[实用新型]煤基直接还原铁外热式竖炉

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种竖炉，特别是涉及一种煤基直接还原铁的外热式竖炉。

(二)背景技术

直接还原铁也称海绵铁。目前，国内外煤基直接还原铁的工业化大规模生产，主要采用回转窑法。回转窑长度都在60-80米，作业时窑体按一定转速旋转，铁矿粉球团或块矿与还原煤、脱硫剂(石灰石)，从窑尾加料端连续加入。随窑体转动，固体物料不断地翻滚，向窑头排料端移动。窑头排料端设置主燃料烧嘴和还原煤喷入装置，提供工艺过程所需要的热量和还原剂。沿窑身长度方向装有若干供风管(或燃料烧嘴)，向窑中供风燃烧煤释放的挥发份、还原反应产生的一氧化碳和煤中的碳，用以补充工艺所需大部分热量和调节窑内温度分布。物料移动过程中，被逆向高温气流加热，进行物料的干燥、预热、碳酸盐分解、铁氧化物还原以及溶碳渗碳反应，铁氧化物在保持外形不变的软化温度以下转变成直接还原铁。因此要求窑气中必须有足够的含氧量供煤粉和煤气燃烧用，从氧化还原角度而言，窑内必须处于一种还原气氛，特别是保持物料层内还原气氛，防止铁矿球团还原金属的再氧化。这样，窑内就存在着为保持煤粉充分燃烧的供氧和防止铁矿球团氧化而降低含氧量的矛盾。由于窑尾加料端废气温度尚有850℃左右，废气中的能量约占以煤的方式给入能量的40％，必须安装废气处理系统。窑内结圈是回转窑经常出现的问题。可以看出，回转窑法存在着设备庞大、投资大、工艺技术复杂，操作十分困难的问题和缺点。

(三)发明内容

本实用新型的目的，是提供一种煤基直接还原铁外热式竖炉，可有效控制炉内还原气氛，提高直接还原铁产品质量，克服了结炉故障，工艺容易控制，节约能源和降低生产成本。

采用的技术方案是：

煤基直接还原铁外热式竖炉，包括竖炉、冷却水圈和炉体支座。炉体支座包括承重钢梁和多个支柱。承重钢梁固定在竖直设置的多个支柱的上端，构成炉体支座。冷却水圈固定在承重钢梁上。竖炉由炉体支座支撑，且位于冷却水圈上方。

竖炉包括炉体和设置在炉体内的多个矩形竖式还原反应室。炉体由外壳体和依次砌设在外壳体内的纤维毡层、硅藻土砖层和粘土砖层构成。每个还原反应室的上端设有进料仓，还原反应室下端固设有冷却水套。每个还原反应室两侧有多层煤气燃烧火道，火道由高铝质异型外墙壁砖和内墙壁砖构成。在火道内安装多个煤气烧嘴和测温热电偶。在冷却水圈内设有高铝砖隔墙。还原反应室产生的还原反应气体可回收通入火道补充燃料和通入炉内作为还原气体。排出的物料经筛分磁选分离出直接还原铁和未反应的还原煤返回配料继续应用。炉体上部装设有烟囱，烟囱下部内装设空气换热器加热空气可节约能源。

工作原理：

1、以煤气为热源，采取外加热方式，即把煤气燃烧室与炉料还原反应室用墙壁砖隔离开，煤气燃烧热通过墙壁砖传给炉料，使炉料在隔离空气的环境中进行还原反应，可以确保还原气氛，炉气中含氧量小于3％，保证金属转化率。

2、采取竖炉进行铁矿球团直接还原。从上往下分预热段、还原段、冷却段。上部有上料仓，底部有水冷排料管。每个还原反应室两侧有火道，即煤气燃烧室，还原反应室截面尺寸350mm×1500mm，每个还原反应室是一个独立单元，整个竖炉由若干个还原反应室组成。在煤气燃烧室设若干煤气喷嘴来控制各段所需温度，保证还原反应段反应温度在950-1100℃。烘干的铁矿球团配入还原煤和脱硫剂(石灰石)，加入竖炉顶上的料仓中，经过预热段升温至800℃以上进入还原反应段，还原反应段的高度保证铁矿球团料停留6-8小时来保证所需还原度。冷却段底部有冷却水套使排出炉料低于40℃，保证已还原出的金属不再氧化。用小时排料速度来控制铁矿球团在还原反应室的停留时间，确保金属转化率大于92％。

3、要求原料条件：铁矿粉Fe66-69％、SiO2＜2.0％冶金性能好，软化温度＞1250℃。选用少增加杂质的粘合剂，采用摇盘造球机或对滚压球机均可。按FeO+C＝Fe+CO反应式理论配碳量的2倍计算还原煤配入量，还原煤(次烟煤、褐煤)的选择很重要，要求还原煤有高的反应性，即C+CO₂＝2CO反应速度快，煤的灰分软化点要大于1250℃。硫的主要来源是还原煤，要求还原煤含硫小于0.6％。按还原煤配入量的8-10％配入石灰石脱硫剂，可使产品含硫小于0.03％。在有固体碳存在下，铁的氧化物是由中间产物CO间接还原的，反应速度取决于CO₂再生为CO的速度。