一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉的制作方法

本发明涉及钢铁行业及有色行业采用直接还原生产工艺方法和设备，属于冶金领域，具体涉及一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉。

背景技术：

现今，煤基直接还原工艺有多种，其中，由于转底炉还原工艺具有设备简单、操作容易、生产周期短、反应速度快、环境友好等优点，所以转底炉还原工艺已经引起了广泛的关注。转底炉炼铁的基本原理是通过位于炉侧壁的平焰烧嘴燃烧，火焰的高温通过辐射传给料层表面的球团，使含碳球团中的金属氧化物在高温下被还原，加热能源多采用天然气、裂化气、焦炉煤气、转炉煤气和煤制气等，能源来源十分广泛。采用转底炉设备直接还原铁(DRI)工艺主要包括以下步骤：将铁矿粉与还原剂煤粉混合均匀，压制成含碳球团矿，烘干；将干燥的含碳球团均匀地铺在转底炉上，使含碳球团在转底炉炉内的还原区域(温度可达1100℃～1400℃)内被还原15min-30min，即可得到金属化率为85％以上的金属化球团。转底炉设备用于生产DRI的优点在于，还原温度高、时间短、炉料与炉底保持相对的静止不动，从而避免了回转窑、流化床粘结、竖炉结瘤等问题。但目前采用转底炉直接还原较成熟的工艺多为混料、制球、干燥等原料预处理后再布入转底炉，转底炉还原前预处理工序复杂，具有生产工艺流程长，设备投资大，生产成本高，能耗高等缺陷，此外，现有转底炉多采用烧嘴式加热方式，但由于布料口在转底炉的环形空间顶部与炉底存在一定的高度差，物料入炉初期炉内粉尘量较大，易导致布料口附近区域烧嘴堵塞从而影响生产顺行。如中国专利号为CN102304600B的专利提供了一种用于直接还原生产方式的2~3段布料和出料的转底炉，包括环形炉体和可转动环形炉底，环形炉体由2~3段弧形炉膛构成，热工控制系统包括煤气烧嘴和二次风喷嘴，所述煤气烧嘴和二次风喷嘴依次间隔、且对称设置在的所述弧形炉墙上，原料造球后，将生球团通过布料机均匀布置在转底炉炉底，最终得到金属化球团。该发明热工控制系统均采用烧嘴加热方式，物料在运输及布料初期易产生粉尘堵塞烧嘴，影响生产顺行，且原料入炉前需造球烘干，工艺复杂，设备投资高。因此如何设计一种工艺流程短、设备投资低、设备作业率高、能耗低的转底炉成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉。该转底炉具有处理流程短、设备投资低、设备作业率高、能耗低、应用范围广泛等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提出了一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉。根据本发明的实施例，该转底炉包括环形炉体、可转动环形炉底、热工系统和炉底支架及传动系统；其中，所述环形炉体包括：环形炉膛、振动布料机和出料机，所述环形炉膛由环形炉墙、炉顶、预热区和还原区间隔墙和出料端挡墙构成，形成依次相邻的进料区、预热区、还原区及出料区，其中，所述隔墙位于所述预热区与所述还原区之间，所述出料端挡墙位于所述还原区与所述出料区之间，所述隔墙和所述挡墙均由所述转底炉的顶壁向下延伸，并与所述可转动环形炉底保持一定间隔；所述环形炉膛的两端设有独立的用于加料的振动布料机和用于出料的出料机，其中，所述振动布料机包括布料机主体、振动弹簧和振动电机；所述热工系统包括：多个干燥管和多个烧嘴，其中所述干燥管设置在所述预热区的位于所述可转动环形炉底与炉顶之间的炉墙侧壁上，用于对所述预热区进行干燥管方式加热；所述烧嘴设置在所述还原区的炉墙侧壁上，用于对所述还原区进行烧嘴方式加热；所述炉底支架及传动系统设置在所述预热区和所述还原区的位于所述可转动环形炉底下部的底座上。

发明人发现，根据本发明实施例的该转底炉，炉内增设干燥管预热区并在预热区和还原区间设置隔墙，与传统转底炉均采用炉墙侧壁烧嘴加热的方式相比，有效解决了物料入炉初期因粉料多导致烧嘴堵塞的问题；本发明采用湿块料或湿球直接入转底炉的流程处理原料，缩短了工艺流程，降低了设备投资、生产成本及生产能耗；本发明转底炉采用蓄热式燃烧技术，使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

根据本发明的实施例，所述预热区加热温度为400℃-1000℃。

根据本发明的实施例，所述干燥管加热方式是电加热、燃气加热、高温烟气余热的一种或几种。

根据本发明的实施例，所述转底炉的水平截面为圆环形，所述预热区圆环夹角为30°-100°。

根据本发明的实施例，所述进料区、预热区、还原区和出料区沿所述可转动环形炉底的转动方向依次排列。

根据本发明的实施例，所述干燥管位于距所述可转动环形炉底1/3间距处，所述间距为所述可转动环形炉底和炉顶之间的距离。

根据本发明的实施例，所述预热区炉墙上设有排烟口，炉内烟气从所述排烟口排出，烟气余热再回收，用于预热燃气助燃风和二次风。

根据本发明的实施例，在所述可转动环形炉底下表面的与所述环形炉墙对应的外圆周处，设有用于炉底密封的炉底水封槽。

本发明至少具有以下有益效果：

1.与传统转底炉均采用炉墙侧壁烧嘴加热的方式相比，本发明的转底炉内增设干燥管预热区并在预热区和还原区间设置隔墙，有效解决了物料入炉初期因粉料多导致烧嘴堵塞的问题。

2.本发明可采用湿块料或湿球直接入转底炉的流程处理原料，缩短了工艺流程，降低了设备投资、生产成本及生产能耗。

3.本发明转底炉可采用蓄热式燃烧技术，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

附图说明

图1 是本发明转底炉的俯视示意图。

图2 是本发明转底炉膛的断面示意图。

图3 是本发明转底炉的立面示意图。

其中，进料区1，预热区2，还原区3，出料区4，排烟口5，预热区和还原区间隔墙6，出料端挡墙7，干燥管8，烧嘴9，振动布料机10，振动弹簧11，振动电机12，出料机13，炉顶14，环形炉墙15，炉底水封槽16，物料层17，可转动环形炉底18，炉底支架及传动系统19，底座20。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出了一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉。根据本发明的实施例，图1 是本发明转底炉的俯视示意图，图2 是本发明转底炉膛的断面示意图，参照图1和图2所示，该转底炉包括：环形炉体、可转动环形炉底18、热工系统和炉底支架及传动系统19；其中，所述环形炉体包括：环形炉膛、振动布料机10和出料机13，所述环形炉膛由环形炉墙15、炉顶14、预热区和还原区间隔墙6和出料端挡墙7构成，所述隔墙和所述挡墙均由所述转底炉的顶壁向下延伸，并与所述可转动环形炉底保持一定间隔；所述环形炉膛的两端设有独立的用于加料的振动布料机和用于出料的出料机，其中，所述振动布料机包括布料机主体、振动弹簧11和振动电机12；所述热工系统包括：多个干燥管8和多个烧嘴9，其中所述干燥管设置在所述预热区的位于所述可转动环形炉底与炉顶之间的炉墙侧壁上，用于对所述预热区进行干燥管方式加热；所述烧嘴设置在所述还原区的炉墙侧壁上，用于对所述还原区进行烧嘴方式加热；所述炉底支架及传动系统19设置在所述预热区和所述还原区的位于所述可转动环形炉底下部的底座20上。

发明人发现，根据本发明实施例的该转底炉，炉内增设干燥管预热区并在预热区和还原区间设置隔墙，与传统转底炉均采用炉墙侧壁烧嘴加热的方式相比，有效解决了物料入炉初期因粉料多导致烧嘴堵塞的问题；本发明采用湿块料或湿球直接入转底炉的流程处理原料，缩短了工艺流程，降低了设备投资、生产成本及生产能耗；本发明转底炉采用蓄热式燃烧技术，使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

根据本发明的实施例，所述转底炉的水平截面的具体形状不受限制，根据本发明的一些实施例，本发明优选为圆环形，所述预热区圆环夹角优选为30°-100°，本发明转底炉干燥管预热区圆环夹角不应小于30°，若圆环夹角小于30°，则物料在预热区留存时间太短，会导致物料水分脱除不完全，剩余水分在还原区脱除影响物料区还原性，降低有价金属的还原率， 但当转底炉预热区圆环夹角过大将影响还原区物料的还原效果，所以控制预热区圆环夹角不大于100°。

根据本发明的实施例，图3 是本发明转底炉的立面示意图，参照图3所示，所述环形炉膛中依次相邻的进料区1、加热温度为400℃-1000℃的预热区2、还原区3和出料区4沿所述可转动环形炉底的转动方向依次排列，其中，所述预热区和还原区间隔墙位于所述预热区与所述还原区之间，所述出料端挡墙位于所述还原区与所述出料区之间，根据本发明的实施例，在预热区和还原区之间设置隔墙，可防止物料入炉初期产生的粉尘进入还原区影响生产顺行，此外在出料端设置挡墙，将还原区构成半密闭结构，可有效保障整个还原区的还原气氛，提高金属还原效果。

根据本发明的实施例，本发明通过在转底炉内增设干燥管预热区，该干燥管设置于可转动炉底与炉顶间距距炉底1/3处炉墙侧壁，干燥管设置距炉底物料太近将影响炉内对流加热效果，距物料太远辐射传热效果较差且接近炉顶热损失较大；采用热辐射方式预热原料，与传统转底炉均采用炉墙侧壁烧嘴加热的方式相比，有效解决了物料入炉初期由于布料口在转底炉的环形空间顶部与炉底存在一定的高度差，物料入炉初期炉内粉尘量较大易堵塞烧嘴的问题，干燥管加热温度为400℃-1000℃，可对混合物料进行预热，并有效脱除入炉物料中的表水及结晶水，在不影响产品指标的前提下可直接湿块料或湿球入炉，减少了转底炉炉前的压球及球团烘干工艺，缩短了工艺流程，降低了设备投资，具有处理流程短、设备投资低、设备作业率高、能耗低、应用范围广泛等优点。

工作时，物料通过转底炉加料区1的振动布料机10将物料均匀的布置在转底炉炉底形成物料层17，通过炉底支架及传动系统19驱动炉底转动，物料预炉底无相对运动，随着炉底的转动在炉膛内依次经过预热区2、还原区3，通过炉内增设干燥管预热区，采用电加热方式，加热的温度为400℃-1000℃，可有效脱除入炉物料中的表水及结晶水并减少物料中碳烧损；还原区采用内外侧壁蓄热式烧嘴加热方式，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，提高物料还原效果，还原后生成的还原物料经过转底炉出料区4的出料机13将物料排出转底炉，炉内烟气从排烟口5排出，烟气余热再回收将转底炉所需的燃气助燃风和二次风进行预热，预热后的燃气助燃风和二次风通过管道连接到转底炉的加热装置。

根据本发明的实施例，所述预热区炉墙上设有排烟口5，炉内烟气从所述排烟口排出，烟气余热再回收，用于预热燃气助燃风和二次风。

根据本发明的实施例，所述预热区和还原区间隔墙的具体材质不受限制，只要能够起到分隔的作用即可，可以为耐火砖或耐火打结料等，根据本发明的一些实施例，本发明优选为耐火砖。

根据本发明的实施例，所述出料端挡墙的具体材质不受限制，只要能够起到阻挡的作用即可，可以为耐火砖或耐火打结料等，根据本发明的一些实施例，本发明优选为耐火砖。

根据本发明的实施例，所述干燥管位于距所述可转动环形炉底1/3间距处，所述间距为所述可转动环形炉底和炉顶之间的距离，所述干燥管和烧嘴的具体个数和形状不受限制，只要能起到干燥加热的作用即可，其中，所述干燥管的形状可以为P形，W形或者U型，根据本发明的一些实施例，本发明干燥管优选为U型，所述干燥管的具体加热方式不受限制，根据本发明的一些实施例，本发明优选为电加热、燃气加热、高温烟气余热的一种或几种。

根据本发明的实施例，所述振动电机的具体型号不受限制，只要能起到振动物料且将其振动至炉内的作用即可。

根据本发明的实施例，所述炉底支架及传动系统的具体组成构件不受限制，只要能够起到支撑和传动的作用即可，本发明所述炉底支架及传动系统的套数优选为2-4套，分别设置在所述可转动环形炉底下部的底座上。

根据本发明的实施例，所述可转动环形炉底的底座的具体种类不受限制，只要能够起到支撑的作用即可，根据本发明的一些实施例，本发明优选的底座是由两根平行的圆柱行金属体通过焊接在所述可转动环形炉底的下部所形成。

根据本发明的实施例，在所述可转动环形炉底下表面的与所述环形炉墙对应的外圆周处，设有用于炉底密封的炉底水封槽16。

实施例1：如图1、图2和图3所示，一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉，该转底炉的直径为40m-60m；工作时，物料通过转底炉进料区1的振动布料机10将物料均匀的布置在转底炉炉底形成物料层17，通过炉底支架及传动系统19驱动炉底转动，物料与炉底无相对运动，随着炉底的转动在炉膛内依次经过预热区2、还原区3，通过炉内增设干燥管预热区，预热区圆环夹角为30°，采用电加热方式，加热的温度为800℃-1000℃可有效脱除入炉物料中的表水及结晶水并减少物料中碳烧损；还原区采用内外侧壁蓄热式烧嘴加热方式，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，提高物料还原效果，还原后生成的还原物料经过转底炉出料区4的出料机13将物料排出转底炉，炉内烟气从排烟口5排出，烟气余热再回收将转底炉所需的燃气助燃风和二次风进行预热，预热后的燃气助燃风和二次风通过管道连接到转底炉的加热装置。

实施例2：如图1、图2和图3所示，一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉，该转底炉的直径为40m-60m；工作时，物料通过转底炉进料区1的振动布料机10将物料均匀的布置在转底炉炉底形成物料层17，通过炉底支架及传动系统19驱动炉底转动，物料与炉底无相对运动，随着炉底的转动在炉膛内依次经过预热区2、还原区3，通过炉内增设干燥管预热区，预热区圆环夹角为60°，采用电加热方式，加热的温度为600℃-1000℃可有效脱除入炉物料中的表水及结晶水并减少物料中碳烧损；还原区采用内外侧壁蓄热式烧嘴加热方式，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，提高物料还原效果，还原后生成的还原物料经过转底炉出料区4的出料机13将物料排出转底炉，炉内烟气从排烟口5排出，烟气余热再回收将转底炉所需的燃气助燃风和二次风进行预热，预热后的燃气助燃风和二次风通过管道连接到转底炉的加热装置。

实施例3：如图1、图2和图3所示，一种用于直接还原生产方式的单层加热及热回收式转底炉，该转底炉的直径为40m-60m；工作时，物料通过转底炉进料区1的振动布料机10将物料均匀的布置在转底炉炉底形成物料层17，通过炉底支架及传动系统19驱动炉底转动，物料与炉底无相对运动，随着炉底的转动在炉膛内依次经过预热区2、还原区3，通过炉内增设干燥管预热区，预热区圆环夹角为100°，采用燃气燃烧加热方式，加热的温度为400℃-1000℃可有效脱除入炉物料中的表水及结晶水并减少物料中碳烧损；还原区采用内外侧壁蓄热式烧嘴加热方式，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，提高物料还原效果，还原后生成的还原物料经过转底炉出料区4的出料机13将物料排出转底炉，炉内烟气从排烟口5排出，烟气余热再回收将转底炉所需的燃气助燃风和二次风进行预热，预热后的燃气助燃风和二次风通过管道连接到转底炉的加热装置。

发明人发现，根据本发明实施例的该转底炉，炉内增设干燥管预热区并在预热区和还原区间设置隔墙，与传统转底炉均采用炉墙侧壁烧嘴加热的方式相比，有效解决了物料入炉初期因粉料多导致烧嘴堵塞的问题；本发明采用湿块料或湿球直接入转底炉的流程处理原料，缩短了工艺流程，降低了设备投资、生产成本及生产能耗；本发明转底炉采用蓄热式燃烧技术，使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。