專利名稱：一種用于海綿鐵生產(chǎn)的連環(huán)爐及生產(chǎn)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明所屬冶金領域，是生產(chǎn)直接還原鐵的一種工藝方法及裝置。
目前，世界上生產(chǎn)海綿鐵的主要方法仍然是以天然氣裂解造氣結(jié)合豎爐法和煤基回轉(zhuǎn)窯法為主。但上述方法因受到天然氣資源、價格和投資額等因素的限制，在我國未能得到廣泛應用。近期一種用冷固結(jié)復合球團在回轉(zhuǎn)窯中生產(chǎn)海綿鐵的工藝在我國得到實施，但仍存在著尾氣溫度高，球團粉化、對煤質(zhì)要求高和基礎投資較大等不利因素。01122227.1和03154320.1專利申請所公開的技術(shù)中雖然有諸多優(yōu)點，但因?qū)崦簹馐遣捎门淙牍I(yè)氧氣的方法提高溫度，不益于降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的是提供一種即可利用回轉(zhuǎn)窯、高爐產(chǎn)生的高溫尾氣進行生產(chǎn)，又可獨立造氣生產(chǎn)，并且不需要工業(yè)氧氣，尾氣溫度低，入爐球團100％獲得率，裝、排運料簡捷，投資小、效益高的海綿鐵生產(chǎn)方法及裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案中包含了本發(fā)明人在01122227.1、03154320.1兩項專利申請所公開的如下四項技術(shù)內(nèi)容，1、連環(huán)式還原爐2、組合式還原反應罐3、半燃燒煤氣增溫4、利用回收煤氣對已還原高溫球團進行冷卻。本次專利申請是在保留原專利申請技術(shù)優(yōu)點的基礎上，又針對其不足之處作了較大改進，尤其在還原爐的結(jié)構(gòu)上、回轉(zhuǎn)窯、高爐尾氣利用和半燃燒方法等方面均有較大突破，使該項技術(shù)更加成熟和完善，增強了可行性。
本發(fā)明的技術(shù)方案可分為A《自造煤氣生產(chǎn)法》和B《余熱煤氣生產(chǎn)法》，兩種方案的區(qū)別僅在于所采用煤氣的來源不同，其它工藝基本相同。
A 自造煤氣生產(chǎn)法，該方法按生產(chǎn)工序可分為(一)造氣段和(二)還原段。
(一)造氣段該段是由如下3個系統(tǒng)組成。1、煤氣生產(chǎn)系統(tǒng)該系統(tǒng)由1～2臺水煤氣發(fā)生爐或者混合煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的600℃～800℃的熱煤氣經(jīng)短距離保溫管道輸入還原段……。水煤氣發(fā)生爐所產(chǎn)生的余熱氣體輸入專用豎爐(也可適用其它爐型)用來干燥和固結(jié)煤粉球團。2、高溫空氣生產(chǎn)系統(tǒng)該系統(tǒng)由24臺熱風爐和空氣預熱器構(gòu)成，熱風爐所產(chǎn)生的900℃～1200℃的高溫空氣的作用是為還原爐提供煤氣半燃燒增溫所需要的高溫空氣，目的是以高溫空氣取代工業(yè)氧氣。熱風爐燃燒所需要的煤氣是利用還原段經(jīng)冷卻高溫球團，溫度達到500℃～1000℃的回收煤氣(如該煤氣的發(fā)熱量不能滿足熱風爐生產(chǎn)900℃～1200℃高溫空氣的要求，可配加適量的高熱值煤氣或其它高熱值氣體、液體燃料)。熱風爐所產(chǎn)余熱廢氣通過裝有導熱管的空氣預熱器對熱風爐所需要的空氣進行前期預熱。3、煙氣回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)是用引風機從煙道中抽取以N2為主的廢氣，經(jīng)過除塵和儲存，用于已還原球團出爐前的氣體置換。
(二)還原階段該段是由12～20個結(jié)構(gòu)相同且相互串聯(lián)的固定床式還原爐構(gòu)成，該還原爐適應濕球團直接入爐，也適應經(jīng)過干燥后的球團入爐。裝有冷固結(jié)含碳球團的組合式反應罐套入專用吊裝架內(nèi)，由懸于還原爐上方的橋式吊車運到爐體上端，通過料口封蓋的自動移位裝置移開爐口封蓋后，將反應罐一次性地裝入爐堂或卸出。由造氣段輸入的熱煤氣和高溫空氣，經(jīng)過設在還原爐底部的內(nèi)燃式陶瓷燃燒器的限量混合燃燒，將煤氣溫度提高到1200℃～1400℃后，(上述燃燒應保證兩個條件1、燃燒時的配氧系數(shù)α＜1，2、燃燒后產(chǎn)生的高溫煤氣的水煤氣反應值應≤相應溫度下的平衡常數(shù)值)進入組合式反應罐的儲氣室，未反應完全的氧分子在此與煤氣得到充分反應后，通過儲氣室外壁斜式小孔進入還原室，并透過球團層和還原室外壁斜式小孔經(jīng)出氣孔排出爐外。由于上述高溫煤氣在透過球團層的過程中與球團充分接觸，使已經(jīng)過預熱的球團溫度很快上升到1100℃～1200℃，因為上述球團在前期煤氣預熱期間700℃～1000℃的溫度階段已發(fā)生了一定程度的還原反應，所以當球團達到上述溫度后，球團內(nèi)配備的炭粉即可發(fā)揮出極強的還原能力，經(jīng)10～15分鐘的反應時間即可獲得95％以上的金屬化率而完成還原工序。由上述還原爐輸出的煤氣，在高溫風機驅(qū)動下和水冷高溫閥門的控制下，順序通過下序多個還原爐，對其內(nèi)部的球團進行預熱、干燥，直至其溫度降到接近100℃時再輸入冷凝器進行氣水分離后輸入儲氣罐內(nèi)儲存，以便作為冷卻氣體應用。已完成還原工序的還原爐，輸入上述儲氣罐中的冷煤氣，由低溫至高溫連續(xù)通過多個還原爐，使已還原的球團溫度逐步降到接近常溫后，再由從煙道中回收的以N2為主的廢氣置換后進入排料程序……。上述冷卻煤氣由于對多個還原爐中高溫球團連續(xù)冷卻，使該煤氣的溫度增高，此高溫煤氣在高溫風機的驅(qū)動下，返回造氣段的熱風爐，作為氣體燃料燒掉。
B、余熱煤氣生產(chǎn)法，該方法是以回轉(zhuǎn)窯、高爐產(chǎn)生的低熱值煤氣或其它來源的煤氣為基礎熱源，以摻入的高熱值氣液體燃料為輔助熱源進行海綿鐵生產(chǎn)。因B方案與A方案所采用的煤氣來源不同，所以采取如下兩項措施來滿足工藝要求1、因為上述煤氣的熱值一般較低，為確保煤氣經(jīng)還原爐半燃燒增溫后的剩余氣體成份中氧化性氣體與還原性氣體在相應溫度下的平衡常數(shù)值達到還原反應的要求，需要在上述煤氣進入首個還原爐時配入適量的高熱值氣體或液體(如焦爐煤氣、水煤氣、液化氣或油類等)，或采取富氧燃燒的方法提高燃燒溫度，以滿足上述還原工藝的要求。2、如果所采用的余熱煤氣初始溫度較低，應采取熱風爐增溫等方法，將煤氣的顯熱溫度增加到600℃～800℃，以便減少煤氣在還原爐半燃燒時還原性氣體的損耗。其余工序采取與A方案相同工藝和設置，即可獲得相同的效果。
本發(fā)明與已有技術(shù)比較具有如下優(yōu)點1、由于本發(fā)明的B方案《余熱煤氣生產(chǎn)法》可利用回轉(zhuǎn)窯或煉鐵高爐所產(chǎn)生的余熱尾氣繼續(xù)生產(chǎn)海綿鐵，解決了上述工藝尾氣余熱回收再利用的問題，益于節(jié)能、增效。
2、由于采用增溫后的高溫煤氣由高溫至低溫連續(xù)通過多個反應爐對球團進行還原預熱和干燥的方法、采用回收的低溫煤氣冷卻已還原高溫球團增溫后輸入熱風爐燃燒的方法、熱風爐煙氣余熱對空氣進行前期預熱的方法，使熱能得到充分利用，益于節(jié)能增效。
3、由于采用高溫空氣代替工業(yè)氧氣的方法，有益于降低生產(chǎn)成本。
4、由于采用裂管式冷凝器冷卻煤氣的方法，使煤氣不與水直接接觸，對冷卻水無污染、無污水排放，有益于環(huán)境保護。
5、由于還原爐采用橋式吊車結(jié)合吊裝架由上端爐口將組合式反應罐整體裝入爐堂或卸出的方法，使裝排料工序簡捷、順暢。
6、由于采用大小口式爐口封閉法及砂封、水封、填料封四道密封設置，并結(jié)合爐蓋自動移位裝置的爐蓋開關(guān)方法，不但易于操作，而且密封性能好，安全可靠。
7、由于還原爐采用底部設置內(nèi)燃式陶瓷燃燒器的方法，有益于氣體的流通和提高爐子的使用壽命。
下面通過附圖結(jié)合自造煤氣的生產(chǎn)實例加以說明附

圖1為本發(fā)明造氣段的平面工藝流程圖及局部剖視圖附圖2為本發(fā)明還原段的平面工藝流程圖附圖3為本發(fā)明還原爐的剖視圖附圖4為本發(fā)明組合式反應罐專用吊裝架的主視圖和剖視圖參見附圖1該圖所描述的造氣段是由煤粉造球車間(1)提供的濕煤球進入煤球干燥窯(2)進行干燥固結(jié)，當煤球干燥并達到一定強度后輸入煤氣發(fā)生爐(3)。煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)出的熱煤氣，經(jīng)干式除塵器(4)除塵后，攜濕熱通過保溫管道(5)向熱風爐和還原段輸送600℃～800℃的熱煤氣。(R1、R2、R3、R4)是該段的4臺熱風爐?；厥彰簹夤艿?6)是輸送由還原段回收的500℃～1000℃的高溫煤氣，該煤氣是熱風爐燃燒的主要燃料，如發(fā)熱量不夠，也可由配氣管(7)經(jīng)煤氣分管(8)配入新鮮的熱煤氣或其它高熱值的氣體或液體燃料，以增加煤氣熱值。熱風爐用上述煤氣和預熱空氣混合燃燒、蓄熱、與空氣熱交換后，將空氣加熱到1000℃～1200℃后，通過高溫空氣分管道(9)和高溫空氣主管道(14)向還原段輸送高溫空氣。熱風爐產(chǎn)生的余熱煙氣通過支煙道(10)經(jīng)主煙道(20)進入空氣預熱器(19)，最后由煙筒(16)排出?？諝忸A熱爐(19)所需要的冷空氣是由冷風機(15)提供，A-A剖視圖的(24)為空氣預熱器的余熱煙氣通道，(22)為空氣通道，(23)是裝有高導介質(zhì)的導熱管，冷空氣經(jīng)導熱管的傳熱而增溫，在熱空氣風機(11)的驅(qū)動下，經(jīng)預熱空氣主管道(12)和熱空氣分管道(13)向熱風爐供應已預熱的空氣。煙氣風機(17)的作用是抽取煙道中的余熱煙氣，經(jīng)除塵器(18)除塵后進入儲氣罐(21)儲備，以便用于經(jīng)過煤氣冷卻的已還原球團出爐前的氣體置換。
參見附圖2該圖所描述的還原段是由(H1～H12)組成的連環(huán)式還原爐，該還原爐是由熱煤氣主管道(1)輸入的熱煤氣，經(jīng)熱煤氣分管道(4、5)分別向每個還原爐供應熱煤氣，由高溫空氣管道(2)輸入的高溫空氣，經(jīng)高溫空氣分管(6、7)分別向每個還原爐供應高溫空氣。上述煤氣和空氣按順序首先在第一個還原爐內(nèi)限量混合產(chǎn)生半燃燒，將氣體溫度提高到1200℃～1400℃后透過球團層，在高溫風機(8)產(chǎn)生壓頭的驅(qū)動下和水冷高溫閥門的控制下(圖中未表閥門)經(jīng)連通管道(9)，連續(xù)通過后面多個還原爐，對爐內(nèi)的球團進行預熱、干燥，直至煤氣溫度接近于100℃，再通過低溫氣體輸出支管道(10)經(jīng)低溫氣體輸出主管道(11)輸入裂管式冷凝器(12)，使煤氣冷凝后氣水分離，煤氣則輸入儲氣罐(13)。已經(jīng)過還原的高溫球團是用儲氣罐(13)儲存的低溫煤氣，通過冷煤氣主管道(14)經(jīng)冷煤氣支管(15)由低溫至高溫對球團進行冷卻，最后攜其獲得的濕熱，由煤氣回收支管道(16)經(jīng)煤氣返回主管道(3)返回造氣段，作為熱風爐的氣體燃料燒掉。已完成冷卻工序的還原爐，用從煙道回收的N2進行置換后，開啟上端封口，由行走于吊車軌道(17)上的橋式吊車將球團運到爐前，實施卸料或裝入新的球團，并將成品運送到成品庫……。
參見附圖3該圖所描述的還原爐上端設有可自動升降和移位的爐口封蓋，該封蓋是由大小口式爐口封閉圈(1)對與其相配套的爐口(2)實施封閉(爐口和封閉圈應由鑄鐵鑄成，并需精加工)，爐口封閉圈(1)的內(nèi)側(cè)是裝有耐火搗打料或耐火砼等耐火材料構(gòu)成的耐火層(3)，其上部裝有保溫材料制成的保溫層(4)，保溫層和耐火層的外部設有鋼板制成的爐蓋外殼(5)。封蓋頂部設有用鑄鐵或砼制成的配重塊(6)和配重塊定位銷(7)，其作用是增加爐蓋對爐口封閉時的壓強，提高其密封性能。封蓋的外部接有上鋼板圈(8)和下鋼板圈(9)組成的連接體，其作用是使封蓋各部連為一體。支撐筋板(10)上面設有等分設置的3-6個液壓起重器(11)，進入開蓋工序時，隨著起重器的升起，可將升降短軌(12)和軌道輪(13)與爐口封蓋整體托起，并使升降短軌(12)與移位軌道(16)對齊，然后啟動由小卷揚機、滑輪和鋼絲構(gòu)成的可雙向牽引的爐蓋移位裝置(圖中未作表示)對爐蓋實施移位。當爐口(2)露出后，進入裝料或卸料工序。爐口的封閉工作與上述程序相同，反順序操作即可。爐口封蓋外部設有砂封槽(17)和水封槽(18)，其中砂封槽內(nèi)裝耐火細砂粒，封蓋時砂封圈(14)插入砂層，如有氣體從爐口泄出，在此受到阻擋。在水封槽(18)的底部裝有密封填料(19)并充滿水，封蓋時水封圈(15)插入水中并與密封填料(19)結(jié)合，從而形成爐口密封、砂封、水封、填料封四道氣體泄露防線，從而確保工作時無氣體泄露。爐口封蓋的下端是還原爐的爐體部分，該爐體是由鋼板外殼(20)、保溫層(21)、耐火層(22)構(gòu)成爐堂(23)。組合式反應罐是由外筒(24)、還原室(25)、儲氣室(26)、圈形反應罐底座(27)構(gòu)成，反應罐入爐后位于爐堂(23)之內(nèi)的耐火封氣砂層(28)上面，反應罐底座(27)插入耐火砂層之內(nèi)，以防止氣體直流。爐體的下端設有的內(nèi)燃式陶瓷燃燒器(29)，該燃燒器的氣體出口與組合式反應罐的儲氣室(26)相通，來自高溫空氣管道(30)的高溫空氣和來自熱煤氣管道(31)的煤氣，在陶瓷燃燒器(29)中半燃燒升溫。由聯(lián)通管道(32)、冷卻煤氣管道(33)和置換氣體管道(34)輸入的氣體均通過燃燒器的進氣口(35、36)輸入爐內(nèi)，再由氣體出口(37)排出爐外后輸入氣體排出管道(38)再經(jīng)高溫風機(39)增壓后輸入下個還原爐……。上述整個爐體是由4-8根爐體支柱(40)支撐。高熱值氣、液體管道(41)是實施B方案時，為增加氣體熱值所用。
參見附圖4該圖所描述的吊裝架是用于橋式吊車向還原爐運輸和裝卸組合式反應罐的專用器具，它是由8根槽鋼(2、13)和鋼板圈(3)焊接成框架，在槽鋼(2)的槽內(nèi)裝有多個內(nèi)滑動輪(5)，其作用是，在與組合式反應罐(4)的裝卸過程中，該輪與反應罐的外壁滾動接觸，使其上下運行順暢并不至于造成罐壁的損傷?？蚣艿牡撞克O有的掛鉤(6)是通過鋼繩(7)經(jīng)導繩輪(8)與掛鉤控制輪(1)連接，操作時，只要轉(zhuǎn)動控制輪的手柄，控制掛鉤的張合即可實現(xiàn)吊裝架與組合式反應罐(4)的離合。A-A剖視圖的(9、10)即組合式反應罐的內(nèi)外筒，(11)為橋式吊車的吊鉤；外滑動輪(12)由槽鋼(13)支撐，該外滑動輪的作用是在整體框架出入爐的過程中與爐堂內(nèi)壁滑動接觸，起到減輕對爐壁的損害和導向作用。上述鋼板圈(3)、內(nèi)滑動輪(5)、外滑動輪(12)和導繩輪(8)的數(shù)量應根據(jù)所設計生產(chǎn)線產(chǎn)量的大小酌情而定。
權(quán)利要求
1.一種用連環(huán)爐生產(chǎn)海綿鐵的方法，該方法是以熱煤氣為傳熱介質(zhì)，在熱煤氣輸入還原爐時配入α＜1的工業(yè)氧氣，使煤氣部分氧化增溫后，輸入還原室，使其內(nèi)部的含碳球團升溫、還原；其特征是B方案是以回轉(zhuǎn)窯、高爐煉鐵或其它來源的剩余煤氣為基礎熱源，以摻入的部分高熱值氣體或液體燃料為輔助熱源進行海綿鐵生產(chǎn)；還原爐半燃燒所需要的氧氣是用熱風爐產(chǎn)生的900℃～1200℃的空氣代替，熱風爐燃燒所需要的燃料是利用因冷卻已還原高溫球團而使其溫度增加到500℃～1000℃的回收煤氣為主要燃料，以摻入的高熱值氣液體為輔助燃料，熱風爐所需要的空氣是利用本身排放的煙氣余熱通過預熱器進行前期預熱；還原爐的氣體流通是由設在還原爐之間的高溫風機進行驅(qū)動，由水冷高溫閥門實施控制；還原爐中經(jīng)過還原并冷卻至常溫的成品球團，是利用從煙道中回收的廢氣進行氣體置換；還原爐的裝卸料工序都是用橋式吊車結(jié)合反應罐專用吊裝架的方法完成。
2.一種實施權(quán)利要求1的還原爐，所述連環(huán)爐是由12～20個該還原爐串聯(lián)組成，它的主要結(jié)構(gòu)是由爐口封閉設置、爐體、爐堂、燃燒器構(gòu)成；其特征是還原爐封蓋的頂部設有配重塊(6)和配塊定位銷(7)，還原爐的爐口封閉裝置是由大小口式封蓋(1、2)、砂封(14、17)、水封(15、18)和填料封(15、19)構(gòu)成；爐口封閉裝置的開啟和關(guān)閉裝置是由裝在爐口封閉裝置下端的3-6個液壓起重器(11)和與其接觸的升降短軌(12)、軌道輪(13)、移位軌道(16)組成的升降設置，由卷揚機、鋼絲繩、滑輪組成的牽引設置構(gòu)成；已入爐的組合式反應罐位于爐堂(23)之內(nèi)、砂封層(28)的上端，反應罐的圈形底座(27)插入砂層之內(nèi)；還原爐的底部設有內(nèi)燃式陶瓷燃燒器(29)，內(nèi)燃式陶瓷燃燒器(29)的出口與組合式反應罐的儲氣室(26)貫通，構(gòu)成還原爐的半燃燒系統(tǒng)；用于裝爐、卸爐和運輸?shù)慕M合式反應罐專用吊裝架是由8根槽鋼(2、13)與鋼板圈(3)焊接成框架，吊裝架與組合反應罐的離合是由裝在槽鋼(2)內(nèi)的控制輪(1)通過鋼絲繩(7)和導繩輪(8)對掛鉤(6)的控制實現(xiàn)的，槽鋼(2)裝有內(nèi)滑動輪(5)，槽鋼(13)裝有外滑動輪(12)。
全文摘要
一種于海綿鐵生產(chǎn)的連環(huán)爐及生產(chǎn)方法，屬于冶金領域中生產(chǎn)海綿鐵的一種新的方法及裝置。本發(fā)明分為兩種實施方案，即“自造煤氣生產(chǎn)方法”和“余熱煤氣生產(chǎn)方法”。其中余熱煤氣生產(chǎn)方法是利用回轉(zhuǎn)窯、高爐所產(chǎn)生的低熱值高溫尾氣或其它來源的煤氣為基礎熱源，以摻入的高熱值氣體或液體為輔助熱源，進行海綿鐵生產(chǎn)，解決了上述工藝高溫尾氣回收問題，并采用回收自產(chǎn)余熱生產(chǎn)高溫空氣的方法取代了已有技術(shù)中以工業(yè)氧氣為氧化劑的方法，從而進一步降低了生產(chǎn)成本，并具有投資小，容易實施，生產(chǎn)效率高，入爐球團零損失，裝、排、運料簡捷、順暢和益于環(huán)境保護等諸多優(yōu)點。
文檔編號C21B13/00GK1584059SQ200410037180
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月6日
發(fā)明者王云龍 申請人:王云龍