专利名称：用于还原金属氧化物的并行直底炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设备，该设备用于以含碳还原剂还原金属氧化物的还原过程。
转底炉(RHF)适用于还原含有固体碳还原剂的铁矿粉或钢铁厂含铁尘泥人造团矿[1-3]。泰国建造中的用于以铁矿粉为原料炼铁的世界上最大的转底炉是本发明的最有意义的参照对比技术。泰国Nakomthai带钢有限公司(NSM)的转底炉炉底外径45m，炉底宽6.5m，炉底面积800m2，年生产直接还原铁(DRI)300,000至500,000吨；其生产量取决于产品的金属化率。该转底炉的设计是在炉底上铺1至2层含铁球团、靠火焰辐射加热还原。直接还原铁在炉子的出料端靠螺旋排料器排出。
现时使用转底炉还原金属氧化物有以下缺点(A)土地利用率低，被围在转底炉炉底内侧以内无法用于使用的土地几乎和转底炉的炉底面积一般大。
(B)炉子转速高，炉底转动线速度随转底炉直径的增大而加快，从而限制了单体规模。
(C)排料操作困难，炉底运动线速度的提高和炉底加宽将增加螺旋排料器的工作难度。
(D)当炉底的任何地方的任何地方需要维修时，整个转底炉需要停炉冷却到低温。这不仅降低转底炉生产率，同时影响其它炉衬寿命。
本发明是提供一种解决了上述现有技术中所存在的问题的、土地使用率高、维修方便、结构简单、操作容易、能耗低、金属团矿不被再氧化的用于还原金属氧化物的并行直底炉。
本发明的、用于以含碳的还原剂还原金属氧化物的设备包括一对并排直底炉，每一直底炉都有各自的加料端和出料端，直底炉的炉底由一列相互联接的炉底分节(台车)构成，在炉子的排料端每一炉底分节(台车)可自由脱离车列、被转送到另一毗邻的炉子的加料端。
并排直底炉边之间是边靠边的平行排列，一直底炉的出料端毗邻另一直底炉的加料端。
可从车列脱离的炉底分节(台车)砌有(或筑或浇注)有耐火材料，炉底不透气。台车二侧带有挡料墙、其高度不低于设计料层高度，挡料墙的延伸方向平行于炉底的运行方向。
在并排直底炉含有一种气流导向装置，这一能引导由加料端料层产生的气体进入毗邻的直底炉的出料端，并使这一气流毗邻直底炉的加料端向炉料运动的相反方向流过一定炉料。
在直底炉的加料端和出料端各有一挡火墙隔离直底炉的加料段和排料段与加热还原段。
直底炉出气口的抽力和位置将维持炉内的热气流和炉料作相向流动并维持炉内负压。
直底炉的设计可以控制炉内的直底炉中火焰的温度和还原势在炉子长度方向上的分布，使得固体料经历的气流的还原势随还原程度的增加而提高；同时热气流中和燃料将在排出炉子之前充分燃烧。
在此将以一参考图例具体说明本发明。
图1A是转底炉炉底的俯视图。
图1B为具有图1A中的转底炉同样炉底面积的本发明的并排直底炉的俯视图。
图2描述了在图1B所表述的并排直底炉内的气、固物流的流动方向。
图3A为并排直底炉的侧视图。
图3B为并排直底炉的俯视图。
图4为用于并排直底炉的台车的断面图。
图5为并排直底炉的横断面图。
本发明的用于各种金属氧化物还原的并排直底炉的细节将在下节说明，本节先对转底炉的特征尺寸和并排直底炉作一比较。
泰国NSM的转底炉见图1A，本发明的并排直底炉见图1B。
假设条件(i)炉底面积相同
(ii)炉底宽度(W)一致、则W=D-d2]]>这里D为转底炉炉底的外径(m)，d为转底炉炉底的内径(m)，此时并排直底炉的长度(L)可按以下方法计算对于并排直底炉(PSH炉)，其炉底总面积为APSHFAPSHF＝2WL=2(12(D-d)L)]]>对于转底炉(RHF)，其炉底总面积为ARHFARHF=π4(D2-d2)]]>令APSHF＝ARHF，解其方程求L得L=π4(D+d)]]>或L=π2(D-W)]]>如图1B所示，当炉底总面积为800m2，炉底宽度为6.5m时，并排直底炉的炉底长度为61m。
炉料的移动速度比和其在相同的时间内所需移动的距离成正比(对于PSH炉其距离为L，对于转底炉其距离为πD)，即61(PSH)∶141(RHF)，或1(PSH)∶2.3(RHF)本发明的特点可参比工业中众所周知的工业炉，即转底炉和带式烧结机和带式球团焙烧机进行描述。
如图2所示、并排直底炉(PSH)有二列相互连接并可自由脱离的、类似带式烧结机/球团焙烧机中的台车的炉底分节22组成。炉底分节(台车)22接触在一起，在台车相互接触的侧面没有挡墙。这种直底炉和带式烧结/焙烧机的不同点之一是各自独立的台车22在出料端可与车列分离并连接到毗邻的直底炉的加料端14进行加料。
并排直底炉中可分离炉底分节(台车)22砌筑有耐火材料，如同转底炉的炉底。直底炉的炉底是不能透气的，不象带式烧结机或焙烧机的台车那样。
本发明的并排直底炉(PSH)10，12中二排台车携带炉料作相对直线运动，如图2所示。在靠近加料端14的区域由化学反应所产生的气体流入与其相邻的另一列炉子的排料端16，在炉子中、气流的流向和炉料料流方向相反。这种方法提高了对还原剂中挥发份的利用，消除了金属化后的产品在出料端16的被再氧化危险性。
为了利用台车离开排料端时所带的余热、就在排料端16之后、卸了料的台车22作侧位移动进入相邻的炉列接受新料。如图2所示，二直底炉10，12携带固体炉料各从自炉子的一头移到另一头，即二并行的固体物流作相对直线移动。在固体炉料的入口和炉气的出口(即烟囱或出气口)20之间设有一道挡火墙18促使炉内的气流与固体料对流。在抵达这一道挡火墙18之前，含煤球团料层产生的气体含有大量的挥发物。这道挡火墙18迫使富含煤炭挥发物的气流流入毗邻的炉列10或12的出料端16、而固体炉料则从这道挡火墙18的下部通过。在炉子的排料端喷入的氧气/空气混合气(空气可以是预热过的)对来自毗邻的炉列10或12加料端的富含煤炭挥发物的气流作部分燃烧产生热量提供给接近排料端的炉料和/或保持还原气氛(如果必要)以避免直接金属化后的产品在很高的温度下被再氧化。
本发明的另一特点包括加料和排料操作如图3A和图3B所示。直底炉的高温区被限制在挡火墙15和17之间。如上所述、挡火墙18用于控制气流流动方向。携带炉料最后通过在直底炉排料端的挡火墙17的每一炉底分节(台车)22可以从车列10或12中分离以将在其上的产品卸入接料漏斗24，见图3A。可行的卸料方法将在后面解释。卸料后的炉底分节22被即刻转移到毗邻的直底炉的加料端14接受新料，如图3B所示。在并排直底炉10，12的二端都有同样的卸料和台车转移机构，这使炉底的所有分节22得以循环。
增加料层高度和提高加热火焰温度可以提高转底炉的生产率(t-金属化团矿/m2/h)，见美国专利、申请号09/192,927、申请日1998年11月16日。因此本发明在台车沿二侧提供了至少和料层一样高的挡料墙28，挡料墙平行于台车运动方向，如图4所示。然而这一挡料墙的设置将导致螺旋排料器无法沿与炉底运动相垂直的方向从炉底上卸出直接还原铁。本发明的特征之一是当通过挡火墙17之后、台车(炉底分节)22可以从车列中分离出来卸掉其上的金属化团矿，而不受挡料墙28的干扰。
装料和卸料的操作将在并排直底炉的高温区以外但在炉子的密封墙30(图5)内进行。
(i)装料操作在并排直底炉中、含碳球团或压块的装料和布料系统可以用传统的、用于带式球团焙烧机上的装料布料系统。只是需要增加一套密封装置，例如双罐系统，以截断炉内和大气之间的气流，从而保护环境。
(ii)卸料操作如前所述，卸料过程是本发明的特点之一。在并排直底炉的这一卸料过程分三个基本步骤进行步骤一，台车加速，从车列分离在卸料端、当通过挡火墙17之后、台车22由一加速驱动装置加速。这一加速驱动装置独立于驱动台车列的主驱动装置，其运转速度较主驱动装置快。台车加速后从车列上分离出来进入卸料装置。
步骤二，卸料为了将台车上的直接还原铁卸入台车下方的受料斗24，其卸料装置可由以下方法之一完成卸料工作●将台车倾斜一定角度、让台车上的直接还原铁在重力的作用下滑落，就象自卸卡车那样。如果必要，可增设一辅助推料装置。
●台车倾翻成“底上顶下”，将其上的直接还原铁倒入受料斗24，或●用固定式或转动式刮料器，借助台车脱离车列似的直线移动、将台车上的直接还原铁刮入受料斗24。
步骤三，台车与毗邻的直底炉的装料端衔接卸料装置将卸了料的空台车22转回原方向(如果以卸料方法1和2卸料)并进入台车输送/转移装置。这一装置将空台车从直底炉一侧的卸料端16移到另一侧的装料端14，以便空台车和毗邻车列的装料端衔接。这一移动平台也可将空台车22移出并排直底炉的密封墙外，以便台车离线维修。
在目前用于金属氧化物还原的转底炉中，炉底是一个很大的带有耐火砖衬的钢结构转台，该转台是个整体。直接还原铁由一磐大的螺旋卸料器沿炉底的径向刮出。这种结构的特点是便于驱动。但是，如果需要维修炉底的任何地方，或是维修维护频率很高的螺旋卸料器，整个转底炉需要停火冷却。这是降低转底炉生产效率的主因之一，同时对其他炉衬也不利。
在本发明、并排直底(PSH)炉中，炉底是由一列可分离的炉底分节(台车)22组成、并且在炉子的高温区域内没有任何用于卸料的运动部件。当需要维修时、任何一个台车22都可从车列中移出、同时换上一个准备好伺服的台车，从而不会中断生产。被移出的台车将离线维修。
与转底炉一样，并排直底炉是整体封闭在炉墙30里，见图5，同时在负压下运作。设在并排直底(PSH)炉中两端的炉门26可以打开让台车22移出/移入炉子10，12。由于在负压下操作，煤气和炉尘都不太可能逸出炉外。
这种金属氧化物还原过程对于料层上面的火焰有一对相互对立的需求，即要求将燃料的化学热最大限度地释放给料层同时还得保护直接还原铁不被再氧化。将碳的化学能更多地转化为热能，就必然使燃烧产物(火焰)对直接还原铁更具氧化性。以下将阐述本发明在这一方面的改进。
在高炉中，煤气与炉内的含铁炉料对流。在任何气固接触点上，煤气的温度总是高于该点的炉料。高金属化的炉料接触到的温度最高、还原性最强的煤气。因此在高炉中金属铁被没有再氧化的危险。离开风口回旋区后，不能在煤气的上升途中引入空气或氧气对煤气作进一步氧化以便将全部碳中的化学能全部释放出来。因此在炉顶煤气中只有50％的碳氧化物是CO2，剩下的是CO。
在现时的转底炉操作中，气固的对流方式维持的不好。为了保护直接还原铁不被再氧化，在燃烧火焰中的碳氧化物的比率维持在CO/CO2＝2以上。这使得近一半的碳化学能没有释放到炉内合理的位置提供给还原过程。
可以相信一点，对于原料层，当其金属化率达到一定的程度之前，例如85％，料层需要高强度热量供给和火焰对料层的高速传热，而且这时料层可以承受很强的氧化气氛(只要气氛中不含太高的自由氧)。在这一低、中金属化率的区域(在挡火墙15与挡火墙17之间)料层上面的煤气和烧嘴可进行完全燃烧。
当金属化率达到一定程度之后，比如90％，DRI料层要求其上的火焰维持高温并可能要求火焰具有一定的还原性。这一高金属化区将靠近挡火墙17，见图3。如果需要，具有强还原势的煤气可以从毗邻直底炉的加料端引入这一高金属化率区域。由于并排直底炉的炉底具有大的长/宽(L/W)比，该炉内可以维持很好的气-固对流。在这一高金属化区，从侧墙引入的助燃气应是氧气或预热空气、以提高燃烧火焰的温度并维持尽量小的气流速度。随着气流向出气口方向流动，可以从侧墙的烧嘴引入空气和附加燃料到煤气流中，促使燃料完全燃烧以提供高强度热量和供热速度。
综上所述、并排直底炉大幅度地将降低生产金属化团矿的能耗同时从根本上消除了金属化团矿被再氧化的风险。
本发明的优点如下A.土地利用率高。
B.有效利用由含碳物料释放出的还原剂和热量。
C.所用的燃料中的化学能将被完全释放在还原单元中。
D.有效控制炉内气氛的氧化/还原势，使其满足铁氧化物、铬氧化、钛铁矿等天然矿物以及含重金属氧化物的工业尘泥的不同还原阶段的要求，同时保护还原后的产品不被再氧化。
E.维持厚而匀的料层。
F.装、卸料机构简化，在低温下运作，使用寿命长、造价低、维护方便。
G.炉底维护简便、维护效率高。
对于这方面的专业人士而言、本发明的其他技术详情和优点业已清楚体现。
权利要求
1.一种用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，包括一对并排直底炉，每一直底炉都有各自的加料端和出料端，直底炉的炉底由一列相互联接的炉底分节(台车)构成，在炉子的排料端每一炉底分节(台车)可自由脱离车列、被转送到另一毗邻的炉子的加料端。
2.如权利要求1所述的用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，并排直底炉边之间是边靠边的平行排列，一直底炉的出料端毗邻另一直底炉的加料端。
3.如权利要求1所述的用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，可从车列脱离的炉底分节砌(或筑或浇注)有耐火材料，炉底不透气。
4.根据权利要求1所述的用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，可从车列脱离的炉底分节(台车)二侧带有挡料墙、挡料墙的延伸方向平行于炉底的运行方向，挡料墙的高度不低于铺在炉底的含碳团矿料层的高度。
5.如权利要求1所述的用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，在并排直底炉含有一种气流导向措施，这一措施能引导由加料端料层产生的气体进入毗邻的直底炉的出料端，并使这一气流毗邻直底炉的加料端向炉料运动的相反方向流过一定炉料。
6.如权利要求1所述的用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，在直底炉的加料端和出料端各有一挡火墙隔离直底炉的加料段及排料段与加热还原段。
7.如权利要求1所述的用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，直底炉出气口的位置和抽力将维持炉内的热气流和炉料作相互逆向流动。
8.如权利要求1所述的用于以含碳固体还原剂还原金属氧化物的设备，其特征在于，该设备有措施可以控制直底炉中火焰的温度和还原势在炉子长度方向上的分布，使得固体料经历的气流的还原势随还原程度的增加而提高；同时热气流中和燃料将在排出炉子之前充分燃烧。
9.一种用含碳固体还原剂还原金属氧化物的方法，其特征在于，该方法包括一对并排直底炉，每一直底炉都有各自的加料端和出料端，直底炉的炉底由一列相互联接的炉底分节(台车)构成，在炉子的排料端每一炉底分节(台车)可自由脱离车列、卸料；并可转移连接到另一毗邻的炉子的加料端、加新料。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括并排直底炉边之间是边靠边的平行排列，一直底炉的出料端毗邻另一直底炉的加料端。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括可从车列脱离的炉底分节砌(或筑或浇注)有耐火材料，炉底不透气。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括引导由加料端料层产生的气体进入毗邻的直底炉的出料端，并使这一气流毗邻直底炉的加料端向炉料运动的相反方向流过一定炉料。
全文摘要
一种用于以含碳的固体还原剂还原金属氧化物的设备,该设备包括一对并排直底炉,每一直底炉都有各自的加料端和出料端,直底炉的炉底由一列相互联接的炉底分节(台车)构成,在炉子的排料端每一炉底分节(台车)可自由脱离车列、被转送到另一毗邻的炉子的加料端。
文档编号F27B9/36GK1277265SQ00102679
公开日2000年12月20日 申请日期2000年2月25日 优先权日1999年2月26日
发明者卢维高, 黄典冰 申请人:卢维高, 黄典冰