竖冷窑的制作方法

本实用新型涉及烧结矿冷却装置技术领域，尤其是涉及一种竖冷窑。

背景技术：

烧结矿竖冷窑冷却工艺，是从竖冷窑顶部将热破碎后的烧结矿，连续(或以一定节奏断续)装入到一个密闭的竖式容器(窑膛)内进行冷却、从窑膛底部连续(或以一定节奏断续)排出冷矿的一种烧结矿冷却工艺过程。

进入窑膛内的烧结矿料，呈自然堆积状态填充至窑膛的特定高度(由布料器结构决定)，当窑膛底部连续(或以一定的节奏断续)排出矿料时，炉膛内的矿料在自重的作用下，自上向下流动来填充底部排料形成的矿料空穴；在此流动过程中,从窑膛下部供入窑膛的冷却介质(冷却风)则自下而上穿透烧结矿料的空隙(或孔隙)流动，与烧结矿进行逆流换热。

烧结矿料在竖冷窑膛内自上而下的流动过程，也就是热烧结矿与介质换热冷却的过程；该换热过程需要实现两个目标，一是冷却换热后烧结矿温度降低到设定的温度以下(工业生产中一般以120℃～150℃为限)；二是换热后热空气的温度升高到一定的温度以上，例如，送往余热锅炉生产蒸汽的热空气，一般应达到320℃～350℃可实现锅炉稳定生产蒸汽，热空气温度越高，生产蒸汽的品质(温度、压力)越高，其利用效率也越高。

现有的竖冷窑存在供风不均匀的现象，在冷却过程中，容易出现偏流现象，且冷却风与矿料的接触时间不一致，导致矿料无法均匀冷却，对于与冷却风接触时间短的矿料，余热回收不充分就被排出了，导致余热回收效率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种竖冷窑，以缓解现有技术中存在的供风不均匀的技术问题。

基于上述目的，本实用新型提供了一种竖冷窑，包括：

窑体，所述窑体的底部为冷却风供风腔室，所述窑体的顶部为热风集中腔室，所述冷却风供风腔室与所述热风集中腔室之间设置有至少一个冷却单元腔室，所述冷却单元腔室用于与排料机的接料口连通；所述冷却风供风腔室用于向所述冷却单元腔室提供冷却风，所述热风集中腔室用于与热风外送通道连通；

内环供风装置，所述内环供风装置的内环进风口与所述冷却风供风腔室连通，所述内环供风装置的内环出风口与冷却单元腔室连通，用于使所述冷却风从所述冷却单元腔室的中心流向四周；

外环供风装置，所述外环供风装置的外环进风口与所述冷却风供风腔室连通，所述外环供风装置的外环出风口与所述冷却单元腔室连通，且所述外环出风口与所述内环出风口之间具有高差；所述外环供风装置用于使所述冷却风从所述冷却单元腔室的四周流向中心。

进一步地，在某些实施方式中，所述冷却风供风腔室设置有锥斗，所述锥斗的内径大的一端与所述冷却单元腔室连通，所述锥斗的内径小的一端用于与所述排料机的接料口连通；

所述内环供风装置设置在所述锥斗中，所述内环供风装置包括供风梁和供风帽，所述供风梁与所述锥斗固定连接，所述供风梁的内部设置有进气通道，所述内环进风口与所述进气通道连通，所述供风帽设置在所述供风梁的上方，所述内环出风口设置在所述供风帽上，所述内环出风口朝向所述锥斗的底部；

所述外环供风装置设置在所述锥斗的斗壁上，且所述外环供风装置的外环进风口与所述冷却风供风腔室连通，所述外环供风装置的外环出风口朝向所述锥斗的底部。

进一步地，在某些实施方式中，所述供风帽呈锥形，所述供风帽的中心线与所述锥斗的中心线重合。

进一步地，在某些实施方式中，所述供风梁的数量为两个，两个所述供风梁垂直交叉且连通，每个所述供风梁的两端均设置有内环进风口。

进一步地，在某些实施方式中，所述热风集中腔室设置有布料器，所述布料器用于将热矿料布落在所述冷却单元腔室的内部。

进一步地，在某些实施方式中，所述布料器的落料口的数量为多个。

进一步地，在某些实施方式中，所述冷却单元腔室的数量为多个，相邻两个所述冷却单元腔室之间设置有第一隔板。

进一步地，在某些实施方式中，所述冷却风供风腔室设置有第二隔板，所述第二隔板的位置与所述第一隔板的位置相对应，所述第二隔板将所述冷却风供风腔室分隔成多个独立的供风室，所述独立的供风室与所述冷却单元腔室一一对应。

进一步地，在某些实施方式中，多个所述独立的供风室分别用于与送风设备的总管路通过支管路连通，所述支管路设置有调节阀。

进一步地，在某些实施方式中，所述窑体的侧壁包括金属层和砖墙层，所述金属层位于所述砖墙层的外部，所述金属层与所述砖墙层固定连接，所述砖墙层的墙面呈凹凸状。

进一步地，在某些实施方式中，所述热风集中腔室的外壁及顶板为保温型墙体结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：

本实用新型提供的竖冷窑，能够提高向冷却单元腔室内供风的均匀性，实现了矿料的均匀冷却，提高了余热回收效率。在使用时，向冷却单元腔室充满矿料，将冷却风通入内环供风装置的内环进风口和外环供风装置的外环进风口，冷却风经过内环供风装置的内环出风口，从冷却单元腔室的中心流向四周，形成内环风，冷却风经过外环供风装置的外环出风口，从冷却单元腔室的四周流向中心，形成外环风，同时，由于外环出风口与内环出风口之间具有高差，保证从内环出风口流出的气流与从外环出风口流出的气流互不干扰，从而使得内环风与外环风构成双层供风环，提高了供风的均匀性。由于冷却风供风腔室位于冷却单元腔室的下方，热风集中腔室位于冷却单元腔室的上方，通过向冷却单元腔室持续供入冷却风，实现了冷却风与矿料的逆流换热，放热后的低温矿料从冷却单元腔室中排出，吸热后的高温介质进入热风集中腔室，经过热风外送通道送往需要余热的地方，例如，送往余热锅炉生产蒸汽并加以利用，从而实现余热充分、高效回收的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的竖冷窑的结构示意图；

图2为图1的沿m-m线的剖视图；

图3为本实用新型实施例一提供的竖冷窑的内环供风装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一提供的竖冷窑的外环供风装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例一提供的竖冷窑的冷却单元腔体内的内环供风装置和外环供风装置相配合的结构示意图。

图标：100-排料机；200-输送带；101-窑体；102-供风室；103-热风集中腔室；104-热风外送通道；105-第一隔板；106-布料器；107-溜料管；108-受料缓冲仓；109-锥斗；110-出料管；111-第一腔室；112-第二腔室；113-第三腔室；114-第四腔室；115-供风帽；116-环形通道；117-内环进风口；118-内环出风口；119-外环进风口；120-外环出风口；121-第一供风梁；122-第二供风梁；123-第二隔板；124-混凝土平台；125-保温型墙体结构。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

参见图1至图5所示，本实施例提供了一种竖冷窑，包括：

窑体101，窑体101的底部为冷却风供风腔室，窑体101的顶部为热风集中腔室103，冷却风供风腔室与热风集中腔室103之间设置有至少一个冷却单元腔室，冷却单元腔室用于与排料机100的接料口连通；冷却风供风腔室用于向冷却单元腔室提供冷却风，热风集中腔室103用于与热风外送通道104连通；

内环供风装置，内环供风装置的内环进风口117与冷却风供风腔室连通，内环供风装置的内环出风口118与冷却单元腔室连通，用于使冷却风从冷却单元腔室的中心流向四周；

外环供风装置，外环供风装置的外环进风口119与冷却风供风腔室连通，外环供风装置的外环出风口120与冷却单元腔室连通，且外环出风口120与内环出风口118之间具有高差，外环供风装置用于使冷却风从冷却单元腔室的四周流向中心。

本实用新型实施例提供的竖冷窑，能够提高向冷却单元腔室内供风的均匀性，实现了矿料的均匀冷却，提高了余热回收效率。在使用时，向冷却单元腔室充满矿料，将冷却风通入内环供风装置的内环进风口117和外环供风装置的外环进风口119，冷却风经过内环供风装置的内环出风口118，从冷却单元腔室的中心流向四周，形成内环风，冷却风经过外环供风装置的外环出风口120，从冷却单元腔室的四周流向中心，形成外环风，同时，由于外环出风口120与内环出风口118之间具有高差，保证从内环出风口118流出的气流与从外环出风口120流出的气流互不干扰，从而使得内环风与外环风构成双层供风环，提高了供风的均匀性。由于冷却风供风腔室位于冷却单元腔室的下方，热风集中腔室103位于冷却单元腔室的上方，通过向冷却单元腔室持续供入冷却风，实现了冷却风与矿料的逆流换热，放热后的低温矿料从冷却单元腔室中排出，吸热后的高温介质进入热风集中腔室103，经过热风外送通道104送往需要余热的地方，例如，送往余热锅炉生产蒸汽并加以利用，从而实现余热充分、高效回收的目的。

作为大工业生产的烧结矿产线，其小时产量往往较大，通常为200～750t/h，采用竖冷窑冷却工艺，竖冷窑也必须有较大的窑膛截面。本实施例利用散体矿料排料的漏斗流(鼠洞流)特性，将较大的窑膛截面分成多个较小的截面，即冷却风供风腔室与热风集中腔室103之间设置有多个冷却单元腔室，以实现冷却单元腔室内的烧结矿料的近似整体下降效果。

本实施例中，窑体101具有封闭的腔体，即窑膛。冷却单元腔室的数量为四个，四个冷却单元腔室分别命名为第一腔室111、第二腔室112、第三腔室113和第四腔室114。

需要说明的是，对于产量较小的生产线，所需的窑膛截面较小，此时，冷却风供风腔室与热风集中腔室103之间设置一个冷却单元腔室即可，也就是说，整个窑膛即为冷却单元腔室。

为了清楚描述本实施例的技术方案，设定本实施例中的窑体101的横截面的形状为正方形，四个冷却单元腔室的横截面也为正方形，且面积大致相等，以此为例进行说明。

在某些实施方式中，相邻两个冷却单元腔室之间设置有第一隔板105。第一隔板105可采用耐温耐磨型砖体砌筑，形成隔墙，且隔墙两侧墙面为凹凸墙面。

需要说明的是，第一隔板105也可采用一定厚度的间壁结构金属墙，墙体两侧的墙面设置多层水平肋板，形成料磨料结构，凸面可用与壁面垂直的肋板制作，与砖砌的凸面相比，肋板厚度要小得多，客观上造成单元内的矿料在向下流动过程中与肋板接触滑动的距离远远小于与镶嵌在凹面内的矿料接触滑动的距离，减小矿料对于墙体的磨损。

为了实现冷却换热后的烧结矿料的温度降低到设定的温度以下，且换热后热空气的温度升高到一定的温度以上，烧结矿料在窑膛内的均匀布料和烧结矿料自上而下的均匀流动将使烧结矿料在窑膛内具有大致相同的热交换时间和热交换强度，这是实现矿料均匀冷却和余热高效回收的前提。

在某些实施方式中，热风集中腔室103设置有布料器106，布料器106用于将热矿料布落在冷却单元腔室的内部；本实施例中，第一隔板105具有一定的高度，第一隔板105的顶边侧位于布料器106的落料口的下方，第一隔板105的底边侧位于外环供风装置的进风口的上方。

在某些实施方式中，冷却风供风腔室设置有锥斗109，锥斗109的内径大的一端与冷却单元腔室连通，锥斗109的内径小的一端用于与排料机100的接料口连通；内环供风装置设置在锥斗109中，内环供风装置包括供风梁和供风帽115，供风梁与锥斗109固定连接，供风梁的内部设置有进气通道，内环进风口117与进气通道连通，供风帽115设置在供风梁的上方，内环出风口118设置在供风帽115上，内环出风口118朝向锥斗109的底部；外环供风装置设置在锥斗109的侧壁上，且外环供风装置的外环进风口119与冷却风供风腔室连通，外环供风装置的外环出风口120朝向锥斗109的底部。

具体而言，本实施例中，布料器106的数量为四个，每个冷却单元腔室的上方各设置一个布料器106。布料器106的进料口用于与位于窑顶上的受料缓冲仓108连通，受料缓冲仓108用于接受和储存从烧结机破碎后输送来的热矿料，受料缓冲仓108中的热矿料从受料缓冲仓108进入布料器106，充满冷却单元腔室的内部，以第一腔室111为例，当排料机100按设定时间持续工作时，第一腔室111范围内的矿料从下往上依次向下流动，实现第一腔室111料面的一次下降，最终引导第一腔室111上方的布料器106的来料落入第一腔室111，从而完成一次布料。

可选地，布料器106的进料口通过溜料管107与受料缓冲仓108连通。

为了与冷却单元腔室的截面形状相匹配，本实施例中的锥斗109的形状为四棱锥，锥斗109的内径小的一端设置有出料口，用于与排料机100的接料口连通。本实施例中，出料口的横截面为正方形。出料口通过出料管110与排料机100的接料口连通。

需要说明的是，根据锥斗109的形状不同，出料口的形状也可以为圆形、六边形或其他形状。

本实施例中，供风梁穿过锥斗109的斗壁并与锥斗109的斗壁焊接，供风梁的内部设置有进气通道，供风帽115焊接在供风梁的上方，内环出风口118设置在供风帽115上，本实施例中，供风帽115呈锥形，供风帽115的中心线与锥斗109的中心线重合，这样的方式能够保证供风均匀，使得冷却风均匀穿过料层。可选地，本实施例中的供风帽115呈四棱锥状，即供风帽115具有四个侧壁，四个侧壁与冷却单元腔室的四个侧壁一一对应。供风帽115的下沿为内环出风口118，内环出风口118朝向锥斗109的底部，本实施例中，外环出风口120的位置高于内环出风口118的位置，参见图3和图5所示，图5中的虚线箭头表示内环风的流动方向；内环的冷却风气流从内环进风口117进入进气通道，上行进入供风帽115中，然后沿着供风帽115的侧壁下行，从供风帽115的下沿向冷却单元腔室的四周流动，形成内环风。

本实施例中，参见图4和图5所示，图5中的实线箭头表示外环风的流动方向；外环供风装置为设置在锥斗109的侧壁上的环形通道116，具体而言，锥斗109的侧壁具有环形通道116，环形通道116靠近锥斗109的内径大的一端设置，即锥斗109被环形通道116分成上下两部分，该两部分分别与冷却单元腔室的侧壁固定连接，其中，固定连接的方式可以为焊接或通过螺栓连接。环形通道116的一侧为与冷却风供风腔室连通的外环进风口119，环形通道116的另一侧为外环出风口120，参见图4所示，外环出风口120在外环进风口119的斜下方，外环出风口120的端面与锥斗109的中心线大体平行，这样的方式能够防止矿料从环形通道116流向冷却风供风腔室。

本实施例中，内环风与外环风构成的双层供风环，为“回”形供风环，实现均匀供风。

需要说明的是，供风帽115也可以通过螺栓连接在供风梁的上方。

需要说明的是，外环出风口120的位置也可以低于内环出风口118的位置。

在某些实施方式中，参见图2所示，供风梁的数量为两个，分别命名为第一供风梁121和第二供风梁122，第一供风梁121和第二供风梁122交叉且连通，每个供风梁的两端均设置有内环进风口117。冷却风供风腔室的冷却风经内环进风口117进入第一供风梁121和第二供风梁122的进气通道，并从第一供风梁121和第二供风梁122的进气通道的交汇处向上流入供风帽115，再从内环出风口118流出。

可选地，第一供风梁121和第二供风梁122的交点为两个供风梁的中点。本实施例中，第一供风梁121和第二供风梁122的长度方向垂直。本实施例中，内环进风口117的数量为四个，每个内环进风口117朝向冷却单元腔室的一个侧壁。从四个内环进风口117同时进风，进一步保证进风的均匀性。

需要说明的是，供风梁的数量和形式不仅局限于以上一种，也可以根据实际生产情况选择其他数量和形式的供风梁。例如，供风梁可以为一个，又如，供风梁可以为三个，三个供风梁的其中一端固定连接且连通，相邻两个供风梁的轴线之间的夹角为120°。再如，供风梁可以为三个，三个供风梁交叉且连通，且交点为三个供风梁的中点，这样的方式就能够产生六个内环进风口117，更加适合应用于截面形状为正六边形的冷却单元腔室。

在某些实施方式中，布料器106的落料口的数量为多个。

通过设置多个落料口，能够把小颗粒矿料导入到多个分散的落料口，有效地分化烧结矿的颗粒集中，防止小颗粒矿料堆积在一起，阻碍冷却风气流通过矿料。

本实施例中，布料器106的落料口的数量为四个。也就是说，本实施例提供的竖冷窑一共有十六个落料口，实现了均匀布料，尽可能保证矿料颗粒间的空隙均匀，使得冷却风能够顺畅流动，均匀地穿过料层，与矿料均匀换热。

本实施例中，每个冷却单元腔体均配置一个排料机100，在排料时，对第一腔室111、第二腔室112、第三腔室113和第四腔室114中的矿料进行轮流排料，各冷却单元腔室依序排料一次为一个排料周期，经过多个排料周期的往复循环，矿料从窑膛上部逐渐向下流动，实现了整个窑膛内的矿料的近似整体下降的效果，即从窑体101顶部进入窑膛的矿料，先进入窑膛的矿料先从窑膛排出，以保证窑膛内的矿料在窑膛内滞留的时间大致相等，实现了均匀换热效果。各冷却单元腔体中的矿料从窑膛上部逐渐向下流动的过程，也是与各冷却单元腔体内自下而上穿过料层的冷却风进行逆流换热的冷却过程，达到高温散体矿料在窑膛内均匀冷却的目的。

排料机100的工作时间和周期，以保持排料量与窑顶的受料缓冲仓108的供料量维持平衡为宜，也就是说，排料机100的工作时间和周期能够维持窑顶受料仓料面在一定的高度范围内波动。同时，排料机100的工作时间和周期，还需要保证排出的矿料的温度符合要求，也就是说，当某一冷却单元腔室中的出料的温度不符合要求时，应当停止排料。

在某些实施方式中，参见图1所示，冷却风供风腔室设置有第二隔板123，第二隔板123的位置与第一隔板105的位置相对应，第二隔板123将冷却风供风腔室分隔成多个独立的供风室102，独立的供风室102与冷却单元腔室一一对应。

通过设置第二隔板123将冷却风供风腔室分隔成多个独立的供风室102，能够对多个冷却单元腔室单独进行供风，保证每个冷却单元腔室中的矿料都能够得到更加均匀的冷却。

在某些实施方式中，多个独立的供风室102分别用于与送风设备的总管路通过支管路连通，支管路设置有调节阀。

窑膛内的供风总量可通过调节送风设备的频率来调节，各单元供风量可通过调节阀实现单独调节。本实施例中的送风设备为鼓风机。

在某些实施方式中，热风集中腔室103的外壁及顶板为保温型墙体结构125。这样的方式能够保持热风集中腔室103中的热风的温度，减少散热。

需要说明的是，保温型墙体结构125可以为现有的保温墙。

在某些实施方式中，窑体101的侧壁包括金属层和砖墙层，金属层位于砖墙层的外部，金属层与砖墙层固定连接，砖墙层的墙面呈凹凸状。这样的方式能够抑制冷却风气流的边缘效应；其中至少墙面的凸面部分的材料为耐温耐磨型砖体。

对于气体或液体通道，其边缘具有反向阻碍流动的效应。竖冷窑中充满了散体矿料，由于矿料与光面边壁之间所形成的空隙比矿料之间的空隙更大，因此，人为的设置成凸凹面使矿料能够镶嵌进入凹面，以增大边缘长度的方法来增加沿壁面流动的阻力；冷却单元腔室内的矿料在向下流动过程中首先会与凸形壁面接触，造成凸面的磨损而不会对凹面产生影响，只有当在凸面磨损到接近与凹面平齐时，才会磨损凹面，事实上这个时候已经达到了壁面更换的寿命。砖体的耐温性都是满足要求的，但耐磨砖体要昂贵的多，因此，在凸面部分采用耐温耐磨型砖体，客观上是能够节约成本的。

在某些实施方式中，竖冷窑还包括混凝土平台124，窑体101的金属层向下延伸并安装在混凝土平台124上，单层金属层围合成的周向侧壁、混凝土平台124的上表面以及锥斗109的外表面共同围合形成冷却风供风腔室。

需要说明的是，冷却单元腔体的截面形状也可以为圆形或六边形等轴对称图形。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种矿料冷却与余热回收方法，该方法采用本实用新型提供的竖冷窑进行，其中，冷却单元腔室的数量为一个，该方法包括以下步骤：

向冷却单元腔室充满矿料；

向冷却单元腔室供入冷却风；

对冷却单元腔室中的矿料进行连续排料或间歇排料。

本实用新型实施例还提供了一种矿料冷却与余热回收方法，该方法采用本实用新型提供的竖冷窑进行，其中，冷却单元腔室的数量为多个，该方法包括以下步骤：

向冷却单元腔室充满矿料；

向冷却单元腔室供入冷却风；

对多个冷却单元腔室中的矿料进行轮流排料。

下面对采用本实用新型实施例一提供的竖冷窑进行的矿料冷却与余热回收方法进行说明。

本实用新型实施例提供了一种矿料冷却与余热回收方法，该方法包括以下步骤：

s1.向四个冷却单元腔室充满矿料；

s2.向四个冷却单元腔室供入冷却风；

s3.对四个冷却单元腔室进行轮流排料。

在步骤s1中，矿料从受料缓冲仓108经过溜料管107进入布料器106，再经过布料器106的四个落料口进入相应的冷却单元腔室，直到矿料将锥斗109和冷却单元腔室充满，每个落料口的下方的矿料自然堆积并形成四个锥形料面。

在步骤s2中，每个冷却单元腔室内的“回”形供风口始终处于连续供风状态，冷却风持续穿过矿料层，与矿料进行逆向流动换热后的热态气体，汇集到热风集中腔室103，并经过热风外送通道104送往需要余热的地方。

在步骤s3中，例如，可以先对第一腔室111进行排料，此时，与第一腔室111连通的排料机100工作，排料机100槽体内的原有的矿料率先排入到输送带200上，排料机100槽体内的矿料空穴则由对应的出料管110内的矿料向下流动进行填充，排料管内的矿料空穴，则由第一腔室111内的矿料依次向下流动进行填充；最后，在第一腔室111料面形成的空穴(此处的空穴也可以称为凹陷区域)，则由储存于受料缓冲仓108内的矿料，经由溜料管107和布料器106上的四个落料口进行填充。与第一腔室111连通的排料机100停止工作，完成一次对第一腔室111的排料，第一腔室111料面形成的空穴随即填充完毕，即四个落料口下方的矿料随即自然堆积并形成四个锥形料面。

同理，当第二腔室112、第三腔室113和第四腔室114依次按设定时间排料后，实现各自料面的一次下降和各自料堆表面的一次布料。第一腔室111、第二腔室112、第三腔室113和第四腔室114依次排料一次，完成一个排料周期。通过各冷却单元腔室的顺次轮流排料，实现了整个窑膛内的矿料的近似整体下降效果。

经过多个排料周期的往复循环，受料缓冲仓108内的热矿料，经过溜料管107和布料器106布料后从窑膛上部逐步向下流动，并与上行的冷却风逆流换热，得以冷却，最后从窑底排料机100排入输送带200，输送至下道工序。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。