[发明专利]用于铁矿粉直接还原的隧道窑

说明书

技术领域

本发明涉及一种冶金设备，尤其是一种用于铁矿粉直接还原的隧道窑。 

背景技术

钢铁工业是将铁矿粉经过烧结再送至高炉熔炼成铁水，继而成为下道工序的具有高热能的主原料，长期的工业生产实践形成了规模化成熟的传统工艺。随着技术研究和进步，这种传统工艺由于其高能耗、高投资、高污染和高运行成本，而受到直接还原铁工艺技术的挑战。目前直接还原铁研究和生产主要是以气基还原和煤基还原为主，相对于传统工艺，将铁矿粉中的氧化铁还原成金属铁产品，一套直接还原铁设备功能可取代传统工艺的烧结、焦化、高炉的功能。但是，就直接还原铁研究和生产的现状而言：①铁矿粉作为主原料因试验、生产的工艺或还原产品的用途不同，在物料准备阶段就存在不同程度的差异，不仅包括煤基、粒度、脱硫剂、催化剂等组分配伍不同，而且有的将铁矿粉直接装入容器、有的则挤压或压制成球团和其它形状。组分配伍的不同，直接决定还原反应所需要的温度和在该温度下的反应速度；铁矿粉直接装入容器进行还原，虽然省却了铁矿粉成型过程，但在试验中尽管将组分配伍进行若干调整，结果发现热传导是铁还原反应实现的条件和反应速度的限制性因素；球团或其它形状的铁还原反应，在试验和实践中往往因组分配伍、密实程度和供热方式不匹配或因其一因素不合适，在形状的表面形成“蛋壳”效应，其机理是物料被直接加热，其表面受热速度远大于物料内部热传导速度，结果表面物料已呈熔融状而内部还没有达到反应所需的温度，“蛋壳”就产生了，既影响反应速度又影响还原率；②在铁矿粉直接还原工艺的研究与应用方面，归纳起来有两大主流：一是与电炉冶炼特种钢而形成的电炉短流程；二是随着粉末冶金相关技术的研究成果不断涌现，促进了粉末冶金行业的大力发展，铁矿粉直接还原海绵铁粉作为粉末冶金的主原料。就还原设备而言，煤基还原的炉窑有隧道窑、回转窑、转底炉等，这些炉窑单机生产能力不高，只适合中小规模的生产；用于气基直接还原的竖炉，虽然可以进行规模化生产，但是对天然气的依赖性较强，在没有天然气的情况下，必须用煤粉通过“煤制气炉”生产煤气，同时要求被还原的物料必须是氧化球团，如上所述的弊端也会出现。③铁矿粉直接还原的研究和应用需要进一步地拓展，其关键环节是：更合理的进行适合工艺装备的物料配伍，增大反应界面，提高热传导速度，进而整体提高还原反应速度；优化并创造性地设计炉窑装备，尽可能兼备其它炉窑装备的特优点，供热状况、过程温度、炉窑的还原气氛、余热利用、物料装入、产品产出和冷却等实现自动化监测及控制；最终实现整体工艺装备产能规模化、产品高品质、运行低成本低能耗、过程控制规范。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种避免“蛋壳”效应的用于铁矿粉直接还原的隧道窑。 

本发明还提供了一种用于铁矿粉直接还原的隧道窑，包括窑体、穿过窑体的轨道、设置在轨道上的台车和布设在窑体上的燃烧系统，还包括导热材料板，所述导热材料板设置在窑体内，并将台车台面与窑体窑顶之间的炉膛分隔成上下两层，其中上层为布设燃烧系统的燃烧室，下层为反应室。窑体的形状为直线形或曲线形，相应的轨道也为直线形或曲线形。导热材料板沿炉膛轴线密封布设，导热材料采用耐高温的导热材料，具体的材料应根据实际的情况而定，以达到节能和成本之间的平衡。 

进一步的是，所述导热材料板为碳化硅板，所述碳化硅板为拱顶朝向窑顶的拱形结构。碳化硅的热导率是钢铁材料的3倍，且具有强的热震抗力，这样在反应室的物料能够得到足够的热能；拱形结构的碳化硅板既可以增加反应室的空间，又能增加碳化硅版的导热面积。 

进一步的是，所述窑体沿轴线设置成圆弧形，所述轨道为圆环形，所述窑体圆周方向上的两端分别为进料端和出料端。窑体整体外形为圆弧形，台车沿着圆环形的轨道圆周运动，从而在圆弧形的窑体中穿梭。 

进一步的是，所述燃烧系统包括设置在燃烧室顶部的顶烧嘴和设置在燃烧室外侧壁的侧烧嘴。顶烧嘴是一种平火焰烧嘴，该烧嘴空气箱带内隔热，能适，喇叭形扩散口与气流离心力的作用下使气流紧贴炉壁内缘向四周均匀扩散，而在烧嘴轴向中心形成回流区，当回流的介质回流到快接近旋转气流出口处时，被气流卷入主旋转流股，成为它的一部分，回流介质带着炉内焰气能起到稳定火焰着火的作用，也能促使流股附壁流动，从而形成了平展形圆盘火焰。侧烧嘴是一种亚高速烧嘴，烧嘴壳体采用内绝热，结构简单，能形成亚高速火焰，充分控制炉内燃烧气氛，特别适用于预热高气温度高的场合，燃烧稳定，使用安全可靠。 

进一步的是，所述台车的工作面层采用铬刚玉抗碱高强浇注料。 

进一步的是，所述台车的工作面层上设置有燃烧孔，所述燃烧孔位于工作面层的侧壁。