本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法。

背景技術(shù)：

氣基豎爐制備海綿鐵采用氧化球團(tuán)或焙燒球團(tuán)為原料，往往需要將冷固結(jié)球團(tuán)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(jī)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(jī)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(tuán)，這涉及到冷固結(jié)球團(tuán)的干燥、焙燒和冷卻過程，流程長，設(shè)備復(fù)雜。

近年來，有專利報(bào)道采用冷固結(jié)球團(tuán)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(tuán)自身存在強(qiáng)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(tuán)在氣基豎爐內(nèi)生產(chǎn)海綿鐵的工業(yè)化實(shí)踐鮮有報(bào)道，因此采用冷固結(jié)球團(tuán)在氣基豎爐制備海綿鐵仍需要更多的實(shí)踐和探索。

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

技術(shù)實(shí)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(jié)球團(tuán)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(jié)球團(tuán)干燥、焙燒和冷卻所需設(shè)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(tuán)或焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度要求的同時(shí)，還促進(jìn)了還原反應(yīng)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(jié)球團(tuán)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(shè)有空腔，空腔自上而下分成預(yù)熱段、焙燒段以及還原段；

冷固結(jié)球團(tuán)入口，其位于爐體上端；

爐頂氣出口，其位于爐體的預(yù)熱段；

助燃?xì)馊肟冢湮挥跔t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(gè)實(shí)施例，其中爐頂氣出口位于爐體預(yù)熱段的側(cè)面的上部，助燃?xì)馊肟谖挥诒簾蝹?cè)面的下部，助燃?xì)馊肟诰唧w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(cè)面的下部。

本發(fā)明的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐將冷固結(jié)球團(tuán)干燥預(yù)熱、焙燒過程集中于氣基豎爐內(nèi)完成，不僅節(jié)省了設(shè)備，而且還避免了環(huán)冷機(jī)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(jié)球團(tuán)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(tuán)并將冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口加入到氣基豎爐預(yù)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(yù)熱段與步驟1)中加入的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并對冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥預(yù)熱；

3)經(jīng)助燃?xì)馊肟谕ㄈ胫細(xì)猓細(xì)馀c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(yù)熱的球團(tuán)進(jìn)行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團(tuán)和熱的氣體；

4)使步驟3)形成的焙燒球團(tuán)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(yīng)，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(gè)實(shí)施例，步驟1)中所制備的冷固結(jié)球團(tuán)的水分質(zhì)量含量不大于10％。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例，助燃?xì)獍諝夂?或氧氣。步驟3)中還原氣與助燃?xì)饨佑|燃燒產(chǎn)生的氣體溫度為1100℃～1400℃。

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

本發(fā)明的采用氣基豎爐由冷固結(jié)球團(tuán)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(tuán)或焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度要求的同時(shí)，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(jié)球團(tuán)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(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法的示意性流程圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，在示例性實(shí)施例中所示的本發(fā)明的實(shí)施例僅是說明性的。雖然在本發(fā)明中僅對少數(shù)實(shí)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(shí)質(zhì)脫離本發(fā)明主題的教導(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(shí)施例的設(shè)計(jì)、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(shí)施例的冷固結(jié)球團(tuán)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(jié)球團(tuán)入口100、爐頂氣出口800、助燃?xì)馊肟?00、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(shè)有空腔(未示出)，空腔自上而下分成預(yù)熱段200、焙燒段300以及還原段400。爐體LT上端設(shè)有冷固結(jié)球團(tuán)入口100，爐體LT預(yù)熱段200的側(cè)面的上部設(shè)有爐頂氣出口800，焙燒段300側(cè)面的下部設(shè)有助燃?xì)馊肟?00，助燃?xì)馊肟?00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(cè)面的下部設(shè)有還原氣入口600，爐體LT底端設(shè)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(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法的示意性流程圖。結(jié)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(jié)球團(tuán)并將冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口100加入到氣基豎爐預(yù)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(yù)熱段200與步驟1)中加入的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并對冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥預(yù)熱，預(yù)熱冷固結(jié)球團(tuán)所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出；

3)經(jīng)助燃?xì)馊肟?00通入助燃?xì)猓細(xì)馀c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(yù)熱的球團(tuán)進(jìn)行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團(tuán)和熱的氣體；

4)使步驟3)形成的焙燒球團(tuán)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(yīng)，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(shí)施例，步驟1)中所制備的冷固結(jié)球團(tuán)的水分質(zhì)量含量不大于10％。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)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(shí)施例，助燃?xì)獍諝夂?或氧氣。步驟3)中還原氣與助燃?xì)饨佑|燃燒產(chǎn)生的氣體溫度為1100℃～1400℃。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例，步驟3)中焙燒形成的高溫的焙燒球團(tuán)的溫度為1000℃～1100℃，平均抗壓強(qiáng)度為1400～1800N/個(gè)。

本發(fā)明的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐將冷固結(jié)球團(tuán)干燥預(yù)熱、焙燒過程集中于氣基豎爐內(nèi)完成，不僅節(jié)省了設(shè)備，而且還避免了環(huán)冷機(jī)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(jié)球團(tuán)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(tuán)或焙燒球團(tuán)抗壓強(qiáng)度要求的同時(shí)，較傳統(tǒng)工藝得到了較高的金屬化率。

實(shí)施例一

將水分質(zhì)量含量10％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口100加入氣基豎爐預(yù)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(yù)熱段200與加入的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并對冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥預(yù)熱，預(yù)熱冷固結(jié)球團(tuán)所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出。經(jīng)助燃?xì)馊肟?00通入空氣作為助燃?xì)猓諝鉁囟葹槭覝兀諝馀c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(yù)熱的球團(tuán)進(jìn)行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團(tuán)和熱的氣體，高溫的焙燒球團(tuán)的溫度為1000℃，在該步驟中還原氣溫度為900℃。形成的焙燒球團(tuán)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(yīng)，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(jié)果如表1所示。由表1可知，采用本發(fā)明的上述技術(shù)方案得到的焙燒球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度為1487N/個(gè)，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(tuán)的抗壓強(qiáng)度為922N/個(gè)，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(shù)方案所得到的抗壓強(qiáng)度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。

實(shí)施例二

將水分質(zhì)量含量9％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口100加入氣基豎爐預(yù)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(yù)熱段200與加入的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并對冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥預(yù)熱，預(yù)熱冷固結(jié)球團(tuán)所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出。經(jīng)助燃?xì)馊肟?00通入氧氣作為助燃?xì)猓鯕馀c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(yù)熱的球團(tuán)進(jìn)行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團(tuán)和熱的氣體，高溫的焙燒球團(tuán)的溫度為1050℃，在該步驟中還原氣溫度為1200℃。形成的焙燒球團(tuán)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(yīng)，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(jié)果如表1所示。由表1可知，采用本發(fā)明的上述技術(shù)方案得到的焙燒球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度為1598N/個(gè)，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(tuán)的抗壓強(qiáng)度為965N/個(gè)，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(shù)方案所得到的抗壓強(qiáng)度和金屬化率均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。

實(shí)施例三

將水分質(zhì)量含量8％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口100加入氣基豎爐預(yù)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(yù)熱段200與加入的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并對冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥預(yù)熱，預(yù)熱冷固結(jié)球團(tuán)所產(chǎn)生的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口800排出。經(jīng)助燃?xì)馊肟?00通入空氣和氧氣的混合氣體作為助燃?xì)猓撝細(xì)馀c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(yù)熱的球團(tuán)進(jìn)行加熱焙燒，形成高溫的焙燒球團(tuán)和熱的氣體，高溫的焙燒球團(tuán)的溫度為1100℃，在該步驟中還原氣溫度為1400℃。形成的焙燒球團(tuán)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(yīng)，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(jié)果如表1所示。由表1可知，采用本發(fā)明的上述技術(shù)方案得到的焙燒球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度為1779N/個(gè)，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(tuán)的抗壓強(qiáng)度為1041N/個(gè)，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(shù)方案所得到的抗壓強(qiáng)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(jié)果

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