专利名称：生产还原铁的设备和应用于该设备的坯块干燥方法
技术领域：
本发明涉及生产还原铁的设备，包括混合铁的氧化物和还原剂，将所获得的混合物制团，在干燥器中干燥所得坯块(团块或球团)，以及在还原炉中的高温气氛下还原所述坯块。本发明还涉及干燥坯块的方法，该方法应用于所述设备。
为了生产还原铁，第一步是混合铁矿石粉末，煤粉末和石灰石粉末和粘结剂，将所得混合物压制和制团处理，形成温坯块即生坯。然后将湿坯块干燥至一定程度，形成干坯块。干坯块在还原炉中加热到高温，从而铁矿石中的铁的氧化物用煤(还原剂)还原成还原铁。
图6是说明生产还原铁的传统设备的一个例子。在圆形旋转炉床式还原炉1的上部，设置有用于引入坯块(干坯块)的装置2，和用于排放热排放气体(还原过程中使用的气体的残余形式)的排气管3。在炉1中，设置有用于排出还原坯块P(还原铁坯块)的排料器4。在炉1的侧壁圆周上，设置有许多燃烧器5用于产生热的还原气体。
作为原料的煤粉(还原剂)、铁矿石等与粘结剂混合，将混合物送入制团机或制块机6处理成坯块(湿坯块)。然后将所得坯块送入干燥器7中，在干燥器7中，坯块在约120-150℃下干燥得到干坯块。干坯块由供料装置2送入还原炉1中的旋转炉床上。
在还原炉1中，燃料和燃烧空气送入燃烧器5中，产生高温热气体。该热气体沿虚箭头方向运动，在该运动过程中，在高温气氛下对坯块(待处理物)施加还原作用。由排气管3排出的热排放气体被水喷雾式初次冷却器8初次冷却，然后再被送入热交换器9，在热交换器9内，所述排放气体与燃烧空气进行热交换。此外，所述排放气体被水喷雾式二次冷却器10二次冷却至例如约300℃。然后冷却后的排放气体送入干燥器7中用于干燥坯块。然后，排放气体通过集尘器11进行净化并且，然后释放到大气环境中。
当还原炉1中的旋转炉床沿图6中实箭头方向旋转将近一周时，还原后的坯块P从螺杆式排料器4排出。坯块通过排料斜槽12传送至移动式容器13，然后送入下一个步骤。
在上述常规的生产还原铁的设备的干燥器7中，从还原炉1中排出的并且为水喷雾型初次冷却器8和二次冷却器10所冷却的热排放气体，用作在约120-150℃的温度下干燥坯块(温坯块)的热源。即，采用气流中含量非常丰富的热排放气体干燥所述坯块。因此，在所述设备刚刚开始运行后出现的不稳定情况下，水分凝结在湿坯块表面。因此，湿坯块之间发生相互粘结，因而湿坯块形成大块物质。在例如恰在开始运行之后，各种性质例如还原炉1的热排放气体的温度、流量并不稳定，因此干燥器7中的干燥不稳定。这可能造成湿坯块发生结块。
在这样的不稳定操作期间已经在干燥器7中得以处理的湿坯块中，仍可残留水分。如果这种湿坯块在后续步骤中在还原炉1中快速加热，坯块的表面部分会剥落，或者坯块破裂。
类似上述干燥器7的干燥器中的加热气体，或者在采用来自热交换器等的热空气作为干燥坯块(湿坯块)热源的干燥器中，如果该加热气体的温度足够高，可能使坯块破裂，或者会由坯块中的煤形成可燃气体。为了避免这种危险，加热气体的最高温度设定为200℃或更低。然而，取决于加热气体的水分含量等，可设定高于上述温度的气体温度。因为传统的干燥器采用温度设定偏低的加热气体，因此干燥坯块的时间较长。
在生产还原铁的设备中，使用煤作为还原剂，如果加热气体的温度充分高，会由煤产生挥发性物质(以下称为VM)，例如CO、CH4、H2O、CO2和N2。因此，氧浓度高时，煤会燃烧。一旦在干燥器中形成VM，该VM不能在还原炉在后续步骤中用作热源。其缺点是还原炉的热效率降低。另外，如果加热气体的温度在硫酸的露点(120℃)或更低，会因为在干燥器的管道等上形成露为发生腐蚀。
如上所述，对于在干燥器中有效地干燥坯块(湿坯块)，重要的是控制加热气体的温度。存在对能够稳定干燥的干燥器的强烈需求。
据此提出本发明。本发明的一个目的是提供生产还原铁的设备，该设备可高效运行，在干燥器中实现稳定干燥，并且能够稳定地生产高质量的还原铁；本发明还提供应用于该设备的坯块干燥方法。
作为达到上述目的一种手段，本发明的第一方面是一种坯块的干燥方法，该方法应用于生产还原铁的设备中，所述设备通过将还原剂粉末和铁的氧化物粉末在制团机或制块机中混合和制团处理成坯块或团块，在干燥器中干燥所述坯块(球团或团块)，并且在高温气氛中在还原炉中还原干燥的坯块，从而生产还原铁，其中，提供给该干燥器的加热气体的温度范围基于以下方程设定硫酸露点≤Tg≤100/40●CH2O+200其中，Tg表示加热气体的温度[℃]，CH2O表示加热气体中水分含量[体积％]。
根据本发明的该方面，可设定适应于加热气体中水分浓度(水分含量)的高气体温度。因此，可以缩短干燥时间，并可进行高效、稳定的干燥，从而可稳定地生产高质量的还原铁。此外，在干燥器的出口侧的加热气体的温度高于硫酸的露点。因此，几乎不发生管道等的酸腐蚀。
在本发明第一方面的坯块干燥方法中，生产还原铁的设备可使用煤作为还原剂，加热气体的温度Tg可设定在Tg≤300℃。从而可防止坯块破裂或者在干燥器中由煤形成VM。结果，可防止煤的点燃或使还原炉在后续步骤中热效率降低。
本发明的第二方面是一种生产还原铁的设备，所述设备包括制团机或制块机，还原剂和铁的氧化物在所述制团机或制块机中混合和制团处理成坯块，用于干燥所述坯块的干燥器，用于在高温气氛中还原所述干燥的坯块的还原炉，用于在从还原炉中排出的热排放气体和待送入还原炉中的燃烧空气之间实施热交换的第一热交换器，和用于冷却该热排放气体的冷却器，其中，
在第一热交换器的出口侧设置用于加热干燥空气的第二热交换器，并且将由第二热交换器加热的干燥空气送入所述干燥器中。
根据本发明的该方面，坯块(湿坯块)由水分含量很少的干燥空气干燥。因此，不会发生坯块之间的相互粘结(防止了坯块形成大块)，坯块均匀干燥。由于坯块均匀干燥，在坯块中未残留水分，因此，在还原炉中，在后续步骤中避免了坯块的表面部分剥落或坯块破裂。此外，形成了高质量的干燥坯块，将这些坯块送入旋转炉床式还原炉中将能够稳定地生产高质量的还原铁。
在作为本发明第二方面的生产还原铁的设备中，所述冷却器可以是设置在第一热交换器上游的水喷雾型第一冷却器，可在该第一冷却器的分流路径上设置空气引入型第二冷却器，并可设置用于开关一个阀的控制装置，该阀安装在所述分流路径上游的分支处，用于根据热排放气体的流量和坯块送入干燥器中的流量之间的平衡选择或者第一冷却器或者第二冷却器。因此，除取得与本发明第二方面相同作用和效果外，第一热交换器和第二热交换器的热效率增大了。因此，可在干燥器中进行更为有效和稳定的干燥。
此外，在作为本发明第二方面的生产还原铁的设备中，可以在干燥器的干燥空气引入侧设置用于产生热气体的热风炉(hotstove)，并向干燥器提供由该热风炉产生的热气体和由第二热交换器加热的干燥空气。因此，除取得与本发明第二方面相同作用和效果外，还可更容易地调节供给干燥器的干燥气体的温度和流量。
本发明的第三方面是一种生产还原铁的设备，所述设备通过将还原剂粉末和铁的氧化物粉末在制团机或制块机中混合和制团处理成坯块或团块，在干燥器中干燥所述坯块，并且在高温气氛中在还原炉中还原干燥的坯块而生产还原铁，其中，在干燥器的干燥气体引入侧设置用于产生热气体的热风炉，并向该干燥器提供由该热风炉产生的热气体作为干燥气体。
根据本发明的该方面，除由取得与本发明第二方面相同作用和效果外，还具有的优点是通过任意调节热风炉产生的热气体的温度和流量从而容易地控制干燥器的操作。
由下面的描述及附图，本发明的上述及其它目的，特点和优点将变得更加明显，所述附图中
图1(a)的数据示出了本发明的第一个实施方案的坯块(湿坯块，WGC)干燥过程的条件和结果；图1(b)示出了加热气体中水分含量和其温度的关系；图2示出的是本发明的第二个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。
图3示出的是本发明的第三个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。
图4示出的是本发明的第四个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。
图5示出的是本发明的第五个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。
图6示出的是用于生产还原铁的传统设备的结构示意图。
现在，参照附图对本发明的实施方案详细介绍，所述实施方案决非要对本发明加以限制。图1(a)的数据示出了按照本发明的第一个实施方案的坯块(湿坯块，WGC)干燥方法的条件和结果。图1(b)示出了加热气体中水分含量和其温度的关系。
如图1(a)和图1(b)所示，本发明人对生产还原铁的设备进行了研究，所述设备通过将还原剂粉末和铁的氧化物粉末在制团机混合、制团处理为坯块或在制块机中混合和制块处理成团块，在干燥器中干燥所述坯块，并且在高温气氛中在还原炉中还原干燥的坯块从而生产还原铁。从这些实验中，本发明人发现对用于干燥在干燥器中的坯块的加热气体的温度范围进行设定的方法，该温度范围是关于水份浓度的函数。在下面给出该方程。在图1(a)的“VM产生”栏目中，○表示不产生VM，×表示产生VM。在“坯块破裂”栏目中，○表示坯块不破裂，×表示坯块破裂。在“评价”栏目中，●表示VM产生和坯块破裂同时为○的情况，×表示VM产生和坯块破裂中之一或同时为×的情况。在图1(a)和1(b)中，加热气体的总体流动速率为5.0m/s或更低。
硫酸露点≤Tg≤100/40●CH2O+200其中，Tg表示加热气体的温度[℃]，CH2O表示加热气体中水分浓度[体积％]。
根据该方程，可设定适应于加热气体中水分浓度(水分含量)的高气体温度。因此，可以缩短干燥时间，并可进行高效、稳定的干燥，从而可稳定地生产高质量的还原铁。此外，在干燥器的出口侧的加热气体的温度高于硫酸的露点。因此，几乎不发生管道等的酸腐蚀。
在生产还原铁的设备中，使用含有VM的煤作为还原剂，加热气体的温度Tg可设定在Tg≤300℃。从而可防止坯块破裂或者在干燥器中由煤的VM蒸发。结果，可防止煤的点燃或使还原炉在后续步骤中热效率降低。
如上所述，可根据本实施方案，设定适应于加热气体中水分浓度(水分含量)的高气体温度。因此，在如图6所示的铁氧化物的还原设备中，可防止在还原炉中发生坯块破裂或者湿坯块形成大块和发生坯块的表面部分剥落，该设备通过水喷雾型初次冷却器和水喷雾型二次冷却器冷却来自还原炉的热排放气体，该设备还具有使用该冷却后的热排放气体作为加热气体的干燥器。显而易见的是，本实施方案可应用于具有使用来自热交换器等的热空气作为热源以干燥坯块(湿坯块)的干燥器的铁氧化物还原设备中。图2示出的是本发明的第二个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。图2中，与解释现有技术时的图6相同的部件具有相同的参考号，因此省却了重复的解释。
在本实施方案中，提供了用于加热引入空气的热交换器20。向干燥器7提供已经由热交换器20加热了的干燥空气。坯块(湿坯块)由该水分含量很少的干燥空气干燥。
如图2所示，本发明的热交换器20(本发明第二方面的第二热交换器)设置在热交换器9(本发明第二方面的第一热交换器)的出口侧。该热交换器20加热引入空气，例如将恒定量的引入空气通过一个管子，并且在该管外流动来自热交换器9的热排放气体，进行热交换。该加热了的引入空气用作干燥气体送入干燥器7。
在热交换器20的出口侧可设置水喷雾型二次冷却器10，用于冷却来自热交换器20的热排放气体。在二次冷却器10的出口侧可设置集尘器11，用于净化冷却后的热排放气体。其它部件与介绍现有技术的图6相同，省却有关解释。
根据上述结构，作为原料的煤(还原剂)粉末和铁矿石(氧化铁)粉末由制团机或制块机6制团处理成坯块，由干燥器7干燥所述坯块，然后，干燥后的坯块(干坯块)送入还原炉1的进料装置2。
供入干燥器7中的干燥空气是由热交换器20加热的引入空气。该引入空气作为上游流体(upflow)由在干燥器7下部的入口流入，并干燥所述坯块(湿坯块)。然后，该干燥空气作为下游流体(downflow)经出口排出体系，再释放到大气中。在干燥器7中，用水分含量很少的干燥空气干燥坯块(湿坯块)。因此，防止了水分凝结和沉积在坯块上。因此，不会发生坯块之间相互粘结，坯块得以均匀干燥。
当还原炉1中的旋转炉床旋转将近一周时，供入旋转炉床上的干燥后的坯块(干坯块)利用由供给了燃料和燃烧空气的燃烧器5的燃烧产生的辐射热发生还原作用。还原后的坯块P由螺杆式排料器4排出，通过排料斜槽12传送至移动式容器13，然后送入下一个步骤。
热排放气体从排放气体管3排放，并为水喷雾型初次冷却器8初步冷却，然后送入热交换器9，在热交换器9中，该排放气体与燃烧空气进行热交换。此外，该排放气体送入热交换器20与引入空气进行热交换，然后为水喷雾型二次冷却器10二次冷却。之后，冷却后的排放气体送入集尘器11，进行净化处理，然后排放入大气。
如上所述，根据本实施方案，用于加热引入空气的热交换器20设置在热交换器9的出口侧。该加热了的引入空气用作干燥空气送入干燥器7。这样，采用水分含量很少的干燥空气干燥坯块(湿坯块)。因此，不会发生坯块之间的相互粘结(防止了坯块长大形成大块)，坯块均匀干燥。因为坯块均匀干燥，在坯块中未残留水分，因此，在还原炉中，在后续步骤中避免了坯块的表面部分剥落或坯块破裂。此外，形成了高质量的干坯块，将这些坯块送入旋转炉床式还原炉中将能够稳定地生产高质量的还原铁。
还在本实施方案中，干燥器7中加热气体(引入空气)的温度可通过采用第一实施方案所示方程根据该加热气体中水分浓度(水分含量)来控制，从而进一步改进干燥效率。图3示出的是本发明的第三个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。在图3中，与解释现有技术时的图6和解释第二实施方案的图2中相同的部件使用相同的参考号，因此省却了重复的解释。
在本实施方案中，设置分流通路21，用于对第二实施方案的初次冷却器8(在前述的本发明的任选的方面中的第一冷却器)进行分流，在分流通路21上设置空气引入型冷却器(在前述的本发明的任选的方面中的第二冷却器)22，设置用于开关阀23的控制器(控制装置)24，该阀23安装在所述分流通路21上游的分支处，用于根据热排放气体的流量和坯块送入干燥器7中的流量之间的平衡选择或者初次冷却器8或者冷却器22。详言之，控制器24接收来自流量计25的探测信号和设置于干燥器7中的流量计(未示出，用于检测送入干燥器7中的坯块(湿坯块)的流量)的探测信号，流量计25位于排放气体排放管3的下游，用于检测热排放气体的流量。
根据本实施方案，除取得与本发明第二方面相同作用和效果外，热交换器9和热交换器20的热效率增大了，例如在设备刚刚开始运行时的不稳定的情况下，这是利用将热排放气体通过空气引入型冷却器22而不是将热排放气体通过初次冷却器8而实现的。因此，可在干燥器7中进行更为有效和稳定的干燥。此时，防止了水分凝结在湿坯块表面，以及随后坯块之间发生相互粘结，从而坯块形成大块物质的情况。因此，在还原炉中，在后续步骤中避免了坯块的表面部分剥落或坯块破裂。
还在本实施方案中，干燥器7中加热气体(引入空气)的温度可采用第一实施方案的方程根据该加热气体中水分浓度(水分含量)设定，从而进一步改进干燥效率。
作为本实施方案的一个变化，初次冷却器8可以是具有水管线和空气管线的冷却器，而不是具有分流通路21。控制器24根据热排放气体的流量和坯块送入干燥器中的流量之间的平衡选择或者水管线或者空气管线。图4示出的是本发明的第四个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。在图4中，与解释现有技术时的图6和解释第二实施方案的图2中相同的部件使用相同的参考号，因此省却了重复的解释。
本实施方案对应于图2的第二实施方案，其中，在干燥器7的干燥空气引入侧另外设置热风炉30，该热风炉与位于干燥器7下部的干燥空气入口相通，从而由该热风炉30产生的热气体和来自热交换器20的干燥引入空气一起经该入口提供。
送入干燥器7的干燥空气是由热交换器20加热的引入空气和补充添加的由热风炉30产生的热气体的复合。该复合流体作为上游流体经过位于干燥器7下部的干燥空气入口流入，并干燥坯块(湿坯块)。然后，该流体作为下游流体通过一个出口排出体系，释放到大气中。在干燥器7中，采用水分含量少的干燥空气干燥湿坯块。因此，防止了水分在湿坯块上凝结。因此，不会发生湿坯块相互粘结，湿坯块得以均匀干燥。
根据从热交换器20供入的干燥空气的温度和流量的变化，调节来自热风炉30的热气体的温度和流量，从而可方便地控制干燥器7的运行。
如上所述，根据本实施方案，同时提供用于加热干燥空气的热交换器20和用于产生热气体的热风炉30，向干燥器7同时提供干燥空气和热气体。因此，除获得与第二实施方案相同的作用和效果外，还具有的可方便地控制供入干燥器7中的干燥空气的温度和流量优点。图5示出的是本发明的第五个实施方案的用于生产还原铁的设备的结构示意图。在图5中，与解释现有技术时的图6和解释第二实施方案的图2中相同的部件使用相同的参考号，因此省却了重复的解释。
本实施方案对应于图2的第二实施方案，其中不采用热交换器20，而仅仅在于燥器7的干燥气体引入侧设置热风炉30，该热风炉30与位于干燥器7下部的干燥气体入口相通，从而通过该入口提供由热风炉30产生的热气体。其它结构与第二实施方案相同。
供入干燥器7的干燥气体是由热风炉30产生的热气体。由热风炉30产生的该热气体作为上游流体经过位于干燥器7下部的干燥气体入口流入，并干燥坯块(湿坯块)。然后，该热气体作为下游流体通过一个出口排出体系，释放到大气中。在干燥器7中，采用水分含量少的干燥气体干燥湿坯块。因此，防止了水分在湿坯块上凝结。因此，不会发生湿坯块相互粘结，湿坯块得以均匀干燥。
上述结构消除了来自还原炉1的热排放气体温度和流量的影响。通过任意调节来自热风炉30的热气体的温度和流量，从而可方便地控制干燥器7的运行。
如上所述，根据本实施方案，设置了用于产生热气体的热风炉30，该热气体作为干燥气体供给干燥器7。因此，除获得与第二实施方案相同的作用和效果外，还具有的可方便地控制供入干燥器7中的干燥气体的温度和流量优点。
尽管以如上方式对本发明进行了描述，但显而易见的是，描述本发明的方式可以进行多方面变化。这种变化不应被认为偏离本发明的精神和范围，而且，所有的对本领域的专业人员显而易见的修正都包括在后面的权利要求书的范围内。
权利要求
1．一种干燥坯块的方法，该方法应用于生产还原铁的设备中，所述设备通过将还原剂粉末和铁的氧化物粉末在制团机中混合并制团处理成坯块或在制块机中混合和制块处理成团块、在干燥器中干燥所述坯块、并且在高温气氛中在还原炉中还原干燥的坯块而生产还原铁，其中，提供给该干燥器的加热气体的温度范围基于以下方程设定硫酸露点≤Tg≤100/40●CH2O+200其中，Tg表示加热气体的温度[℃]，CH2O表示加热气体中水分含量[体积％]。
2．根据权利要求1的干燥坯块的方法，其中，所述生产还原铁的设备使用煤作为还原剂，加热气体的温度Tg设定在Tg≤300℃。
3．一种生产还原铁的设备，所述设备包括用于将还原剂和铁的氧化物混合和制团处理成坯块的制团机或制块机，用于干燥所述坯块的干燥器，用于在高温气氛中还原所述干燥的坯块的还原炉，用于在从还原炉中排出的热排放气体和待送入还原炉中的燃烧空气之间实施热交换的第一热交换器，和用于冷却该热排放气体的冷却器，其中，在第一热交换器的出口侧设置用于加热干燥空气的第二热交换器，并且将由第二热交换器加热的干燥空气送入所述干燥器中。
4．根据权利要求3的生产还原铁的设备，其中，所述冷却器是设置在第一热交换器上游的水喷雾型第一冷却器，在对该第一冷却器分流的路径上设置一个空气引入型第二冷却器，并设置用于开关一个阀的控制装置，该阀安装在所述分流路径上游的分支处，用于根据热排放气体的流量和坯块送入干燥器中的流量之间的平衡选择或者第一冷却器或者第二冷却器。
5．根据权利要求3的生产还原铁的设备，其中，在干燥器的干燥空气引入侧设置用于产生热气体的热风炉，并向干燥器提供由该热风炉产生的热气体和由第二热交换器加热的干燥空气。
6．一种生产还原铁的设备，所述设备通过将还原剂粉末和铁的氧化物粉末在制团机中混合并制团处理成坯块或在制块机中混合和制块处理成团块，在干燥器中干燥所述坯块，并且在高温气氛中在还原炉中还原干燥的坯块而生产还原铁，其中，在干燥器的干燥气体引入侧设置用于产生热气体的热风炉，并向该干燥器提供由该热风炉产生的热气体作为干燥气体。
全文摘要
生产还原铁的设备和应用于该设备的干燥坯块的方法。该设备包括将还原剂煤和作为铁氧化物的铁矿石混合制团成坯块的制团机或制块机,干燥坯块的干燥器,在高温还原干坯块的旋转炉床还原炉,在该炉的热排放气体和待送入该炉的燃烧空气间热交换的第一热交换器,和冷却热排放气体的冷却器。在第一热交换器出口侧设置加热干燥空气用的第二热交换器,并将由其加热的干燥空气送入干燥器干燥所述坯块。因此可高效稳定地实施干燥,并稳定地生产高质量还原铁。
文档编号C21B13/10GK1288961SQ0012270
公开日2001年3月28日 申请日期2000年8月10日 优先权日1999年9月17日
发明者神川进, 平田耕一, 藤冈宏规, 水城英明, 佐藤惠一 申请人:三菱重工业株式会社