用煤粉做燃料冶炼钢铁的设备

摘要

一种用煤粉做燃料冶炼钢铁的设备。多个预热室上下依次贯通，最上层预热室顶部与主风管连接、下部与预热锥形体连通；预热锥形体的顶部与离心风机连接；中温窑、次高温窑和高温窑，分别通过下料锥体连通；次高温窑和高温窑的窑头室内有燃烧器；集气室顶部与最下层预热室连通，集气室底部与中温窑窑体连通；中温窑、次高温窑、高温窑与集气室连通；保温炉顶部有燃烧器，下部设铁水流槽；保温炉下部为渣铁分离池；铁渣冷却机设在高温窑和次高温窑窑头室的下方，与保温炉的铁渣出口连接。这种钢铁冶炼设备将冶炼过程中产生的热能回收，循环利用到冶炼的其他步骤中，采用煤粉作为燃料，费用低，利用率高，降低生产成本，提高工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，具体地说是在钢铁冶炼过程中，用煤粉替代焦碳做燃料冶炼钢铁的设备。

背景技术

在目前的钢铁冶炼领域，为生产合格的生铁，一般都是采用高温竖窑进行冶炼，其燃料主要是焦碳。焦碳在高炉冶炼中同时担负着发热剂、还原剂、料主骨架等作用，在实际生产过程中存在很多不足之处：1、焦碳成本高；2、高炉余热不能被充分利用，余热损失大，加热过程中使用的燃料量大；3、排出的铁渣中的余热白白在大气中挥发，不仅造成环境污染，而且造成热能的严重浪费。

发明内容

本发明是针对现有钢铁采用竖窑高温冶炼所存在的诸多不足，提供一种用煤粉替焦碳做主要燃料、对生产过程中产生的热能充分回收利用的钢铁冶炼设备。

实现上述发明目的采用以下技术方案：一种用煤粉做燃料冶炼钢铁的设备，包括预热装置、加温冶炼装置、通气装置、保温装置和冷却装置，

a、预热装置包括预热锥形体和预热室，多个预热室上下依次贯通设置，最上层的预热室的顶部与带有下料孔的主风管连接， 最上层的预热室的下部与预热锥形体连通；预热锥形体的顶部通过管路与离心风机连接；

b、加温冶炼装置包括上下并列设置的中温窑、次高温窑和高温窑，中温窑与次高温窑、次高温窑与高温窑之间分别通过下料锥体连通；次高温窑和高温窑的窑头室内分别安装有伸入窑体的燃烧器；

c、通气装置包括集气室、风速调整管和废气管，集气室顶部与最下层的预热室连通，集气室底部与中温窑窑体连通；中温窑的窑头室、次高温窑窑尾室、高温窑窑尾室分别通过风速调整管与集气室连通；高温窑窑尾室和中温窑窑头室、中温窑窑尾室和集气室分别通过废气管连通；

d、保温装置包括保温炉，保温炉顶部装有燃烧器，保温炉下部的炉体外部设有一铁水流槽，该铁水流槽的另一端设置在高温窑铁水出口的下方；保温炉的下部为渣铁分离池，该渣铁分离池的两侧分别设置有铁水出口和铁渣出口；该保温炉通过风速调整管与集气室连通；

e、冷却装置包括铁渣冷却机，该铁渣冷却机设置在高温窑和次高温窑窑头室的下方，与保温炉的铁渣出口连接。

次高温窑、高温窑和保温炉中的燃烧器以煤粉做燃料。

预热室为上宽下窄的锥形筒。

高温窑窑头室内并列安装有一长程燃烧器和一短程燃烧器。

高温窑的一端为直径扩大段，该直径扩大段的窑体截面积大于其他窑体截面积。

次高温窑的窑体内壁上均布有沿窑体径向间隔分布的短耐火砖和高耐火砖。

中温窑的窑体内壁上均布有沿窑体径向和轴向均间隔分布的短耐火砖和高耐火砖。

中温窑、次高温窑、高温窑和保温炉分别通过各自的风速调整管与集气室连通，各风速调整管上分别设置有独立的调节阀。

与现有技术相比，本发明所公开的这种钢铁冶炼设备将钢铁冶炼过程中所产生的热能充分回收，并循环利用到冶炼的其他步骤中，采用煤粉作为燃料，不仅燃料费用低，而且燃料利用率高，余热利用效率高，大大降低生产成本，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中保温窑安装位置侧视示意图。

图3为次高温窑耐火砖圆周分布示意图。

图4为次高温窑耐火砖平面分布示意图。

图5为中温窑耐火砖圆周分布示意图。

图6为中温窑耐火砖平面分布示意图。

图中：离心风机1，废气总管2，下料孔3，主风管4，预热锥形体5，预热室6，集气室7，总下料锥体8，风速调整管9，中温窑窑头室10，高温窑废气管道11，高温窑窑尾室12，次高温窑窑尾室13，次高温窑下料锥体14，次高温窑废气管道15，次高温窑16，高温窑17，高温窑直径扩大段18，保温炉铁水出口19，保温炉炉体20，保温炉燃烧段上体21，短程燃烧器22，长程燃烧器23，次高温窑燃烧器24，保温炉燃烧器25，中温窑下料锥体26，中温窑窑尾室27，中温窑废气管28，中温窑29，保温炉排渣口30，铁渣冷却机31，铁渣32，铁水流槽33，高-次窑头室34，短耐火砖35，高耐火砖36，高温窑铁水出口37。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明所公开的这种用煤粉做燃料冶炼钢铁的设备，将竖窑换成回转窑，用煤粉替换焦碳作为主要加热燃料。而利用煤粉做燃料，其主要燃烧和加热方式采用的是燃烧器燃烧加热，燃烧器与回转窑配合使用，燃烧器以煤粉作为主要燃料时，不仅成本低，而且燃烧率高，浪费少。

如附图1-2所示，该设备包括预热装置、加温冶炼装置、通气装置、保温装置和冷却装置，其中预热装置设置在最上端，然后是加温冶炼装置中的三个回转窑上下设置，保温炉安装在高温窑的侧部。

预热装置包括预热锥形体5和预热室6，本实施例中，三个预热室上下依次贯通设置。最上层的预热室的顶部与带有下料孔3的主风管4连接，最上层的预热室的左右两侧分别设置一个预热锥形体5，两个预热锥形体分别通过各自的下料器与最上层预热室的下部连通。预热锥形体的顶部通过废气总管2与离心风机1连接。预热锥形体的上部分别与主风管连通。

其中：预热锥形体为上大下小的锥形筒，由于主风管内的风速较大，物料由下料口进入主风管后被风流带入两侧的预热锥形体内，预热锥形体的上部空间较大，风压、风速较低，带入的物料在重力作用下落入锥形体下部，物料经下部进入预热室内，在此过程中，物料悬浮在较热温度的废气中，物料的表面积完全暴露在空气中，实现第一次预热；预热室均为上宽下窄的锥形筒，物料进入预热室后，预热室的下部缩口处风速较高，将进入到预热室下部的物料吹喷至预热室上部，上部直径较大，风压、风速较低，在重力作用下，物料下落，当第一层预热室下部集聚的物料的重力大于风力的浮力时，物料自落至第二层预热室，这个过程中物料漂浮在预热室的高温废气中，物料表面积完全暴露在高温废气中，实现物料的第二次预热；同理，物料依次进入第二层和第三层预热室中被完全预热，最后落至集气室中，并由总下料锥体进入中温窑中。

加温冶炼装置包括中温窑29、次高温窑16和高温窑17。中温窑窑尾室27与次高温窑窑体之间通过中温窑下料锥体26连通；次高温窑窑尾室13与高温窑窑体之间通过次高温窑下料锥体14连通，其中：

1、高温窑设置在最底层，高温窑的加热装置是安装在高温窑窑头室34内的两个燃烧器，分别是长程燃烧器23和短程燃烧器22，短程燃烧器22是为了弥补长程燃烧器23燃烧口后部的加热盲区，增加热力强度，使窑体的高温区增长。燃烧器均用煤粉做燃料，且分别单独控制。高温窑的斜度一般为3-4.5：100，进料端为高端，出料端为低端。由于高温窑的热端设置有两个燃烧器，需要的补给空气较多，在高温窑的一端被设计成直径扩大段18，该直径扩大段18的窑体的截面积大于其他窑体的截面积，不仅能够满足燃烧器燃烧所需氧气，而且增加了空气流动性。该热端放大器窑体内壁上的耐火砖的厚度均大于窑体其他位置耐火砖的厚度，延长其使用寿命；

2、次高温窑设置在中间，与高温窑合用一个窑头室，即高-次窑头室34。次高温窑的加热装置是设置在高-次窑头室34中伸入次高温窑窑体中的燃烧器，即次高温窑燃烧器24。该次高温窑的斜度为3-4.5：100，进料端为高端，出料端为低端。次高温窑的窑体内壁上均布有沿窑体径向间隔分布的短耐火砖35和高耐火砖36，如附图3-4所示，沿窑体的长度方向为高低交错设置，短耐火砖和高耐火砖的间隔分布，一是为了增加物料的受热面积，二是增加耐火砖的使用寿命，增大了物料的受热面积和热传导效率。次高温窑内的物料温度较高，已经达到了软化温度，物料间的摩擦系数增大，流动性变差，为此将窑壁上的耐火砖设计成高低交错分布，其耐火砖的分布沿窑体轴向看是高一排低一排的排列，短耐火砖与高耐火砖形成料槽的作用，在窑体转动过程中，不断将物料洒向窑内空中，使物料表面积完全暴露在热高温废气中，增加了热传导率，提高物料的受热面积，有利于物料的流动性；

3、中温窑设置在最上层，其物料加热的热能来自高温窑、次高温窑中燃烧器燃烧产生的废气余热，其斜度为3-4.5:100，进料端为高端，出料端为低端。中温窑窑体内壁上均布有沿窑体径向和轴向均间隔分布的短耐火砖35和高耐火砖36，如附图5-6所示，在窑体长度方向和圆周方向均为高-低-高的排布方式。短耐火砖和高耐火砖的间隔分布，使耐火砖的表面积增大，增加了物料的热传导效率。耐火砖的凹区形成一个料勺，随着窑体的转动，将物料洒向空中，使物料的表面积全部暴露在空气内，热效率高。

通气装置包括集气室7、风速调整管和废气管，主要是负责各个设备之间的气体连通。其中集气室的顶部与最下层的预热室连通，集气室底部通过总下料锥体8与中温窑窑体连通。中温窑窑头室10、次高温窑窑尾室13、高温窑窑尾室12和保温炉炉体21分别通过风速调整管9与集气室连通，各个风速调整管上分别安装有单独控制的调节阀门，这些调节阀门主要实现高温窑、次高温窑、中温窑和保温炉内风速的微调。高温窑窑尾室和中温窑窑头室通过高温窑废气管道11连通；次高温窑窑尾室与中温窑窑头室经次高温窑废气管道15连通；中温窑窑尾室27和集气室7通过中温窑废气管28连通，该中温窑废气管28是高温窑、次高温窑废气主要排出管道，中温窑废气管上也设置有调节阀门。该装置中的废气管道均是将温度高的设备中的热气流排放到温度低的设备中，即将高温窑、次高温窑中的燃烧器产生的热能通过废气经中温窑和废气管道后排放到集气室中，进入到预热装置中，预热连续进入的低温物料，实现热能的回收利用，而铁渣冷却机上铁渣的余热也在高温窑、次高温窑和保温炉内的燃烧器燃烧时得到有效利用，并沿废气管道排放到中温窑供再利用。附图1中的虚线箭头为设备内部气体流向，实线箭头为设备内部物料流向。即高温窑、次高温窑和保温炉将回收的被预热的空气通过燃烧器燃烧被利用，其产生的废气余热经高温窑废气管道和次高温窑废气管道排放到中温窑中被利用，而中温窑中的废气余热由中温窑废气管排放到预热室中，对物料进行预热处理；高温窑、次高温窑、中温窑和保温炉中的热气流也通过风速调整管进入到集气室中，然后随废气进入预热室进行预热处理。

保温炉设置在高温窑和次高温窑的窑头室的侧部，包括保温炉炉体和保温炉燃烧段上体21。保温炉燃烧段上体21的顶部装有保温炉燃烧器25，保温炉炉体外部设有一铁水流槽33，其上端设置在高温窑铁水出口37的下方，该铁水流槽33倾斜设置，确保铁水能够自行流入保温炉炉体内。保温炉下部的保温炉炉体20为渣铁分离池，保温炉炉体的两侧分别设置有保温炉铁水出口19和保温炉排渣口30。保温炉燃烧段上体21的顶部装有保温炉燃烧器25，由于铁水在由高温窑流入保温炉的过程中会被冷却，温度降低，该燃烧器25主要是对经铁水流槽33进入保温炉内部的铁水进行增温和保温，而保温炉炉体下部的铁渣分离槽能够对铁水和铁渣进行短期的集聚，在该集聚过程中，铁水和铁渣的密度不同，铁水在其重力作用下沉至槽底，铁渣浮在铁水表面。铁水出口低于排渣口，从铁水出口排出的为纯铁水，不含铁渣，铁渣经冷却机冷却后由输送设备运走送至下一工艺环节。出铁时，先打开铁水出口放铁水，将铁水放出后，将铁水出口堵上，再打开排渣口，将铁渣排出至冷却机上，有效做到渣水分离。本实施例中，保温炉燃烧段上体与高温窑和次高温窑的窑头室连通，燃烧器燃烧的空气来自窑头室回收的铁渣热空气，温度较高。

高温窑和次高温窑窑头室34的下方设置有一铁渣冷却机31，该铁渣冷却机31与排渣口连接。一般为了加快铁渣降温，铁渣冷却机一般采用风冷，在冷却剂的冷却床下方安装鼓风机，将铁渣32所存储的热量通过热风的形式被高温窑和次高温窑的窑头室被回收再利用。

使用该设备冶炼钢铁的过程是：

本实施例的原材料采用铁精粉，粒度为2mm以下，回转窑转速控制在2-4转/分，窑体安装斜度为3-4.5：100，窑体进料端为高端，出料端为低端，启动离心风机，通过调节阀控制回转窑内的风速为8-15m/秒；将回转窑内的燃烧器点燃，燃料为煤粉，当窑内温度达到工艺要求以后开始生产；

原料由下料孔进入主风管，在风流的带动下，经过预热室的多次预热后由总下料锥体送至中温窑进行冶炼预热，中温窑窑体内的热源来自高温窑、次高温窑中燃烧器燃烧后产生的热能废气，物料在此阶段为粉状，流动性好，窑内物料的受热方式主要是传导传热、对流传热和辐射传热三种；中温窑内耐火砖的排列方式增大了受热面积，起到料槽的作用， 将物料洒向空中，起到加快增温的效率；

物料在中温窑经充分预热后，在出料端由中温窑下料锥体送至次高温窑，次高温窑内的燃烧器产生的热能逐渐增温，物料在次高温窑内的受热方式主要是传导传热、对流传热和辐射传热三种，次高温窑窑体内壁上的耐火砖的间隔分布形式增大受热面积，起到料槽的作用，将物料不断洒向空中，起到物料加快增温的效果；

物料在次高温窑内被初步冶炼后，在出料端由次高温窑下料锥体送至高温窑，进入到高温窑的物料，随着窑体的转动，不断向出料端移动，同时，窑内的长程燃烧器与短程燃烧器产生的热量将原料不断加热，使其由固态变为液态，经出料端的铁水流槽送至保温炉内；

进入到保温炉内的铁水在保温炉的燃烧器燃烧产生的巨大热能情况下保温和增温，并在保温炉炉体下部集聚，由于铁渣和铁水密度不同，在其集聚的过程中，铁渣浮在铁水上层，当铁水集聚到一定高度时，分别打开位置较低的铁水出口和位置较高的排渣口，先排放铁水后再排放铁渣，将铁渣排放在冷却机上，冷却机底部为吹风机，对铁渣进行风冷的同时，冷却空气被废渣中的余热加热，进入到高温窑、次高温窑窑头室，成为供高温窑、次高温窑、保温炉内的燃烧器燃烧所需的空气，这个过程使铁渣余热得到很好的二次利用。