一种煤基隧道窑快速还原铁的装卸料系统及还原方法与流程

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种煤基隧道窑快速还原铁的装卸料系统及还原方法。

背景技术：

我国是一个钢铁大国，非焦煤储量丰富，还原铁产品每年虽然有2000万吨的缺口，却占世界产量不足1％，年产量不到50万吨，而伊朗或者印度每个国家还原铁的月产量还在2000万吨。

近年，还原铁的应用范围也在扩大，还原铁(dri)除了是应用于优质钢铁冶炼必不可少的炉料外，环保行业的自来水净化处理、污水处理、废酸液处理甚至脱硫脱硝处理，也都会大量应用还原铁制品，包括取暖、填料、配重等很多行业也都需要大量的还原铁制品。

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，国家出台较多的相关产业政策，鼓励开发、应用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。

所以，开发新工艺技术和装备，提高还原铁的产量和质量，是冶金行业的一项迫在眉睫的大事业。

传统的煤基隧道窑罐式法生产直接还原铁(海绵铁)，工艺技术成熟，工艺技术简单、易操作，但存在还原时间长、产能低、能耗高等缺点；单条生产线年产量一般在1～2万吨，近200米长的隧道窑炉最大产能不超过5万吨，造成生产运行成本高、销路不畅等实际问题。

中国现在有200多条隧道窑海绵铁生产线，几乎全部处于停产或破产状态，急需嫁接一种简单可行、技改不大的新工艺技术救活它们。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种煤基隧道窑快速还原铁的装卸料系统及还原方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明的第一个目的在于提供一种煤基隧道窑快速还原铁的装卸料系统，其特殊之处在于，包括若干组反应窑、卸料装置、定位支架和吊架装置；

其中，所述的反应窑由反应罐、内管和反应窑底座；所述反应罐包括上子口和下母口，多个所述反应罐通过上子口和下母口过盈配合连接；所述内管包括内管上子口和内管下母口，多个所述内管通过内管上子口和内管下母口过盈配合连接；所述反应窑底座包括底座上子口ⅰ、底座上子口ⅱ和若干底座支腿，若干所述底座支腿之间开设有底座支腿槽沟；连通的多个所述内管的最底端内管的内管下母口与所述底座上子口ⅰ过盈配合连接，并置于连通的多个反应罐内；连通的多个所述反应罐的最底端反应罐的下母口与所述底座上子口ⅱ过盈配合连接；

所述卸料装置包括出料口、卸料仓、位于卸料仓两侧的左抱闸、左液压缸和右抱闸、右液压缸及位于卸料仓下部的卸料底座和下液压缸；若干所述卸料底座之间形成卸料底座槽沟；所述卸料底座与所述底座支腿槽沟相匹配；

所述定位支架包括一体成型的定位环和若干根定位杆；所述定位环套装在最顶端的内管上，与所述内管上子口过盈配合连接；所述反应罐内壁与内管外壁之间的间距相匹配于定位杆的长度；

所述吊架装置包括相互铰接的吊环和吊架，所述吊架底端设有挂钩。

进一步，所述反应罐的直径为800-1200mm，高度为1500-1600mm；每组反应窑包括3-4只反应罐；所述内管的直径为280-520mm。

采用上述进一步方案的有益效果是，本发明使用大型的反应罐，增加了装料的容积率，增加了产能，同时也减少了反应罐总消耗量，也大大减少了反应罐随窑车自身带出窑炉所吸收的热量；在反应罐的中间设有内管，加热室内的高温烟气除了给反应罐进行加热、焙烧外，还会通过底座支腿槽沟从四周通过底座上子口ⅰ向上，再进入内管的中心，向上运动，使其形成“烟囱”效应，进行循环运动，使高温烟气可以对整体反应罐进行内外双层加热，加热还原温度为1100～1200℃，被还原物料的单面加热厚度实际只有140～160mm，反应罐内的被还原物料加热速度快，由64多个小时的还原时间缩短到4～6h，还原速度提高了10倍以上，大大增加了隧道窑的整体产能。

进一步，所述卸料底座外围设有橡胶圈。

采用上述进一步方案的有益效果是，卸料底座套入反应窑底座内时，橡胶圈与反应窑底座进行软接触，避免碰坏反应窑底座。

本发明的第二个目的在于提供利用上述装卸料系统进行煤基隧道窑快速还原铁的还原方法，步骤如下：

(1)将煤粉和粘土按照重量比4:1混合搅拌成涂料，喷涂在反应罐内壁、内管外壁和底座内壁，涂料厚度为0.1-0.15mm；

(2)取含铁原料，按其重量1.5-2％配加有机粘结剂，混碾，喷水造球，球团粒度为￠8～16mm；将所得湿式球团在装有煤粉的造球盘中滚动，使湿式球团表面覆盖一层厚度0.3-0.5mm的煤粉，形成覆膜球团；将覆膜球团配加还原剂混合，其中覆膜球团与还原剂的重量比为(55-65)：(35-45)；

(3)将步骤(2)的混料装入反应窑的反应罐中，装料后，在每组反应窑顶部套装定位支架；使用吊架装置，挂钩钩在底座支腿槽沟内，将反应窑吊运至窑车平台上，在1100-1200℃条件下进行物料还原4-6h；

(4)反应窑内的物料经过还原后，再使用吊架装置将反应窑吊运至卸料装置内，卸料底座套入反应窑底座内，挂钩从卸料底座槽沟侧撤出；卸料仓内，左液压缸、右液压缸分别带动左抱闸、右抱闸合拢，紧抱最底端的反应罐外壁；下液压缸带动卸料底座下沉，进而带动内管下沉250-300mm，反应罐中的被还原物料从出料口排出。

进一步，步骤(1)(2)中，所述的煤粉为烟煤粉或无烟煤粉，细度为120目以上。

进一步，步骤(2)中，所述的含铁原料为tfe:65％-72％的高品位铁矿或铁精粉(铁鳞)，或tfe:20％-60％的羚羊石矿、鲕状赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿、赤铁矿或菱铁矿等难选铁矿，或钒钛磁铁矿(海砂)、硼铁矿、锰铁矿、铬铁矿、红土镍矿等复合铁矿，或硫酸渣、氧化铝赤泥、铜渣、铅锌渣、铬渣(含六价铬)、冶金污泥(灰)等含铁废料。

进一步，步骤(2)中，所述的有机粘结剂为腐植酸钠、水溶性聚乙烯醇或糊精；所述的还原剂为烟煤、无烟煤、兰炭或焦炭粉末、生物质碳及生物质颗粒等碳氢固体还原剂，粒径为0-10mm。

进一步，步骤(3)中，装料后，在反应罐内的物料最上层覆盖10-20mm的废煤灰或粘土。

采用上述进一步方案的有益效果是，能够有效防止还原时球团露头被氧化。

本发明的有益效果是：

1、本发明采取铁矿粉球团外覆膜方式，湿球直接加入煤粉造球盘，使球团表面利用其水分的作用，直接滚覆上一层煤粉膜，煤粉膜不但起到外配还原剂的作用，而且在高温状态下能够有效防止球团与球团直接粘连，也不会粘壁，冷却卸罐时，可直接采用气力输送方式，环保顺利卸出罐中混合料；所得覆膜球团无需烘干，在湿球时可直接外配加还原剂均匀混合后一起装罐，而且由于湿式球团还有韧性，装罐时不容易破碎、开裂，减少了球团烘干环节，也节省了烘干窑炉及其附属设备。

2、本发明中，采取大反应罐结合覆膜球团的方法，热动力设计科学、合理，热量传导速度快，单个铁矿粉球团还原速度加快，其还原温度也无需增高，一般控制在1100～1200℃即可；还原时间由64h缩短到6h以内，还原时间缩短了10倍，其还原剂的干馏、挥发自然也缩短了10倍，因此，也会大大减少还原剂用量，残留的还原剂经简单处理后，可以做到100％回收，进行循环利用，进而降低了固定成本及待摊费用，降低了运行成本；并且大大减少了加热煤气的消耗量，做到节能减排、降碳环保。

3、虽然传统的隧道窑法还原铁工艺成熟，但机械化程度低，主要是装罐和卸罐麻烦，粉尘污染严重。本发明采用湿球覆膜球团装罐，罐体容积大，数量少，机械装料速度快，无粉尘；卸料时，罐中球团不粘连，可直接采取气力输送方式抽出并送入密闭料仓进行分离处理，在定位支架的作用下，避免了内管在下沉过程中左右摇晃，整个工序机械化、自动化程度高，无粉尘排放。

4、本发明的反应罐和内管也可以采用314、45ci28ni48w5si2等优质耐热钢制作，可搭建成多管、多单元煤基竖炉还原铁装置，采取煤气对复合套管外壁进行加热，利用高温烟气对内套管的内壁进行加热的一种煤基竖炉，节能减排。

附图说明

图1为传统隧道窑窑车的侧面示意图；

图2为传统隧道窑窑车的俯视图；

图3为本发明反应罐的侧面示意图；

图4为本发明内管和反应窑底座的侧面示意图；

图5为图4中a-a向剖面图；

图6为图4中b-b向剖面图；

图7为本发明反应窑的结构示意图；

图8为本发明反应窑与定位支架的结构示意图；

图9为本发明吊架装置的结构示意图；

图10为本发明卸料装置的结构示意图；

图11为图10的俯视图；

图12为图10中c-c向剖面图；

图13为图10中d-d向剖面图；

图14为本发明反应窑与卸料装置的结构示意图；

图15为图14的俯视图；

图16为本发明的卸料过程示意图；

图17为本发明反应窑的装车示意图；

图18为图17的俯视图；

图19为采用本发明反应窑搭建的煤基竖炉示意图；

图中，1、反应罐；2、内管；3、反应窑底座；4、上子口；5、下母口；6、内管上子口；7、内管下母口；8、底座上子口ⅰ；9、底座上子口ⅱ；10、底座支腿；11、底座支腿槽沟；12、出料口；13、卸料仓；14、左抱闸；15、左液压缸；16、右抱闸；17、右液压缸；18、卸料底座；19、下液压缸；20、卸料底座槽沟；21、定位环；22、定位杆；23、吊环；24、吊架；25、挂钩；26、橡胶圈；27、窑车平台。

具体实施方式

以下结合附图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。

实施例1

一种煤基隧道窑快速还原铁的装卸料系统，其特殊之处在于，包括若干组反应窑、卸料装置、定位支架和吊架装置；

其中，所述的反应窑由反应罐1、内管2和反应窑底座3；所述反应罐包括上子口4和下母口5，多个所述反应罐通过上子口和下母口过盈配合连接；所述内管包括内管上子口6和内管下母口7，多个所述内管通过内管上子口和内管下母口过盈配合连接；所述反应窑底座包括底座上子口ⅰ8、底座上子口ⅱ9和若干底座支腿10，若干所述底座支腿之间开设有底座支腿槽沟11；连通的多个所述内管的最底端内管的内管下母口与所述底座上子口ⅰ过盈配合连接，并置于连通的多个反应罐内；连通的多个所述反应罐的最底端反应罐的下母口与所述底座上子口ⅱ过盈配合连接；

所述卸料装置包括出料口12、卸料仓13、位于卸料仓两侧的左抱闸14、左液压缸15和右抱闸16、右液压缸17及位于卸料仓下部的卸料底座18和下液压缸19；若干所述卸料底座之间形成卸料底座槽沟20；所述卸料底座与所述底座支腿槽沟相匹配；所述卸料底座外围设有橡胶圈26；

所述定位支架包括一体成型的定位环21和若干根定位杆22；所述定位环套装在最顶端的内管上，与所述内管上子口过盈配合连接；所述反应罐内壁与内管外壁之间的间距相匹配于定位杆的长度；

所述吊架装置包括相互铰接的吊环23和吊架24，所述吊架底端设有挂钩25。

一种利用上述装卸料系统进行煤基隧道窑快速还原铁的还原方法，步骤如下：

(1)将煤粉和粘土按照重量比80:20混合搅拌成涂料，喷涂在反应罐内壁、内管外壁和底座内壁，涂料厚度为0.1-0.15mm；

(2)取含铁原料，按其重量1.5％配加有机粘结剂，混碾，喷水造球，球团粒度为￠8～16mm；将所得湿式球团在装有煤粉的造球盘中滚动，使湿式球团表面覆盖一层厚度0.3-0.5mm的煤粉，形成覆膜球团；将覆膜球团配加还原剂混合，其中覆膜球团与还原剂的重量比为60：40；

(3)将步骤(2)的混料装入反应窑的反应罐中，装料后，在反应罐内的物料最上层覆盖15mm的废煤灰，在每组反应窑顶部套装定位支架；使用吊架装置，挂钩钩在底座支腿槽沟内，将反应窑吊运至窑车平台27上，1100-1200℃条件下物料还原4-6h；

(4)反应窑内的物料经过还原后，再使用吊架装置将反应窑吊运至卸料装置内，卸料底座套入反应窑底座内，挂钩从卸料底座槽沟侧撤出；卸料仓内，左液压缸、右液压缸分别带动左抱闸、右抱闸合拢，紧抱最底端的反应罐外壁；下液压缸带动卸料底座下沉，进而带动内管下沉250-300mm，反应罐中的被还原物料从出料口排出，分离冶选出tfe≥90％、ηfe≥93％、回收率≥93％的还原铁产品。

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。