气基还原竖炉的制作方法

本实用新型涉及非高炉冶炼的还原竖炉，具体为可降低能耗、提高竖炉中心温度、均匀分布还原气流的一种还原气管布置。

背景技术：

随着世界钢铁工业的飞速发展和国际社会对环境保护的日益重视，铁矿石、焦炭、优质废钢资源的日益减少以及DRI价格大幅上涨，直接还原工艺在世界各地迅速发展，直接还原工艺也逐渐受到钢铁界领域的重视。

气基竖炉直接还原铁占直接还原铁总产量的70％以上，其直接还原铁产品具有成分稳定、有害杂质低、粒度均匀等优点，它可作为特殊优质钢冶炼的原料。气基直接还原设备可大型化、对环境污染小、耗水量少、噪音小、产生的CO2也比用煤作还原剂少得多，所以具有很强的竞争力和发展潜力。

传统竖炉主体结构包括顶部装料系统、中部还原段、下部设置的冷却及出料系统。还原段上部设有炉顶还原气排放管，下端设置还原气管道、围管和按圆周设置的还原气喷嘴组。还原气由竖炉还原段围管喷嘴输入与炉内氧化球团发生还原反应，但是炉内中心还原气流及温度偏低，导致能耗高、中心球团金属化率偏低。

现有技术公开的一种“具有中心配气装置的竖炉和控制配气量的方法”，将现有竖炉内的导料锥加高后镂空打眼，并且在炉外加装向其内部输送还原性还原气的管道和调节阀，此方法结构复杂，而且由于导料锥位于竖炉中心部位，竖炉中心处无法盛装炉料，中心配气装置占去了竖炉物料空间面积，从而炉内容积占比较大，降低了直接还原铁的生产率和竖炉利用系数。

相关技术还公开了一种气基还原竖炉还有还原气的入炉方法，它是将还原气分段入炉，减少从竖炉中部还原段进入热还原气的量，减少管式炉加热和部分氧化炉吹氧提温的规模和能耗，充分利用直接还原铁的显热来与冷还原气进行换热。这种技术方案也存在一些不足，即热直接还原铁显热与冷还原气进行热交换后，上升到还原段的还原气温度降低800℃左右，直接还原热力学条件变差，直接还原铁金属化率降低，影响直接还原铁的品质。

技术实现要素：

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型旨在提供一种气基还原竖炉，该气基还原竖炉可克服上述竖炉技术缺陷，确保竖炉气流分布均匀，提高竖炉生产率及利用系数。

根据本实用新型的气基还原竖炉，包括：炉体，所述炉体内由上到下依次限定出连通的预热区、还原区和冷却区，所述炉体的顶部设有物料进口，所述炉体的底部设有物料出口；

外围还原气管，所述外围还原气管形成为环形，所述外围还原气管设在所述还原区内且环绕所述还原区的竖直中心线设置，所述外围还原气管的管壁上设有外围喷嘴；用于向所述外围还原气管提供还原气体的供气管；内部还原气管，所述内部还原气管从所述炉体的底部穿过所述冷却区后伸入到所述还原区内，所述内部还原气管的管壁上设有用于喷出还原气体的内部喷嘴。

根据本实用新型的气基还原竖炉，通过在外围还原气管的内侧增设内部还原气管，外围还原气管和内部还原气管上均设置喷嘴，使得还原区内还原气流和炉内还原温度分布更均匀，克服了竖炉外部还原气流和还原温度高、而中心气流和温度低的缺点，在炉内气流、温度分布相对均匀化后，能有效地提高竖炉生产效率，降低吨DRI能耗。另外，这种通过增设内部还原气管来均匀气体分布的方案，结构简单，操作方便，且内部还原气管所占面积较小，可提高竖炉利用系数。

在一些实施例中，所述内部喷嘴对应所述还原区设置。

在一些实施例中，所述内部还原气管的管壁上沿周向及管长方向上设有多排多列所述内部喷嘴。

在一些实施例中，所述内部还原气管设在所述还原区的竖直中心线处。

在一些实施例中，所述内部还原气管的伸入到所述还原区的端部设有顶盖。

在一些实施例中，所述顶盖形成为中心向上凸出的圆锥形。

在一些实施例中，所述外围喷嘴的喷射方向向下设置。

在一些实施例中，所述内部还原气管为不锈钢管、设有耐火材料层的不锈钢管或设有耐火材料层的合金钢管。

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。

附图说明

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：

图1是根据本实用新型实施例的气基还原竖炉的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的外围还原气管的喷气方向示意图。

附图标记：

气基还原竖炉100、

炉体1、预热区11、还原区12、冷却区13、还原区的竖直中心线L、

外围还原气管3、外围喷嘴31、

供气管5、

内部还原气管6、内部喷嘴61、顶盖62。

具体实施方式

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。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的气基还原竖炉100。

根据本实用新型实施例的气基还原竖炉100，如图1和图2所示，包括：炉体1、外围还原气管3、用于向外围还原气管3提供还原气体的供气管5以及内部还原气管6。

参照图1，炉体1内由上到下依次限定出连通的预热区11、还原区12和冷却区13，炉体1的顶部设有物料进口，炉体1的底部设有物料出口。外围还原气管3形成为环形，外围还原气管3设在还原区12内且环绕还原区12的竖直中心线L设置。参照图2，外围还原气管3的管壁上设有外围喷嘴31。

内部还原气管6从炉体1的底部穿过冷却区13后伸入到还原区12内，内部还原气管6的管壁上设有用于喷出还原气体的内部喷嘴61。这里，在外围还原气管3和内部还原气管6之间，还原气分配比例根据竖炉大小可调。

气基还原竖炉100的工作原理是：待还原的物料从炉体1的物料进口导入，然后物料在重力的作用下下落，下落的物料依次穿过预热区11、还原区12和冷却区13，最终还原后的物料从炉体1底部的物料出口排出。

与此同时，供气管5向外围还原气管3提供加热后的还原气体，外围还原气管3内还原气体从外围喷嘴31喷入还原区12；与此同时，内部还原气管6也通过内部喷嘴61向还原区12喷入还原气体。喷入的还原气体与炉内氧化球团发生还原反应，将物料进行还原处理，之后气体向上漂浮，气体向上漂浮的过程与下落的物料接触，从而对物料进行预热。

需要说明的是，现有技术中只有外围还原气管向还原区喷射还原气体，使得炉内中心还原气流少、温度较低，导致中心球团金属化率偏低、生产周期长、能耗高。现有技术中为了保证中心球团金属化率，也会做出更加复杂的结构，但是这些结构在炉内容积占比较大，降低了物料还原(如直接还原铁)的生产率和竖炉利用系数。

而本实用新型实施例中，通过在外围还原气管3的内侧增设内部还原气管6，外围还原气管3和内部还原气管6上均设置喷嘴，使得还原区12内还原气流和炉内还原温度分布更均匀，克服了竖炉外部还原气流和还原温度高、而中心气流和温度低的缺点，在炉内气流、温度分布相对均匀化后，能有效地提高竖炉生产效率，降低吨DRI能耗。例如使用该结构竖炉进行直接还原生产，冶炼周期可缩短28-40min，能耗降低7-13kgce/t.DRI，生产率可提高8-12％，因此，本实用新型实施例的竖炉可以实现高效低耗生产。

另外，这种通过增设内部还原气管6来均匀气体分布的方案，结构简单，操作方便，且内部还原气管6所占面积较小，可提高竖炉利用系数。

需要说明的是，内部还原气管6的数量可根据气基还原竖炉100的大小进行设计，即炉体1内可以安装一个或多个内部还原气管6。而且内部还原气管6的位置、管道直径也可根据气基还原竖炉100的大小进行设计。

在一些实施例中，如图1所示，内部还原气管6为一个，且内部还原气管6设在还原区12的竖直中心线L处。

在图1中，内部还原气管6的伸入炉体1的管段形成为竖直圆管，内部还原气管6的伸入炉体1的管段的中心线与还原区12的竖直中心线L相重合。这样内部还原气管6排出的气体能较均匀分布在还原区12的中心区域，利于气体流量及温度的均匀化。

具体地，如图1所示，内部还原气管6上内部喷嘴61对应还原区12设置，也就是说，通入内部还原气管6的还原气体直接喷入至还原区12内。这样内部还原气管6喷出的还原气体将直接参与还原过程，利用效率较高。

更具体地，如图1所示，内部还原气管6的管壁上沿周向及管长方向上设有多排多列内部喷嘴61，这样设置利于在还原区12的中心处，将还原气体在横向竖向上更加均匀地分布，从而提高还原气体的利用率。

在一些实施例中，如图1所示，内部还原气管6的伸入到还原区12的端部设有顶盖62。也就是说，内部还原气管6被顶盖62封顶，可避免物料掉落到内部还原气管6内导致管道堵塞。

具体地，顶盖62形成为中心向上凸出的圆锥形，也就是说，竖炉中心的内部还原气管6设计为圆锥形顶，这样当物料落到顶盖62上时，物料可沿顶盖62滑落，从而避免物料堆积在顶盖62上。

当然，本实用新型实施例中，顶盖62也可形成为半球形，或者也可在内部还原气管6的顶端设置网罩等，这里不作限定。

在一些实施例中，外围喷嘴31的喷射方向向下设置，这样外围还原气管3向下喷射还原气体，而由于气体具有向上漂浮的特性，因此从外围喷嘴31喷出的还原气体向下冲射一段时间后还会再漂浮上升，这样设置的外围喷嘴31可延长还原气体在炉体1内的还原时间。

这里，外围喷嘴31的直径可根据气基还原竖炉100的大小进行确定。而且本实用新型实施例中，外围还原气管3上设有多个外围喷嘴31，相邻两个外围喷嘴31之间的间距也可根据气基还原竖炉100的大小进行确定。

这里，内部还原气管6可以是耐高温腐蚀的不锈钢管、不锈钢管或合金钢与耐火材料相结合的管道。具体指的是，内部还原气管6可为不锈钢管，内部还原气管6也可为设有耐火材料层的不锈钢管或设有耐火材料层的合金钢管。

下面结合图1和图2，描述在本实用新型的一些具体示例中气基还原竖炉100的结构。该气基还原竖炉100用于还原铁产品，使用的还原气为煤气。

具体地，一种提高中心温度及煤气流均匀分布的气基还原竖炉100，在炉体1的炉壁上设有外围还原气管3，供气管5的还原气体经过外围喷嘴31进入竖炉与球团进行热交换和还原。

另一部分还原气体引入内部还原气管6，内部还原气管6设置圆锥形顶，可防止物料堆积顶部；内部还原气管6在还原区12内设置内部喷嘴61，还原气体通过内部喷嘴61进入竖炉中心与球团发生热交换与直接还原。竖炉中心还原气流及温度得到了提高，竖炉横截面的温度分布更加均匀，加快了直接还原速度，提高了竖炉DRI球团产品质量和生产率。

下面结合附图描述本实用新型实施例的气基还原竖炉100的两个具体实施方案。

实施例一：将加热炉加热到900℃左右的还原煤气通过供气管5引入到外围还原气管3，同时还原煤气还引入到内部还原气管6，外围还原气管3上布置多个均匀间隔的方向向下的外围喷嘴31，还原气体分布到各外围喷嘴31处；同时内部还原气管6上布置有多个均匀间隔的内部喷嘴61，还原气体分布到各内部喷嘴61处，还原气体经各喷嘴吹入竖炉与球团发生热交换和直接还原反应。外围还原气管3与中心的内部还原气管6还原气供给量分别为50％，竖炉中心还原气流得到了提高，竖炉横截面的温度、还原气流分布更加均匀，获得相同金属化率90％的DRI的还原时间缩短了40min，能耗降低13kgce/t.DRI，单位时间生产率提高了12％。

实施例二：将加热炉加热到900℃左右的还原煤气通过供气管5引入到外围还原气管3，同时还原煤气还引入到内部还原气管6，外围还原气管3上布置多个均匀间隔的方向向下的外围喷嘴31，还原气体分布到各外围喷嘴31处；同时内部还原气管6上布置有多个均匀间隔的内部喷嘴61，还原气体分布到各内部喷嘴61处，还原气体经各喷嘴吹入竖炉与球团发生热交换和直接还原反应。外围还原气管3与中心的内部还原气管6还原气供给量分别为2/3、1/3，竖炉中心还原气流得到了提高，竖炉横截面的温度、还原气流分布更加均匀，获得相同金属化率90％的DRI的还原时间缩短了28min，能耗降低7kgce/t.DRI，单位时间生产率提高了8％。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是直接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及等同物限定。