一种具有配气和吹扫功能的竖炉还原系统的制作方法

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种具有配气和吹扫功能的竖炉还原系统。

背景技术：

生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。气基法主要包括midrex、hyl、pered、流化床，煤基法以回转窑和转底炉法为主。约80%的直接还原铁是通过气基法生产，以midrex法和hyl法为主。

气基法直接还原技术在天然气丰富的地区得到了广泛的工业应用，近年来随着煤制气作还原剂技术的开发利用，气基竖炉直接还原技术在我国引起了广发的关注。为了保证直接还原铁产品的品质，直接还原工艺对含铁原料，特别是对直接入炉铁矿球团的要求极为苛刻，不仅要求必须有足够高的强度，还必须具有良好的透气性和还原性，且矿料在竖炉内一般设置为堆积状态，因气体在堆积状态的矿料中的扩散较慢，充分还原需6h左右，加上其还原、冷却均在炉体内进行，进一步延长工序时间还会导致炉内温度与气体成分控制不便。现有气基竖炉仅靠还原气带入热量做热源，实际还原温度在800~920℃左右，且还原温度很难进一步提升，直接限制了球团还原速率，是导致还原时间较长的主要限制因素之一。

现有流化床工艺常用的为fior流态法，其使用0.25~4mm范围的矿料，矿料在流化床上处于悬浮状态，增加了与还原气体接触的面积，但由于矿石颗粒仍较粗，仅在一定程度上减少还原时间，同时，细粒矿粉易逸出和气体利用率低，为解决这些问题，一般采用多个流化床串联使用，以增加矿石和还原气体的接触时间来提高气体利用率，这样使工艺变得复杂。

上述多种工艺系统中，为使还原气体达到使用要求，还需要设置多个气体加热、冷却装置，这不仅增加了设备投资，还使工艺体系变得复杂。

由此可见，目前的直接还原炼铁技术普遍存在还原效率低，工艺设备复杂等问题，因此，亟需一种还原效率高、工艺简单，有利于提高金属化率的方法和系统。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种具有配气和吹扫功能的竖炉还原系统，还原气配气装置出气小孔竖直向上，分布均匀，可使炉内物料下落阻力增大、下落时间延长、单次还原时间延长，温度更加均匀，金属化率较高，还原气配气装置两侧面构成导料槽，使物料快速汇聚到导料槽；导料槽吹扫装置可使导料槽内的物料快速汇聚至物料循环系统下部，连通吹扫装置的还原气管道上，安装一个还原气调节阀，通过调整调节阀的开度，来控制进入吹扫装置管道的还原气的量，从而减少导料槽内物料的堆积和停留时间，加快物料循环速度。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种具有配气和吹扫功能的竖炉还原系统，包括料仓、预热仓、气基竖炉和熔分炉，所述料仓经所述预热仓与所述气基竖炉连接，所述气基竖炉和熔分炉连接，其中，所述气基竖炉包括：

布料器，设置在所述气基竖炉进料口下方；

循环送料装置，一端位于所述气基竖炉内下料口上方，另一端位于所述布料器上方，将下料口处堆积的矿粉运送至所述布料器中；

多个配气装置，设置在所述竖炉倾斜底部，相邻两个所述配气装置的倾斜侧面之间形成导料槽，所述配气装置上设置有多个竖直向上的孔，使得通入所述配气装置的还原气竖直向上吹；

吹扫装置，设置在所述气基竖炉内壁上并位于所述导料槽一端，将所述导料槽内堆积的矿粉吹扫至所述导料槽另一端的所述下料口处；

设置在所述气基竖炉内壁上的电极板，为气基竖炉内的还原反应提供热源。

进一步的，所述配气装置为三棱柱状，多个所述孔设置在三棱柱状配气装置的侧面和锥顶上。

进一步的，所述配气装置和所述吹扫装置分别通过贯穿炉壁的还原气管与所述气基竖炉外部的还原气管路连接。

进一步的，所述吹扫装置与所述还原气管路间设置有还原气调节阀。

进一步的，所述循环送料装置包括：驱动辊、链条、料斗和变向导杆，其中，多个所述料斗设置在所述链条上，所述链条设置在多个所述驱动辊上并与变向导杆配合形成倒l形传送装置，所述驱动辊包括：第一驱动辊、第二驱动辊和第三驱动辊，其中，所述第二驱动辊设置于所述布料器上方，所述第三驱动辊设置于所述下料口上方，所述第一驱动辊的水平位置与所述第三驱动辊一致，竖直高度与所述第二驱动辊一致；所述第一驱动辊和第二驱动辊与设置在竖炉外的驱动装置连接。

进一步的，所述料仓包括：矿粉入口、矿粉出口；所述预热仓包括：多排热辐射管、矿粉进口、热矿粉出口、预热炉顶气进口和出口，所述矿粉出口与所述矿粉进口连接，所述预热炉顶气进口与所述炉顶气出口连接。

进一步的，所述气基竖炉还包括高温旋风除尘装置，所述高温旋风除尘器设置于所述布料器上方并与所述气基竖炉的炉顶气出口连接；系统还包括高温风机，所述高温风机的入口与预热顶气出口连接。

进一步的，所述配气装置由耐热钢和耐火材料组成。所述配气装置沿所述竖炉底部倾斜设置，高度沿炉壁向内递减。

一种利用配气和吹扫功能的竖炉还原系统系统生产还原铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热；

2）预热后的矿粉送至气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3）矿粉经布料器下落，还原气从所述配气装置的竖直向上的孔内向上喷出，对靠重力向下运动的矿粉产生阻力，同时下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过吹扫装置经导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应；

4）重复多次步骤3）直至矿粉的金属化率达标后将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

进一步的，所述矿粉粒度为100目占65%以上，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的80%以上，通入的还原气量为1050-1400nm³/t。

本发明的有益效果在于：

（1）还原气配气装置出气小孔竖直向上，分布均匀，可使炉内物料下落阻力增大、下落时间延长、单次还原时间延长，温度更加均匀，金属化率较高。

（2）还原气配气装置两侧面构成导料槽，使物料快速汇聚到导料槽；导料槽吹扫装置可使导料槽内的物料快速汇聚至物料循环系统下部。

（3）连通吹扫装置的还原气管道上，安装一个还原气调节阀，通过调整调节阀的开度，来控制进入吹扫装置管道的还原气的量，从而减少导料槽内物料的堆积、停留时间，加快物料循环速度。

附图说明

图1为本发明竖炉还原系统整体结构图。

图2为本发明还原气配气装置示意图。

图3为本发明还原气配气装置侧视图。

图4为本发明定向导杆侧视图。

图5为本发明定向导杆俯视图。

图6为本发明竖炉还原系统生产还原铁的方法示意图。

其中，料仓100，矿粉入口101，矿粉出口102，预热仓200，热辐射管201，矿粉进口204，热矿粉出口205，预热炉顶气进口202，预热炉顶气出口203，气基竖炉400，配气装置460，吹扫装置470，布料器410，循环送料系统420，导料槽430，高温旋风除尘器440，电极板450，炉顶气出口403，热矿粉入口401，热还原铁粉出口404，循环送料系统420，孔461，还原气管道462，高温风机300。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种具有配气和吹扫功能的竖炉还原系统，图1为本发明竖炉还原系统整体结构图，如图1所示,包括料仓、预热仓、气基竖炉和熔分炉，所述料仓经所述预热仓与所述气基竖炉连接，所述气基竖炉和熔分炉连接，料仓内的矿粉进入预热仓预热后被送至气基竖炉，矿粉在气基竖炉内进行充分的氧化还原反应至矿粉的金属化率达标，最后，将还原后的矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

根据本发明的具体实施例，所述气基竖炉包括：设置在所述气基竖炉进料口下方的布料器；一端位于所述气基竖炉内下料口上方，另一端位于所述布料器上方的循环送料装置，将下料口处堆积的矿粉运送至所述布料器中；设置在所述竖炉倾斜底部的多个配气装置，相邻两个所述配气装置的倾斜侧面之间形成导料槽，所述配气装置上设置有多个竖直向上的孔，使得通入所述配气装置的还原气竖直向上吹；设置在所述气基竖炉内壁上并位于所述导料槽一端的吹扫装置，将所述导料槽内堆积的矿粉吹扫至所述导料槽另一端的所述下料口处；设置在所述气基竖炉内壁上的电极板，为气基竖炉内的还原反应提供热源。

其中，如图2和图3所示，所述配气装置为三棱柱状，所述多个孔设置在三棱柱状配气装置的侧面和锥顶上，使配气装置内外的空间连通，进而使得进入配气装置内部空间的还原气，可从小孔向竖炉的还原段进行均匀配气；小孔的方向竖直向上，可确保还原气竖直向上运动，对靠重力向下运动的物料产生的阻力最大，延长还原气与物料的接触时间。根据本发明的具体实施例，配气装置的设置方式可以为沿两侧炉壁高度向内递减，在竖炉中部位置形成导料槽，也可以为图4所示的三棱锥状的配气装置，其设置方式为图3所示，多个导料槽之间形成多个导气装置。

根据本发明的具体实施例，所述配气装置和所述吹扫装置分别通过贯穿炉壁的还原气管与所述气基竖炉外部的还原气管路连接，在本发明的一些优选的实施例中，竖炉外至少有一根还原气管道，直接从竖炉还原段下部穿过壳体，插入配气装置侧部，使得还原气可通过该管道进入配气装置的内部。配气装置由部分耐热钢和部分耐火材料共同组成。

根据本发明的具体实施例，每条导料槽与炉内壁接触部位设置有物料吹扫装置，使物料更容易汇集到竖直循环送料系统的下部。在竖炉外，至少有一根还原气管道与物料吹扫装置连接，使得还原气可通过吹扫装置对导料槽进行吹扫作业。优选的，吹扫装置与还原气管路间设置有还原气调节阀。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，循环送料装置包括：驱动辊、链条、料斗和变向导杆，其中，多个所述料斗设置在所述链条上，所述链条设置在多个所述驱动辊上并与变向导杆配合形成倒l形传送装置，所述传送装置水平方向的末端位于所述布料器的上方，链条与驱动辊为活动连接。在本发明的一些优选的实施例中，驱动辊包括：第一驱动辊、第二驱动辊和第三驱动辊，其中，所述第二驱动辊设置于所述布料器上方，所述第三驱动辊设置于所述下料口上方，所述第一驱动辊的水平位置与所述第三驱动辊一致，竖直高度与所述第二驱动辊一致。

根据本发明的具体实施例，变向导杆与所述链条的接触部位为卡槽式结构，图4为本发明变向导杆侧视图，图5为本发明变向导杆俯视图。如图4和图5所示，变向导杆上设置有凹槽，链条设置在凹槽内，实现链条的变向，同时避免了变向导杆与料斗接触而阻碍其运动。在本发明的优选的实施例中，如图1所示，在所述第二驱动辊的左下方设置了两个变向导杆。

根据本发明的具体实施例，第一驱动辊和第二驱动辊与设置在竖炉外的驱动装置连接，为循环送料装置提供动力源。本发明对于驱动装置的选择没有特别的限制，可以采用多种方式进行驱动。本发明的循环送料系统可控制竖炉内矿粉与还原气还原次数，促使矿粉进行多次还原反应，延长反应时间，易于得到高金属化率直接还原铁。

循环送料系统工作时，启动驱动装置，驱动装置分别通过第一驱动辊和第二驱动辊带动循环链条以及料斗进行运动。料斗运动至装入第三驱动辊附近时，与导料槽内的矿粉接触，部分矿粉从料斗敞口端装入料斗，随后被循环链条提升至顶端。随着位于循环链条顶端的料斗向右继续水平运动，料斗运动至第二上驱动辊上开始换向时，料斗内的矿粉原料由于重力作用，开始向下倾倒，并进入布料器，重新返回还原流程。多次重复上述操作，直至得到矿粉金属化率达标。

根据本发明的具体实施例，所述气基竖炉还包括高温旋风除尘装置，所述高温旋风除尘器设置于所述布料器上方并与所述气基竖炉的炉顶气出口连接；一方面，炉顶气携带的细矿粉经除尘器气固分离后可直接从除尘器排入布料器，另一方面，高温旋风除尘器有效避免了在炉顶气炉外除尘过程中的热损失问题，输出较洁净的炉顶气。系统还包括高温风机，所述高温风机的入口与预热顶气出口连接。

根据本发明的具体实施例，所述料仓包括：矿粉入口、矿粉出口；预热仓包括：多排热辐射管、矿粉进口、热矿粉出口、预热炉顶气进口和出口，所述矿粉出口与所述矿粉进口连接，所述预热炉顶气进口与所述气基竖炉的炉顶气出口连接，所述高温风机的入口与预热顶气出口连接。如图1所示，经气基竖炉的炉顶气出口出来的高温炉顶气进入预热仓，与多排热辐射管一起对进入预热仓的矿粉进行预热，实现了高温炉顶气的二次利用，提高了资源利用率。

根据本发明的另一方面，图6为本发明竖炉还原系统生产还原铁的方法示意图，如图6所示，本发明提供了一种利用具有配气和吹扫功能的竖炉还原系统生产还原铁的方法，包括以下步骤：

1）将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热；其中，所述矿粉粒度为100目占65%以上；

2）预热后的矿粉送至气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3）矿粉经布料器下落，还原气从所述配气装置的竖直向上的孔内向上喷出，对靠重力向下运动的矿粉产生阻力，同时下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过吹扫装置经导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应；其中，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的80%以上，通入的还原气量为1050-1350nm³/t。

4）重复多次步骤3）直至矿粉的金属化率达标后将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

实施例一

1）将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热；其中，所述矿粉粒度为100目占80%以上；

2）预热后的矿粉送至气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3）矿粉经布料器下落，还原气从所述配气装置的竖直向上的孔内向上喷出，对靠重力向下运动的矿粉产生阻力，同时下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过吹扫装置经导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应；其中，竖炉内还原温度950℃，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的80%，通入的还原气量为1150nm³/t。

4）步骤3）持续11min后得到矿粉的金属化率为92.5%，将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

实施例二

1）将矿粉运至料仓，并将料仓内的矿粉送至预热仓进行预热；其中，所述矿粉粒度为100目占90%以上；

2）预热后的矿粉送至气基竖炉，同时启动竖炉外的驱动装置控制驱动辊带动链条和料斗运动；

3）矿粉经布料器下落，还原气从所述配气装置的竖直向上的孔内向上喷出，对靠重力向下运动的矿粉产生阻力，同时下降的所述矿粉与上升的所述还原气发生还原反应生成金属化不完全的物料，并通过吹扫装置经导料槽汇聚至循环送料装置的下部，由所述循环送料装置的料斗将部分金属化物料传送至所述布料器进行二次布料，再次与所述还原气发生还原反应；其中，竖炉内还原温度900℃，所述还原气的成分为co和h2，其体积分数占炉内气体的85%，通入的还原气量为1200nm³/t。

4）步骤3）持续9min后得到矿粉的金属化率为96%，将矿粉送至熔分炉，获得熔分铁水和熔分渣。

对比例

气基法的典型代表是midrex法，是目前最完善、出产能力最强、使用最普遍的直接还原炼铁法。某工厂的工艺路线及操作参数如下：

（1）将还原气体从竖炉的下部区域通入竖炉内；其中，还原气原料为天然气，经催化重整后，还原气中co和h2总体积为85%，co与h2体积比为1.25:1，还原气温度为950℃；

（2）将矿粉送入气基竖炉内，其中矿粉的铁品位为63%、粒度为6-19mm，进入竖炉的氧化球团和块矿混配矿中的粉末粒度<5mm的量不大于5%；

（3）矿粉在炉内进行还原，还原反应温度800℃左右，物料在炉内完成加热和还原，整个过程需持续5-6h；完成还原的矿料在冷却区域内通过循环冷煤气冷却至常温后从卸料口排出；得到的产品的金属化率为90%-93%，炉顶气一部分用于重整炉加热系统的燃料，一部分经净化后回重整炉循环制气。

综上所述本发明的还原气配气装置出气小孔竖直向上，分布均匀，可使炉内物料下落阻力增大、下落时间延长、单次还原时间延长，温度更加均匀，金属化率较高；还原气配气装置两侧面构成导料槽，使物料快速汇聚到导料槽；导料槽吹扫装置可使导料槽内的物料快速汇聚至物料循环系统下部。连通吹扫装置的还原气管道上，安装一个还原气调节阀，通过调整调节阀的开度，来控制进入吹扫装置管道的还原气的量，从而减少导料槽内物料的堆积、停留时间，加快物料循环速度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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发明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必针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。