本實用新型涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本實用新型涉及由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐。
背景技術(shù)：
氣基豎爐制備海綿鐵采用氧化球團或焙燒球團為原料，往往需要將冷固結(jié)球團經(jīng)過干燥、焙燒和冷卻后方能進入氣基豎爐內(nèi)。生球干燥過程在鏈篦機中進行，焙燒往往在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行，冷卻在環(huán)冷機上進行。氣基豎爐制備海綿鐵所采用的原料為室溫或低溫下的氧化球團，這涉及到冷固結(jié)球團的干燥、焙燒和冷卻過程，流程長，設(shè)備復雜，造成了大量的能量耗散。
近年來，有專利報道采用冷固結(jié)球團直接進入氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵，可極大的縮短工藝流程，降低能量耗散。然而，由于冷固結(jié)球團自身存在強度低、易粉碎而影響氣基豎爐料層透氣性的不足，且采用冷固結(jié)球團在氣基豎爐內(nèi)生產(chǎn)海綿鐵的工業(yè)化實踐鮮有報道，因此采用冷固結(jié)球團在氣基豎爐制備海綿鐵仍需要更多的實踐和探索。
氣基豎爐內(nèi)不同溫度帶和位置的冷固結(jié)球團所能承受的抗壓強度是不同的。已有氣基豎爐為立式爐，爐內(nèi)球團承受自身上部及周圍球團帶來的壓力和摩擦力，且豎爐越高，爐內(nèi)球團所承受的來自垂直距離上的壓力和摩擦力越大。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述氣基豎爐制備海綿鐵存在的問題，本實用新型提出一種采用冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。利用本實用新型的氣基豎爐和方法既大大簡化了工藝流程，同時節(jié)約了綜合能耗，提高了海綿鐵的生產(chǎn)效率。
根據(jù)本實用新型的一方面，本實用新型提供一種冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐，該氣基豎爐包括：
上料倉，其位于氣基豎爐的最上部并具有空腔，上料倉包括位于其頂部的冷固結(jié)球團入口以及爐頂氣出口，其中上料倉的底壁為上凸的錐形，上料倉的底壁邊緣與側(cè)壁之間設(shè)有多個中間料罐入料口；
多個中空的中間料罐，每個中間料罐通過中間料罐入料口與上料倉連通，中間料罐的底壁為斜面，斜面沿朝向氣基豎爐豎直中心線的方向逐漸降低；
還原倉，其頂壁與每個中間料罐的側(cè)壁連接，還原倉具有空腔并且頂壁為上凸的錐形，還原倉的頂壁與其側(cè)壁之間設(shè)有多個還原倉入料口，還原倉入料口連通中間料罐和還原倉，還原倉還包括一次還原氣入口、二次還原氣入口以及二次還原氣出口，其中，二次還原氣入口和二次還原氣出口連通并且二者之間設(shè)有循環(huán)加壓風機；以及
海綿鐵出口，其位于還原倉底端。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，其中爐頂氣出口位于上料倉側(cè)壁的上部，一次還原氣入口位于還原倉的側(cè)壁的下部，二次還原氣入口位于還原倉的側(cè)壁的下部并且比一次還原氣入口的高度更低，二次還原氣出口位于還原倉頂壁的中部。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，中間料罐的數(shù)量不小于2個。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，上料倉的底壁所形成的錐形的頂角角度為120°～170°。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，中間料罐的底壁形成的斜面與水平面的夾角為5°～30°。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，還原倉頂壁形成的錐形的頂角角度不大于180°。
根據(jù)本實用新型的另一方面，本實用新型還提供一種采用氣基豎爐制備海綿鐵的方法，該方法包括下列步驟：
1)制備冷固結(jié)球團并將冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口加入到氣基豎爐的上料倉內(nèi)；
2)在上料倉內(nèi)利用自下而上的第一氣體對步驟1)中加入的冷固結(jié)球團進行干燥；
3)將步驟2)中干燥后的冷固結(jié)球團經(jīng)中間料罐入料口輸送到中間料罐中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐中對冷固結(jié)球團進行預熱，得到預熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體；
4)將步驟3)中預熱后的冷固結(jié)球團經(jīng)還原倉入料口輸送到還原倉中，冷固結(jié)球團與經(jīng)一次還原氣入口通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體；
5)使步驟4)中得到的海綿鐵經(jīng)還原倉底端的海綿鐵出口排出。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟4)還包括使生成的海綿鐵繼續(xù)下落并在一次還原氣入口和二次還原氣入口之間與二次還原氣發(fā)生進一步的還原反應。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟1)中所制備的冷固結(jié)球團的水分含量不大于10％，并且制備冷固結(jié)球團的方式包括圓盤造球、對輥壓球或壓制成球方式中的一種或幾種。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟4)中一次還原氣的溫度為850℃～950℃。
本實用新型的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法將冷固結(jié)球團的干燥、預熱和還原過程集中于氣基豎爐上料倉、中間料罐和還原倉內(nèi)完成，大大簡化了工藝流程，節(jié)省了氧化球團或焙燒球團制備過程所需設(shè)備。并且上料倉、中間料罐和還原倉三個裝置彼此相對獨立，減少了下部冷固結(jié)球團所承受的來自垂直距離上的壓力和來自周圍球團的摩擦力，降低了球團粉化率，還節(jié)約了綜合能耗，提高了海綿鐵的金屬化率和生產(chǎn)效率。
附圖說明
圖1是本實用新型的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐的示意圖；以及
圖2是本實用新型的采用氣基豎爐由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法的流程示意圖。
具體實施方式
應當理解，在示例性實施例中所示的本實用新型的實施例僅是說明性的。雖然在本實用新型中僅對少數(shù)實施例進行了詳細描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易領(lǐng)會在未實質(zhì)脫離本實用新型主題的教導情況下，多種修改是可行的。相應地，所有這樣的修改都應當被包括在本實用新型的范圍內(nèi)。在不脫離本實用新型的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設(shè)計、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。
下面參照圖1描述本實用新型實施例的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的氣基豎爐。該氣基豎爐總體包括上料倉100、多個中空的中間料罐200以及還原倉300。
上料倉100位于氣基豎爐的最上部并具有空腔，上料倉100包括位于其頂部的冷固結(jié)球團入口110以及爐頂氣出口130，其中上料倉100的底壁為上凸的錐形，上料倉100的底壁邊緣與其側(cè)壁之間設(shè)有多個中間料罐入料口120。上料倉100的底壁所形成的錐形的頂角角度為120°～170°，由此有助于落到上料倉100底壁上的冷固結(jié)球團向邊緣的中間料罐入料口120移動。
多個中空的中間料罐200在豎直方向上總體位于氣基豎爐的中部。每個中間料罐通200過中間料罐入料口120與上料倉100連通，中間料罐200的底壁為斜面，該斜面沿朝向氣基豎爐豎直中心線的方向逐漸降低，該斜面與水平面的夾角為5°～30°，優(yōu)選為15°～25°，由此有助于落到中間料罐200底壁的冷固結(jié)球團朝向還原倉入料口(下文詳細說明)移動。
還原倉300的頂壁與每個中間料罐位于氣基豎爐內(nèi)部的側(cè)壁連接，還原倉300具有空腔并且頂壁為上凸的錐形，該錐形的頂角角度不大于180°，由此更好地引導還原倉300內(nèi)的氣體經(jīng)二次還原氣出口進入循環(huán)回路。還原倉300的頂壁與其側(cè)壁之間設(shè)有多個還原倉入料口310，還原倉入料口310連通中間料罐200和還原倉300，還原倉300還包括一次還原氣入口320、二次還原氣入口330以及二次還原氣出口340。其中，二次還原氣入口330和二次還原氣出口340連通并且二者之間設(shè)有循環(huán)加壓風機350。在還原倉300的底端設(shè)有海綿鐵出口360。
根據(jù)本實用新型的具體實施例，中間料罐200的數(shù)量不小于2個。
利用本實用新型的氣基豎爐制備海綿鐵時，首先將冷固結(jié)球團通過冷固結(jié)球團入口110添加到上料倉100內(nèi)。由于氣基豎爐的上料倉100與其下方的多個中間料罐200連通，因此，中間料罐200內(nèi)溫度較高的氣體會向上流動至上料倉100內(nèi)。自下而上的氣體與加入到上料倉100內(nèi)的冷固結(jié)球團接觸并且對其進行干燥。由于上料倉100的底壁為上凸的錐形，因此，落到底壁上的冷固結(jié)球團會向上料倉底壁邊緣運動，進而經(jīng)過中間料罐入料口120進入到中間料罐200。在中間料罐200中，來自還原倉300的氣體與下落的冷固結(jié)球團接觸并對其進行預熱。預熱后的冷固結(jié)球團沿中間料罐200的斜面狀底壁下滑至還原倉入料口310，并且經(jīng)還原倉入料口310進入還原倉300。在還原倉300中，預熱后的冷固結(jié)球團與一次還原氣以及二次還原氣接觸并發(fā)生還原反應，得到海綿鐵，海綿鐵最終經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口360排出。其中，二次還原氣是前一次還原反應之后還原倉300內(nèi)的部分氣體從二次還原氣出口340排出并且經(jīng)過循環(huán)加壓風機350加壓后得到的氣體。之后將二次還原氣通過二次還原氣入口330通入還原倉300的底部。
圖2示出了采用本實用新型的氣基豎爐由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法的流程示意圖。結(jié)合圖1并且參照圖2來說明采用本實用新型的由冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法。
在步驟S100中，制備冷固結(jié)球團并將冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入到氣基豎爐的上料倉100內(nèi)，所制備的冷固結(jié)球團的水分質(zhì)量含量不大于10％，并且可以利用圓盤造球、對輥壓球或壓制成球方式中的一種或幾種來制備冷固結(jié)球團。
在步驟S200中，在上料倉100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對步驟S100中加入的冷固結(jié)球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為100℃～300℃。
在步驟S300中，將步驟S200中干燥后的冷固結(jié)球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結(jié)球團進行預熱，得到預熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體，在中間料罐200中的第二氣體的溫度約為300℃～700℃。
在步驟S400中，將步驟S300中預熱后的冷固結(jié)球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結(jié)球團與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H2和CO的總體積的百分比不小于80％，其溫度約為850℃～950℃。還原后海綿鐵溫度為300℃～600℃。
在步驟S500中，使步驟S400中得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口360排出。
根據(jù)本實用新型的具體實施例，當?shù)诙怏w的溫度大于500℃時，部分第二氣體經(jīng)循環(huán)加壓風機350加壓后進入還原倉300底部，并且在一次還原氣入口320和二次還原氣入口330之間的還原段對還原后的海綿鐵進行深度還原。深度還原后的海綿鐵的溫度約為300℃～500℃。進行循環(huán)的還原氣的體積占第二氣體的比例不小于30％。將還原氣進行循環(huán)既可以實現(xiàn)還原氣的重復利用，降低爐頂氣中有毒氣體的含量，同時也可以進一步對海綿鐵進行深度還原，提高生成海綿鐵的金屬化率。
下面進一步結(jié)合具體實施例來說明本實用新型的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的方法。
實施例一
將水分含量10％的冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入氣基豎爐上料倉100內(nèi)。在上料倉100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對加入的冷固結(jié)球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為100℃。干燥后的冷固結(jié)球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結(jié)球團進行預熱，該第二氣體的溫度約為300℃，得到預熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體。將預熱后的冷固結(jié)球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結(jié)球團與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H2和CO的總體積的百分比為80％，其溫度約為850℃，還原后海綿鐵溫度為300℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口360排出。
采用本實用新型的上述技術(shù)方案得到的海綿鐵的金屬化率為83.2％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為82.4％。
實施例二
將水分含量9％的冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入氣基豎爐上料倉100內(nèi)。在上料倉100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對加入的冷固結(jié)球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為200℃。干燥后的冷固結(jié)球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結(jié)球團進行預熱，該第二氣體的溫度約為400℃，得到預熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體。將預熱后的冷固結(jié)球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結(jié)球團與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H2和CO的總體積的百分比為85％，其溫度約為900℃，還原后海綿鐵溫度為400℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口360排出。
采用本實用新型的上述技術(shù)方案得到的海綿鐵的金屬化率為85.9％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為84.1％。
實施例三
將水分含量8％的冷固結(jié)球團由冷固結(jié)球團入口110加入氣基豎爐上料倉100內(nèi)。在上料倉100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對加入的冷固結(jié)球團進行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為300℃。干燥后的冷固結(jié)球團經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對冷固結(jié)球團進行預熱，該第二氣體的溫度約為700℃，得到預熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體。將預熱后的冷固結(jié)球團經(jīng)還原倉入料口310輸送到還原倉300中，冷固結(jié)球團與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H2和CO的總體積的百分比為88％，其溫度約為950℃。使第二氣體容積的30％的氣體經(jīng)還原倉300頂壁的二次還原氣出口340排出，之后通過循環(huán)加壓風機350加壓，經(jīng)二次還原氣入口330進入還原倉300的底部。下落的海綿鐵在一次還原氣入口320和二次還原氣入口330之間與二次還原氣發(fā)生進一步的還原反應，進行深度還原。深度還原后的海綿鐵的溫度約為500℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口360排出。
采用本實用新型的上述技術(shù)方案得到的海綿鐵的金屬化率為89.5％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為87.3％。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；如果不脫離本實用新型的精神和范圍，對本實用新型進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍當中。