一种台车式焙烧还原系统

1.本实用新型属于钢铁冶金直接还原炼铁技术领域，具体涉及一种台车式焙烧还原系统。


背景技术：

2.高炉炼铁工艺是现代钢铁工业的基石，在整个钢铁工业中起着举足轻重的作用。高炉炼铁的主要流程包括焦化、造块(烧结和球团)、高炉冶炼等，然而这些工序无一例外都对资源有着较强的依赖，对环境有着较大的污染。高炉炼铁对入炉原燃料的要求比较苛刻，需要使用高品位同时具有一定粒级的铁矿石，对于一些贫矿或粉矿则需要经过选矿和造块工艺的进一步处理，这个过程中又会加大对冶金焦的需求，但是由于高质量焦煤的储量有限，大大增加了高炉炼铁的成本。此外，在选矿、造块、炼焦、高炉炼铁的过程中会产生大量对环境有害的的物质。在以焦化—烧结—高炉—转炉为主的长流程生产中，接近60％的能耗、70％的吨钢成本、90％污染物排放集中在焦化、烧结和高炉炼铁过程。目前，迫切需要开发出一种不依赖焦煤和高品位铁矿石同时又经济环保的非高炉炼铁方法。
3.非高炉炼铁工艺以非焦煤为主要能源，不需要进行选矿和造块等工序，对于原燃料的要求和适应性都好于传统的高炉炼铁工艺，因而大大缩短了生产流程，具备可控性强、成本低、污染小、排放低的特点。根据使用还原剂的不同，直接还原工艺又分为气基直接还原和煤基直接还原，气基直接还原法中广泛应用的以天然气、氢气或一氧化碳为主的还原气体同样存在资源供给方面的压力。
4.在原料准备阶段，目前主流的做法包括两种，一是将铁矿粉直接装入容器，二是将原料压制成球团或其他形状。专利cn 110195139 b中提到的一种铁矿石低温还原—常温渣铁分离—电炉制钢工艺中将粒状的球团矿、铁矿石和残炭作为还原反应的原料装入回转窑；专利cn 104195276 a中提到的铁矿粉内配碳多孔块直接还原工艺当中将铁矿石、还原剂等原料混合制成料块。对于前者而言，虽说省去了成型过程，但是由于物料特性的关系，反应过程的传质传热是很大的限制性因素。同时，因为传质传热的不均匀也容易造成物料局部和高温炉气接触时间过长而出现局部软熔结块的现象。另外，粉状料处理过程繁琐且不易实现连续化规模化生产。而对于后者，也常常因料块密实程度、供热方式、供热均匀程度等因素而影响到最终产品的质量。
5.无论是哪一种对于原料的处理方法，其表面的受热速度都远大于物料内部热传导的速度，这必然会出现物料表面已经初熔而内部尚未到达反应所需温度的情况，这对反应速度、还原率、还原产物的金属化率都有不好的影响。在这种条件下，只能通过延长高温还原反应的时间来维持产品的质量，随之而来的就是更加高昂的成本。因此，如何在直接还原过程中改善物料的传质传热条件，增加传质传热速度、反应界面、产物金属化率、整体还原效率就成了当务之急。在此基础上，现有技术人员提出将物料处理成带有孔洞的料块，现有技术中提到了一种具有气体通道的用于热风炉的格子砖，但是对于料块具体的开孔特征和料块表面的细节处理却鲜有提及。此外还有一个亟待解决的问题就是还原工艺的选择问
题，气基直接还原工艺作为目前比较成熟的非高炉炼铁工艺而受到广泛应用，但其始终受资源的制约。而传统的煤基直接还原工艺又局限于小规模生产且部分生产工艺还不完善。


技术实现要素：

6.因此，为了解决以上问题，本实用新型在传统煤基直接还原方法的基础上结合烧结台车和带式焙烧机的工作原理提出了一种台车式焙烧还原系统，其可用于强化传质传热的蜂窝状导流料块制备及直接还原炼铁工艺。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：
8.根据本实用新型技术方案，提供一种台车式焙烧还原系统，包括：台车式焙烧机、顶燃式热风炉、电弧炉以及除尘设备，
9.所述台车式焙烧机包括有台车，所述台车上安装有密封的烟罩，烟罩内为传送装置，所述台车包括依次设置的干燥段、预热段和高温还原段，所述台车的高温还原段中，烟罩正上方安装有平行排列的两组燃烧室；
10.所述燃烧室通过密封装置与储料仓连通，且所述密封装置与电弧炉连通；
11.所述顶燃式热风炉与燃烧室连通，并通过除尘设备与所述台车的干燥段连通。
12.进一步地，所述顶燃式热风炉与除尘设备之间设有抽风机。
13.进一步地，所述干燥段与预热段之间以及所述预热段和高温还原段之间均设置有风箱。
14.进一步地，所述燃烧室上设置有二次进气管。
15.进一步地，所述燃烧室内的两个侧腔内分别设有方向相反的挡墙，且每个侧腔侧壁都安装有插入在喷嘴砖中的扰流喷嘴。
16.进一步地，所述扰流喷嘴作为一个整体其主体组成包括煤粉喷吹管、与煤粉喷吹管同轴设置的燃烧器、一次进气管、富氧管和扰流器。
17.进一步地，所述煤粉喷吹管包括管径较小的进口管段和远离所述进口管段的扩口管段，在扩口管段内设置有与其同轴向分布的分流管，分流管与燃烧器之间形成内风道，分流管与扩口管段之间形成环流通道，在内风道的尾部分别设置有旋流角度略有不同的扰流器；煤粉喷吹管的扩口管段与扰流喷嘴所插入的喷嘴砖的内壁之间形成外风道，所述外风道与一次进气管、富氧管相连通。
18.由扰流喷嘴喷出的高温还原气首先进入燃烧室侧腔，在侧腔内进一步反应并在挡墙的作用下实现均压均流，最后两侧侧腔内的还原气一同进入到燃烧室主腔内，在抽风机的作用下穿过堆叠的料层，完成高温还原的过程，高温还原段反应之后的高温烟气经过烟气循环系统先后通过预热段和干燥段完成对料块的预热和干燥，最后在风机的作用下通过除尘设备脱尘，脱尘后与空气风机鼓入的空气一同吹入顶燃式热风炉，产生的热风由一次进气管进入扰流喷嘴。
19.进一步地，所述台车式焙烧机在箅条之上摆放有布满圆形通孔的正六边形炉箅，并且沿着干燥段、预热段、高温还原段的方向，正六边形炉箅的大小依次变小。
20.进一步地，所述顶燃式热风炉连通有空气风机。
21.本实用新型的有益效果在于：本实用新型方法提出的台车式焙烧还原装置通过对燃烧室结构和喷嘴结构的合理配置，促进了燃烧反应的充分进行，提高了燃烧效率和料块
表面气流温度和压力的均匀性，避免料块局部出现过烧、轻烧现象，大幅提高产物的质量。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
23.图1为本实用新型系统结构图。
24.图2为台车式焙烧还原装置中燃烧室的分布示意图。
25.图3为燃烧室主体结构示意图。
26.图4为台车式焙烧还原装置用扰流喷嘴结构示意图。
27.图5为台车式焙烧机主体结构示意图。
28.附图标记说明：图中：1、进料仓；2、台车；3、烟罩；4、传送装置；5、燃烧室；6、二次进气管；7、台车料面密封装置；8、储料仓；9、风箱；10、除尘设备；11、抽风机；12、电弧炉；13、空气风机；14、扰流喷嘴；15、二次进气口旋流器；16、挡墙；17、燃烧器；18、煤粉喷吹管；19、一次进气管；20、富氧管；21、内风道；22、环流通道；23、扰流器；24、外风道；25喷嘴砖；26、分流管；27、顶燃式热风炉；28、炉箅。
具体实施方式
29.下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。
30.本实用新型涉及一种台车式焙烧还原系统，包括：台车式焙烧机、顶燃式热风炉、电弧炉以及除尘设备，所述台车式焙烧机包括有台车，所述台车上安装有密封的烟罩，烟罩内为传送装置，所述台车包括干燥段、预热段和高温还原段，所述台车的高温还原段中，烟罩正上方安装有平行排列的两组燃烧室；
31.燃烧室通过密封装置与储料仓连通，且密封装置与电弧炉连通；
32.顶燃式热风炉与燃烧室连通，并通过除尘设备与台车的干燥段连通。
33.优选地，顶燃式热风炉与除尘设备之间设有抽风机。
34.优选地，干燥段与预热段之间以及预热段和高温还原段之间均设置有风箱。
35.优选地，燃烧室上设置有二次进气管。
36.优选地，燃烧室内的两个侧腔内分别设有方向相反的挡墙，且每个侧腔侧壁都安装有插入在喷嘴砖中的扰流喷嘴。
37.优选地，扰流喷嘴作为一个整体其主体组成包括煤粉喷吹管、与煤粉喷吹管同轴设置的燃烧器、一次进气管、富氧管和扰流器。
38.优选地，煤粉喷吹管包括管径较小的进口管段和远离所述进口管段的扩口管段，在扩口管段内设置有与其同轴向分布的分流管，分流管与燃烧器之间形成内风道，分流管与扩口管段之间形成环流通道，在内风道的尾部分别设置有旋流角度略有不同的扰流器；煤粉喷吹管的扩口管段与扰流喷嘴所插入的喷嘴砖的内壁之间形成外风道，所述外风道与一次进气管、富氧管相连通。
39.由扰流喷嘴喷出的高温还原气首先进入燃烧室侧腔，在侧腔内进一步反应并在挡墙的作用下实现均压均流，最后两侧侧腔内的还原气一同进入到燃烧室主腔内，在抽风机的作用下穿过堆叠的料层，完成高温还原的过程，高温还原段反应之后的高温烟气经过烟
气循环系统先后通过预热段和干燥段完成对料块的预热和干燥，最后在风机的作用下通过除尘设备脱尘，脱尘后与空气风机鼓入的空气一同吹入顶燃式热风炉，产生的热风由一次进气管进入扰流喷嘴。
40.优选地，台车式焙烧机在箅条之上摆放有布满圆形通孔的正六边形炉箅，并且沿着干燥段、预热段、高温还原段的方向，正六边形炉箅的大小依次变小。
41.优选地，顶燃式热风炉连通有空气风机。
42.实施例
43.如图1所示，使用该台车式焙烧还原系统制备强化传质传热化学反应的蜂窝状导流料块以及及直接还原炼铁工艺，包括物料混合、压制造块、干燥、还原等步骤。其中：
44.物料的混合步骤为：将含铁物料、炭质还原剂、复合粘结剂、水等原料均匀混合，其所对应的质量比为100：15～20：2～4：12～18。含铁物料的质量以其中全铁的质量计算。
45.压制成型步骤为：将配比混匀之后的物料装入预先设计好的模具中，使用压机压制加工成预设的形状，并使料块的密度保持在2.4g/cm2～2.8g/cm2之间。这样一来粉料经压制成型后密度变大，反应过程中料块内生成的还原性气体不易散逸，有利于还原反应的彻底进行。
46.将混合后的物料压制成块，所得压块上开设有21个长轴为20mm～30mm，短轴为13mm～20mm的椭圆形通孔，椭圆形通孔沿所述料块的轴向设置并贯穿料块上下两个端面，两个端面都开设有四个用于气体流通的半圆形导流凹槽和一个用于气体交流汇集的圆形汇流凹槽，所述导流凹槽的一端位于料块侧壁中点处另一端汇集于以料块端面面心为圆心的汇流凹槽。导流凹槽的宽度为 20mm～30mm与椭圆形通孔的长轴一致，汇流凹槽的半径为10mm～25mm，且导流凹槽和汇流凹槽拥有相同的深度为2mm～20mm。料块的厚度在80mm～100mm 之间。所述料块的形状包括但不限于圆柱体、长方体、正方体、正多棱柱，此处优选为长方体。另外，在所述椭圆形通孔的内部刻有螺旋槽。
47.物料的干燥和还原步骤为：将料块装入到本实用新型提供的一种台车式焙烧炉中，其主体包括具有轨道的台车、台车上密封的烟罩和布置在高温还原段正上方的燃烧系统。将料块在台车上堆叠至800～1000mm后按预设的速度沿轨道向前移动，直至移动到高温还原段，大量由扰流喷嘴喷入燃烧室的高温烟气混携着由第二进气口进入的重整后的焦炉煤气，一同涌进烟罩内并在抽风机的作用下贯穿整个料层，伴随着台车的移动逐步完成对料块的还原过程，还原后的料块由台车尾部排出进入具有微正压还原气氛的储料仓。
48.使用烟罩将整个炉膛分为相对独立的两个部分，可以避免料块第一时间受到直接加热，通过阀门控制充分反应后的还原烟气由燃烧室进入装有料块的反应室，在连续的反应过程中，燃烧室的热能与反应室的热能接近平衡再加上料块本身具有的通孔和流槽，使得料块各个位置的加热程度十分接近，料块内外温差可以控制在一个合理的范围。
49.在燃烧室两侧的侧腔内分别设置有朝向相反的挡墙，避免了侧腔吹入燃烧室主腔的高温还原气正面冲击，规避了可能由此引发的燃烧室烟气排出不畅、燃烧效率低、烟罩内形成局部高、低温区以及料块局部过烧、轻烧等现象。
50.扰流喷嘴内设置的扰流器可以加强气体之间的混合并形成旋转流，在高温还原烟气喷出的同时不断卷吸使得一小部分还原烟气得以回流，可以很大程度解决，在反应初期因燃气喷离喷嘴速度与燃料燃烧速度不匹配而造成的脱火、回火问题，提高了反应过程的
安全性和稳定性。
51.如图1所述，干燥还原步骤中压制成型后的料块送入进料仓1再由进料仓1 送上台车2，台车2上密封安装有烟罩3在烟罩3高温还原段正上方安装有燃烧室5。所述燃烧室5内的侧腔内安装有朝向不同的挡墙16，挡墙16的作用是降低燃烧室5侧腔出口处的气压，有利于燃烧室5主腔内燃烧反应充分进行，提高了燃烧效率，同时可以优化燃烧室5和烟罩3内的气流走向，提高料块表面气流分布和温度的均匀性，避免料块局部产生轻烧或过烧的现象。
52.在正式生产开始时，由煤粉喷吹管18喷入经过筛磨后70％过200目的低阶煤粉，由一次进气管19吹入顶燃式热风炉输出的高温热风，同时视燃烧反应进行的剧烈程度由富氧管20通入少部分氧气助燃。生成的煤气由扰流烧嘴14喷入到燃烧室5之中与二次进气管6喷入的高炉煤气进一步混匀充分，随后高温烟气从燃烧室5出口喷出进入到装有料块的烟罩3中，在台车2底部抽风机11产生的负压作用下穿过平铺的料层，完后对料块的还原。装满料块的台车2以一定的速度沿着焙烧炉中心线的方向前进，依次经过干燥段、预热段、还原段，直至完成全部工艺过程。
53.不同于传统焙烧机燃烧室对称布置，台车式焙烧炉的燃烧室5的侧腔中设置有朝向不同的挡墙16，从燃烧室5喷出的高温烟气气流在离开燃烧室5喷口后避免了与对向气流发生正面冲击，气流得到了充分的发展，降低了燃烧室5出口处的背压，有利于燃烧室5内燃烧反应的充分进行并提高了燃烧效率。此外，从燃烧室5出口处喷出的高温气流得益于挡墙16的设置避免了在狭小空间内正面冲击，因而气流流态更加合理，高温气流可以均匀的充满整个烟罩3，避免在料层表面形成局部的高温区和低温区造成料块过烧和未烧透，因而提高了料层整体的还原效率并提高了产品质量。
54.如附图2-4所示，燃烧室5侧腔的侧壁上安装有扰流喷嘴14。所述扰流喷嘴 14作为一个整体其主体组成包括煤粉喷吹管18、燃烧器17、喷嘴砖25、一次进气管19、富氧管20和扰流器23。其中煤粉喷吹管18被设置为管径较小的进口管段和远离所述进口管段的扩口管段。另外，在扩口管段内设置与其同轴向分布的分流管26，此时分流管26与燃烧器17之间形成内风道21也可称之为内环流通道，分流管26与扩口管段之间形成环流通道22也可称之为外环流通道。在内外环流通道的尾部分别设置有旋流角度略有不同的扰流器23。同时，煤粉喷吹管18的扩口管段与扰流喷嘴14所插入的喷嘴砖25的内壁之间形成外风道24，所述外风道24与一次进气管19、富氧管20相连通。
55.还原产物从高温还原段出来之后，在台车料面密封装置7的保护下免于二次氧化，随后还原产物进入具有微正压还原气氛的储料仓8，一部分初始还原炉料直接热装送入电弧炉熔分作为电炉炼钢的原料，另一部分初始还原炉料先后经过两次磁选和一次破碎筛分，得到的以残炭为主的杂质和尾矿返回至进料仓1重复利用，得到的高纯铁粉可直接用于转炉炼钢。
56.整个还原过程中，与高温还原段料层反应过后的高温还原烟气经过烟气循环系统先后进入到预热段和干燥段，完成对该位置料块的预热和干燥，随后烟气经过除尘设备10降尘后连同空气风机吹出的空气一同鼓入顶燃式热风炉中，热风炉产生的高温热风经由一次进气管吹入扰流喷嘴。由除尘设备10过滤下来的烟尘返回进料仓1作为压制料块的原料。如此一来，充分利用了反应产生的副产物，从而达成节约能源、减少成本、降低排放的目的。
57.如图5所示，台车式焙烧炉在箅条之上摆放有布满圆形通孔的正六边形炉箅 28，
并且沿着干燥段、预热段、高温还原段的方向，正六边形炉箅的大小依次变小，这样一来使得沿干燥段、预热段、高温还原段被抽下的高温烟气速度逐渐增加，并使得干燥段和预热段的料块预反应更加完全。
58.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。