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(jìn)入氣基豎爐內(nèi)。生球干燥過程在鏈篦機中進(jìn)行，焙燒往往在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行，冷卻在環(huán)冷機上進(jìn)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(fù)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(jìn)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，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下凹的錐形，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，還原倉還包括還原氣入口；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；還原氣入口位于還原倉的側(cè)壁的下部。
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°，優(yōu)選為15°～25°。
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比自由落入還原倉中部所形成的球團料堆的最大錐形角度小0°～10°。
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(jìn)行干燥；
3)將步驟2)中干燥后的冷固結(jié)球團經(jīng)過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(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體；
4)將步驟3)中預(yù)熱后的冷固結(jié)球團經(jīng)過還原倉入料口輸送到還原倉中，冷固結(jié)球團與經(jīng)還原氣入口通入的還原氣接觸并發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體；
5)使步驟4)中生成的海綿鐵經(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1)中所制備的冷固結(jié)球團的水分質(zhì)量含量不大于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3)中第二氣體的溫度為400℃～700℃。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，步驟4)中還原氣的溫度為850℃～950℃。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，爐頂氣溫度為200℃～400℃。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，還原氣中包括H2+CO以及H2+CO的體積百分比不小于80％。
根據(jù)本實用新型的一個實施例，還原后海綿鐵溫度為400℃～700℃。
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(yù)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(yīng)當(dāng)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(jìn)行了詳細(xì)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(dǎo)情況下，多種修改是可行的。相應(yīng)地，所有這樣的修改都應(yīng)當(dāng)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(xì)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下凹的錐形，該錐形的頂角角度比自由落入還原倉300中部所形成的球團料堆的最大錐形角度小0°～10°，由此更好地引導(dǎo)還原倉300內(nèi)的氣體進(jìn)入到中間料罐200。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，每個還原倉入料口310連通中間料罐200和還原倉300，還原倉300還包括位于其側(cè)壁下部的還原氣入口320以及位于還原倉300底端的海綿鐵出口330。
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(jìn)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(jìn)而經(jīng)過中間料罐入料口120進(jìn)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(jìn)行預(yù)熱。預(yù)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(jìn)入還原倉300。在還原倉300中，預(yù)熱后的冷固結(jié)球團與高溫的還原氣接觸并發(fā)生還原反應(yīng)，得到海綿鐵，海綿鐵最終經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330排出。
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(jìn)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℃～400℃。
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(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)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400℃～700℃。
在步驟S400中，將步驟S300中預(yù)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)還原氣入口320通入的還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體。其中，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400℃～700℃。
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330排出。
下面進(jìn)一步結(jié)合具體實施例來說明本實用新型的冷固結(jié)球團制備海綿鐵的其方法。
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(jìn)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(jìn)行預(yù)熱，該第二氣體的溫度約為400℃，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體。將預(yù)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)還原氣入口320通入的850℃的還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體。其中，還原氣中包含H2和CO并且H2和CO的總體積的百分比為80％，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330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81.7％，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(jìn)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(jìn)行預(yù)熱，該第二氣體的溫度約為600℃，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體。將預(yù)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)還原氣入口320通入的900℃的還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體。其中，還原氣中H2和CO的總體積的百分比為85％，還原后海綿鐵溫度為600℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330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(jìn)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400℃。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(jìn)行預(yù)熱，該第二氣體的溫度約為700℃，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團和第一氣體。將預(yù)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)還原氣入口320通入的950℃的還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，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％，還原后的海綿鐵的溫度約為700℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉300底端的海綿鐵出口330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(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍當(dāng)中。