一種冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法與流程

本發(fā)明涉及冶金技術領域，具體而言，本發(fā)明涉及由冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。

背景技術：

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，這涉及到冷固結球團的干燥、焙燒和冷卻過程，流程長，設備復雜。

近年來，有專利報道采用冷固結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，因此采用冷固結球團在氣基豎爐制備海綿鐵仍需要更多的實踐和探索。

還有，采用室溫或低溫下的氧化球團、焙燒球團或冷固結球團在氣基豎爐制備海綿鐵的過程存在球團溫度低從而造成還原效率不高的問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述氣基豎爐制備海綿鐵存在的問題，本發(fā)明提出一種采用冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。利用本發(fā)明的氣基豎爐和方法既節(jié)省了冷固結球團干燥、焙燒和冷卻所需設備，極大地降低了能量耗散，還提高了氣基豎爐還原段溫度，在確保氣基豎爐對氧化球團或焙燒球團抗壓強度要求的同時，還促進了還原反應效率的大幅度上升。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐，該氣基豎爐包括：

爐體，其沿豎直方向延伸，爐體內(nèi)部設有空腔，空腔自上而下分成預熱段、焙燒段以及還原段；

冷固結球團入口，其位于爐體上端；

爐頂氣出口，其位于爐體的預熱段；

助燃氣入口，其位于爐體的焙燒段；

還原氣入口，其位于還原段；以及

位于爐體底端的海綿鐵出口。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中爐頂氣出口位于爐體預熱段的側面的上部，助燃氣入口位于焙燒段側面的下部，助燃氣入口具體位置為爐體高度自下向上2/3～3/4處，并且還原氣入口位于還原段側面的下部。

本發(fā)明的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐將冷固結球團干燥預熱、焙燒過程集中于氣基豎爐內(nèi)完成，不僅節(jié)省了設備，而且還避免了環(huán)冷機冷卻過程帶來的能量耗散。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種采用氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法，該方法包括下列步驟：

1)制備冷固結球團并將冷固結球團由冷固結球團入口加入到氣基豎爐預熱段內(nèi)；

2)經(jīng)焙燒段自下而上的熱的氣體在氣基豎爐預熱段與步驟1)中加入的冷固結球團接觸并對冷固結球團進行干燥預熱；

3)經(jīng)助燃氣入口通入助燃氣，助燃氣與自下而上的還原氣接觸并在焙燒段燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量對步驟2)中經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體；

4)使步驟3)形成的焙燒球團下落至還原段并與經(jīng)還原氣入口通入的還原氣體接觸發(fā)生還原反應，生成海綿鐵；

5)使步驟4)中生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口排出。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟1)中所制備的冷固結球團的水分質(zhì)量含量不大于10％。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟2)中的熱的氣體的溫度為500℃～900℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，助燃氣包含空氣和/或氧氣。步驟3)中還原氣與助燃氣接觸燃燒產(chǎn)生的氣體溫度為1100℃～1400℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟3)中焙燒段的還原氣溫度為900℃～1400℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟4)中還原氣的溫度為850℃～950℃，還原氣包含H₂和CO并且H₂和CO的總的體積百分比不小于70％。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟4)中還原后海綿鐵溫度為600℃～900℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟3)中焙燒形成的高溫的焙燒球團的溫度為1000℃～1100℃，平均抗壓強度為1400～1800N/個。

本發(fā)明的采用氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法提高了氣基豎爐還原段溫度，在確保氣基豎爐對氧化球團或焙燒球團抗壓強度要求的同時，較傳統(tǒng)工藝得到了較高的金屬化率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐的示意圖；以及

圖2是本發(fā)明的采用氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法的示意性流程圖。

具體實施方式

應當理解，在示例性實施例中所示的本發(fā)明的實施例僅是說明性的。雖然在本發(fā)明中僅對少數(shù)實施例進行了詳細描述，但本領域技術人員很容易領會在未實質(zhì)脫離本發(fā)明主題的教導情況下，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發(fā)明的范圍內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設計、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描述本發(fā)明實施例的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐。該氣基豎爐總體包括爐體LT、冷固結球團入口100、爐頂氣出口800、助燃氣入口700、還原氣入口600以及海綿鐵出口500。其中，爐體LT沿豎直方向延伸，爐體LT內(nèi)部設有空腔(未示出)，空腔自上而下分成預熱段200、焙燒段300以及還原段400。爐體LT上端設有冷固結球團入口100，爐體LT預熱段200的側面的上部設有爐頂氣出口800，焙燒段300側面的下部設有助燃氣入口700，助燃氣入口700具體位置為爐體高度自下向上的2/3～3/4處，還原段400的側面的下部設有還原氣入口600，爐體LT底端設有海綿鐵出口500。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的采用氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法的示意性流程圖。結合圖1并參照圖2所公開的方法，該方法大體包括下列步驟：

1)制備冷固結球團并將冷固結球團由冷固結球團入口100加入到氣基豎爐預熱段200內(nèi)；

2)經(jīng)焙燒段300自下而上的熱的氣體在氣基豎爐預熱段200與步驟1)中加入的冷固結球團接觸并對冷固結球團進行干燥預熱，預熱冷固結球團所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出；

3)經(jīng)助燃氣入口700通入助燃氣，助燃氣與自下而上的還原氣接觸并在焙燒段300燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量對步驟2)中經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體；

4)使步驟3)形成的焙燒球團下落至還原段400并與經(jīng)還原氣入口600通入的還原氣體接觸發(fā)生還原反應，生成海綿鐵；

5)使步驟4)中生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口500排出。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，步驟1)中所制備的冷固結球團的水分質(zhì)量含量不大于10％。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，步驟2)中的熱的氣體的溫度為500℃～900℃。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，助燃氣包含空氣和/或氧氣。步驟3)中還原氣與助燃氣接觸燃燒產(chǎn)生的氣體溫度為1100℃～1400℃。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，步驟3)中焙燒段的還原氣溫度為900℃～1400℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟4)中還原氣的溫度為850℃～950℃，還原氣包含H₂和CO并且H₂和CO的總的體積百分比不小于70％。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟4)中還原后海綿鐵溫度為600℃～900℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，步驟3)中焙燒形成的高溫的焙燒球團的溫度為1000℃～1100℃，平均抗壓強度為1400～1800N/個。

本發(fā)明的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐將冷固結球團干燥預熱、焙燒過程集中于氣基豎爐內(nèi)完成，不僅節(jié)省了設備，而且還避免了環(huán)冷機冷卻過程帶來的能量耗散。本發(fā)明采用氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法提高了氣基豎爐還原段溫度，在確保氣基豎爐對氧化球團或焙燒球團抗壓強度要求的同時，較傳統(tǒng)工藝得到了較高的金屬化率。

實施例一

將水分質(zhì)量含量10％的冷固結球團由冷固結球團入口100加入氣基豎爐預熱段200內(nèi)。經(jīng)焙燒段300自下而上的500℃的熱的氣體在氣基豎爐預熱段200與加入的冷固結球團接觸并對冷固結球團進行干燥預熱，預熱冷固結球團所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出。經(jīng)助燃氣入口700通入空氣作為助燃氣，空氣溫度為室溫，空氣與自下而上的還原氣體接觸并在焙燒段300燃燒，燃燒產(chǎn)生的氣體的溫度為1100℃，燃燒產(chǎn)生的熱量對經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體，高溫的焙燒球團的溫度為1000℃，在該步驟中還原氣溫度為900℃。形成的焙燒球團下落至還原段400并與經(jīng)還原氣入口600通入的還原氣接觸發(fā)生還原反應，生成海綿鐵，還原后海綿鐵溫度為600℃，其中該步驟中還原氣溫度為850℃，還原氣包含H₂和CO并且H₂和CO的總的體積百分比為70％。生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口500排出。

采用本方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)和檢測結果如表1所示。由表1可知，采用本發(fā)明的上述技術方案得到的焙燒球團的抗壓強度為1487N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為90.5％；而傳統(tǒng)工藝得到的焙燒球團的抗壓強度為922N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為82.4％。采用本發(fā)明的上述技術方案所得到的抗壓強度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。

實施例二

將水分質(zhì)量含量9％的冷固結球團由冷固結球團入口100加入氣基豎爐預熱段200內(nèi)。經(jīng)焙燒段300自下而上的700℃的熱的氣體在氣基豎爐預熱段200與加入的冷固結球團接觸并對冷固結球團進行干燥預熱，預熱冷固結球團所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出。經(jīng)助燃氣入口700通入氧氣作為助燃氣，氧氣與自下而上的還原氣體接觸并在焙燒段300燃燒，燃燒產(chǎn)生的氣體的溫度為1300℃，燃燒產(chǎn)生的熱量對經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體，高溫的焙燒球團的溫度為1050℃，在該步驟中還原氣溫度為1200℃。形成的焙燒球團下落至還原段400并與經(jīng)還原氣入口600通入的還原氣接觸發(fā)生還原反應，生成海綿鐵，還原后海綿鐵溫度為800℃，其中該步驟中還原氣溫度為900℃，還原氣包含H₂和CO并且H₂和CO的總的體積百分比為75％。生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口500排出。

采用本方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)和檢測結果如表1所示。由表1可知，采用本發(fā)明的上述技術方案得到的焙燒球團的抗壓強度為1598N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為92.6％；而傳統(tǒng)工藝得到的焙燒球團的抗壓強度為965N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為84.1％。采用本發(fā)明的上述技術方案所得到的抗壓強度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。

實施例三

將水分質(zhì)量含量8％的冷固結球團由冷固結球團入口100加入氣基豎爐預熱段200內(nèi)。經(jīng)焙燒段300自下而上的900℃的熱的氣體在氣基豎爐預熱段200與加入的冷固結球團接觸并對冷固結球團進行干燥預熱，預熱冷固結球團所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出。經(jīng)助燃氣入口700通入空氣和氧氣的混合氣體作為助燃氣，該助燃氣與自下而上的還原氣體接觸并在焙燒段300燃燒，燃燒產(chǎn)生的氣體的溫度為1400℃，燃燒產(chǎn)生的熱量對經(jīng)過預熱的球團進行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團和熱的氣體，高溫的焙燒球團的溫度為1100℃，在該步驟中還原氣溫度為1400℃。形成的焙燒球團下落至還原段400并與經(jīng)還原氣入口600通入的還原氣接觸發(fā)生還原反應，生成海綿鐵，還原后海綿鐵溫度為900℃，其中該步驟中還原氣溫度為950℃，還原氣包含H₂和CO并且H₂和CO的總的體積百分比為80％。生成的海綿鐵經(jīng)氣基豎爐底端的海綿鐵出口500排出。

采用本方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)和檢測結果如表1所示。由表1可知，采用本發(fā)明的上述技術方案得到的焙燒球團的抗壓強度為1779N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為95.2％；而傳統(tǒng)工藝得到的焙燒球團的抗壓強度為1041N/個，所得到的海綿鐵的金屬化率為87.3％。采用本發(fā)明的上述技術方案所得到的抗壓強度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。

表1本發(fā)明的方法和傳統(tǒng)工藝的工藝參數(shù)及檢測結果

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(fā)明權利要求的保護范圍當中。