一种可分层布料的隧道窑的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种可分层布料的隧道窑，一种可分层布料的隧道窑，该隧道窑分为预热带、焙烧带和冷却带，包括窑车，窑车台面上设有耐火层，其特征是所述窑车台面上方设有隔离孔板，隔离孔板上设置物料，隧道窑外部设有换热器，换热器所需常温空气由空气风机供入，焙烧带至冷却带的还原气体流动由还原气体风机驱动，换热器及各风机由相应的管路连通。本实用新型可实现还原物料的分层布置；还原炭层的灰分可由隔离孔板漏到下部，减少出窑后已还原物料的磁选步骤的磁选量；换热器和风机的设置使还原气体得到充分的利用，无需额外补充燃烧气体；物料下部加热通道使隧道窑底部的温度得以提高，使还原更均匀。
【专利说明】一种可分层布料的隧道宮
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于直接还原铁的隧道窑领域，具体涉及一种可分层布料的隧道窑。
【背景技术】
[0002] 目前，国内煤基直接还原铁隧道窑所用的工艺是将精矿粉、煤粉及石灰石粉按照 一定的比例配料后装入还原罐中，然后把还原罐放在窑车上推入到隧道窑内。还原罐在隧 道窑内经过预热带加热温度升高到1150?1250°C后，进入到焙烧带进行还原焙烧，还原完 成的高温物料在冷却带与逆流而来的冷却煤气进行热交换，当其降温到200°C以下后，还原 罐从隧道窑内取出。品位较低的直接还原铁经过磨矿、磁选后，得到的铁粉与煤粉混合热压 后可作为高炉原料进行利用，铁粉经冷压后也可作为电炉或转炉原料进行利用。
[0003] 铁矿石隧道窑直接还原的优点：（1)原料、还原剂容易解决。隧道窑使用的原料是 精矿粉(或铁鳞)，这远比富铁块矿好解决；还原剂采用普通无烟煤粉或焦碳末，对煤中灰分 熔点要求不高。（2)生产工艺及过程控制简单。隧道窑需采用煤气进行加热，可根据物料 加热曲线来调整隧道窑的热负荷，并使窑内温度控制在一定的范围之内。（3)设备运行稳 定，产品质量均匀。隧道窑直接还原铁生产的工艺环节较少，每个料罐都在同样的还原气氛 下，经过同样时间的预热、焙烧还原、保温缓冷等过程，并在一定容积的焙烧罐内，精矿粉和 煤粉按照一定的比例装入焙烧罐进行焙烧，可得到一定金属化率的产品。（4)还原物料的 冷却采用外供气体燃料。气体燃料从隧道窑的冷却段通入到窑内后与高温还原物料进行换 热，在高温物料温度降低的同时其自身温度得到提高。预热后的气体燃料在流经焙烧带的 过程中与外供助燃风混合后进行燃烧。
[0004] 铁矿石隧道窑直接还原存在的不足：（1)铁矿石原料品位要求较高，一般为66? 68%。（2)铁精粉与还原煤粉分层装入还原罐后进行高温焙烧，大大降低了铁氧化物与碳的 直接还原反应速度，同时煤粉的裂解和气化所产生的还原气体需要通过较长的距离才能到 达铁矿石的表面，降低了铁矿石直接还原的动力，一般铁矿石高温还原需要15?20h。（3) 燃料在隧道窑内燃烧后产生的热量，首先需经过辐射与对流的方式把热量传递给还原罐， 还原罐再经过传导的方式把热量传递给铁精粉和还原煤粉，生产过程的热量利用率较低。
[4] 隧道窑燃料需采用气体燃料(如发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、混合煤气 等)。（5)隧道窑排出的烟气中含有一定的可燃成分，需要在烟道中设置余热锅炉，对其进行 二次燃烧后进行排放。 实用新型内容
[0005] 本实用新型目的是解决以上现有技术存在的问题，提供一种可分层布料的隧道 窑。
[0006] 本发明采用的技术方案是：一种可分层布料的隧道窑，该隧道窑分为预热带、焙烧 带和冷却带，包括窑车，窑车台面上设有耐火层，所述窑车台面上方设有隔离孔板，隔离孔 板上设置物料，隧道窑外部设有换热器，换热器所需常温空气由空气风机供入，焙烧带至冷 却带的还原气体流动由还原气体风机驱动，换热器及各风机由相应的管路连通。
[0007] 所述窑车台面与隔离孔板之间设有导热耐火隔板，导热耐火隔板与窑车台面之间 形成物料下部加热通道。
[0008] 所述换热器为管式换热器
[0009] 所述还原气体进入换热器前由除尘器除尘。
[0010] 本发明采用的有益效果是：（1)可实现还原物料的分层布置，无需还原罐直接加 热物料；
[0011] (2)还原炭层的灰分可由隔离孔板漏到下部，减少出窑后已还原物料的磁选步骤 的磁选量；
[0012] (3)换热器和风机的设置使还原气体得到充分的利用，无需额外补充燃烧气体，减 低成本；
[0013] (4)物料下部加热通道使隧道窑底部的温度得以提高，降低了窑顶与窑底的温度 差，使还原更均匀。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0015] 图2是本实用新型还原气体与空气流动框图；
[0016] 图中1-还原炭层，2-隔离孔板，3石灰石层，4-上部炉膛空间，5-烧咀，6-粗粒物 料，7细粒物料，8-导热耐火隔板，9-物料下部加热通道，10-耐火层，11-窑车轮毂，12-窑 车密封，13-钢轨，14-窑体。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图对本实用新型作详细说明
[0018] 如图1、图2所示一种可分层布料的隧道窑，该隧道窑分为预热带、焙烧带和冷却 带，包括窑车，窑车台面上设有耐火层10,窑车台面上方设有隔离孔板2,隔离孔板2上设置 物料，隧道窑外部设有换热器，换热器所需常温空气由空气风机供入，焙烧带还原气体由还 原气体风机抽送至冷却带，换热器各风机由相应的管路连通，窑车台面与隔离孔板2之间 设有导热耐火隔板8,导热耐火隔板8与窑车台面之间形成物料下部加热通道9,换热器用 常用的管式换热器或其他的可间接换热的换热器。还原气体进入换热器前最好由除尘器除 尘。
[0019] 使用时将石灰石粉平铺在导热耐火隔板8上，铺好后再在石灰石粉层上盖上隔离 孔板2,隔离孔板2上平铺还原后回收的残炭或兰炭构成还原炭层，再在还原炭层上铺还 原物料，由底层至上层所含待还原物料的粒径由小逐层增大，物料下部加热通道9可用于 加热底部物料，降低窑上部与窑底部的温度差；还原用的炭在高温下气化产生的还原气体， 除一部分用作铁矿石的还原外，另一部分还原气体在隧道窑内流动到焙烧带后与供入的 800?900°C助燃空气进行混合燃烧，可供隧道窑的物料加热使用。剩余部分的还原气体 从焙烧带抽出与常温空气进行间接换热后，温度为150°C左右还原气体一部分作为冷却介 质通入到隧道窑的出料端，还原气体在冷却带与高温还原物料进行逆流换热，当高温还原 物料温度降低到200°C以下时从窑内排出，当还原气体温度升高到900°C以上时进入到焙 烧带进行燃烧，另一部分富裕的还原气体可外供给其它煤气用户；空气换热后温度升高到 800?900°C供入到隧道窑的焙烧带作为助燃气体进行使用。
[0020] 实施例1 :0?3mm粒级范围铁矿石
[0021] 1、物料的选择
[0022] 本工艺原料选择有代表性的低品位难选铁矿石，铁品位为31?35%，Si02含量为 25?48%，粒度为0?3mm ;铁矿石还原煤选择固定碳含量为74%以上、粒度为1?3mm的 兰碳或无烟煤；还原反应增氧所用的石灰石粒度为3?5mm ;还原残炭粒度为1?3_。
[0023] 2、粒度的分级与配料
[0024] 粒度为0?3mm铁矿石米用筛分方法分为0?1mm和1?3mm两个粒级范围。
[0025] 将0?1mm粒级范围铁矿石与1?3mm粒级范围还原煤按100:25?35的比例进 行配料混合，得到细粒级物料。
[0026] 将1?3mm粒级范围铁矿石与1?3mm粒级范围还原煤按100:20?30的比例进 行配料混合，得到粗粒级物料。
[0027] 3、物料的分层布料
[0028] 在隧道窑窑车的台面上首先平铺一层厚10?20mm的石灰石，其次在石灰石上面 平铺一层厚5?15_的还原残炭，最后在还原残炭上面平铺由铁矿石与还原煤组成的一层 厚100?120mm细粒级物料和一层厚50?80mm粗粒级物料。
[0029] 4、物料的还原焙烧
[0030] 装有物料的窑车从隧道窑的入窑端推入，窑车在隧道窑内移动过程中，物料逐渐 被预热、焙烧和冷却，通过控制物料还原温度1100?1250°c、高温还原时间60?90min，可 使不同粒度的铁矿石在不同的料层位置根据加热温度和还原气氛的不同，在分级增氧的情 况下得到均匀的还原。当铁矿石金属化率达到90%以上、温度降低到200°C以下时，还原物 料从隧道窑内取出。
[0031] 在隧道窑内，还原物料冷却采用从焙烧带抽出的还原气体经过与助燃空气进行间 接换热后降低到150°C以下的还原气体，常温助燃空气换热温度升高到900?1000°C后从 隧道窑焙烧带的侧墙或顶部吹入，空气与窑内还原气体混合后进行燃烧。换热后得到的低 温还原气从隧道窑出窑端通入后与逆流而来的高温还原物料进行热交换，当还原物料的温 度降低到200°C以下后从隧道窑内取出，换热后的高温还原气体流动到焙烧带再参与物料 的还原反应。
[0032] 5、还原物料的磨选
[0033] 还原物料磨矿前应进行磁性物料分离。还原物料经干选后，得到的残碳可返回到 隧道窑进行循环利用，得到的其它非磁性物料可返回烧结进行利用，得到的磁性物料采用 磨矿工艺使其粒度达到-200目占80%以上，然后采用弱磁选工艺进行磁选，可得到金属化 率为90%左右、铁品位为80%以上的金属化铁粉。
[0034] 实施例2 :0?20mm粒级范围铁矿石
[0035] 1、物料的选择
[0036] 本工艺原料选择有代表性的低品位难选铁矿石，铁品位为31?35%，Si02含量为 25?48%，粒度为0?20mm ;铁矿石还原煤选择固定碳含量为74%以上、粒度为1?3mm的 兰碳或无烟煤；还原反应增氧所用的石灰石粒度为5?10_ ;还原残碳粒度为1?3_。
[0037] 2、粒度的分级与配料
[0038] 粒度为0?20mm铁矿石米用筛分方法分为0?1_、1?5mm、5?10mm和10? 20mm共4个粒级范围。
[0039] 分别将0?lmm、l?5mm粒级范围铁矿石与1?3mm粒级范围还原煤按100:25? 35的比例进行配料混合，分别得到0?1mm粒级物料和1?5mm粒级物料。
[0040] 分别将5?10mm、10?20mm粒级范围铁矿石与1?3mm粒级范围还原煤按 100:25?35的比例进行配料混合，分别得到5?10mm粒级物料和10?20mm粒级物料。
[0041] 3、物料的分层布料
[0042] 在隧道窑窑车的台面上首先平铺一层厚10?20mm的石灰石，其次在石灰石上面 平铺一层厚5?15mm的还原残炭，最后在还原残炭上面从下至上依次平铺由铁矿石与还原 煤组成的〇?1_粒级物料厚60?70mm、1?5_粒级物料厚40?50_、5?10mm粒级 物料厚30?40mm、10?20mm粒级物料厚20?30mm。
[0043] 4、物料的还原焙烧
[0044] 装有物料的窑车从隧道窑的入窑端推入，窑车在隧道窑内移动过程中，物料逐渐 被预热、焙烧和冷却，通过控制物料还原温度1100?1250°c、高温还原时间90?120min， 可使不同粒度的铁矿石在不同的料层位置根据加热温度和还原气氛的不同，在分级增氧的 情况下得到均匀的还原。当铁矿石金属化率达到90%以上、温度降低到200°C以下时，还原 物料从隧道窑内取出。
[0045] 在隧道窑内，还原物料冷却采用从焙烧带抽出的还原气体经过与助燃空气进行间 接换热后降低到150°C以下的还原气体，常温助燃空气换热温度升高到900?1000°C后从 隧道窑焙烧带的侧墙或顶部吹入，空气与窑内还原气体混合后进行燃烧。换热后得到的低 温还原气从隧道窑出窑端通入后与逆流而来的高温还原物料进行热交换，当还原物料的温 度降低到200°C以下后从隧道窑内取出，换热后的高温还原气体流动到焙烧带再参与物料 的还原反应。
[0046] 5、还原物料的磨选
[0047] 还原物料磨矿前应进行磁性物料分离。还原物料经干选后，得到的残碳可返回到 隧道窑进行循环利用，得到的其它非磁性物料可返回烧结进行利用，得到的磁性物料采用 磨矿工艺使其粒度达到-200目占80%以上，然后采用弱磁选工艺进行磁选，可得到金属化 率为90%左右、铁品位为80%以上的金属化铁粉。
[0048] 本发明针对目前铁矿石隧道窑直接还原存在的时间长、能耗较高、外供气体燃料 的问题，为缩短还原时间和降低能耗，采取按不同粒度分层布置物料的方式，底部到上部粒 度逐层增大的工艺方法，可使不同粒度铁矿石从上至下进行逐层还原和下层为上层增氧的 过程中得到均匀的还原。还原后的物料经磁性分离、磨矿和磁选，可得到铁品位和金属化率 较高的金属化铁粉，其主要
【发明内容】
有：
[0049] 1、为缩短铁矿石在隧道窑内的直接还原时间和提高还原质量，根据大颗粒铁矿石 直接还原时间较长、还原质量不均以及隧道内物料单面受热造成物料温度呈现上高下低的 现象，为使物料内部还原气体充满料层孔隙，提高铁矿石颗粒断面还原温度及还原质量的 均匀性，采取了小粒度铁矿石入窑焙烧的方法。本发明以0?3_粒级铁矿石为研究对象， 对于粒度大于3mm的铁矿石采取破碎的方式使其粒度减小到3mm以下，并对0?3mm粒级 范围铁矿石采用筛分的方法分为0?1mm和1?3mm两个粒级范围。
[0050] 2、为提高铁矿石在隧道窑内的传热效率和改善还原效果，采用铁矿石与还原用煤 混合后平铺在隧道窑窑车上进行加热的方法，可使窑内燃料燃烧产物与铁矿石进行直接换 热，同时为提高铁矿石下部料层的温度，在窑车的台面上设置了物料下部加热通道，并在加 热通道上部设置了导热耐火隔板，可使下加热通道燃料燃烧的热量通过导热耐火隔板从炉 膛下部对物料进行加热。由于料层下部的加热热量是通过耐火隔板传导而来的，而料层上 部的加热热量是通过炉膛空间直接辐射而来的，因此，料层上部的温度比下部的温度要高 一些。据此，本发明为使较大粒度物料与较小粒度物料在相同的加热时间内达到较高的还 原效果，鉴于较大粒度物料需要较高的还原温度，采取对〇?1mm粒级铁矿石布于下部料 层，而对1?3mm粒级铁矿石布于上部料层。
[0051] 3、为强化混合物料中碳的气化速度，以提高铁矿石还原的介质浓度、缩短还原时 间，采取的方法有：（1)铁矿石直接还原的残碳循环利用方法。通过在铁矿石还原物料中加 入过量碳，使铁矿石与碳的接触面积增大，提高了铁矿石在高温下与煤的还原速度。铁矿 石直接还原后的残碳可作为窑车铺底料进行循环利用。（2)粗粒级物料、细粒级物料、还原 残碳、增氧物料的分层布料方法。在隧道窑窑车的台面上首先平铺一层厚10?20mm的石 灰石，其次在石灰石上面平铺一层厚5?15mm的还原残碳，最后在还原残碳上面平铺由铁 矿石与还原煤组成的一层厚100?120mm细粒级物料和一层厚50?80mm粗粒级物料。窑 车铺底料宜采用挥发分较低的煤种，本发明采用铁矿石直接还原后的残碳。（3)铁矿石分 级增氧方法。物料在隧道窑内加热过程中，上部粒度较粗的物料在炉膛空间高温辐射下， 表层物料首先进行加热升温，并在升温过程中将表面吸收的热量逐渐向内部传递。当粗粒 铁矿石温度达到600°C以上还原反应开始进行，并随着铁矿石温度的升高，还原反应逐渐加 快。当粗粒铁矿石的金属化率达到65?75%时，还原产生的C0 2量减小，碳气化速度降低 使铁矿石还原的速度逐渐变慢，但此时位于粗粒物料之下的细粒铁矿石达到了还原开始的 温度，并随铁矿石温度的升高，还原反应逐渐加快，还原产生的C0 2气体从下部料层内往上 流动，当co2气体流经上层的粗粒物料时，co2气体与粗粒料层内的还原煤发生气化反应生 成C0气体，从而使粗粒物料层中C0气体浓度增加，可加快粗粒铁矿石还原反应速度，从而 使粗粒铁矿石的金属化率提高和还原时间缩短。当下层细粒铁矿石的金属化率达到65? 75%时，为提高细粒铁矿石的还原反应速度和金属化率，此时位于细粒物料下部的石灰石当 温度升高到900°C以上时开始分解放出C0 2气体，并随温度的升高石灰石分解速度逐渐加 快。C02气体在往上流动的过程中与还原残碳进行接触，可使碳在900°C左右发生气化反应 而生成大量的C0气体。C0气体在往上流动的过程中与细粒铁矿石接触又可发生还原反应， 并使细粒铁矿石的金属化率得到提高。因此，本发明利用下部细粒铁矿石还原产生的〇) 2气 体为上部粗粒铁矿石的还原进行增氧，最终可实现下部的细粒铁矿石与上部的粗粒铁矿石 在相同的还原时间内达到相同的还原效果，同时解决了铁矿石在隧道窑内粗粒铁矿石欠还 原、生产能耗较高的现象。图1为铁矿石隧道窑分层布料图。
[0052] 4、本发明为减小隧道窑排出的烟气中可燃成分的含量，在铁矿石还原用煤的选择 中，选择挥发分较低的无烟煤或兰炭。无烟煤或兰炭在高温下气化产生的还原气体，除一 部分用作铁矿石的还原外，另一部分还原气体在隧道窑内流动到焙烧带后与供入的800? 900°C助燃空气进行混合燃烧，可供隧道窑的物料加热使用。剩余部分的还原气体从焙烧 带抽出与常温空气进行间接换热后，温度为150°C左右还原气体一部分作为冷却介质通入 到隧道窑的出料端，还原气体在冷却带与高温还原物料进行逆流换热，当高温还原物料温 度降低到200°C以下时从窑内排出，当还原气体温度升高到900°C以上时进入到焙烧带进 行燃烧，另一部分富裕的还原气体可外供给其它煤气用户；空气换热后温度升高到800? 900°C供入到隧道窑的焙烧带作为助燃气体进行使用。
[0053] 5、为便于铁矿石还原后与石灰石分解生成的CaO进行分尚，本发明所米取的技术 方案为：在铁矿石隧道窑分层布料中，在石灰石的上部设置一层隔离孔板，可使铁矿石还原 后与CaO进行分离，同时隔离孔板上部还原残炭气化后所产生的粉煤灰可通过隔离孔板下 流到CaO物料中，从而减轻了下道工序中磁性分离的工作物料量，并使残炭充分利用后由 窑内排出。
【权利要求】
1. 一种可分层布料的隧道窑，该隧道窑分为预热带、焙烧带和冷却带，包括窑车，窑车 台面上设有耐火层，其特征是所述窑车台面上方设有隔离孔板，隔离孔板上设置物料，隧道 窑外部设有换热器，还原气体经由换热器换热，换热器所需常温空气由空气风机供入，焙烧 带至冷却带的还原气体流动由还原气体风机驱动，换热器及各风机由相应的管路连通。
2. 如权利要求1所述的可分层布料的隧道窑，其特征是所述窑车台面与隔离孔板之间 设有导热耐火隔板，导热耐火隔板与窑车台面之间形成物料下部加热通道。
3. 如权利要求1所述的可分层布料的隧道窑，其特征是所述换热器为管式换热器。
4. 如权利要求1所述的可分层布料的隧道窑，其特征是所述还原气体进入换热器前由 除尘器除尘。
【文档编号】F27D3/12GK203869497SQ201420146293
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】王明华, 雷鹏飞, 权芳民, 展仁礼, 张志刚, 鲁逢霖, 边立国, 寇明月, 李慧春 申请人:酒泉钢铁(集团)有限责任公司