[0010] 为实现本实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：
[0011] 煤基直接还原铁坚炉，包括炉体，炉体内设置坚罐，坚罐从上往下分为预热段、还 原段、冷却段，在坚罐预热段和还原段的两侧设有火道，火道连接燃料输入管，坚罐上端设 置有进料箱，下端设置有出料箱，在坚罐冷却段炉体内设有煤气预热腔，所述煤气预热腔连 接预热腔输入管和预热腔输出管；坚罐的还原段连接煤气输入管；炉体设置有炉顶气收集 管，一端与坚罐顶部连通，一端与火道连通。
[0012] 进一步地，所述煤气预热腔由顶板、底板、炉体壁、坚罐壁围成。
[0013] 进一步的是，为加大煤气预热效果，所述煤气预热腔内由隔条相错设置成为回廊 通道，通过预热腔输入管的煤气通过回廊通道后从预热腔输出管输出。
[0014] 进一步地，坚罐顶部设有炉顶气收集器，并与炉顶气收集管连通，在炉顶气收集管 上设有引风机。炉顶气收集器能收集坚罐内的煤气通过煤气收集管道排出，或连通火道，循 环利用。引风机的设置可更好的收集炉顶气。
[0015] 所述炉顶气收集器为中空的圆柱型，与坚罐成垂直设置，所述炉顶气收集器表面 开有小孔。该形状能保证安装和使用时都有小孔能正常应用。
[0016] 进一步地，煤气预热腔的预热腔输出管连通火道，直接连接火道或通过燃料输入 管连通火道，为火道提供燃气。
[0017] 同时，预热腔输出管经煤气输入管连通坚罐，具体地：
[0018] 所述坚罐还原段的下部设置有喷嘴，喷嘴开有小孔，喷嘴与煤气输入管连通，经过 煤气输入管的煤气能通过喷嘴喷出。
[0019] 所述喷嘴为中空的圆柱型，坚直设置，顶面为圆弧型，侧面开有小孔。为避免喷嘴 的堵塞和对物料下落的影响，上述形状最大限度减少对物料下落和煤气输入的影响。
[0020] 本发明坚罐中也可不采用上述喷嘴，煤气输入管开口设在坚罐还原段的下部的坚 罐壁上，使煤气输入管直接与坚罐连通，这种设置简单，维护简单。
[0021] 采用以上结构，煤气从预热腔输入管进入后，经煤气预热腔从预热腔输出管输出， 加热排出的煤气输送到煤气输入管或者通过燃料输入管进入火道内燃烧。
[0022] 本发明坚炉中也可不采用上述圆柱型炉顶气收集器，直接将炉顶气收集管道突入 坚罐的部分作为炉顶气收集器，其在坚罐中的端口封闭，并在封闭的开口处和突入的管道 上开小孔。炉顶气收集管道另一端与火道连通。此种设置简单，设备改动时方便。
[0023] 火道上设有高温气流环绕孔，火道与燃料输入管连通，煤气通过燃料输入管进入 火道内燃烧，为坚罐内的还原反应提供热量。所述坚罐还原段的下部与煤气输入管连通，坚 罐顶部与炉顶气收集管道连通，炉顶气收集管道收集的炉顶气再通过燃料输入管进入火道 内燃烧。
[0024] 物料在坚罐上端的预热段预热后，经过中部的还原段还原，再通过坚罐下端的冷 却段冷却后得到还原铁，在坚罐的还原段内外加入煤气，在坚罐顶部将收集的炉顶气再送 到火道内作为燃烧气体使用。
[0025] 在煤基直接还原铁坚炉中采用上述结构，将明显提高还原铁速度，常规的还原 段煤基还原铁中，中间反应主要有<+0)2 = 20)，？6304+0)=3?6〇+0)2，？6〇+0)=?6+0) 2， C02+C=2C0,而还原反应的速度取决于C02再生为C0的速度，而现在采用直接在还原段中加 入煤气，可以直接用于还原氧化铁，从而增大了生成co2浓度，在固定碳的作用下，反过来加 快C0的生成，再作用于氧化铁，加快了还原铁反应速度，采用此方法后，生产的海绵铁产量 是原坚炉的1倍以上，同时，加热的炉顶气再进入火道燃烧，增加了温度，又提高的产量，炉 顶气的再利用，节约了能源。采用此方法后还原铁的金属转化率达到99%以上。
[0026] 本实用新型的有益效果是：煤基坚炉还原铁的过程中，在坚罐中加入煤气，能加快 还反原应的进行，同时促进了热气向上流行，增加了预热段温度，减少了预热时间，单位时 间内增加了产品产量，比原有方式下至少增加一倍的产量；同时，煤气还原氧化铁后，在煤 基作用下生成的炉顶气中又含有大量的C0,又可以再次输入火道燃烧，达到二次利用。利 用冷却段的热量对煤气预加热，既减少了低温煤气对还原段的影响，也达到了对坚罐的冷 却段进行了冷却目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1 :本实用新型剖面结构示意图。
[0028] 图2 :煤气喷嘴结构示意图。
[0029] 图3 :炉顶气收集器结构示意图。
[0030] 图4 :图1炉顶气收集器A - A剖视图。
[0031] 图5 :图3煤气预热腔A - A剖视图。
[0032] 图中编号：1炉体，2坚罐，3预热段，4还原段，5冷却段，6火道，7进料箱，8出料 箱，9燃料输入管，10煤气输入管，11炉顶气收集管，12喷嘴，13炉顶气收集器，14小孔，15 顶板，16底板，17煤气预热腔，18预热腔输入管，19预热腔输出管，20隔条，21引风机，22 高温气流环绕孔。
[0033] 具体实方式
[0034] 实施例1 :
[0035] 如图1所示，煤基直接还原铁坚炉，包括炉体1，炉体1内设置坚罐2,坚罐2从上 往下分为预热段3、还原段4、冷却段5,在坚罐2预热段3和还原段4的两侧设有火道6,火 道6连接燃料输入管9,坚罐2上端设置有进料箱7,下端设置有出料箱8,在坚罐2冷却段 5炉体1内设有煤气预热腔17,煤气预热腔17连接预热腔输入管18和预热腔输出管19 ; 坚罐2的还原段4连接煤气输入管10 ;炉体1设置有炉顶气收集管11，一端与坚罐2顶部 连通，一端与火道6连通。
[0036] 坚罐2为圆柱形，坚罐2为多个，在炉体1内均匀分布，火道6上设有高温气流环 绕孔22,煤气通过燃料输入管9进入火道6内燃烧，为坚罐2内的还原反应提供热量。
[0037] 在坚罐2还原段4的下部圆柱型中心位置设置有喷嘴12,喷嘴12为中空的圆柱 型，坚直设置，顶面为圆弧型，侧面开有小孔14,小孔14侧面成均匀排列，喷嘴12与煤气输 入管10连通，经过煤气输入管10的煤气能通过喷嘴12喷出。这样煤气通过喷嘴12能均 匀喷出，保证还原气氛均匀，同时圆弧型喷嘴12和侧面开孔，能有效避免对物料的阻挡和 物料对小孔14的堵塞。
[0038] 坚罐2顶部还设有炉顶气收集器13,炉顶气收集器13为中空的圆柱型，与坚罐2 成垂直设置，炉顶气收集器13表面开有小孔14,小孔14开在圆柱型炉顶气收集器13下弧 面，小孔14孔径为1-3_，炉顶气收集器13比炉顶气收集管11管径大并与之连通，炉顶气 收集器13在引风机21作用下收集坚罐2内的炉顶气后，再输送到燃料输入管9中进入火 道6内燃烧。圆柱型炉顶气收集器13其小孔设在下弧面，避免了对物料下落时阻挡，又能 正常地收集炉顶气。
[0039] 实施例2 :
[0040] 在坚炉中不采用实施例1使用的喷嘴12,煤气输入管10开口设在坚罐2还原段4 的下部的坚罐壁上，使煤气输入管10直接与坚罐2连通，这种设置简单，设备改动方便，维 护简单。
[0041] 实施例3:
[0042] 在坚炉中不采用实施例1中使用的圆柱型炉顶气收集器13,直接将炉顶气收集管 11突入坚罐2的部分作为炉顶气收集器13,其在坚罐2中的端口封闭，并在封闭的开口处 和突入的管道上开小孔。此种设置简单，设备改动时方便。
[0043] 实施例4 :
[0044] 如图1、图4 :煤基直接还原铁坚炉，在炉体1坚罐2冷却段5部位设有由顶板15 和底板16组成的煤气预热腔17,煤气预热腔17包括预热腔输入管18和预热腔输出管19， 煤气预热腔17内由隔条20按坚罐排列形式相错地设置成为一个回廊通道，进入预热腔输 入管18的煤气通过回廊通道后从预热腔输出管19输出。
[0045] 预热输出的煤气可以输送到煤气输入管10后进入坚罐2参加还原反应，由于煤气 温度升高减少了对还原段反应温度的影响。
[0046] 预热输出的煤气也可以通过燃料输入管9进入火道6内燃烧。
[0047] 上述方法和实施例中，对输入的煤气可以采用高值低温煤气，进一步提高反应的 速度，同时达到综合循环利用能源。
[0048] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域 的技术人员来说，本实用新型可以有更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作 的任何修改、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 煤基直接还原铁坚炉，包括炉体，炉体内设置坚罐，坚罐从上往下分为预热段、还原 段、冷却段，在坚罐预热段和还原段的两侧设有火道，火道连接燃料输入管，坚罐上端设置 有进料箱，下端设置有出料箱，其特征在于：在坚罐冷却段炉体内设有煤气预热腔，所述煤 气预热腔连接预热腔输入管和预热腔输出管；坚罐的还原段连接煤气输入管；炉体设置有 炉顶气收集管，一端与坚罐顶部连通，一端与火道连通。
2. 根据权利要求1所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：所述煤气预热腔由顶板、 底板、炉体壁、坚罐壁围成。
3. 根据权利要求1所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：所述煤气预热腔内由隔 条相错设置为回廊通道，回廊通道前后端分别连通预热腔输入管和预热腔输出管。
4. 根据权利要求1所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：坚罐顶部设有炉顶气收 集器，并与炉顶气收集管连通，在炉顶气收集管上设有引风机。
5. 根据权利要求4所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：所述炉顶气收集器为中 空的圆柱型，与坚罐成垂直设置，炉顶气收集器表面开有小孔。
6. 根据权利要求1所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：炉顶气收集管一端伸入 坚罐，端口封闭，伸入部分和端口开设小孔，炉顶气收集管另一端与火道连通。
7. 根据权利要求1所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：煤气预热腔的预热腔输 出管连通火道。
8. 根据权利要求1或7所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：预热腔输出管经煤 气输入管连通坚罐。
9. 根据权利要求8所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：坚罐还原段的下部设置 有煤气喷嘴，喷嘴与煤气输入管连通。
10. 根据权利要求8所述的煤基直接还原铁坚炉，其特征在于：所述煤气输入管开口设 在坚罐还原段下部的坚罐壁上，直接与坚罐连通。
【文档编号】C21B13/02GK203999663SQ201420437536
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】冯辉阳 申请人:冯辉阳