一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐的製作方法

2023-10-04 02:48:14 3

本實用新型涉及鋼鐵行業及有色行業採用直接還原生產工藝方法和設備，屬於冶金領域，具體涉及一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐。

背景技術：

現今，煤基直接還原工藝有多種，其中，由於轉底爐還原工藝具有設備簡單、操作容易、生產周期短、反應速度快、環境友好等優點，所以轉底爐還原工藝已經引起了廣泛的關注。轉底爐煉鐵的基本原理是通過位於爐側壁的平焰燒嘴燃燒，火焰的高溫通過輻射傳給料層表面的球團，使含碳球團中的金屬氧化物在高溫下被還原，加熱能源多採用天然氣、裂化氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣和煤制氣等，能源來源十分廣泛。採用轉底爐設備直接還原鐵(DRI)工藝主要包括以下步驟：將鐵礦粉與還原劑煤粉混合均勻，壓製成含碳球團礦，烘乾；將乾燥的含碳球團均勻地鋪在轉底爐上，使含碳球團在轉底爐爐內的還原區域(溫度可達1100℃～1400℃)內被還原15min-30min，即可得到金屬化率為85％以上的金屬化球團。轉底爐設備用於生產DRI的優點在於，還原溫度高、時間短、爐料與爐底保持相對的靜止不動，從而避免了迴轉窯、流化床粘結、豎爐結瘤等問題。但目前採用轉底爐直接還原較成熟的工藝多為混料、制球、乾燥等原料預處理後再布入轉底爐，轉底爐還原前預處理工序複雜，具有生產工藝流程長，設備投資大，生產成本高，能耗高等缺陷，此外，現有轉底爐多採用燒嘴式加熱方式，但由於布料口在轉底爐的環形空間頂部與爐底存在一定的高度差，物料入爐初期爐內粉塵量較大，易導致布料口附近區域燒嘴堵塞從而影響生產順行。如中國專利號為CN102304600B的專利提供了一種用於直接還原生產方式的2~3段布料和出料的轉底爐，包括環形爐體和可轉動環形爐底，環形爐體由2~3段弧形爐膛構成，熱工控制系統包括煤氣燒嘴和二次風噴嘴，所述煤氣燒嘴和二次風噴嘴依次間隔、且對稱設置在的所述弧形爐牆上，原料造球後，將生球團通過布料機均勻布置在轉底爐爐底，最終得到金屬化球團。該實用新型熱工控制系統均採用燒嘴加熱方式，物料在運輸及布料初期易產生粉塵堵塞燒嘴，影響生產順行，且原料入爐前需造球烘乾，工藝複雜，設備投資高。因此如何設計一種工藝流程短、設備投資低、設備作業率高、能耗低的轉底爐成為本領域亟需解決的技術問題。

技術實現要素：

本實用新型針對現有技術的不足，提出了一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐。該轉底爐具有處理流程短、設備投資低、設備作業率高、能耗低、應用範圍廣泛等優點。

為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案為：

本實用新型提出了一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐。根據本實用新型的實施例，該轉底爐包括環形爐體、可轉動環形爐底、熱工系統和爐底支架及傳動系統；其中，所述環形爐體包括：環形爐膛、振動布料機和出料機，所述環形爐膛由環形爐牆、爐頂、預熱區和還原區間隔牆和出料端擋牆構成，形成依次相鄰的進料區、預熱區、還原區及出料區，其中，所述隔牆位於所述預熱區與所述還原區之間，所述出料端擋牆位於所述還原區與所述出料區之間，所述隔牆和所述擋牆均由所述轉底爐的頂壁向下延伸，並與所述可轉動環形爐底保持一定間隔；所述環形爐膛的兩端設有獨立的用於加料的振動布料機和用於出料的出料機，其中，所述振動布料機包括布料機主體、振動彈簧和振動電機；所述熱工系統包括：多個乾燥管和多個燒嘴，其中所述乾燥管設置在所述預熱區的位於所述可轉動環形爐底與爐頂之間的爐牆側壁上，用於對所述預熱區進行乾燥管方式加熱；所述燒嘴設置在所述還原區的爐牆側壁上，用於對所述還原區進行燒嘴方式加熱；所述爐底支架及傳動系統設置在所述預熱區和所述還原區的位於所述可轉動環形爐底下部的底座上。

發明人發現，根據本實用新型實施例的該轉底爐，爐內增設乾燥管預熱區並在預熱區和還原區間設置隔牆，與傳統轉底爐均採用爐牆側壁燒嘴加熱的方式相比，有效解決了物料入爐初期因粉料多導致燒嘴堵塞的問題；本實用新型採用溼塊料或溼球直接入轉底爐的流程處理原料，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗；本實用新型轉底爐採用蓄熱式燃燒技術，使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

根據本實用新型的實施例，所述預熱區加熱溫度為400℃-1000℃。

根據本實用新型的實施例，所述乾燥管加熱方式是電加熱、燃氣加熱、高溫煙氣餘熱的一種或幾種。

根據本實用新型的實施例，所述轉底爐的水平截面為圓環形，所述預熱區圓環夾角為30°-100°。

根據本實用新型的實施例，所述進料區、預熱區、還原區和出料區沿所述可轉動環形爐底的轉動方向依次排列。

根據本實用新型的實施例，所述乾燥管位於距所述可轉動環形爐底1/3間距處，所述間距為所述可轉動環形爐底和爐頂之間的距離。

根據本實用新型的實施例，所述預熱區爐牆上設有排煙口，爐內煙氣從所述排煙口排出，煙氣餘熱再回收，用於預熱燃氣助燃風和二次風。

根據本實用新型的實施例，在所述可轉動環形爐底下表面的與所述環形爐牆對應的外圓周處，設有用於爐底密封的爐底水封槽。

本實用新型至少具有以下有益效果：

1.與傳統轉底爐均採用爐牆側壁燒嘴加熱的方式相比，本實用新型的轉底爐內增設乾燥管預熱區並在預熱區和還原區間設置隔牆，有效解決了物料入爐初期因粉料多導致燒嘴堵塞的問題。

2.本實用新型可採用溼塊料或溼球直接入轉底爐的流程處理原料，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗。

3.本實用新型轉底爐可採用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

附圖說明

圖1 是本實用新型轉底爐的俯視示意圖。

圖2 是本實用新型轉底爐膛的斷面示意圖。

圖3 是本實用新型轉底爐的立面示意圖。

其中，進料區1，預熱區2，還原區3，出料區4，排煙口5，預熱區和還原區間隔牆6，出料端擋牆7，乾燥管8，燒嘴9，振動布料機10，振動彈簧11，振動電機12，出料機13，爐頂14，環形爐牆15，爐底水封槽16，物料層17，可轉動環形爐底18，爐底支架及傳動系統19，底座20。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

本實用新型提出了一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐。根據本實用新型的實施例，圖1 是本實用新型轉底爐的俯視示意圖，圖2 是本實用新型轉底爐膛的斷面示意圖，參照圖1和圖2所示，該轉底爐包括：環形爐體、可轉動環形爐底18、熱工系統和爐底支架及傳動系統19；其中，所述環形爐體包括：環形爐膛、振動布料機10和出料機13，所述環形爐膛由環形爐牆15、爐頂14、預熱區和還原區間隔牆6和出料端擋牆7構成，所述隔牆和所述擋牆均由所述轉底爐的頂壁向下延伸，並與所述可轉動環形爐底保持一定間隔；所述環形爐膛的兩端設有獨立的用於加料的振動布料機和用於出料的出料機，其中，所述振動布料機包括布料機主體、振動彈簧11和振動電機12；所述熱工系統包括：多個乾燥管8和多個燒嘴9，其中所述乾燥管設置在所述預熱區的位於所述可轉動環形爐底與爐頂之間的爐牆側壁上，用於對所述預熱區進行乾燥管方式加熱；所述燒嘴設置在所述還原區的爐牆側壁上，用於對所述還原區進行燒嘴方式加熱；所述爐底支架及傳動系統19設置在所述預熱區和所述還原區的位於所述可轉動環形爐底下部的底座20上。

發明人發現，根據本實用新型實施例的該轉底爐，爐內增設乾燥管預熱區並在預熱區和還原區間設置隔牆，與傳統轉底爐均採用爐牆側壁燒嘴加熱的方式相比，有效解決了物料入爐初期因粉料多導致燒嘴堵塞的問題；本實用新型採用溼塊料或溼球直接入轉底爐的流程處理原料，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗；本實用新型轉底爐採用蓄熱式燃燒技術，使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

根據本實用新型的實施例，所述轉底爐的水平截面的具體形狀不受限制，根據本實用新型的一些實施例，本實用新型優選為圓環形，所述預熱區圓環夾角優選為30°-100°，本實用新型轉底爐乾燥管預熱區圓環夾角不應小於30°，若圓環夾角小於30°，則物料在預熱區留存時間太短，會導致物料水分脫除不完全，剩餘水分在還原區脫除影響物料區還原性，降低有價金屬的還原率， 但當轉底爐預熱區圓環夾角過大將影響還原區物料的還原效果，所以控制預熱區圓環夾角不大於100°。

根據本實用新型的實施例，圖3 是本實用新型轉底爐的立面示意圖，參照圖3所示，所述環形爐膛中依次相鄰的進料區1、加熱溫度為400℃-1000℃的預熱區2、還原區3和出料區4沿所述可轉動環形爐底的轉動方向依次排列，其中，所述預熱區和還原區間隔牆位於所述預熱區與所述還原區之間，所述出料端擋牆位於所述還原區與所述出料區之間，根據本實用新型的實施例，在預熱區和還原區之間設置隔牆，可防止物料入爐初期產生的粉塵進入還原區影響生產順行，此外在出料端設置擋牆，將還原區構成半密閉結構，可有效保障整個還原區的還原氣氛，提高金屬還原效果。

根據本實用新型的實施例，本實用新型通過在轉底爐內增設乾燥管預熱區，該乾燥管設置於可轉動爐底與爐頂間距距爐底1/3處爐牆側壁，乾燥管設置距爐底物料太近將影響爐內對流加熱效果，距物料太遠輻射傳熱效果較差且接近爐頂熱損失較大；採用熱輻射方式預熱原料，與傳統轉底爐均採用爐牆側壁燒嘴加熱的方式相比，有效解決了物料入爐初期由於布料口在轉底爐的環形空間頂部與爐底存在一定的高度差，物料入爐初期爐內粉塵量較大易堵塞燒嘴的問題，乾燥管加熱溫度為400℃-1000℃，可對混合物料進行預熱，並有效脫除入爐物料中的表水及結晶水，在不影響產品指標的前提下可直接溼塊料或溼球入爐，減少了轉底爐爐前的壓球及球團烘乾工藝，縮短了工藝流程，降低了設備投資，具有處理流程短、設備投資低、設備作業率高、能耗低、應用範圍廣泛等優點。

工作時，物料通過轉底爐加料區1的振動布料機10將物料均勻的布置在轉底爐爐底形成物料層17，通過爐底支架及傳動系統19驅動爐底轉動，物料預爐底無相對運動，隨著爐底的轉動在爐膛內依次經過預熱區2、還原區3，通過爐內增設乾燥管預熱區，採用電加熱方式，加熱的溫度為400℃-1000℃，可有效脫除入爐物料中的表水及結晶水並減少物料中碳燒損；還原區採用內外側壁蓄熱式燒嘴加熱方式，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，提高物料還原效果，還原後生成的還原物料經過轉底爐出料區4的出料機13將物料排出轉底爐，爐內煙氣從排煙口5排出，煙氣餘熱再回收將轉底爐所需的燃氣助燃風和二次風進行預熱，預熱後的燃氣助燃風和二次風通過管道連接到轉底爐的加熱裝置。

根據本實用新型的實施例，所述預熱區爐牆上設有排煙口5，爐內煙氣從所述排煙口排出，煙氣餘熱再回收，用於預熱燃氣助燃風和二次風。

根據本實用新型的實施例，所述預熱區和還原區間隔牆的具體材質不受限制，只要能夠起到分隔的作用即可，可以為耐火磚或耐火打結料等，根據本實用新型的一些實施例，本實用新型優選為耐火磚。

根據本實用新型的實施例，所述出料端擋牆的具體材質不受限制，只要能夠起到阻擋的作用即可，可以為耐火磚或耐火打結料等，根據本實用新型的一些實施例，本實用新型優選為耐火磚。

根據本實用新型的實施例，所述乾燥管位於距所述可轉動環形爐底1/3間距處，所述間距為所述可轉動環形爐底和爐頂之間的距離，所述乾燥管和燒嘴的具體個數和形狀不受限制，只要能起到乾燥加熱的作用即可，其中，所述乾燥管的形狀可以為P形，W形或者U型，根據本實用新型的一些實施例，本實用新型乾燥管優選為U型，所述乾燥管的具體加熱方式不受限制，根據本實用新型的一些實施例，本實用新型優選為電加熱、燃氣加熱、高溫煙氣餘熱的一種或幾種。

根據本實用新型的實施例，所述振動電機的具體型號不受限制，只要能起到振動物料且將其振動至爐內的作用即可。

根據本實用新型的實施例，所述爐底支架及傳動系統的具體組成構件不受限制，只要能夠起到支撐和傳動的作用即可，本實用新型所述爐底支架及傳動系統的套數優選為2-4套，分別設置在所述可轉動環形爐底下部的底座上。

根據本實用新型的實施例，所述可轉動環形爐底的底座的具體種類不受限制，只要能夠起到支撐的作用即可，根據本實用新型的一些實施例，本實用新型優選的底座是由兩根平行的圓柱行金屬體通過焊接在所述可轉動環形爐底的下部所形成。

根據本實用新型的實施例，在所述可轉動環形爐底下表面的與所述環形爐牆對應的外圓周處，設有用於爐底密封的爐底水封槽16。

實施例1：如圖1、圖2和圖3所示，一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐，該轉底爐的直徑為40m-60m；工作時，物料通過轉底爐進料區1的振動布料機10將物料均勻的布置在轉底爐爐底形成物料層17，通過爐底支架及傳動系統19驅動爐底轉動，物料與爐底無相對運動，隨著爐底的轉動在爐膛內依次經過預熱區2、還原區3，通過爐內增設乾燥管預熱區，預熱區圓環夾角為30°，採用電加熱方式，加熱的溫度為800℃-1000℃可有效脫除入爐物料中的表水及結晶水並減少物料中碳燒損；還原區採用內外側壁蓄熱式燒嘴加熱方式，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，提高物料還原效果，還原後生成的還原物料經過轉底爐出料區4的出料機13將物料排出轉底爐，爐內煙氣從排煙口5排出，煙氣餘熱再回收將轉底爐所需的燃氣助燃風和二次風進行預熱，預熱後的燃氣助燃風和二次風通過管道連接到轉底爐的加熱裝置。

實施例2：如圖1、圖2和圖3所示，一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐，該轉底爐的直徑為40m-60m；工作時，物料通過轉底爐進料區1的振動布料機10將物料均勻的布置在轉底爐爐底形成物料層17，通過爐底支架及傳動系統19驅動爐底轉動，物料與爐底無相對運動，隨著爐底的轉動在爐膛內依次經過預熱區2、還原區3，通過爐內增設乾燥管預熱區，預熱區圓環夾角為60°，採用電加熱方式，加熱的溫度為600℃-1000℃可有效脫除入爐物料中的表水及結晶水並減少物料中碳燒損；還原區採用內外側壁蓄熱式燒嘴加熱方式，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，提高物料還原效果，還原後生成的還原物料經過轉底爐出料區4的出料機13將物料排出轉底爐，爐內煙氣從排煙口5排出，煙氣餘熱再回收將轉底爐所需的燃氣助燃風和二次風進行預熱，預熱後的燃氣助燃風和二次風通過管道連接到轉底爐的加熱裝置。

實施例3：如圖1、圖2和圖3所示，一種用於直接還原生產方式的單層加熱及熱回收式轉底爐，該轉底爐的直徑為40m-60m；工作時，物料通過轉底爐進料區1的振動布料機10將物料均勻的布置在轉底爐爐底形成物料層17，通過爐底支架及傳動系統19驅動爐底轉動，物料與爐底無相對運動，隨著爐底的轉動在爐膛內依次經過預熱區2、還原區3，通過爐內增設乾燥管預熱區，預熱區圓環夾角為100°，採用燃氣燃燒加熱方式，加熱的溫度為400℃-1000℃可有效脫除入爐物料中的表水及結晶水並減少物料中碳燒損；還原區採用內外側壁蓄熱式燒嘴加熱方式，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，提高物料還原效果，還原後生成的還原物料經過轉底爐出料區4的出料機13將物料排出轉底爐，爐內煙氣從排煙口5排出，煙氣餘熱再回收將轉底爐所需的燃氣助燃風和二次風進行預熱，預熱後的燃氣助燃風和二次風通過管道連接到轉底爐的加熱裝置。

發明人發現，根據本實用新型實施例的該轉底爐，爐內增設乾燥管預熱區並在預熱區和還原區間設置隔牆，與傳統轉底爐均採用爐牆側壁燒嘴加熱的方式相比，有效解決了物料入爐初期因粉料多導致燒嘴堵塞的問題；本實用新型採用溼塊料或溼球直接入轉底爐的流程處理原料，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗；本實用新型轉底爐採用蓄熱式燃燒技術，使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」 可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、 或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。

儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對於本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處。