專利名稱：一種海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鋼鐵冶金領域，具體地，本實用新型涉及一種海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置。
背景技術：
在鐵的固相還原冶煉技術中，反應裝置為在反應床中部設有一反應床體，反應床體的上部上設有一原料容器，氧化鐵及還原劑等添加劑是通過該容器盛裝的，其底部為無孔的耐火材料砌體7 (如圖幻，物料在被加熱或還原過程中，燒嘴1 (圖幻產生的熱煙氣或還原氣體對物料多以輻射傳熱為主，大部分的高溫煙氣直接通過燃燒腔體6 (圖幻排放至出口，導致了熱煙氣或還原氣體對物料熱量傳導不充分，熱效率較低；此外，在熱量的傳導過程中，由于導致物料只能依靠輻射和直接導熱進行傳導，對流傳導比例較低，決定了物料的鋪設厚度小，爐膛使用效率低，60%的熱量隨著熱煙氣排除爐體，有效熱能利用率低，導致燃料消耗較高，于是部分生產線使用換熱器對外排的煙氣進行換熱，以提高熱能利用率， 但由于煙氣中含有較高的灰塵和低沸點堿金屬化合物，導致換熱器的粘結，使得生產不能連續生產，即便能夠斷續生產，由于使用換熱器其理論的換熱效率也只有50%，仍有50% 的熱能浪費。因此增加煙氣或還原氣體對物料的對流熱量傳導比例，是提高傳熱效率，增加物料鋪設厚度，提高爐膛使用效率的直接有效的途徑。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供了一種海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置，該裝置包括一殼體以及設置在該殼體中部的反應床體3，所述的反應床體3采用孔狀耐火材料制成， 其孔徑大小為5 35mm，且小于反應物料的粒徑，所述的海綿鐵冶煉裝置中通入還原氣體和產生的熱煙氣通過孔狀耐火材料制成的反應床體3流動。所述熱煙氣或還原氣體的流動方向為穿過還原物料堆進入孔狀耐火材料的反應床體3，并從耐材氣體孔流出，或者先通過孔狀耐火材料再進入還原物料堆，從而改變了熱煙氣和還原氣體的流動方向，提高了傳熱效率。所述耐火材料為鋁質、硅質、鎂質的一種或多種的組合，其耐溫大于1300°C。所述反應床體3的孔狀耐火材料底部設煙氣或還原氣體的第一煙道4和第二煙道 5。根據本實用新型的海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置，所述孔狀耐火材料作為物料進行化學反應的反應床體，給熱煙氣與物料進行換熱提供了條件，并且孔狀耐材所耐溫度為常用耐火材料鋁質、硅質、鎂質或其三種的結合質，耐溫1300°C以上，并且孔狀設計及制作也是較為成熟的技術，在冶金行業中的應用如蜂窩磚、高爐熱風爐用格子磚等，但是通常這些孔狀的耐高溫材料用于蓄熱體中，其作用在于蓄熱和放熱，因此，發明人克服了這些孔狀的耐高溫材料僅用于蓄熱和放熱的技術偏見，打破常規思維，將其引入到氧化鐵還原制鐵的領域中，作為高溫狀態下的反應床體，利用其透氣功能，巧妙的解決了現有的熱傳導不充分，熱量利用低下的問題，并且取得了良好的效果，使得熱能的利用率達到了 85% 以上，改進后的物料層增加的厚度約為原物料層的4-8倍，即同樣投資的生產線，其生產率提高了 4-8倍，同時熱效率提高，單位產品成本降低，排放的熱煙氣帶走的熱能僅為原有裝置的25%左右，節省了 75%的燃料成本。在本實用新型中將原有的底部耐材砌體由孔狀耐材砌體取代，還原反應物料層增厚，同時在耐材底部設煙氣或還原氣體流動通道，這樣熱煙氣或還原氣體的流動方向為穿過還原物料堆向孔狀耐材砌體流動，或者由孔狀耐材砌體向還原物料堆流動。見圖1和圖2 所示流動方向。在轉底爐固相還原生產海綿鐵的生產線中，此項技術尤顯熱效率的提高技術優勢。本實用新型中轉底爐的爐底使用孔狀耐材砌體后，氣流的流動方向發生改變，穿過物料的同時，提高了傳熱效率，降低了能耗，加快了鐵礦化學還原反應的速度；同時穿過物料的氣體將化學反應產生的氣體、灰塵帶走，經除塵設施凈化后排放。通過采用本實用新型的孔狀反應床后，熱煙氣的流向發生改變，使得對流傳熱增加至70%以上，且熱煙氣在反應床之間的流動為循環二次利用，即從一處反應床換熱后出來的熱煙氣，進入另外一處反應床對冷料進行加熱，形成熱煙氣的二次換熱，大大提高了換熱效率，使得熱能的利用率達到了 85%以上。這樣在物料堆的厚度可以大大增加的同時，熱煙氣或還原氣體與物料堆間的對流換熱量大大增加，改變了原有工藝中對流換熱量少、傳熱效率低的不足。通過本實用新型的改進，該裝置具有以下的效果和優點1)物料層增加的厚度約為原物料層的4-8倍，即同樣投資的生產線，其生產率提高了 4-8倍。2)熱效率提高，單位產品成本降低，換熱效率提高后，排放的熱煙氣帶走的熱能僅為原有裝置的25%左右，節省了 75%的燃料成本。3)由于排放溫度低于堿金屬化合物沸點，克服了堿金屬粘結的問題，使生產維護維修率下降，連續性增大，生產效率提高，噸產品成本降低。
圖1為本實用新型中熱煙氣或還原氣體由還原物料堆向孔狀耐材砌體流動的正視圖；圖2為本實用新型中熱煙氣或還原氣體由孔狀耐材砌體向還原物料堆流動的正視圖；圖3為原有工藝中無孔耐材砌體物料著床正視圖。附圖標識1、燃氣燒嘴2、反應物料3、反應床體4、第一煙道5、第二煙道6、燃燒腔體及直排煙道7、無孔反應床體
具體實施方式
以下結合附圖和實例對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述[0022]如圖3所示為原有工藝中采用無孔反應床體7，其缺點為物料料層薄，物料與熱煙氣或還原氣體的換熱以熱輻射及物料固態導熱為主，大部分煙氣通過燃燒腔體及直排煙道 6排出，從而導致換熱效率較低。圖1及圖2中將原有的底部耐材砌體由孔狀耐材砌體取代，還原反應物料層增厚， 同時在耐材底部設煙氣或還原氣體流動通道，這樣熱煙氣或還原氣體的流動方向為穿過還原物料堆向孔狀耐材砌體流動，或者由孔狀耐材砌體向還原物料堆流動。見圖1和圖2所示流動方向。圖1中燃氣燒嘴1燃燒產生高溫熱煙氣，約1100-1400°C，由反應物料2穿過，通過對流主體傳導和少量輻射傳導將熱量傳遞給物料，物料受熱后發生固態下的鐵氧化物還原反應，生產金屬鐵。同時降溫后的熱煙氣通過反應床體3的孔，進入第一煙道4內，此時煙道內的熱煙氣溫度仍較高，通過第二煙道5進入需要加熱的盛有物料的反應床體，二次將熱量傳遞給物料，如圖2所示(此過程也可如圖中所示的氣流方向相反進行)。以此類推煙道內的煙氣也可第三次、第四次進入加熱反應床體的物料。這樣燒嘴燃燒產生的熱煙氣的熱量總可以進可能多的傳遞給低于其溫度的物料， 使得排放的煙氣溫度盡量低，排放的熱量也越低。物料的料層可以在原有基礎上提高4倍以上，即同樣投資的生產線，其生產率提高了 4-8倍。換熱效率提高后，排放的熱煙氣帶走的熱能僅為原有裝置的25%左右。及節省了 75%的燃料成本。同時，由于排放溫度低于堿金屬化合物沸點，克服了堿金屬粘結的問題，使生產維護維修率下降，連續性增大，生產效率提高，噸產品成本降低。在轉底爐固相還原生產海綿鐵的生產線中，此項技術尤顯熱效率的提高技術優勢。圖1及圖2中轉底爐的爐底使用孔狀耐材砌體后，氣流的流動方向發生改變，穿過物料的同時，提高了傳熱效率，降低了能耗，加快了鐵礦化學還原反應的速度。同時穿過物料的氣體將化學反應產生的氣體、灰塵帶走，經除塵設施凈化后排放。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置，該裝置包括一殼體以及設置在該殼體中部的反應床體(3)，其特征在于，所述的反應床體C3)采用孔狀耐火材料制成，其孔徑大小為 5 35mm，且小于反應物料的粒徑，所述的海綿鐵冶煉及固態下氧化鐵還原裝置中通入還原氣體和產生的熱煙氣通過孔狀耐火材料制成的反應床體( 流動。
2.根據權利要求1所述的海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置，其特征在于，所述耐火材料為鋁質、硅質、鎂質中的一種或多種組合，其耐溫大于1300°C。
3.根據權利要求1所述的海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置，其特征在于，所述反應床體(3)的孔狀耐火材料底部設煙氣或還原氣體流動的第一煙道(4)和第二煙道(5)。
專利摘要本實用新型涉及一種海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置。該裝置包括一殼體以及設置在該殼體中部的反應床體(3)，所述的反應床體(3)采用孔狀耐火材料制成，其孔徑大小為5～35mm，所述的海綿鐵冶煉及固相氧化鐵還原裝置中通入還原氣體和產生的熱煙氣通過孔狀耐火材料制成的反應床體(3)流動。通過改進，該裝置具有以下的效果和優點1)物料層增加的厚度約為原物料層的4-8倍，即同樣投資的生產線，其生產率提高了4-8倍。2)熱效率提高，單位產品成本降低。換熱效率提高后，排放的熱煙氣帶走的熱能僅為原有裝置的25％左右，節省了75％的燃料成本。3)由于排放溫度低于堿金屬化合物沸點，克服了堿金屬粘結的問題，噸產品成本降低。
文檔編號C21B13/00GK202090011SQ20112017144
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者趙紀波 申請人:北京偉華通達技術開發有限責任公司