本發明涉及冶金技術領域，具體而言，本發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過干燥、焙燒和冷卻后方能進入氣基豎爐內。生球干燥過程在鏈篦機中進行，焙燒往往在回轉窯內進行，冷卻在環冷機上進行。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，造成了大量的能量耗散。

近年來，有專利報道采用冷固結球團直接輸送至氣基豎爐生產海綿鐵，可極大的縮短工藝流程，降低能量耗散。然而，由于冷固結球團抗壓強度低、易粉碎，且在已有氣基豎爐內直接使用可操作性不強，因此采用冷固結球團在氣基豎爐內制備海綿鐵仍需更多的實踐和探索。

氣基豎爐內不同溫度帶和位置的冷固結球團所能承受的抗壓強度是不同的。已有氣基豎爐為立式爐，爐內球團承受自身上部及周圍球團帶來的壓力和摩擦力，且豎爐越高，爐內球團所承受的來自垂直距離上的壓力和摩擦力越大。

技術實現要素：

針對上述氣基豎爐制備海綿鐵存在的問題，本發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。

根據本發明的一方面，本發明提供一種冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐，其特征在于，氣基豎爐包括：

爐體，其沿豎直方向延伸，爐體內部設有空腔，空腔自上而下分成預熱段以及還原段；其中：

預熱段包括：

螺旋滑道，其設置在腔體的預熱段內并且其外邊緣固定到爐體的側壁上；

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；以及

二次還原氣第一入口以及二次還原氣出口；

還原段包括：

一次還原氣入口；

二次還原氣第二入口；以及

海綿鐵出口；

其中，二次還原氣出口與循環加壓風機連接，之后與二次還原氣第一入口或二次還原氣第二入口連通。

根據本發明的一個實施例，其中，爐頂氣出口位于爐體預熱段的側面的上部；二次還原氣出口位于預熱段的側面的上部；二次還原氣第一入口位于預熱段的側面的下部；一次還原氣入口和二次還原氣第二入口均位于還原段的側面的下部；以及海綿鐵出口位于還原段的底端。

根據本發明的一個實施例，螺旋滑道的寬度為氣基豎爐還原段半徑的1/3～5/6。

根據本發明的一個實施例，當二次還原氣溫度不低于300℃且低于500℃時，二次還原氣經循環加壓風機加壓后經二次還原氣第一入口進入預熱段；當二次還原氣溫度不低于500℃且低于700℃時，二次還原氣經循環加壓風機加壓后經二次還原氣第二入口進入還原段。

本發明的另一方面提供了一種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；

2)冷固結球團在預熱段沿螺旋滑道下滑，同時與來自還原段的氣體或來自還原段的氣體與經二次還原氣第一入口通入的氣體的第一混合氣體接觸并對冷固結球團進行干燥預熱，得到預熱后的冷固結球團；

3)步驟2)中預熱后的冷固結球團在還原段下落，同時與經一次還原氣入口通入的一次還原氣或一次還原氣與經二次還原氣第二入口通入的二次還原氣的第二混合氣體發生還原反應，生成海綿鐵；

4)使步驟3)中生成的海綿鐵經氣基豎爐底端的海綿鐵出口排出。

根據本發明的一個實施例，步驟3)還包括使生成的海綿鐵繼續下落并在一次還原氣入口和二次還原氣第二入口之間與二次還原氣發生進一步的還原反應。

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

根據本發明的一個實施例，步驟3)中一次還原氣的溫度為850℃～950℃。

根據本發明的一個實施例，步驟3)中一次還原氣包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比不小于80％。

根據本發明的一個實施例，步驟3)中還原后海綿鐵溫度為400℃～600℃。

本發明采用的氣基豎爐以將氣基豎爐裝置分為預熱段和還原段兩部分，還原段內部設置了螺旋滑道，減少了下部冷固結球團所承受的來自垂直距離上的壓力和來自周圍球團的摩擦力，降低了球團粉化率。螺旋滑道的引入促使還原氣沿螺旋路徑向上運動，延長了氣體向上運動的路徑，極大的改善了冷固結球團的預熱效果。將冷固結球團干燥、預熱、還原和深還原過程集中于氣基豎爐預熱段和還原段內完成，大大簡化了工藝流程，節省了氧化球團或焙燒球團制備過程所需設備，節約了綜合能耗，提高了海綿鐵的金屬化率和生產效率。對還原后的海綿鐵進行深還原后，海綿鐵的金屬化率較傳統工藝得到的海綿鐵的金屬化率高。

附圖說明

圖1是本發明的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐的主視圖；

圖2A和2B是本發明的冷固結球團制備海綿鐵的氣基豎爐的螺旋滑道的主視圖和俯視圖；以及

圖3是采用本發明的氣基豎爐由冷固結球團制備海綿鐵的方法的流程示意圖。

具體實施方式

應當理解，在示例性實施例中所示的本發明的實施例僅是說明性的。雖然在本發明中僅對少數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脫離本發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明的范圍內。在不脫離本發明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設計、操作條件和參數等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

下面參照圖1、2A和2B描述本發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，其沿豎直方向延伸，爐體內部設有空腔，空腔自上而下分成預熱段100以及還原段200。預熱段100包括螺旋滑道130、冷固結球團入口110、爐頂氣出口120、二次還原氣第一入口150以及二次還原氣出口140，螺旋滑道130設置在腔體的預熱段100內并且其外邊緣固定到爐體的側壁上，冷固結球團入口110位于爐體上端，爐頂氣出口120位于爐體預熱段100的側面的上部，二次還原氣出口140位于預熱段100的側面的上部，二次還原氣第一入口150位于預熱段100的側面的下部。還原段200包括一次還原氣入口210、二次還原氣第二入口220以及海綿鐵出口230，一次還原氣入口210和二次還原氣第二入口220均位于還原段200的側面的下部，二次還原氣第二入口220在高度上比一次還原氣入口210更低，海綿鐵出口230位于還原段200的底端。其中，二次還原氣出口140與循環加壓風機160連接，之后根據二次還原氣的溫度而連通二次還原氣第一入口150或二次還原氣第二入口220。

在本發明的一個具體實施例中，當二次還原氣溫度不低于300℃且低于500℃時，二次還原氣經循環加壓風機160加壓后經二次還原氣第一入口150進入預熱段；當二次還原氣溫度不低于500℃且低于700℃時，二次還原氣經循環加壓風機160加壓后經二次還原氣第二入口220進入還原段?？梢酝ㄟ^相應的閥門來實現該功能。其中，二次還原氣是前一次還原反應之后，將預熱段100內的部分氣體經二次還原氣出口140排出并經循環加壓風機160加壓后的氣體，循環利用的部分氣體占預熱段100內總氣體的體積比不小于30％，被排出的氣體的溫度約為300℃～700℃。

如圖2A所示，螺旋滑道130與水平面的夾角為15°～50°，優選為25°～40°。如圖2B所示，螺旋滑道130的寬度L可以是氣基豎爐還原段半徑R的1/3～5/6。為了提高海綿鐵的生產效率，僅在預熱段100內設置螺旋滑道130。螺旋滑道的引入促使還原氣沿螺旋路徑向上運動，延長了氣體向上運動的路徑，極大的改善了冷固結球團的預熱效果。

圖3示出了根據本發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、2A和2B并參照圖3來說明本發明所公開的制備海綿鐵的方法。

該方法開始于步驟S100。在步驟S100中，制備冷固結球團并將冷固結球團由冷固結球團入口110加入到氣基豎爐預熱段內。所制備的冷固結球團的水分質量含量不大于10％，通過圓盤造球的方式來制備該冷固結球團。

在步驟S200中，冷固結球團在預熱段100沿螺旋滑道130下滑，經還原段200自下而上的氣體或經二次還原氣第一入口150通入的氣體與螺旋滑道上的冷固結球團接觸并且對其進行干燥預熱，之后得到干燥后的冷固結球團。

在步驟S300中，預熱后的冷固結球團在還原段200下落，同時與經一次還原氣入口210通入的一次還原氣以及經二次還原氣第二入口220通入的二次還原氣發生還原反應，生成海綿鐵。一次還原氣的溫度約為850℃～950℃，一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比不小于80％。還原后海綿鐵溫度為400℃～600℃。

最后，在步驟S400中，使步驟S300中生成的海綿鐵經氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

在本發明的一個具體實施例中，步驟S300還包括使生成的海綿鐵繼續下落并在一次還原氣入口210和二次還原氣第二入口220之間與二次還原氣發生進一步的還原反應。經過進一步還原后，海綿鐵溫度為300℃～500℃。

實施例一

將水分質量含量10％的冷固結球團由冷固結球團入口110加入氣基豎爐預熱段100內。冷固結球團在預熱段100沿螺旋滑道130下滑，經還原段200自下而上的氣體以及經二次還原氣第一入口150通入的400℃的氣體與螺旋滑道130上的冷固結球團接觸并且對其進行干燥預熱，之后得到干燥后的冷固結球團。預熱后的冷固結球團在還原段200下落，同時與經一次還原氣入口210通入的850℃的一次還原氣發生還原反應，生成海綿鐵。一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比為83％，還原后海綿鐵溫度為400℃。生成的海綿鐵經氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

采用本方法制備的海綿鐵的金屬化率約84.7％，采用傳統工藝制備的海綿鐵金屬化率約82.4％。

實施例二

將水分質量含量9％的冷固結球團由冷固結球團入口110加入氣基豎爐預熱段100內。冷固結球團在預熱段100沿螺旋滑道130下滑，經還原段200自下而上的氣體與螺旋滑道130上的冷固結球團接觸并且對其進行干燥預熱，之后得到干燥后的冷固結球團。預熱后的冷固結球團在還原段200下落，同時與經一次還原氣入口210通入的900℃的一次還原氣以及經二次還原氣第二入口220通入的600℃的二次還原氣發生還原反應，生成海綿鐵。一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比為85％，還原后海綿鐵溫度為500℃。生成的海綿鐵經氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

采用本方法制備的海綿鐵的金屬化率約87.5％，采用傳統工藝制備的海綿鐵金屬化率約84.1％。

實施例三

將水分質量含量8％的冷固結球團由冷固結球團入口110加入氣基豎爐預熱段100內。冷固結球團在預熱段100沿螺旋滑道130下滑，經還原段200自下而上的氣體與螺旋滑道130上的冷固結球團接觸并且對其進行干燥預熱，之后得到干燥后的冷固結球團。預熱后的冷固結球團在還原段200下落，同時與經一次還原氣入口210通入的950℃的一次還原氣以及經二次還原氣第二入口220通入的700℃的二次還原氣發生還原反應，生成海綿鐵。其中，一次還原氣中包含H₂和CO并且H₂和CO的總體積百分比為88％，還原后海綿鐵溫度為600℃。生成的海綿鐵繼續下落至一次還原氣入口210和二次還原氣第二入口220之間與二次還原氣發生進一步的還原反應，得到深度還原的海綿鐵。得到的海綿鐵之后經氣基豎爐底端的海綿鐵出口230排出。

采用本方法制備的海綿鐵的金屬化率約91.2％，采用傳統工藝制備的海綿鐵金屬化率約87.3％。

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