一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，具体而言，本发明涉及由冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法。

背景技术：

气基竖炉制备海绵铁采用氧化球团或焙烧球团为原料，往往需要将冷固结球团经过干燥、焙烧和冷却后方能进入气基竖炉内。生球干燥过程在链篦机中进行，焙烧往往在回转窑内进行，冷却在环冷机上进行。气基竖炉制备海绵铁所采用的原料为室温或低温下的氧化球团，这涉及到冷固结球团的干燥、焙烧和冷却过程，流程长，设备复杂。

近年来，有专利报道采用冷固结球团直接进入气基竖炉生产海绵铁，可极大的缩短工艺流程，降低能量耗散。然而，由于冷固结球团自身存在强度低、易粉碎而影响气基竖炉料层透气性的不足，且采用冷固结球团在气基竖炉内生产海绵铁的工业化实践鲜有报道，因此采用冷固结球团在气基竖炉制备海绵铁仍需要更多的实践和探索。

还有，采用室温或低温下的氧化球团、焙烧球团或冷固结球团在气基竖炉制备海绵铁的过程存在球团温度低从而造成还原效率不高的问题。

技术实现要素：

针对上述气基竖炉制备海绵铁存在的问题，本发明提出一种采用冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉及其方法。利用本发明的气基竖炉和方法既节省了冷固结球团干燥、焙烧和冷却所需设备，极大地降低了能量耗散，还提高了气基竖炉还原段温度，在确保气基竖炉对氧化球团或焙烧球团抗压强度要求的同时，还促进了还原反应效率的大幅度上升。

根据本发明的一方面，本发明提供一种冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉，该气基竖炉包括：

炉体，其沿竖直方向延伸，炉体内部设有空腔，空腔自上而下分成预热段、焙烧段以及还原段；

冷固结球团入口，其位于炉体上端；

炉顶气出口，其位于炉体的预热段；

助燃气入口，其位于炉体的焙烧段；

还原气入口，其位于还原段；以及

位于炉体底端的海绵铁出口。

根据本发明的一个实施例，其中炉顶气出口位于炉体预热段的侧面的上部，助燃气入口位于焙烧段侧面的下部，助燃气入口具体位置为炉体高度自下向上2/3～3/4处，并且还原气入口位于还原段侧面的下部。

本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉将冷固结球团干燥预热、焙烧过程集中于气基竖炉内完成，不仅节省了设备，而且还避免了环冷机冷却过程带来的能量耗散。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法，该方法包括下列步骤：

1)制备冷固结球团并将冷固结球团由冷固结球团入口加入到气基竖炉预热段内；

2)经焙烧段自下而上的热的气体在气基竖炉预热段与步骤1)中加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥预热；

3)经助燃气入口通入助燃气，助燃气与自下而上的还原气接触并在焙烧段燃烧，燃烧产生的热量对步骤2)中经过预热的球团进行加热焙烧，形成高温的焙烧球团和热的气体；

4)使步骤3)形成的焙烧球团下落至还原段并与经还原气入口通入的还原气体接触发生还原反应，生成海绵铁；

5)使步骤4)中生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口排出。

根据本发明的一个实施例，步骤1)中所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％。

根据本发明的一个实施例，步骤2)中的热的气体的温度为500℃～900℃。

根据本发明的一个实施例，助燃气包含空气和/或氧气。步骤3)中还原气与助燃气接触燃烧产生的气体温度为1100℃～1400℃。

根据本发明的一个实施例，步骤3)中焙烧段的还原气温度为900℃～1400℃。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原气的温度为850℃～950℃，还原气包含H₂和CO并且H₂和CO的总的体积百分比不小于70％。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原后海绵铁温度为600℃～900℃。

根据本发明的一个实施例，步骤3)中焙烧形成的高温的焙烧球团的温度为1000℃～1100℃，平均抗压强度为1400～1800N/个。

本发明的采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法提高了气基竖炉还原段温度，在确保气基竖炉对氧化球团或焙烧球团抗压强度要求的同时，较传统工艺得到了较高的金属化率。

附图说明

图1是本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉的示意图；以及

图2是本发明的采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法的示意性流程图。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

下面参照图1描述本发明实施例的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉。该气基竖炉总体包括炉体LT、冷固结球团入口100、炉顶气出口800、助燃气入口700、还原气入口600以及海绵铁出口500。其中，炉体LT沿竖直方向延伸，炉体LT内部设有空腔(未示出)，空腔自上而下分成预热段200、焙烧段300以及还原段400。炉体LT上端设有冷固结球团入口100，炉体LT预热段200的侧面的上部设有炉顶气出口800，焙烧段300侧面的下部设有助燃气入口700，助燃气入口700具体位置为炉体高度自下向上的2/3～3/4处，还原段400的侧面的下部设有还原气入口600，炉体LT底端设有海绵铁出口500。

图2示出了根据本发明的采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法的示意性流程图。结合图1并参照图2所公开的方法，该方法大体包括下列步骤：

1)制备冷固结球团并将冷固结球团由冷固结球团入口100加入到气基竖炉预热段200内；

2)经焙烧段300自下而上的热的气体在气基竖炉预热段200与步骤1)中加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥预热，预热冷固结球团所产生的炉顶气经炉顶气出口800排出；

3)经助燃气入口700通入助燃气，助燃气与自下而上的还原气接触并在焙烧段300燃烧，燃烧产生的热量对步骤2)中经过预热的球团进行加热焙烧，形成高温的焙烧球团和热的气体；

4)使步骤3)形成的焙烧球团下落至还原段400并与经还原气入口600通入的还原气体接触发生还原反应，生成海绵铁；

5)使步骤4)中生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口500排出。

根据本发明的具体实施例，步骤1)中所制备的冷固结球团的水分质量含量不大于10％。

根据本发明的具体实施例，步骤2)中的热的气体的温度为500℃～900℃。

根据本发明的具体实施例，助燃气包含空气和/或氧气。步骤3)中还原气与助燃气接触燃烧产生的气体温度为1100℃～1400℃。

根据本发明的具体实施例，步骤3)中焙烧段的还原气温度为900℃～1400℃。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原气的温度为850℃～950℃，还原气包含H₂和CO并且H₂和CO的总的体积百分比不小于70％。

根据本发明的一个实施例，步骤4)中还原后海绵铁温度为600℃～900℃。

根据本发明的一个实施例，步骤3)中焙烧形成的高温的焙烧球团的温度为1000℃～1100℃，平均抗压强度为1400～1800N/个。

本发明的冷固结球团制备海绵铁的气基竖炉将冷固结球团干燥预热、焙烧过程集中于气基竖炉内完成，不仅节省了设备，而且还避免了环冷机冷却过程带来的能量耗散。本发明采用气基竖炉由冷固结球团制备海绵铁的方法提高了气基竖炉还原段温度，在确保气基竖炉对氧化球团或焙烧球团抗压强度要求的同时，较传统工艺得到了较高的金属化率。

实施例一

将水分质量含量10％的冷固结球团由冷固结球团入口100加入气基竖炉预热段200内。经焙烧段300自下而上的500℃的热的气体在气基竖炉预热段200与加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥预热，预热冷固结球团所产生的炉顶气经炉顶气出口800排出。经助燃气入口700通入空气作为助燃气，空气温度为室温，空气与自下而上的还原气体接触并在焙烧段300燃烧，燃烧产生的气体的温度为1100℃，燃烧产生的热量对经过预热的球团进行加热焙烧，形成高温的焙烧球团和热的气体，高温的焙烧球团的温度为1000℃，在该步骤中还原气温度为900℃。形成的焙烧球团下落至还原段400并与经还原气入口600通入的还原气接触发生还原反应，生成海绵铁，还原后海绵铁温度为600℃，其中该步骤中还原气温度为850℃，还原气包含H₂和CO并且H₂和CO的总的体积百分比为70％。生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口500排出。

采用本方法和传统工艺的工艺参数和检测结果如表1所示。由表1可知，采用本发明的上述技术方案得到的焙烧球团的抗压强度为1487N/个，所得到的海绵铁的金属化率为90.5％；而传统工艺得到的焙烧球团的抗压强度为922N/个，所得到的海绵铁的金属化率为82.4％。采用本发明的上述技术方案所得到的抗压强度和金属化率均明显优于传统工艺。

实施例二

将水分质量含量9％的冷固结球团由冷固结球团入口100加入气基竖炉预热段200内。经焙烧段300自下而上的700℃的热的气体在气基竖炉预热段200与加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥预热，预热冷固结球团所产生的炉顶气经炉顶气出口800排出。经助燃气入口700通入氧气作为助燃气，氧气与自下而上的还原气体接触并在焙烧段300燃烧，燃烧产生的气体的温度为1300℃，燃烧产生的热量对经过预热的球团进行加热焙烧，形成高温的焙烧球团和热的气体，高温的焙烧球团的温度为1050℃，在该步骤中还原气温度为1200℃。形成的焙烧球团下落至还原段400并与经还原气入口600通入的还原气接触发生还原反应，生成海绵铁，还原后海绵铁温度为800℃，其中该步骤中还原气温度为900℃，还原气包含H₂和CO并且H₂和CO的总的体积百分比为75％。生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口500排出。

采用本方法和传统工艺的工艺参数和检测结果如表1所示。由表1可知，采用本发明的上述技术方案得到的焙烧球团的抗压强度为1598N/个，所得到的海绵铁的金属化率为92.6％；而传统工艺得到的焙烧球团的抗压强度为965N/个，所得到的海绵铁的金属化率为84.1％。采用本发明的上述技术方案所得到的抗压强度和金属化率均明显优于传统工艺。

实施例三

将水分质量含量8％的冷固结球团由冷固结球团入口100加入气基竖炉预热段200内。经焙烧段300自下而上的900℃的热的气体在气基竖炉预热段200与加入的冷固结球团接触并对冷固结球团进行干燥预热，预热冷固结球团所产生的炉顶气经炉顶气出口800排出。经助燃气入口700通入空气和氧气的混合气体作为助燃气，该助燃气与自下而上的还原气体接触并在焙烧段300燃烧，燃烧产生的气体的温度为1400℃，燃烧产生的热量对经过预热的球团进行加热焙烧，形成高温的焙烧球团和热的气体，高温的焙烧球团的温度为1100℃，在该步骤中还原气温度为1400℃。形成的焙烧球团下落至还原段400并与经还原气入口600通入的还原气接触发生还原反应，生成海绵铁，还原后海绵铁温度为900℃，其中该步骤中还原气温度为950℃，还原气包含H₂和CO并且H₂和CO的总的体积百分比为80％。生成的海绵铁经气基竖炉底端的海绵铁出口500排出。

采用本方法和传统工艺的工艺参数和检测结果如表1所示。由表1可知，采用本发明的上述技术方案得到的焙烧球团的抗压强度为1779N/个，所得到的海绵铁的金属化率为95.2％；而传统工艺得到的焙烧球团的抗压强度为1041N/个，所得到的海绵铁的金属化率为87.3％。采用本发明的上述技术方案所得到的抗压强度和金属化率均明显优于传统工艺。

表1本发明的方法和传统工艺的工艺参数及检测结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。