一種熱態直接還原鐵爐外冷卻裝置及方法與流程
2024-04-04 01:53:05
本發明涉及煤基直接還原鐵生產技術領域，，尤其涉及一種熱態直接還原鐵爐外冷卻裝置及方法。
背景技術：
在煤基直立爐生產直接還原鐵工藝中，經爐內冷卻後，直立爐排出的直接還原鐵混合物(直接還原鐵、殘炭及灰分)溫度約為300～400℃。考慮到直接還原鐵具有很高的化學活性，在此溫度下，極易發生自燃甚至爆炸和火災，因此直接還原鐵必須冷卻到一定溫度後才能被安全的運輸和儲存。
目前直接還原鐵爐外冷卻方法主要採用直接水冷或間接水冷的方式進行冷卻，其中直接水冷雖然冷卻效率高，但是物料容易爆裂，而且鐵被水氧化生產四氧化三鐵的量比較多從而降低了鐵的金屬化率；間接水冷主要通過以下方式進行冷卻：在直立爐排料口下方設置水冷膜式壁或水冷套管對直接還原鐵混合物進行間接冷卻，但該種冷卻方式有以下不足：(1)水冷膜式壁或水冷套管佔據一定的空間高度，使得直立爐空間高度增加，從而增加了建設成本和難度；(2)在工程化條件下，由於需要在直立爐每門排料口下方都設置水冷膜式壁或水冷套管，這意味著整個工程會設置很多水冷膜式壁或水冷套管，冷卻裝置無法實現集中化。
傳統的水冷膜式壁或水冷套管整體呈圓形或方形，由內向外換熱。靠近冷卻壁的物料由於冷卻壁的阻力下移速度小於中心位置的物料下移速度，因此中心位置的物料在冷卻器中的停留時間小於靠近冷卻壁物料的停留時間。另外中心位置的物料與水冷膜式壁或水冷套管的傳熱效率要比靠近冷卻壁的物料小得多。基於以上兩點原因，傳統的水冷膜式壁或水冷套管裝置大型化後由於其中心位置的物料距離冷卻壁距離加大，冷卻效果不佳。
因此，目前的冷卻裝置無法實現集中化和大型化，無法滿足直接還原鐵生產規模不斷擴大的要求。
技術實現要素：
本發明提供了一種熱態直接還原鐵爐外冷卻裝置及方法，實現了直接還原鐵混合物爐外冷卻裝置的集中化和大型化，並可保證冷卻後排出的還原鐵混合物冷卻效果均勻一致，同時還具有儲存直接還原鐵的功能。
為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案實現：
一種熱態直接還原鐵爐外冷卻裝置，包括冷卻裝置；所述冷卻裝置由自上而下依次設置緩存室、分配室、冷卻室和排料室組成；緩存室的頂部設進料口；分配室中自內向外同軸地設有1個圓柱形筒體和3個錐形筒體，其中圓柱形筒體頂部封閉，圓柱形筒體的外側依次形成3個具有向下展開的喇叭口狀的環形物料通道；圓柱形筒體和錐形筒體的底部與冷卻室外殼及3個環形隔板的頂部一一對應連接，環形隔板將冷卻室沿徑向分隔為內層環形冷卻空間、中心環形冷卻空間和外層環形冷卻空間；冷卻室中沿周向均勻地設有多個冷卻壁，各環形隔板及各冷卻壁將冷卻室沿徑向及周向分隔為具有豎直物料下降通道的多個冷卻格室；排料室底部設排料口。
所述冷卻壁由依次間隔且循環設置的長冷卻壁、中冷卻壁和短冷卻壁組成，其中長冷卻壁通長地設置在內層環形冷卻空間至外層環形冷卻空間中，中冷卻壁通長地設置在中心環形冷卻空間至外層環形冷卻空間中，短冷卻壁通長地設置在外層環形冷卻空間中。
所述長冷卻壁、中冷卻壁及短冷卻壁的設置間隔距離為300～600mm。
所述緩存室的進料口通過耐熱鏈板輸送機連接直立爐的出料口。
所述緩存室內設有料位計，排料室內沿同一水平截面的中心及周向設有多個在線測溫裝置，料位計與在線測溫裝置分別連接控制系統。
所述在線測溫裝置下方的排料室內沿同一水平截面均勻設有多個擋料棒插口。
所述冷卻壁由多個耐磨無縫鋼管並列組成，相鄰耐磨無縫鋼管之間通過耐磨鋼板固定連接；耐磨無縫鋼管的底部通過冷卻水進水矩形管道連接冷卻裝置外的冷卻水進水圓形管道；耐磨無縫鋼管的頂部通過冷卻水出水矩形管道連接冷卻裝置外的冷卻水出水圓形管道。
基於所述裝置的一種熱態直接還原鐵爐外冷卻方法，包括如下步驟：
1)直立爐排出的熱態直接還原鐵混合物，經耐熱鏈板輸送機送至冷卻裝置上方，由進料口進入緩存室；
2)料位計將緩存室中的料位信息實時上傳給控制系統；控制系統中預設料位上限值和料位下限值，當緩存室中的料位高於料位上限值時,耐熱鏈板輸送機停止向緩存室內布料；當緩存室內的料位低於料位下限值時，排料室停止向外排料；並保證冷卻裝置中的分配室、冷卻室和排料室始終充滿物料；
3)分配室用於將緩存室中的物料均勻分配到冷卻室中；由圓柱形筒體和錐形筒體組成的3個環形物料通道將物料對應分配到冷卻室中由3個環形隔板分隔形成的3層冷卻空間中，並進一步沿各冷卻格室的豎直物料下降通道向下移動；
4)在各冷卻格室內，冷卻水從冷卻壁下方進入，從冷卻壁上方流出，通過各冷卻壁的間接冷卻作用，使物料達到能夠安全運輸及儲存的溫度；
5)排料室用於將冷卻後的物料均勻的排出冷卻裝置；排料室同一水平截面上設有多個在線測溫裝置，在線測溫裝置將所測得的物料溫度數據實時上傳給控制系統；在線測溫裝置下方沿同一水平截面設有多個擋料棒插口；如果某在線測溫裝置測得的物料溫度偏高，表明該測溫點附近的物料下降速度偏快，冷卻停留時間不足，則將該在線測溫裝置下方的擋料棒加密，使對應物料通道中的物料下降速度滯緩；反之，如果某在線測溫裝置測得的物料溫度偏低，表明該測溫點附近的物料下降速度偏慢，冷卻停留時間過長，則將該在線測溫裝置下方的擋料棒減少，使對應物料通道中的物料下降速度加快；從而使排料室排出的物料溫度趨於一致；排料室排料口設變頻調速的電動格式閥，將冷卻到設定溫度後的物料排出冷卻裝置。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
1)結構簡單合理，製造成本低，實現了直接還原鐵混合物冷卻裝置的集中化和大型化要求；
2)通過冷卻室分格冷卻，及排料室在線測溫與擋料棒的組合調整，保證了冷卻裝置排出的直接還原鐵混合物的冷卻效果均勻一致；
3)實現了熱態直接還原鐵的爐外冷卻與儲運一體化，節省了工程投資成本。
附圖說明
圖1是本發明所述冷卻裝置的主視圖。
圖2是圖1中的A-A剖視圖。
圖3是圖1中的B-B剖視圖。
圖4是圖1中的C-C剖視圖。
圖5是圖2中的D-D剖視圖。
圖6是圖2中的E-E剖視圖。
圖7是圖2中的F-F剖視圖。
圖8是圖5中的G-G剖視圖。
圖中：1.耐熱鏈板輸送機 2.緩存室 3.分配室 4.冷卻室 5.排料室 6.料位計7.1#錐形筒體 8.2#錐形筒體 9.3#錐形筒體 10.圓柱形筒體 11.分配室加強筋板12.冷卻室外殼 13.冷卻室加強筋板 14.1#環形隔板 15.2#環形隔板 16.3#環形隔板17.短冷卻壁 18.中冷卻壁 19.長冷卻壁 20.1#冷卻格室 21.2#冷卻格室 22.3#冷卻格室 23.耐磨無縫鋼管 24.耐磨鋼板 25.冷卻水進水圓形管道 26.冷卻水進水矩形管道 27.冷卻水出水矩形管道 28.冷卻水出水圓形管道 29.電動格式閥 30.在線測溫裝置 31.擋料棒
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：
本發明所述一種熱態直接還原鐵爐外冷卻裝置，包括冷卻裝置；所述冷卻裝置由自上而下依次設置緩存室2、分配室3、冷卻室4和排料室5組成；緩存室2的頂部設進料口；分配室3中自內向外同軸地設有1個圓柱形筒體10和3個錐形筒體7～9，其中圓柱形筒體10頂部封閉，圓柱形筒體10的外側依次形成3個具有向下展開的喇叭口狀的環形物料通道；圓柱形筒體10和錐形筒體7～9的底部與冷卻室4的外殼12及3個環形隔板14～16的頂部一一對應連接，環形隔板14～16將冷卻室4沿徑向分隔為內層環形冷卻空間、中心環形冷卻空間和外層環形冷卻空間；冷卻室4中沿周向均勻地設有多個冷卻壁17～19，各環形隔板14～16及各冷卻壁17～19將冷卻室4沿徑向及周向分隔為具有豎直物料下降通道的多個冷卻格室20～22；排料室5底部設排料口。
所述冷卻壁17～19由依次間隔且循環設置的長冷卻壁19、中冷卻壁18和短冷卻壁17組成，其中長冷卻壁19通長地設置在內層環形冷卻空間至外層環形冷卻空間中，中冷卻壁18通長地設置在中心環形冷卻空間至外層環形冷卻空間中，短冷卻壁17通長地設置在外層環形冷卻空間中。
所述長冷卻壁19、中冷卻壁18及短冷卻壁17的設置間隔距離為300～600mm。
所述緩存室2的進料口通過耐熱鏈板輸送機1連接直立爐的出料口。
所述緩存室2內設有料位計6，排料室5內同一水平截面的中心及周向設有多個在線測溫裝置30，料位計6與在線測溫裝置30分別連接控制系統。
所述在線測溫裝置30下方的排料室5內沿同一水平截面均勻設有多個擋料棒插口。
所述冷卻壁17～19由多個耐磨無縫鋼管23並列組成，相鄰耐磨無縫鋼管23之間通過耐磨鋼板24固定連接；耐磨無縫鋼管23的底部通過冷卻水進水矩形管道26連接冷卻裝置外的冷卻水進水圓形管道25；耐磨無縫鋼管23的頂部通過冷卻水出水矩形管道27連接冷卻裝置外的冷卻水出水圓形管道28。
基於所述裝置的一種熱態直接還原鐵爐外冷卻方法，包括如下步驟：
1)直立爐排出的熱態直接還原鐵混合物，經耐熱鏈板輸送機1送至冷卻裝置上方，由進料口進入緩存室2；
2)料位計6將緩存室2中的料位信息實時上傳給控制系統；控制系統中預設料位上限值和料位下限值，當緩存室2中的料位高於料位上限值時,耐熱鏈板輸送機1停止向緩存室2內布料；當緩存室2內的料位低於料位下限值時，排料室5停止向外排料；並保證冷卻裝置中的分配室3、冷卻室4和排料室5始終充滿物料；
3)分配室3用於將緩存室2中的物料均勻分配到冷卻室4中；由圓柱形筒體10和錐形筒體7～9組成的3個環形物料通道將物料對應分配到冷卻室4中由3個環形隔板14～16分隔形成的3層冷卻空間中，並進一步沿各冷卻格室20～22的豎直物料下降通道向下移動；
4)在各冷卻格室20～22內，冷卻水從冷卻壁17～19下方進入，從冷卻壁17～19上方流出，通過各冷卻壁17～19的間接冷卻作用，使物料達到能夠安全運輸及儲存的溫度；
5)排料室5用於將冷卻後的物料均勻的排出冷卻裝置；排料室5同一水平截面上設有多個在線測溫裝置30，在線測溫裝置30將所測得的物料溫度數據實時上傳給控制系統；在線測溫裝置30下方沿同一水平截面設有多個擋料棒插口；如果某在線測溫裝置30測得的物料溫度偏高，表明該測溫點附近的物料下降速度偏快，冷卻停留時間不足，則將該在線測溫裝置30下方的擋料棒31加密，使對應物料通道中的物料下降速度滯緩；反之，如果某在線測溫裝置30測得的物料溫度偏低，表明該測溫點附近的物料下降速度偏慢，冷卻停留時間過長，則將該在線測溫裝置30下方的擋料棒31減少，使對應物料通道中的物料下降速度加快；從而使排料室5排出的物料溫度趨於一致；排料室5排料口設變頻調速的電動格式閥29，將冷卻到設定溫度後的物料排出冷卻裝置。
以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規方法。
【實施例】
本實施例採用一種熱態直接還原鐵爐外冷卻裝置將直立爐排出的直接還原鐵混合物冷卻至能夠運輸及存貯的溫度(通常為100℃以下)，直立爐排出的直接還原鐵混合物經耐熱鏈板輸送機送至該冷卻裝置，整個運輸過程可實現全程密封，最大程度減少粉塵外逸。
冷卻裝置的緩存室2頂部布置有料位計6，料位計6將緩存室2的料位信息實時上傳給控制系統。控制系統中預先設定一個最高料位上限值和一個最低料位下限值，當所測料位高於料位上限值時,停止耐熱鏈板輸送機1向緩存室2內布料。當料位低於料位下限值時，電動格式閥29停止向外排料。而緩存室2料位即使處於最低料位時，也應該保證分配室3、冷卻室4和排料室5內充滿物料；
分配室3的主要作用是將緩存室2內的物料均勻分配給冷卻室4。見圖1，分配室由同心設置的1～3#錐形筒體7～9和圓柱形筒體10組成，其中外層的1#錐形筒體同時作為分配室的外殼。物料流經區域的筒體表面襯設耐磨襯板，圓柱形筒體10的頂部封閉。為了保證分配室3具有足夠的工作強度，1～3#錐形筒體7～9和圓柱形筒體10之間設加強筋板11連接固定。
冷卻室5的主要作用是用冷卻水間接冷卻流經冷卻室5的物料，使物料冷卻到能夠被安全運輸和儲存的溫度。如圖2所示，1～3#環形隔板14～16、冷卻室外殼12、1～3#冷卻壁17～19將冷卻室5分隔成多個獨立的冷卻格室，分為1～3#三種類型的冷卻格室20～22；冷卻格室20～22形成豎直的物料通道，兩側冷卻壁17、18、19的間距在300～600mm範圍之內，保證了冷卻格室20～22內中心位置物料的冷卻效果。由於1#冷卻格20的長度較大，為了保證其工作強度，在徑向的中間位置設環形的加強筋板13進行固定連接。見圖5～圖8，冷卻水進水管25～26從各冷卻壁的下方進入耐磨無縫鋼管23，冷卻水出水管27～28從冷卻壁的上方流出耐磨無縫鋼管23。
排料室6的主要作用是將冷卻室5冷卻的物料均勻的排出冷卻裝置。見圖3，在排料室6的同一水平截面上共布置了9個在線測溫裝置30，該水平截面的中心點處布置1個，其餘8個在中心點的外側等半徑均布，間隔角度為45°；在線測溫裝置30將所測得的溫度參數實時上傳給控制系統。見圖4，在線測溫裝置30下方的同一水平截面上沿同向均勻布置24個擋料棒插孔，通過調節擋料棒31的數量，使最終通過電動格式閥29排出的物料溫度趨於一致。
所述1～3#冷卻壁17～19由耐磨無縫鋼管23和耐磨鋼板24間隔焊接而成。
所述1～3#環形隔板及冷卻室外殼由同心的圓柱形耐磨鋼板組成。
如圖5、圖8所示，所述冷卻水進水管由冷卻水進水圓形管道25和冷卻水進水矩形管道26組成，冷卻水進水圓形管道25在進入冷卻裝置之前與冷卻水進水矩形管道26連接。冷卻水出水管由冷卻水出水矩形管道27組和冷卻水出水圓形管道28組成，冷卻水出水矩形管道27在出冷卻裝置之後與冷卻水出水圓形管道28連接。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。