用于海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗的制作方法

本实用新型属于直接还原铁制备技术领域，具体地涉及一种用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗及其进料方法。

背景技术：

海绵铁又称直接还原铁，主要替代废钢用于电炉炼钢，在海绵铁的生产工艺中，气基竖炉法占绝对优势，世界上84％的海绵铁是由气基竖炉工艺生产的，且采用midrex工艺生产的海绵铁占比在63.5％左右。

气基直接还原法生产海绵铁的核心装备为反应炉，其操作压力在0.2～0.3mpa左右，其原料一般采用块状或球状直接还原用球团，原料需逆压加入到反应炉中。为实现原料加入到反应炉，midrex工艺采用在反应炉顶部设置加料料斗，通过气封管和布料管与反应炉相连接，为避免反应炉内的合成气溢出，通过在气封管处通入大量氮气作为密封气，因加料料斗密封性差，氮气用量很大，一方面造成能耗较高，另一方面氮气从加料料斗顶部溢出会产生大量的粉尘，为避免粉尘的影响，工业上一般采用喷水降尘的方式进行操作，此外，氮气还会窜入反应炉内部，造成反应炉内惰性气体含量增加，为避免惰性气体对还原反应的影响，需定期排放反应炉内的合成气，以控制合成气中惰性组份的含量，这就造成合成气的浪费。

专利cn102209675b公布了一种闭锁料斗，采用并列设置多个在上部具有入口阀和在下部具有出口阀的气密料斗而形成的闭锁料斗；该闭锁料斗可实现物料的连续逆压输送，但主要用于粒状物料的输送，且采用单一气密料斗并联的方式，很难做到隔绝空气进入系统及下游高压系统气体的溢出。

专利cn204548995u公布了一种用于连续重整装置催化剂连续再生的闭锁料斗，该闭锁料斗采用在一个料斗本体内设置三个内腔的方式，实现催化剂的逆压输送，但该闭锁料斗仅能用于细小颗粒的输送，且输送能力有限，无法应用到气基直接还原生产海绵铁装置中。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗及其进料方法，它实现块状及球状固料的连续逆压输送的同时，通过气体闸阀和固料闸阀的结合使用，实现了隔绝空气进入系统，还防止还原气溢出反应炉，显著降低密封气的使用量及其带来的副作用，也具有操作方便、输送量大的优势。

本实用新型的技术方案是，一种用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗，它包括依次连接的上料斗、中料室和下料室，所述上料斗顶部有物料入口，所述下料室底部有物料出口，反应原料从上料斗顶部物料入口进入，经中料室，然后经下料室的物料出口进入后端反应炉；所述上料斗、中料室和下料室均为气密形成的空间，与后端反应炉密闭连接，且上料斗与中料室之间、中料室与下料室之间的进出口均设置有相互串联的两个闸阀，其中一个为固料闸阀，另一个为气体闸阀。

本实用新型在之间设置双闸阀同时控制，即固料闸阀和气体闸阀，气体闸阀能实现相邻两个料室之间的气体隔绝，解决了料室之间的气密性问题，对于需要设计压差的相邻两个料室，能明显减少充压气体的使用量。

进一步的，所述上料斗与中料室之间的两个闸阀、和中料室与下料室之间两个闸阀均连接至控制器，由控制器同步控制；所述控制器控制固料闸阀的指令根据各料室内的料位高度数据形成；所述控制器控制气体闸阀的指令根据相邻两个料室之间的压力差形成。

控制器同步控制每个出料口的固料闸阀和气体闸阀，固料闸阀根据料位高低进行控制，气体闸阀根据相邻两个料室之间的压差进行控制，当两个条件同时满足时，才能实现物料从上一个料室流向下一个料室，这一方面可实现固料物料的连续逆压输送，也实现了物料输送的自动化。

进一步的，上述上料斗的底部有第一出料口，第一出料口上设置有相互串联的第一固料闸阀和第一气体闸阀；上料斗的侧面上下位置分别设置有第一料位上限检测仪表和第一料位下限检测仪表；所述第一固料闸阀、第一气体闸阀、第一料位上限检测仪表和第一料位下限检测仪表均连接至控制器；第一料位上限检测仪表将测得的所在料室料位上限数据信号发送至控制器，控制器依据该数据信号形成控制第一固料闸阀是否开启的指令；所述第一料位下限检测仪表将测得的所在料室的料位下限数据信号发送至控制器，控制器依据该数据信号形成控制第一固料闸阀是否关闭的指令；所述控制器依据中料室内的压力与大气压力的差值形成控制所述第一气体闸阀开合的指令。

因为上料斗顶部有与大气连通的物料入口，尽管可以通过在物料入口设置固料均布溜管等部件改进进料方式，但因为跟大气相通，因此可以不设置测量上料斗内部压力的压力检测仪表，默认其内部压力等于大气压值；当进料料位到达设置在上料斗侧面上部的料位上限时，会被第一料位上限检测仪表检测到，送至控制器，如果此时控制器得到中料室内的压力大于大气压，即双启动条件形成，即控制开启第一固料闸阀和第一气体闸阀。同样的，出料过程中，设置在上料斗侧面下部的第一料位下限检测仪表测得料位到达料位下限时(默认压力控制系统始终保持送料过程中使中料室内的压力大于上料斗压力，即大于大气压)，控制器控制关闭第一固料闸阀和第一气体闸阀。

进一步的，上述中料室的底部有第二出料口，第二出料口上设置有相互串联的第二固料闸阀和第二气体闸阀；所述中料室的侧面上下位置分别设置有第二料位上限检测仪表和第二料位下限检测仪表；所述中料室上还设置有第一压力检测仪表以获取中料室内部压力，和连通中料室内部的密封气管线以及密封气管线上的密封气调节阀；所述第二固料闸阀、第二气体闸阀、第二料位上限检测仪表、第二料位下限检测仪表、第一压力检测仪表和密封气调节阀均连接至控制器；第二料位上限检测仪表将测得的所在料室的料位上限数据信号发送至控制器，控制器依据该数据信号形成控制第二固料闸阀开启的指令；所述第二料位下限检测仪表将测得的所在料室料位下限数据信号发送至控制器，控制器依据该数据信号形成控制第二固料闸阀关闭的指令；所述控制器依据下料室内的压力与中料室内的压力差值形成控制密封气调节阀开合的指令，并依据该差值是否达到预定值形成控制第二气体闸阀开合的指令。

相比于上料室，中料室增加了密封气输送部件、输送控制部件、内部压力检测部件，这些设置同样是为了实现上料室向中料室输送过程中保持两者有压差，即使中料室通过输送进密封气相对于上料室有较高压力并在送料过程中保持这种较高压力，这些均通过控制器检测、控制来实现。

进一步的，上述下料室底部的物料出口为第三出料口；所述下料室上还设置有第二压力检测仪表以获取下料室的内部压力，和连通下料室内部的平衡气管线以及平衡气管线上的平衡气调节阀；所述第二压力检测仪表和平衡气调节阀均连接至控制器；所述控制器依据下料室内的压力与中料室内的压力差值，或者下端反应炉内的压力与下料室内的压力差值形成控制平衡气调节阀开合的指令。

在中料室向下料室送料的过程中，控制器通过控制平衡气调节阀送气实现下料室压力较高于中料室，并在送料过程中维持此压力；当下料室向后端反应炉送料的过程中，控制器通过压力检测并控制平衡气调节阀送气实现下料室压力较高于后端反应炉。

进一步的，上述下料室侧面的上下位置分别设置有第三料位上限检测仪表和第三料位下限检测仪表；下料室底部的第三出料口上设置有第三固料闸阀；所述第三料位上限检测仪表、第三料位下限检测仪表、第五固料闸阀连接控制器；所述第三料位上限检测仪表将测得的所在料室料位上限数据信号发送至控制器，控制器依据该数据信号形成控制第三固料闸阀开启的指令；所述第三料位下限检测仪表将测得的所在料室料位下限数据发送至控制器，控制器依据该数据信号形成控制第三固料闸阀关闭的指令。

从上可以看出，物料在上料斗至中料室至下料室的逆压输送，实现了料室之间的气体隔绝，避免了空气进入料斗，尤其是进入下料室；物料从下料室至后端反应炉的顺压送入，使下料室压力大于反应炉压力，避免了炉内反应气溢出，降低了密封气使用的同时，减少了还原气浪费。

本实用新型同时提供了利用上述用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗实现向气基直接还原生产海绵铁反应炉送入固体料的方法，包括以下步骤：

s1、关闭上料斗、中料室和下料室之间的连接口，且关闭下料室底部的物料出口；使固体料氧化铁经上料斗的物料入口进入上料斗；

s2、当上料斗中的物料达到料位上限，且中料室与上料斗之间存在正压差时，上料斗与中料室之间的两个闸阀同时打开，固体料氧化铁从上料斗进入中料室，上料斗中固体料氧化铁达到料位下限后，上料斗与中料室之间的两个闸阀关闭；

s3、当中料斗中的物料达到料位上限，同时下料室与中料室之间存在正压差且正压差值达到预定值时，中料室与下料室之间的连个闸阀同时打开，物料由中料室进入下料室，中料室中的固体料氧化铁达到料位下限后，中料室与下料室之间两个固料闸阀关闭；

s4、下料室中的固体料氧化铁经底部物料出口进入后端反应炉。

进一步的，上述步骤s2具体包括：

s21、控制器同步获取第一料位上限检测仪表、第一料位下限检测仪表和第一压力检测仪表的数据，并控制密封气调节阀打开以使密封气经密封气管线进入中料室，使第一压力检测仪表测得的压力维持大于大气压值；

s22、当控制器接收到第一料位上限检测仪表的数据信号时，同步控制第一固料闸阀和第一气体闸阀同时打开；

s23、当控制器接收到第一料位下限检测仪表的数据信号时，同步控制第一固料闸阀和第一气体闸阀同时关闭；

s24、控制器控制密封气调节阀关闭，停止向中料室内送入密封气体；

所述步骤s3具体包括：

s31、控制器同步获取第二料位上限检测仪表、第二料位下限检测仪表、第一压力检测仪表和第二压力检测仪表数据，并控制平衡气调节阀打开以使平衡气经平衡气管线进入下料室，使第二压力检测仪表测得的压力维持大于第一压力检测仪表测得的压力；

s32、当控制器接收到第二料位上限检测仪表的数据信号时，同步控制第二固料闸阀和第二气体闸阀同时打开；

s23、当控制器接收到第二料位下限检测仪表的数据信号时，同步控制第二固料闸阀和第二气体闸阀同时关闭；

所述步骤s4具体包括：

s41、控制器同步获取第三料位上限检测仪表、第三料位下限检测仪表、第二压力检测仪表数据，并控制平衡气调节阀打开以使平衡气经平衡气管线进入下料室，使第二压力检测仪表测得的压力维持后端反应炉内的压力；

s42、当控制器接收第三料位上限检测仪表的数据信号时，控制第三固料闸阀打开；

s43、当控制器接收到第三料位下限检测仪表的数据信号时，控制第三固料闸阀关闭；

s44、控制器控制平衡气调节阀关闭。

进一步的，上述步骤s2-s4循环进行以持续进料过程，持续进料过程中，各料室的压力关系为：上料斗＜中料室＜下料室＞后端反应炉。

进一步的，上述方法步骤中用到的密封气和平衡气为同一种气体，一般可采用氮气或二氧化碳；下料室的工作压力为0.1mpa.g～0.5mpa.g。

本实用新型的用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗，在各腔室连接口部设置了气、固双闸阀，可最大限度地减少密封气、平衡气及还原气的内漏，显著降低气体用量和还原气损耗；通过采用向中料室控制送入密封气和向下料室控制送入平衡气，以及控制控制密封气及平衡气的阀门开度实现相邻两个料室送料过程中的压差，可实现闭锁料斗与上下游系统的隔绝，在装、卸料过程中，上游、下游系统的气体均不会进入闭锁料斗，大大提高了装卸料的安全性能。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型实施例的详细描述中，本实用新型的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗的结构示意图，其中上料斗为敞口设计；

图2为本实用新型实施例用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗的结构示意图，其中上料斗为收口设计；

其中：

v1：上料斗；

v2：中料室；

v3：下料室；

ls1：第一料位上限检测仪表；

ls2：第一料位下限检测仪表；

ls3：第二料位上限检测仪表；

ls4：第二料位下限检测仪表；

ls5：第三料位上限检测仪表；

ls6：第三料位下限检测仪表；

pt1：第一压力检测仪表；

pt2：第二压力检测仪表；

k1：第一固料闸阀；

k2：第一气体闸阀；

k3：第二固料闸阀；

k4：第二气体闸阀；

k5：第三固料阀闸；

cv1：密封气调节阀；

cv2：平衡气调节阀；

p1：密封气管线；

p2：平衡气管线；

c：控制器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

一种用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗，其结构如图1所示，它包括依次连接的上料斗v1、中料室v2、下料室v3、控制器c，上料斗v1顶部有物料入口，下料室v3底部有物料出口，反应原料从上料斗v1顶部物料入口进入，经中料室v2，然后经下料室v3的物料出口进入后端反应炉。其中各部分的结构、相互连接关系如下。

上料斗v1为气密形成的空间，其底部有第一出料口通向中料室v2，第一出料口上设置有相互串联的第一固料闸阀k1和第一气体闸阀k2；上料斗v1的侧面上下位置分别设置有第一料位上限检测仪表ls1和第一料位下限检测仪表ls2；第一固料闸阀k1、第一气体闸阀k2、第一料位上限检测仪表ls1和第一料位下限检测仪表ls2均连接至控制器c；第一料位上限检测仪表ls1将测得的所在料室料位上限数据信号发送至控制器c，控制器c依据该数据信号形成控制第一固料闸阀k1是否开启的指令；第一料位下限检测仪表ls2将测得的所在料室料位下限数据发送至控制器c，控制器c依据该数据信号形成控制第一固料闸阀k1是否关闭的指令；控制器c依据中料室v2内的压力与大气压力的差值形成控制第一气体闸阀k2开合的指令。

中料室v2为气密形成的空间，其底部有第二出料口通向下料室v3，第二出料口上设置有相互串联的第二固料闸阀k3和第二气体闸阀k4；中料室v2的侧面上下位置分别设置有第二料位上限检测仪表ls3和第二料位下限检测仪表ls4；中料室v2上还设置有第一压力检测仪表pt1以获取中料室内部压力，和连通中料室内部的密封气管线p1以及密封气管线p1上的密封气调节阀cv1；第二固料闸阀k3、第二气体闸阀k4、第二料位上限检测仪表ls3、第二料位下限检测仪表ls4、第一压力检测仪表pt1和密封气调节阀cv1均连接至控制器c；第二料位上限检测仪表ls3将测得的所在料室料位上限数据信号发送至控制器c，控制器c依据该数据信号形成控制第二固料闸阀k3开启的指令；第二料位下限检测仪表ls4将测得的所在料室料位下限数据发送至控制器c，控制器c依据该数据信号形成控制第二固料闸阀k3关闭的指令；控制器c依据下料室v3内的压力与中料室v2内的压力差值形成控制密封气调节阀cv1开合的指令，并依据该差值是否达到预定值形成控制第二气体闸阀k4开合的指令。

下料室v3为气密形成的空间，其底部的物料出口为第三出料口，通向后端反应炉并与后端反应炉密闭连接；下料室v3还设置有第二压力检测仪表pt2以获取下料室v3的内部压力，和连通下料室内部的平衡气管线p2以及平衡气管线p2上的平衡气调节阀cv2；第二压力检测仪表pt2和平衡气调节阀cv2均连接至控制器c；控制器c依据下料室v3内的压力与中料室v2内的压力差值，或者下端反应炉内的压力与下料室v3内的压力差值形成控制平衡气调节阀cv2开合的指令。

优选的，本实用新型的下料室v3还可以在其侧面的上下位置分别设置有第三料位上限检测仪表ls5和第三料位下限检测仪表ls6，同时在它底部的第三出料口上设置第三固料闸阀k5；第三料位上限检测仪表ls5、第三料位下限检测仪表ls6和第五固料闸阀k5连接控制器c；第三料位上限检测仪表ls5将测得的所在料室料位上限数据信号发送至控制器c，控制器c依据该数据信号形成控制第三固料闸阀k5开启的指令；第三料位下限检测仪表ls6将测得的所在料室料位下限数据信号发送至控制器c，控制器c依据该数据信号形成控制第三固料闸阀k5关闭的指令。

实施例2

一种向气基直接还原生产海绵铁反应炉送入固体料的方法，它利用图1所示的用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗，过程如下：

物料从上料斗v1顶部进入，第一料位上限仪表ls1及第一料位下限仪表ls2的料位信号被传送至控制器c，同时控制器c控制中料室v2的密封气调节阀cv1打开，经密封气管线p1向中料室v2中输送密封气体，使中料室v2中的压力大于上料斗v1中的压力，即大气压值；当上料斗v1中第一料位上限仪表ls1检测到料位上限时，控制器c给出指令，打开第一固料闸阀k1和第一气体闸阀k2卸料，当第一料位下限仪表ls2检测到料位下限时，控制器c给出关闭指令，关闭第一固料闸阀k1和第一气体闸阀k2，上料斗v1停止卸料，控制器c控制密封气调节阀cv1关闭。

当物料开始以上料斗v1底部进入中料室v2(即第一固料闸阀k1和第一气体闸阀k2打开时)，第二料位上限仪表ls3和第二料位下限仪表ls4的料位信号被传送至控制器c，同时控制器c控制下料室v3的平衡气调节阀cv2打开，经平衡气管线p2向中料室v3中输送平衡气体，使下料室v3中的压力大于中料斗v2中的压力，当中料室v2中的第二料位上限仪表ls3检测到料位达到料位上限时，控制器c给出指令，打开第二固料阀闸k3及第二气体阀闸k4卸料，当第二料位下限仪表ls4检测到料位达到料位下限时，控制器c给出关闭第二固料阀闸k3及第二气体阀闸k4的信号，使第二固料阀闸k3及第二气体阀闸k4，中料室v2停止卸料；中料室v2向下料室v3卸料过程中，第一压力检测仪表pt1和第二第一压力检测仪表pt2测得的压力数据被控制器c，控制器v依据两者的压力差，调节密封气调节阀cv1和/或平衡气调节阀cv2的开度，使压力差存在并保持。

物料从中料室v2进入下料室v3过程中，下料室v3中的物料根据下料室v3的具体结构可分为两种情况：1)下料室v3底部不设置阀门，直接与后端反应炉相连接，进入下料室v3的物料直接从第三出料口进入后端反应炉；2)如图1所示，下料室v3的侧面上下部位优选设置第三料位上限检测仪表ls5及第三料位下限检测仪表ls6，第三料位上限检测仪表ls5及第三料位下限检测仪表ls6的料位信号传送至控制器c，当第三料位上限检测仪表ls5检测到所在料室的料位上限时，控制器c给出指令，打开第三固料闸阀k5，向反应炉进料；当第三料位下限检测仪表ls6检测到所在料室的料位下限时，控制器c给出指令，关闭第三固料闸阀k5。当然，在此过程中，控制器c控制密封气调节阀cv1和/或平衡气调节阀cv2的开度，使中料室v2向下料室v3进料过程中，下料室v3内的压力大于中料室v2内的压力，同时使下料室v3向后端反应炉进料过程中，下料室v3内的压力大于反应炉内压力。

本实施例中，上料斗v1采用敞口设置，有利于物料的进入，并且当上料斗v1采用敞口设置时，下料室v3的结构可以优选不设置第三固料闸阀k5及对应的第三料位上限检测仪表ls5及第三料位下限检测仪表ls6，本实用新型多功能闭锁料斗的进料速度以及下料室v3的卸料由反应炉底部卸料阀的卸料速度控制。

实施例3

一种向气基直接还原生产海绵铁反应炉送入固体料的方法，它利用图2所示的用于气基直接还原生产海绵铁反应炉的多功能闭锁料斗，其实施例2的区别在于，上料斗v1采用收口入口，这种设计有利于维持上料斗的密封性能，对应地，对应这种结构的上料斗v1，优选在下料室v3的底部设置第三固料闸阀k5及对应的第三料位上限检测仪表ls5及第三料位下限检测仪表ls6，第三固料闸阀为星型阀，第三固料闸阀k5、第三料位上限检测仪表ls5及第三料位下限检测仪表ls6均连接至控制器c，第三料位上限检测仪表ls5获得的料位上限数据对应于控制器c控制打开第三固料闸阀k5，第三料位下限检测仪表ls6的料位下限数据对应于控制器c控制关闭第三固料闸阀k5，依靠此星型闸阀实现本实用新型多功能闭锁料斗控制反应炉的进料速率的功能。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。