一种宽端面直接还原铁的车转炉装置的制作方法

本发明涉及一种车转炉装置，尤其涉及一种直接还原铁的车转炉装置，属于黑色和有色冶金、耐材等的窑炉设备领域。

背景技术：

中国是普碳钢生产大国，2014年，粗钢产量已经突破13亿吨大关。我国虽然铁矿资源分布广泛，但低贫细难选铁矿资源分布却占97％以上，至今没有得到很好的开发和利用，造成资源闲置和浪费，反而，钢厂每年还需要进口大量的高品位铁矿石，进口依赖程度占钢厂铁矿石总消耗量的55％以上。另外，我国每年还产生上亿吨的硫酸渣、铜渣、铅锌渣、冶金除尘灰(污泥)等含铁废料产生。

中国钢铁行业，以往是大力发展高炉炼铁和长流程炼钢，还原铁技术却相对比较滞后，我国还原铁年产量约50～60万吨，占世界还原铁总产量不足1％。随着电炉优质钢的比例逐渐提高，还原铁产品每年有2800万吨以上的缺口，因此，每年要进口国外的DRI、HBI产品大约1000万吨。随着我国焦煤储量日益贫乏及环保问题日益严重的情况下，国家出台了较多的相关产业政策，鼓励开发、应用非焦煤资源，进行直接还原铁和熔融还原铁等非焦炼铁工艺和短流程炼钢等技术开发与应用，大力发展电炉优质钢的生产，所以，提高还原铁的产量和质量，降低能耗，减少CO₂的排放，尤其是尽快开发我国大量的低贫细难选铁矿及含铁废料的工艺和还原窑炉设备，使其资源化是一项迫在眉睫的事业。

目前，我国煤基还原铁工业化比较成熟的工艺技术和装置主要有：煤基隧道窑罐式法、煤基隧道窑无罐法及煤基回转窑法，而煤基转底炉、煤基竖炉等工艺和装置投资较大、工艺技术和装置尚不成熟，需要进一步完善，不足以规模化推广。其中，传统的煤基隧道窑罐式法，只能采用TFe≥66％的高品位铁矿或易选铁矿，无法利用低细难选铁矿、复合矿及含铁废料直接还原分离出高品位的还原铁产品，而且工艺技术落后，造成产能低、还原时间长，占地面积广，能耗高、产品质量低下、产品销路不畅，属于淘汰工艺和设备。但隧道窑的设计、建造的技术很成熟，简单，投资低。煤基隧道窑无罐法，虽然可以将各种铁矿还原分离冶选出高品位优质还原铁产品，但单条生产线年处理能力最高也不到10万吨原矿，仍需要进一步完善。煤基回转窑法工艺技术逐渐成熟，运行成本较低，正在逐渐推广，但对还原煤有着严格的要求，必须应用优质长焰煤、褐煤的颗粒煤做还原剂，并且回转窑还原温差很大，操作要求严格，投资比相对也较大，单条生产线的年最大产能也不到30万吨原矿。

上述的几种还原铁方法，每条生产线投资规模均在几千万到几个亿，限制了还原铁投资者进军还原铁领域。

煤基转底炉法，市场上已经建造了5～6套，设备工艺存在很大缺陷，由于转底炉下部为一块整体旋转的平台，制作非常困难，无法保证其旋转平稳，窑炉也无法制作成大规模的窑炉，其布料厚度薄(只有20～30mm)，无法满足充分还原气氛，实践证明，转底炉只能用于钢厂除尘灰等焙烧脱锌，而无法真正用于生产还原铁产品，在直接还原铁领域属于失败的还原窑炉设备，其设计工艺需要进一步完善。

技术实现要素：

本发明针对现有煤基转底炉直接还原铁存在的不足，提供一种宽端面直接还原铁的车转炉装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种宽端面直接还原铁的车转炉，其特征在于，包括呈圆环形的窑炉本体和位于窑炉本体内的若干个彼此前后相连的扇形窑车；

所述窑炉本体包括窑顶和窑炉墙体，所述窑顶和窑炉墙体围合成圆环形的窑炉腔体，所述窑炉腔体的地面上设有道轨基础，所述道轨基础上安装有窑车道轨，所述窑炉本体沿其圆周方向依次分为预热段、高温还原段和冷却段，所述预热段包括第一预热段和第二预热段，所述高温还原段包括第一高温段、第二高温段和反应冷却段；

所述窑车包括车轮总成、金属架、车身和料盘，所述料盘通过其下方的若干料盘支架固定于车身上，所述料盘支架之间的空间形成下加热室，所述料盘上方的空间形成上加热室，所述料盘内装有待还原物料，所述车身固定于金属架上方，所述车轮总成安装于金属架下方，所述车轮总成于窑车道轨上做圆周运动，所述车身上设有向其两侧延伸的若干排烟支管路，所述排烟支管路与下加热室相连通，所述金属架外侧设有沿窑车前进方向延伸的齿带，所述齿带与主动齿轮相啮合，所述主动齿轮连接动力源；

所述第二预热段的窑炉本体内与窑车的下加热室相对应的位置设有下部加热烧嘴，所述第一高温段的窑炉本体内与上、下加热室相对应的位置分别设有主加热烧嘴和下部加热烧嘴，所述第二高温段和反应冷却段的窑炉本体内与上加热室相对应的位置设有主加热烧嘴；所述第二预热段、第一高温段和第二高温段窑炉本体的两侧设有与窑车的排烟支管路相连通的排烟口；所述窑炉本体外侧设有煤气管道，所述煤气管道出口分别与下部加热烧嘴、主加热烧嘴相连通，所述高温段的窑炉本体外侧还设有助燃风管道，所述助燃风管道的出口与主加热烧嘴相连通。

本发明的有益效果是：

1)本发明的转底炉由多部扇状窑车逐个紧密衔接，由窑炉进口前的主动轮带动，使每个窑车逐个紧密做圆周循环运行，不但减少了隧道窑回车线的空车数量，也减少了像隧道窑、无罐隧道窑的预热段、冷却段的长度，相对增加了高温段的长度，比隧道窑和转底炉等窑炉的高度降低600～800mm，并且增加了窑炉端面的宽度和窑炉直径，大大提高了窑炉的产能，窑炉外无需再设有炉外循环窑车，从而比隧道窑减少了大量的窑外循环窑车数量及窑炉建设成本，从而降低了整个窑炉的投资比；

2)完善、优化了转底炉底部转盘的结构，简化了大齿轮转盘的工况结构，不但拯救了转底炉不成功的缺陷，而且可以进一步加大窑炉端面的宽度和窑炉的直径(其直径可以达到上百米，甚至更大)，大大提高了车转炉高温运行的稳定性和可靠性，同时也大大提高了产能；

3)窑炉应用领域广阔，本发明窑炉可以满足1500℃，甚至更高温度的焙烧、还原，除了满足还原铁生产金属化球团或粒铁的需要，还可满足各种材料的煅烧、焙烧及还原的同时，还可满足几米甚至是几十米长度物料的烧制，大大拓宽了焙烧窑炉的应用；

4)原料适应性强，本车转炉除了满足各种高品位矿还原生产高品质的还原铁产品外，也同样适合鲕状赤铁矿、羚羊石矿、褐铁矿、镜铁矿、赤铁矿、菱铁矿等难选矿；红土镍矿、锰铁矿、铬铁矿、硼铁矿、钒钛磁铁矿、富钛渣、金矿粉、氧化铜矿粉、硼铁矿等复合矿及硫酸渣、氧化铝赤泥、铜渣、镍渣、铅锌渣、铬渣(含六价铬)、冶金污泥(灰)等含铁废料还原分离出：TFe≥90％、ηFe≥93％、回收率≥93％的还原铁产品或粒铁(粒度一般为5～20mm、密度5.8～6.5t/m³)产品。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述第二预热段两侧的排烟支管路通过排烟口后连接至预热段烟道总管路，所述预热段烟道总管路的出口连接至第一预热段，所述第一预热段上设有预热段排烟烟囱；所述高温段窑炉本体的排烟口与高温段烟道总管路相连接，进行循环加热；所述冷却段设有冷却段排烟烟囱。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过排烟支管路、排烟口的结构设计，使得料盘下方的热风形成流动，充分利用了第二预热段和高温段的高温烟气的热量，形成双向循环加热。

进一步，所述窑车车身排烟支管路的上方和下方分别设有上曲封和下曲封，所述上曲封和下曲封的上部还设有砂封。

采用上述进一步方案的有益效果是，确保窑车两侧的烟气通道与窑墙烟气通道能顺通并不漏气。

进一步，所述被还原物料的上方覆盖有一层覆盖剂，所述覆盖剂包括：30～50wt％煤粉、10～30wt％的石灰粉、10～20wt％的煤灰渣，其细度为0～5mm，碱度为0.8～1.2。

采用上述进一步方案的有益效果是，在窑炉高温还原阶段，覆盖剂形成的熔融隔层使混合物料料盘处于半密封状态，其向料盘中的混合物料传导热量的同时起到了蓄热体的作用，使能量得到更好的利用，节省了能源，料盘中的还原剂在1100～1350℃温度下形成了主要成分为H₂和CO的还原气体，还原气体气压高于标注气压300～1100Pa，其只能从熔融隔层的缝隙挥发，燃烧室内氧气无法接触混合物料，使被还原物料在还原气体气氛下还原，当窑车运行到冷却段时，熔融隔层随温度的降低，逐渐凝固成一体，有效防止了氧气进入料盘内，防止还原铁二次氧化，从而使被还原物料金属化率最高达到99％。

进一步，所述高温段的窑炉腔体底部两侧设有沿腔体延伸的总冷风管，总冷风管上设有若干支管，所述支管的出口指向车轮总成的轴承处，所述窑炉腔体的底部设有散热孔。

采用上述进一步方案的有益效果是，有效减缓车轮总成内轴承的发热对窑车工作的影响，窑车下部多余的风从窑炉墙体下部的散热孔排出。

进一步，所述金属架的前后两侧对称设有稳固定位销，前后相邻两部窑车上相对应位置的稳固定位销呈子母口状态。

采用上述进一步方案的有益效果是，有效防止了窑车体在做圆周运行时，发生左右偏差，使一整窑的窑车成为统一的一体，循环往复做圆周安全运行。

进一步，所述高温段烟道总管路内设有换热器。

采用上述进一步方案的有益效果是，充分利用高温烟气，经换热器换热后用于助燃风后降温排放。

进一步，所述料盘的截面呈“U”型。

采用上述进一步方案的有益效果是，其耐温高、导热系数很高、传导和辐射热量效果较好。

进一步，所述窑顶为平吊顶。

进一步，所述窑炉本体的外侧还设有卸料区、窑车检修地坑和布料区。

附图说明

图1为本发明车转炉整体结构示意图；

图2为图1中A-A'和F-F'剖面结构示意图；

图3为图1中第二预热段B-B'剖面结构示意图；

图4为图1中高温段C-C'剖面结构示意图；

图5为图1中还原段D-D'剖面结构示意图；

图6为图1中还原段E-E'剖面结构示意图；

图7为两部窑车对接后的侧视图。

图8为两部窑车中间的稳固定位销结构示意图；

图1～8中，1、窑炉本体；2、窑车；3、窑顶；4、窑炉墙体；5、道轨基础；6、窑车道轨；7、车轮总成；8、金属架；9、车身；10、料盘；11、料盘支架；12、下加热室；13、上加热室；14、待还原物料；15、排烟支管路；16、齿带；17、主动齿轮；18、下部加热烧嘴；19、排烟口；20、预热段烟道总管路；21、预热段排烟烟囱；22、主加热烧嘴；23、高温段烟道总管路；24、冷却段排烟烟囱；25、煤气管道；26、助燃风管道；27、总冷风管；28、散热孔；29、卸料区；30、窑车检修地坑；31、布料区；32、稳固定位销

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种宽端面直接还原铁的车转炉，包括呈圆环形的窑炉本体1和位于窑炉本体内的若干个彼此前后相连的扇形窑车2；窑炉本体包括窑顶3和窑炉墙体4，窑顶和窑炉墙体围合成圆环形的窑炉腔体，窑炉腔体的地面上设有道轨基础5，道轨基础上安装有窑车道轨6，窑炉本体沿其圆周方向依次分为预热段、高温还原段和冷却段，预热段包括第一预热段和第二预热段，高温还原段包括第一高温段、第二高温段和反应冷却段；

窑车包括车轮总成7、金属架8、车身9和料盘10，料盘通过其下方的若干料盘支架11固定于车身上，料盘支架之间的空间形成下加热室12，料盘上方的空间形成上加热室13，料盘内装有待还原物料14，待还原物料的上方覆盖有覆盖剂，覆盖剂由30～50wt％煤粉、10～30wt％的石灰粉、10～20wt％的煤灰渣组成，其细度为0～5mm，其碱度为0.8～1.2,车身固定于金属架上方，车轮总成安装于金属架下方，金属架的前后两侧对称设有稳固定位销32，车轮总成于窑车道轨上做圆周运动，车身上设有向其两侧延伸的若干排烟支管路15，排烟支管路与下加热室相连通，金属架外侧设有沿窑车前进方向延伸的齿带16，齿带与主动齿轮17相啮合，主动齿轮连接电机；

第二预热段的窑炉本体内与窑车的下加热室相对应的位置设有下部加热烧嘴18，第一高温段的窑炉本体内与上、下加热室相对应的位置分别设有主加热烧嘴22和下部加热烧嘴18，第二高温段和反应冷却段的窑炉本体内与上加热室相对应的位置设有主加热烧嘴22；第二预热段、第一高温段和第二高温段窑炉本体的两侧设有与窑车的排烟支管路相连通的排烟口19；第二预热段两侧的排烟支管路15通过排烟口后连接至预热段烟道总管路20，预热段烟道总管路的出口连接至第一预热段，第一预热段上设有预热段排烟烟囱21；高温段窑炉本体的排烟口与高温段烟道总管路23相连接，进行循环加热；冷却段设有冷却段排烟烟囱24；

窑炉本体外侧设有煤气管道25，煤气管道出口分别与下部加热烧嘴、主加热烧嘴相连通，高温段的窑炉本体外侧还设有助燃风管道26，助燃风管道的出口与主加热烧嘴相连通。

高温段的窑炉腔体底部两侧设有沿腔体延伸的总冷风管27，总冷风管上设有若干支管，支管的出口指向车轮总成的轴承处，窑炉腔体的底部设有散热孔28。

窑炉本体的外侧还设有卸料区29、窑车检修地坑30和布料区31。

本发明车转炉的工作过程如下：

1)窑车在布料区完成装料后，由电机带动主动齿轮转动从而驱动窑车金属架外侧的齿带，带动窑车于窑车道轨内做圆周运动；

2)窑车进入预热段，预热段分为第一预热段和第二预热段，第一预热段纯粹由第二预热段的排烟对窑车及物料进行预热，其距离按照窑车运行时间计算，大约需要运行5～12min的距离，见A-A'方向的剖面示意图，窑车进入第二预热段后，由下部加热喷嘴产生的火焰于下加热室内对窑车及物料进行预热，见B-B'方向的剖面示意图，其距离按照窑车运行时间计算，大约需要运行8～20min的距离，而且对料盘的下部烟气部分通过窑车下部的排烟支管路和窑炉墙体上的排烟口汇总至预热段烟道总管路中通至第一预热段中，第一预热段中设有排烟引风机，烟气经除尘处理后，通过从预热段排烟烟囱排空或它用；

3)重窑车进入高温还原段，待还原物料开始进行还原反应了，高温段也分为三段：第一高温段，窑炉墙体上分别设有上排主加热烧嘴和下部加热烧嘴，快速对其加热，使料盘上部温度达到1300℃左右，下部达到1050℃以上的温度，满足了还原工艺要求，覆盖剂逐渐熔融形成隔层，其距离按照窑车运行时间计算，大约需要运行10～15min的距离，加热过程中产生的高温烟气通过窑车下排烟支管路和窑炉墙体上的排烟口后汇总至高温段烟道总管路后进行循环抽风加热。其距离根据生产线规模设计，大约占高温段1/4～1/3，见C-C′方向剖面示意图。窑车后进入第二高温段，窑炉墙体上部只设有上排主烧嘴，料盘的下部烟气部分通过窑车下部两侧的排烟支管路排出(见D-D'方向剖面图)，最后进入反应冷却段，窑炉墙体上部只设有上排主烧嘴(见E-E'方向剖面图)，其距离根据生产线规模设计，可以达到30～120m以上；

4)重窑车出了高温段，完成了还原工作，进入冷却段，停止加热，靠冷却段引风排烟时高温缓冷，烟气最后经过除尘处理后，从冷却段排烟烟囱排空或它用，冷却段的长度可根据工艺要求设计，一般在18～45m，见F-F′方向剖面示意图，其示意图与A-A′方向剖面示意图相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。