本實(shí)用新型涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本實(shí)用新型涉及由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐。

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(guò)干燥、焙燒和冷卻后方能進(jìn)入氣基豎爐內(nèi)。生球干燥過(guò)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(guò)程，流程長(zhǎng)，設(shè)備復(fù)雜，造成了大量的能量耗散。

近年來(lái)，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。

氣基豎爐內(nèi)不同溫度帶和位置的冷固結(jié)球團(tuán)所能承受的抗壓強(qiáng)度是不同的。已有氣基豎爐為立式爐，爐內(nèi)球團(tuán)承受自身上部及周圍球團(tuán)帶來(lái)的壓力和摩擦力，且豎爐越高，爐內(nèi)球團(tuán)所承受的來(lái)自垂直距離上的壓力和摩擦力越大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述氣基豎爐制備海綿鐵存在的問題，本實(shí)用新型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。利用本實(shí)用新型的氣基豎爐和方法既大大簡(jiǎn)化了工藝流程，同時(shí)節(jié)約了綜合能耗，提高了海綿鐵的生產(chǎn)效率。

根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，本實(shí)用新型提供一種冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐，該氣基豎爐包括：

上料倉(cāng)，其位于氣基豎爐的最上部并具有空腔，上料倉(cāng)包括位于其頂部的冷固結(jié)球團(tuán)入口以及爐頂氣出口，其中上料倉(cāng)的底壁為上凸的錐形，上料倉(cāng)的底壁邊緣與側(cè)壁之間設(shè)有多個(gè)中間料罐入料口；

多個(gè)中空的中間料罐，每個(gè)中間料罐通過(guò)中間料罐入料口與上料倉(cāng)連通，中間料罐的底壁為斜面，斜面沿朝向氣基豎爐豎直中心線的方向逐漸降低；

還原倉(cāng)，其頂壁與每個(gè)中間料罐的側(cè)壁連接，還原倉(cāng)具有空腔并且頂壁為上凸的錐形，還原倉(cāng)的頂壁與其側(cè)壁之間設(shè)有多個(gè)還原倉(cāng)入料口，還原倉(cāng)入料口連通中間料罐和還原倉(cāng)，還原倉(cāng)還包括一次還原氣入口、二次還原氣入口以及二次還原氣出口，其中，二次還原氣入口和二次還原氣出口連通并且二者之間設(shè)有循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)；以及

海綿鐵出口，其位于還原倉(cāng)底端。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，其中爐頂氣出口位于上料倉(cāng)側(cè)壁的上部，一次還原氣入口位于還原倉(cāng)的側(cè)壁的下部，二次還原氣入口位于還原倉(cāng)的側(cè)壁的下部并且比一次還原氣入口的高度更低，二次還原氣出口位于還原倉(cāng)頂壁的中部。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，中間料罐的數(shù)量不小于2個(gè)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，上料倉(cāng)的底壁所形成的錐形的頂角角度為120°～170°。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，中間料罐的底壁形成的斜面與水平面的夾角為5°～30°。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，還原倉(cāng)頂壁形成的錐形的頂角角度不大于180°。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，本實(shí)用新型還提供一種采用氣基豎爐制備海綿鐵的方法，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的上料倉(cāng)內(nèi)；

2)在上料倉(cāng)內(nèi)利用自下而上的第一氣體對(duì)步驟1)中加入的冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥；

3)將步驟2)中干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)中間料罐入料口輸送到中間料罐中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐中對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)和第一氣體；

4)將步驟3)中預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)還原倉(cāng)入料口輸送到還原倉(cāng)中，冷固結(jié)球團(tuán)與經(jīng)一次還原氣入口通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口通入的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體；

5)使步驟4)中得到的海綿鐵經(jīng)還原倉(cāng)底端的海綿鐵出口排出。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，步驟4)還包括使生成的海綿鐵繼續(xù)下落并在一次還原氣入口和二次還原氣入口之間與二次還原氣發(fā)生進(jìn)一步的還原反應(yīng)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，步驟1)中所制備的冷固結(jié)球團(tuán)的水分含量不大于10％，并且制備冷固結(jié)球團(tuán)的方式包括圓盤造球、對(duì)輥壓球或壓制成球方式中的一種或幾種。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，步驟4)中一次還原氣的溫度為850℃～950℃。

本實(shí)用新型的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐及其方法將冷固結(jié)球團(tuán)的干燥、預(yù)熱和還原過(guò)程集中于氣基豎爐上料倉(cāng)、中間料罐和還原倉(cāng)內(nèi)完成，大大簡(jiǎn)化了工藝流程，節(jié)省了氧化球團(tuán)或焙燒球團(tuán)制備過(guò)程所需設(shè)備。并且上料倉(cāng)、中間料罐和還原倉(cāng)三個(gè)裝置彼此相對(duì)獨(dú)立，減少了下部冷固結(jié)球團(tuán)所承受的來(lái)自垂直距離上的壓力和來(lái)自周圍球團(tuán)的摩擦力，降低了球團(tuán)粉化率，還節(jié)約了綜合能耗，提高了海綿鐵的金屬化率和生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的氣基豎爐的示意圖；以及

圖2是本實(shí)用新型的采用氣基豎爐由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，在示例性實(shí)施例中所示的本實(shí)用新型的實(shí)施例僅是說(shuō)明性的。雖然在本實(shí)用新型中僅對(duì)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(huì)在未實(shí)質(zhì)脫離本實(shí)用新型主題的教導(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)被包括在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。在不脫離本實(shí)用新型的主旨的情況下，可以對(duì)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?qǐng)D1描述本實(shí)用新型實(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上料倉(cāng)100、多個(gè)中空的中間料罐200以及還原倉(cāng)300。

上料倉(cāng)100位于氣基豎爐的最上部并具有空腔，上料倉(cāng)100包括位于其頂部的冷固結(jié)球團(tuán)入口110以及爐頂氣出口130，其中上料倉(cāng)100的底壁為上凸的錐形，上料倉(cāng)100的底壁邊緣與其側(cè)壁之間設(shè)有多個(gè)中間料罐入料口120。上料倉(cāng)100的底壁所形成的錐形的頂角角度為120°～170°，由此有助于落到上料倉(cāng)100底壁上的冷固結(jié)球團(tuán)向邊緣的中間料罐入料口120移動(dòng)。

多個(gè)中空的中間料罐200在豎直方向上總體位于氣基豎爐的中部。每個(gè)中間料罐通200過(guò)中間料罐入料口120與上料倉(cāng)100連通，中間料罐200的底壁為斜面，該斜面沿朝向氣基豎爐豎直中心線的方向逐漸降低，該斜面與水平面的夾角為5°～30°，優(yōu)選為15°～25°，由此有助于落到中間料罐200底壁的冷固結(jié)球團(tuán)朝向還原倉(cāng)入料口(下文詳細(xì)說(shuō)明)移動(dòng)。

還原倉(cāng)300的頂壁與每個(gè)中間料罐位于氣基豎爐內(nèi)部的側(cè)壁連接，還原倉(cāng)300具有空腔并且頂壁為上凸的錐形，該錐形的頂角角度不大于180°，由此更好地引導(dǎo)還原倉(cāng)300內(nèi)的氣體經(jīng)二次還原氣出口進(jìn)入循環(huán)回路。還原倉(cāng)300的頂壁與其側(cè)壁之間設(shè)有多個(gè)還原倉(cāng)入料口310，還原倉(cāng)入料口310連通中間料罐200和還原倉(cāng)300，還原倉(cāng)300還包括一次還原氣入口320、二次還原氣入口330以及二次還原氣出口340。其中，二次還原氣入口330和二次還原氣出口340連通并且二者之間設(shè)有循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)350。在還原倉(cāng)300的底端設(shè)有海綿鐵出口360。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，中間料罐200的數(shù)量不小于2個(gè)。

利用本實(shí)用新型的氣基豎爐制備海綿鐵時(shí)，首先將冷固結(jié)球團(tuán)通過(guò)冷固結(jié)球團(tuán)入口110添加到上料倉(cāng)100內(nèi)。由于氣基豎爐的上料倉(cāng)100與其下方的多個(gè)中間料罐200連通，因此，中間料罐200內(nèi)溫度較高的氣體會(huì)向上流動(dòng)至上料倉(cāng)100內(nèi)。自下而上的氣體與加入到上料倉(cāng)100內(nèi)的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并且對(duì)其進(jìn)行干燥。由于上料倉(cāng)100的底壁為上凸的錐形，因此，落到底壁上的冷固結(jié)球團(tuán)會(huì)向上料倉(cāng)底壁邊緣運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而經(jīng)過(guò)中間料罐入料口120進(jìn)入到中間料罐200。在中間料罐200中，來(lái)自還原倉(cāng)300的氣體與下落的冷固結(jié)球團(tuán)接觸并對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)沿中間料罐200的斜面狀底壁下滑至還原倉(cāng)入料口310，并且經(jīng)還原倉(cāng)入料口310進(jìn)入還原倉(cāng)300。在還原倉(cāng)300中，預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)與一次還原氣以及二次還原氣接觸并發(fā)生還原反應(yīng)，得到海綿鐵，海綿鐵最終經(jīng)還原倉(cāng)300底端的海綿鐵出口360排出。其中，二次還原氣是前一次還原反應(yīng)之后還原倉(cāng)300內(nèi)的部分氣體從二次還原氣出口340排出并且經(jīng)過(guò)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)350加壓后得到的氣體。之后將二次還原氣通過(guò)二次還原氣入口330通入還原倉(cāng)300的底部。

圖2示出了采用本實(shí)用新型的氣基豎爐由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法的流程示意圖。結(jié)合圖1并且參照?qǐng)D2來(lái)說(shuō)明采用本實(shí)用新型的由冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法。

在步驟S100中，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110加入到氣基豎爐的上料倉(cāng)100內(nèi)，所制備的冷固結(jié)球團(tuán)的水分質(zhì)量含量不大于10％，并且可以利用圓盤造球、對(duì)輥壓球或壓制成球方式中的一種或幾種來(lái)制備冷固結(jié)球團(tuán)。

在步驟S200中，在上料倉(cāng)100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對(duì)步驟S100中加入的冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為100℃～300℃。

在步驟S300中，將步驟S200中干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)和第一氣體，在中間料罐200中的第二氣體的溫度約為300℃～700℃。

在步驟S400中，將步驟S300中預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)還原倉(cāng)入料口310輸送到還原倉(cāng)300中，冷固結(jié)球團(tuán)與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H₂和CO的總體積的百分比不小于80％，其溫度約為850℃～950℃。還原后海綿鐵溫度為300℃～600℃。

在步驟S500中，使步驟S400中得到的海綿鐵經(jīng)還原倉(cāng)300底端的海綿鐵出口360排出。

根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，當(dāng)?shù)诙怏w的溫度大于500℃時(shí)，部分第二氣體經(jīng)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)350加壓后進(jìn)入還原倉(cāng)300底部，并且在一次還原氣入口320和二次還原氣入口330之間的還原段對(duì)還原后的海綿鐵進(jìn)行深度還原。深度還原后的海綿鐵的溫度約為300℃～500℃。進(jìn)行循環(huán)的還原氣的體積占第二氣體的比例不小于30％。將還原氣進(jìn)行循環(huán)既可以實(shí)現(xiàn)還原氣的重復(fù)利用，降低爐頂氣中有毒氣體的含量，同時(shí)也可以進(jìn)一步對(duì)海綿鐵進(jìn)行深度還原，提高生成海綿鐵的金屬化率。

下面進(jìn)一步結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的冷固結(jié)球團(tuán)制備海綿鐵的方法。

實(shí)施例一

將水分含量10％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口110加入氣基豎爐上料倉(cāng)100內(nèi)。在上料倉(cāng)100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對(duì)加入的冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為100℃。干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，該第二氣體的溫度約為300℃，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)和第一氣體。將預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)還原倉(cāng)入料口310輸送到還原倉(cāng)300中，冷固結(jié)球團(tuán)與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H₂和CO的總體積的百分比為80％，其溫度約為850℃，還原后海綿鐵溫度為300℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉(cāng)300底端的海綿鐵出口360排出。

采用本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案得到的海綿鐵的金屬化率為83.2％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為82.4％。

實(shí)施例二

將水分含量9％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口110加入氣基豎爐上料倉(cāng)100內(nèi)。在上料倉(cāng)100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對(duì)加入的冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為200℃。干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，該第二氣體的溫度約為400℃，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)和第一氣體。將預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)還原倉(cāng)入料口310輸送到還原倉(cāng)300中，冷固結(jié)球團(tuán)與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H₂和CO的總體積的百分比為85％，其溫度約為900℃，還原后海綿鐵溫度為400℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉(cāng)300底端的海綿鐵出口360排出。

采用本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案得到的海綿鐵的金屬化率為85.9％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為84.1％。

實(shí)施例三

將水分含量8％的冷固結(jié)球團(tuán)由冷固結(jié)球團(tuán)入口110加入氣基豎爐上料倉(cāng)100內(nèi)。在上料倉(cāng)100內(nèi)利用自下而上的第一氣體對(duì)加入的冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行干燥，干燥后的爐頂氣經(jīng)爐頂氣出口130排出，爐頂氣溫度約為300℃。干燥后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)中間料罐入料口120輸送到中間料罐200中，利用自下而上的第二氣體在中間料罐200中對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)進(jìn)行預(yù)熱，該第二氣體的溫度約為700℃，得到預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)和第一氣體。將預(yù)熱后的冷固結(jié)球團(tuán)經(jīng)還原倉(cāng)入料口310輸送到還原倉(cāng)300中，冷固結(jié)球團(tuán)與經(jīng)一次還原氣入口320通入的一次還原氣和經(jīng)二次還原氣入口330通入的二次還原氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成海綿鐵和第二氣體。其中，一次還原氣中H₂和CO的總體積的百分比為88％，其溫度約為950℃。使第二氣體容積的30％的氣體經(jīng)還原倉(cāng)300頂壁的二次還原氣出口340排出，之后通過(guò)循環(huán)加壓風(fēng)機(jī)350加壓，經(jīng)二次還原氣入口330進(jìn)入還原倉(cāng)300的底部。下落的海綿鐵在一次還原氣入口320和二次還原氣入口330之間與二次還原氣發(fā)生進(jìn)一步的還原反應(yīng)，進(jìn)行深度還原。深度還原后的海綿鐵的溫度約為500℃。最后使得到的海綿鐵經(jīng)還原倉(cāng)300底端的海綿鐵出口360排出。

采用本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案得到的海綿鐵的金屬化率為89.5％，而傳統(tǒng)工藝得到的海綿鐵的金屬化率為87.3％。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍；如果不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。