一種製備熱壓含碳球團的裝置的製作方法

2023-05-16 08:25:36

專利名稱：一種製備熱壓含碳球團的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於冶金技術領域，特別是涉及一種製備熱壓含碳球團的裝置。
背景技術：
當前鋼鐵生產的主要問題是工藝流程長，能耗高，環境負荷大。在鋼鐵生產的整個體系中，煉鐵系統(包括燒結、煉焦、高爐)是最耗能的，而且對環境造成的影響也很大(主要是(X)2排放)。2002年煉鐵系統的能量消耗佔整個鋼鐵產業的69. 4%，CO2排放量佔整個體系的73. 4%。其中高爐生產這一環節，其能量消耗和(X)2排放量分別佔整個鋼鐵生產體系的 49. 0%和 53. 0%。隨著鋼鐵工業的不斷發展，原燃料條件逐漸劣化，優質富礦資源逐漸減少，高結晶水和高Al2O3鐵礦石的使用量相對增加，燒結和球團礦生產面臨更大的困難，大幅加重了高爐的負擔，導致冶煉指標下降。另外，世界範圍內優質煉焦煤資源日漸匱乏，價格昂貴。因此，為了促進鋼鐵產業的可持續發展，各國都致力於開發新技術，其中包括煉鐵原料生產技術以及鋼鐵冶煉工藝的優化。作為高還原性的煉鐵原料，含碳球團一直倍受重視，成為研究和應用的熱點。含碳球團作為一項新的煉鐵技術無論在高爐高效煉鐵，還是以煤代焦、短流程煉鐵技術中都備受關注。其原因主要有如下三點(1)省去焦化、燒結工藝，可降低能耗， 減輕環境負荷；(2)原料來源廣泛，是處理低品位礦石及其它含鐵粉塵(如電爐粉塵、高爐瓦斯泥等)的有效手段之一；另外，含碳球團可配入非煉焦用煤，節約了焦煤，是現代鋼鐵企業普遍追求的高爐降焦的最佳煉鐵原料；(3)還原速度快。含碳球團自身帶有還原劑，碳與鐵礦粉緊密接觸，擴大了鐵氧化物與碳的反應界面，使每個球團成為一個獨立的自還原體系，減少了氣體在固相中的擴散行程，為還原反應創造良好的動力學條件，不需要外界的強烈還原氣氛，只要加熱到適當溫度，就能自行快速還原，使還原速度的限制環節由傳統傳質的過程轉變為界面化學反應。含碳球團極高的還原性，是燒結礦和普通球團礦無法比擬的，也是其發展的潛力所在。傳統生產方法採用冷固結生產含碳球團，但由於強度差以及使用粘結劑等問題， 限制了其進一步的應用和發展。近年來國內外開始重點研究一種新型的煉鐵原料-熱壓含碳球團，它是具有一定熱塑性的煤與含鐵資源的熱壓產物。與冷固結球團及其他爐料相比， 熱壓含碳球團具有高溫強度高(實驗表明，在1000°c左右熱壓含碳球團的高溫抗壓強度在 450N/個以上，明顯優於冷固結含碳球團和常見的氧化焙燒球團)、還原性好、原料適應性強、無需外加粘結劑等優點，是應用於熔融還原乃至高爐煉鐵的新型優質原料。針對我國鋼鐵生產的實際和原燃料條件，熱壓含碳球團在我國鋼鐵產業發展過程中具有廣闊的應用前景。但是，對於熱壓含碳球團這種新型優質煉鐵爐料，目前國內外均未見工業化生產設備。因此，開發合理可行的熱壓含碳球團生產工藝流程及其工業化生產設備，促進熱壓含碳球團向高爐或熔融還原爐內的應用，對於鋼鐵工業減少能量消耗，降低環境負荷及減少(X)2的減排，實現鋼鐵工業可持續發展具有重要的現實意義。

發明內容
本發明就是針對現有技術存在的不足，提供一種製備熱壓含碳球團的裝置，該裝置投資費用低，能耗低，生產效率高。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案，一種製備熱壓含碳球團的裝置，包括鐵精粉加熱機、煤粉加熱機、熱風管道、熱煙氣除塵系統、鐵粉緩衝料鬥、煤粉緩衝料鬥、 鐵粉定量給料機、煤粉定量給料機、混合料倉、強力混合機、荒煤氣排除系統、高壓熱態壓塊機及熱燜罐，其中，鐵精粉加熱機與煤粉加熱機通過熱風管道串接在一起，鐵精粉加熱機的出口與鐵粉緩衝料鬥的入口相連接，煤粉加熱機的出口與煤粉緩衝料鬥的入口相連接；鐵粉緩衝料鬥的出口與煤粉緩衝料鬥的出口分別通過鐵粉定量給料機和煤粉定量給料機與混合料倉相連接；混合料倉的出口與強力混合機的入口相連接，強力混合機的出口通過管道與高壓熱態壓塊機的入口相連接；在強力混合機與高壓熱態壓塊機之間設置有荒煤氣排除系統，煤粉加熱機與熱煙氣除塵系統相連接；在高壓熱態壓塊機的出口的下方設置有熱悶罐。所述熱煙氣除塵系統的粗除塵設備的入口與煤粉加熱機相連接，粗除塵設備的出口與精除塵設備的入口相連接，精除塵設備的出口與引風系統相連接。本發明的有益效果(1)本發明為國內第一臺熱壓含碳球團生產設備，可進行熱壓含碳球團的工業化
生產；(2)本發明設計緊湊，集成了多種設備技術，投資費用低；(3)本發明屬於低能耗工藝設備，整個生產過程熱利用率高，餘熱得到充分利用， 而且由於熱壓溫度為500°C左右，遠低於燒結或氧化球團焙燒的溫度，能耗大幅降低；(4)本發明在混合原料熱壓成塊之前通過預壓，增大了顆粒間的接觸，最終使得球團成球效果提高，漏粉率降低，球團強度升高；(5)本發明生產效率高，自動化控制程度高，易於操作；(6)本發明屬於環保型工藝設備，充分考慮了煙氣的除塵、廢熱的回收以及粉塵的再利用。


圖1是本發明的製備熱壓含碳球團的裝置的結構示意圖；圖2是圖1中熱煙氣除塵系統的結構示意圖；圖3是圖1中高壓熱態壓塊機的結構示意圖；圖4是圖1中煤粉加熱機的結構示意圖；圖5是圖1中強力混合機的結構示意圖；圖6是圖3的左視圖；圖7是圖1中鐵精粉加熱機的結構示意圖；其中，1-鐵精粉加熱機，2-煤粉加熱機，3-熱風管道，4-熱煙氣除塵系統，5-鐵粉緩衝料鬥，6-煤粉緩衝料鬥，7-鐵粉定量給料機，8-煤粉定量給料機，9-混合料倉，10-強力混合機，11-荒煤氣排除系統，12-高壓熱態壓塊機，13-熱燜罐；14-粗除塵設備，15-精除塵設備，16-引風系統，17-預壓機，18-熱壓主機，19-冷卻系統，20-傳動系統，21-液壓站，22-煤粉加熱機的傳動裝置，23-強力混合機的傳動裝置，24-強力混合機的殼體，25-混合轉子，26-煤粉加熱機的殼體，27-轉子，28-礦粉給料倉，29-窯頭，30-筒體，31-窯尾， 32-燒嘴，33-測溫裝置，34-混合料倉的出口，35-鐵粉緩衝料鬥的出口，36-鐵精粉加熱機的出口，37-鐵粉緩衝料鬥的入口，38-煤粉加熱機的出口，39-煤粉緩衝料鬥的入口，40-煤粉緩衝料鬥的出口，41-強力混合機的入口，42-強力混合機的出口，43-高壓熱態壓塊機的入口，44-高壓熱態壓塊機的出口，45-粗除塵設備的入口，46-粗除塵設備的出口，47-精除塵設備的入口，48-精除塵設備的出口，49-預壓機的入口，50-熱壓主機的入口，51-預壓機的出口，52-礦粉給料倉的出口。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護範圍不僅限於下述的實施例。如圖1所示，一種製備熱壓含碳球團的裝置，包括鐵精粉加熱機1、煤粉加熱機2、 熱風管道3、熱煙氣除塵系統4、鐵粉緩衝料鬥5、煤粉緩衝料鬥6、鐵粉定量給料機7、煤粉定量給料機8、混合料倉9、強力混合機10、荒煤氣排除系統11、高壓熱態壓塊機12及熱燜罐13，其中，鐵精粉加熱機1與煤粉加熱機2通過熱風管道3串接在一起，鐵精粉加熱機1 的出口 36與鐵粉緩衝料鬥5的入口 37相連接，煤粉加熱機2的出口 38與煤粉緩衝料鬥6 的入口 39相連接；鐵粉緩衝料鬥5的出口 35與煤粉緩衝料鬥6的出口 40分別通過鐵粉定量給料機7和煤粉定量給料機8與混合料倉9相連接；混合料倉9的出口 34與強力混合機 10的入口 41相連接，強力混合機10的出口 42通過管道與高壓熱態壓塊機12的入口 43相連接；在強力混合機10與高壓熱態壓塊機12之間設置有荒煤氣排除系統11，所述荒煤氣排除系統11由荒煤氣排除管道組成，煤粉加熱機2與熱煙氣除塵系統4相連接；在高壓熱態壓塊機12的出口 44的下方設置有熱悶罐13，熱燜罐13作為整個生產裝置的附件而獨立存在。如圖2所示，所述熱煙氣除塵系統4包括粗除塵設備14、精除塵設備15及引風系統16，粗除塵設備14的入口 45與煤粉加熱機2相連接，粗除塵設備14的出口 46與精除塵設備15的入口 47相連接，精除塵設備15的出口 48與引風系統16相連接。如圖3所示，高壓熱態壓塊機12採用專利號為200720089679. 1的中國專利，用來實現對混合後的物料進行壓塊成型，採用對輥式結構，使用溫度不低於450°C，最高線比壓為lit/cm。由於為高溫熱壓操作，設備部件材料會發生熱膨脹，導致不能傳遞足夠的傳遞扭矩或無法正常運轉。為此，在熱壓主機18和預壓機17的旋轉軸外圍均設有通冷卻液的可旋轉的密封夾套冷卻系統19，熱壓主機18和預壓機17外圍的夾套分別與冷卻液管、回液管相連接，為使物料高壓成球，採用預壓螺旋將被成型物料強制壓入對輥，由於等速反向轉動使物料進行壓縮成型，單位壓力由小到大直到對輥中心線處，成型單位壓力達到最大值，隨著對輥繼續轉動，成型壓強不斷降低，進入脫球狀態；輥皮材質為紅硬性較高的合金鋼，對輥咬合緊密，保持較高的成球率(粉料< 10% )，對輥出料端還設有箅子篩分去除未能成球的粉料，壓輥名義直徑為400mm，壓輥寬度為106mm，最大線比壓為llt/cm，總壓力為100t， 主電機功率為11KW，預壓機電動機功率為3KW。液壓站21的液壓系統由油箱、油泵、濾油器、 溢流器、單向閥及蓄能器等組成，具有蓄能和安全溢流的作用，從而為壓輥提供一個穩定的壓力。如圖4所示，煤粉加熱機2由殼體沈、轉子27及傳動裝置22構成，其中，殼體沈為螺旋夾套結構，用來支撐轉子27 ；熱煙氣切向進入殼體沈的夾套內對煤粉進行間接加熱， 煤粉由轉子27推動前進和充分攪拌，從而均勻受熱。殼體沈長度為1500mm，轉子27上的葉片最大直徑為160mm，傳動裝置22的電機功率為0. 55KW，煤粉的流量通過調整轉子轉速而控制，煤粉的溫度採用混風調節和調整轉子轉速共同控制。此外，煤粉加熱機殼體沈外部用玻璃纖維棉包裹，並用白鐵皮造面，實現保溫目的，增強加熱效果。本實施例的煤粉加熱機2以鐵精粉加熱機1的尾氣為熱源完成對煤粉的加熱。鐵粉定量給料機7和煤粉定量給料機8用來調控鐵精粉和煤粉的流量，從而獲得二者之間理想的工藝配比要求，為後續混合設備作物料準備。鐵粉定量給料機7和煤粉定量給料機8可採用葉輪給料機或螺旋輸送機或其它適合粉體的定量給料設備。本實施例所採用的葉輪給料機的型號為DXV-2F，通過調整轉速控制物料流量及配比，葉輪最高轉速為 24r/min,電機功率為0. 55KW。如圖5所示，強力混合機10為臥式強力混合機，主要依靠混合轉子25對物料在軸向和徑向相反的作用力實現強對流混合，將加熱後的鐵精粉與煤粉混合，具備高的混合精度、混合時間短等要求，混合轉子25經過動、靜平衡，平衡等級為G6. 3，混合轉子25的主軸結構為一段固定，一段遊動，其遊動量足以滿足由於熱變形引起的主軸伸長，強力混合機10 的筒體直徑為300mm，進出料口長度為1200mm，傳動裝置23的電機型號為Y90S-4，電機功率為 1. 1KW。如圖7所示，鐵精粉加熱機1為迴轉式加熱機，其最高溫度不超過900°C，操作溫度為750°C，該設備包括礦粉給料倉觀、窯頭四、筒體30、窯尾31、測溫裝置33及燒嘴32。 其中，礦粉給料倉28的出口 52與窯頭四相連，窯頭四與窯尾31經筒體30相連，燒嘴32 及測溫裝置33安裝於窯尾31，窯尾31再與熱風管道3的入口相連，熱風管道3的出口與煤粉加熱機2的相連；礦粉給料倉觀主要實現定量連續給料，其出口處配置有平板閥，用於控制物料流量，鐵精粉由熱煙氣直接對流加熱。筒體30為分段式筒體，整體加工，可確保大齒輪、拖輪位置的同軸度，筒體30內徑為530mm。窯頭四、窯尾31的密封裝置採用接觸式密封，主要密封元件有玻璃絲布及彈性板，密封結構簡單可靠；鐵精粉加熱機1的電機功率為 1. 1KW，測溫裝置33固定在處於窯尾31的密封罩上，可直接接觸物料實時反映物料溫度。熱燜罐13用來對型塊進行熱處理，通過在密閉的環境裡靜置保溫，型塊的物理性質會發生變化，其抗壓強度等指標會得到提高。本發明所採用的熱燜罐13的尺寸為 Φ450 X 500mm，容積為0. 087m3，材料為16Mn，內襯為耐火材料。下面結合附圖具體描述本發明的一次使用過程將粒度< 0. 074mm佔70%的鐵精粉在鐵精粉加熱機1中加熱至600 800°C，煤粉中按質量百分比灰份< 9. 5 10%，揮發份觀 32%，硫份 75， S < 0. 5%，其餘為煤，其中煤粉粒度< 0. 074mm的佔80% ；煤粉由煤粉加熱機2間接加熱， 其熱源是獨立熱源或通過熱風管道導入的鐵精粉加熱機1的尾氣，煤粉加熱機2將煤粉加熱至150 250°C，鐵精粉和煤粉分別進入鐵粉緩衝料鬥5和煤粉緩衝料鬥6，並由鐵粉定量給料機7和煤粉定量給料機8按鐵粉和煤粉的重量比為1 3餵入混合料倉9，然後在強力混合機10中進行混合，混合後的物料溫度控制在450 550°C，然後在密閉的環境裡將混合料粉送入高壓熱態壓塊機12中進行壓塊成型，最高線比壓為llt/cm，成型後的物料存入預先加熱到550°C的熱悶罐13進行熱處理，最終得到的含碳球團作為後續煉鐵原料，其中煤粉加熱機2的熱煙氣通過熱煙氣除塵系統4進行除塵，強力混合機10及高壓熱態壓塊機 12與荒煤氣排除系統11相連接，荒煤氣排除系統11將荒煤氣燃燒並除塵後排入大氣。
權利要求
1.一種製備熱壓含碳球團的裝置，其特徵在於，包括鐵精粉加熱機、煤粉加熱機、熱風管道、熱煙氣除塵系統、鐵粉緩衝料鬥、煤粉緩衝料鬥、鐵粉定量給料機、煤粉定量給料機、 混合料倉、強力混合機、荒煤氣排除系統、高壓熱態壓塊機及熱燜罐，其中，鐵精粉加熱機與煤粉加熱機通過熱風管道串接在一起，鐵精粉加熱機的出口與鐵粉緩衝料鬥的入口相連接，煤粉加熱機的出口與煤粉緩衝料鬥的入口相連接；鐵粉緩衝料鬥的出口與煤粉緩衝料鬥的出口分別通過鐵粉定量給料機和煤粉定量給料機與混合料倉相連接；混合料倉的出口與強力混合機的入口相連接，強力混合機的出口通過管道與高壓熱態壓塊機的入口相連接；在強力混合機與高壓熱態壓塊機之間設置有荒煤氣排除系統，煤粉加熱機與熱煙氣除塵系統相連接；在高壓熱態壓塊機的出口的下方設置有熱悶罐。
2.根據權利要求1所述的一種製備熱壓含碳球團的裝置，其特徵在於所述熱煙氣除塵系統的粗除塵設備的入口與煤粉加熱機相連接，粗除塵設備的出口與精除塵設備的入口相連接，精除塵設備的出口與引風系統相連接。
全文摘要
一種製備熱壓含碳球團的裝置，屬於冶金技術領域。本發明包括鐵精粉加熱機，鐵精粉加熱機與煤粉加熱機通過熱風管道串接在一起，鐵精粉加熱機的出口與鐵粉緩衝料鬥的入口相連接，煤粉加熱機的出口與煤粉緩衝料鬥的入口相連接；鐵粉緩衝料鬥的出口與煤粉緩衝料鬥的出口分別通過鐵粉定量給料機和煤粉定量給料機與混合料倉相連接；混合料倉的出口與強力混合機的入口相連接，強力混合機的出口通過管道與高壓熱態壓塊機的入口相連接；在強力混合機與高壓熱態壓塊機之間設置有荒煤氣排除系統，煤粉加熱機與熱煙氣除塵系統相連接；在高壓熱態壓塊機的出口的下方設置有熱悶罐。
文檔編號C22B1/24GK102242258SQ20111016479
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月17日 優先權日2011年6月17日
發明者儲滿生, 趙慶傑, 雷愛軍 申請人:東北大學, 洛陽上益機械工程技術有限公司