用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種冶金設備，尤其是一種用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯。本發(fā)明提供了一種避免“蛋殼”效應的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，包括直線形的窯體、穿過窯體的軌道、設置在軌道上的臺車和布設在窯體上的燃燒系統(tǒng)，還包括導熱材料板，所述導熱材料板設置在窯體內，并將臺車臺面與窯體窯頂之間的爐膛分隔成上下兩層，其中上層為布設燃燒系統(tǒng)的燃燒室，下層為反應室。由于將爐膛分隔成了燃燒室和反應室，這使得帶孔物料塊不會受到直接加熱，而是通過導熱材料板將燃燒室中的熱量傳導到反應室中，在連續(xù)加熱運行中，燃燒室的熱能能夠與反應室的熱能接近平衡，也就是物料塊的內外溫差非常小，這種間接加熱的方式就破解了“蛋殼”效應。
【專利說明】用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冶金設備，尤其是一種用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯。

【背景技術】
[0002]鋼鐵工業(yè)是將鐵礦粉經過燒結再送至高爐熔煉成鐵水，繼而成為下道工序的具有高熱能的主原料，長期的工業(yè)生產實踐形成了規(guī)?；墒斓膫鹘y(tǒng)工藝。隨著技術研究和進步，這種傳統(tǒng)工藝由于其高能耗、高投資、高污染和高運行成本，而受到直接還原鐵工藝技術的挑戰(zhàn)。目前直接還原鐵研究和生產主要是以氣基還原和煤基還原為主，相對于傳統(tǒng)工藝，將鐵礦粉中的氧化鐵還原成金屬鐵產品，一套直接還原鐵設備功能可取代傳統(tǒng)工藝的燒結、焦化、高爐的功能。但是，就直接還原鐵研究和生產的現狀而言:①鐵礦粉作為主原料因試驗、生產的工藝或還原產品的用途不同，在物料準備階段就存在不同程度的差異，不僅包括煤基、粒度、脫硫劑、催化劑等組分配伍不同，而且有的將鐵礦粉直接裝入容器、有的則擠壓或壓制成球團和其它形狀。組分配伍的不同，直接決定還原反應所需要的溫度和在該溫度下的反應速度；鐵礦粉直接裝入容器進行還原，雖然省卻了鐵礦粉成型過程，但在試驗中盡管將組分配伍進行若干調整，結果發(fā)現熱傳導是鐵還原反應實現的條件和反應速度的限制性因素；球團或其它形狀的鐵還原反應，在試驗和實踐中往往因組分配伍、密實程度和供熱方式不匹配或因其一因素不合適，在形狀的表面形成“蛋殼”效應，其機理是物料被直接加熱，其表面受熱速度遠大于物料內部熱傳導速度，結果表面物料已呈熔融狀而內部還沒有達到反應所需的溫度，“蛋殼”就產生了，既影響反應速度又影響還原率；②在鐵礦粉直接還原工藝的研究與應用方面，歸納起來有兩大主流:一是與電爐冶煉特種鋼而形成的電爐短流程；二是隨著粉末冶金相關技術的研究成果不斷涌現，促進了粉末冶金行業(yè)的大力發(fā)展，鐵礦粉直接還原海綿鐵粉作為粉末冶金的主原料。就還原設備而言，煤基還原的爐窯有隧道窯、回轉窯、轉底爐等，這些爐窯單機生產能力不高，只適合中小規(guī)模的生產；用于氣基直接還原的豎爐，雖然可以進行規(guī)?；a，但是對天然氣的依賴性較強，在沒有天然氣的情況下，必須用煤粉通過“煤制氣爐”生產煤氣，同時要求被還原的物料必須是氧化球團，如上所述的弊端也會出現。③鐵礦粉直接還原的研究和應用需要進一步地拓展，其關鍵環(huán)節(jié)是:更合理的進行適合工藝裝備的物料配伍，增大反應界面，提高熱傳導速度，進而整體提高還原反應速度；優(yōu)化并創(chuàng)造性地設計爐窯裝備，盡可能兼?zhèn)淦渌鼱t窯裝備的特優(yōu)點，供熱狀況、過程溫度、爐窯的還原氣氛、余熱利用、物料裝入、產品產出和冷卻等實現自動化監(jiān)測及控制；最終實現整體工藝裝備產能規(guī)模化、產品高品質、運行低成本低能耗、過程控制規(guī)范。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種避免“蛋殼”效應的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯。
[0004]本發(fā)明還提供了一種用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，包括直線形的窯體、穿過窯體的軌道、設置在軌道上的臺車和布設在窯體上的燃燒系統(tǒng)，還包括導熱材料板，所述導熱材料板設置在窯體內，并將臺車臺面與窯體窯頂之間的爐膛分隔成上下兩層，其中上層為布設燃燒系統(tǒng)的燃燒室，下層為反應室。窯體的形狀為直線形，相應的軌道也為直線形。導熱材料板沿爐膛軸線密封布設，導熱材料采用耐高溫的導熱材料，具體的材料應根據實際的情況而定，以達到節(jié)能和成本之間的平衡。
[0005]進一步的是，所述導熱材料板為碳化硅板，所述碳化硅板為拱頂朝向窯頂的拱形結構。碳化硅的熱導率是鋼鐵材料的3倍，且具有強的熱震抗力，這樣在反應室的物料能夠得到足夠的熱能；拱形結構的碳化硅板既可以增加反應室的空間，又能增加碳化硅版的導熱面積。
[0006]進一步的是，窯體的一端設置有爐門，另一端為封閉狀，所述臺車可進行往復運動。帶孔物料塊隨臺車進入到隧道窯的反應室，一直運動到隧道窯的另一端，然后再原路返回，隧道窯內設置不同的溫度和壓力分區(qū)，通過控制臺車的速度來控制帶孔物料塊在各個分區(qū)的停留時間。這種方式相對于一端進一端出的單向運動方式，幾乎可以節(jié)約一半的窯體長度，但是其效率低于一端進一端出的單向運動方式，適合小規(guī)模生產用。
[0007]進一步的是，所述燃燒系統(tǒng)包括設置在燃燒室頂部的頂燒嘴和設置在燃燒室外側壁的側燒嘴。頂燒嘴是一種平火焰燒嘴，該燒嘴空氣箱帶內隔熱，能適，喇叭形擴散口與氣流離心力的作用下使氣流緊貼爐壁內緣向四周均勻擴散，而在燒嘴軸向中心形成回流區(qū)，當回流的介質回流到快接近旋轉氣流出口處時，被氣流卷入主旋轉流股，成為它的一部分，回流介質帶著爐內焰氣能起到穩(wěn)定火焰著火的作用，也能促使流股附壁流動，從而形成了平展形圓盤火焰。側燒嘴是一種亞高速燒嘴，燒嘴殼體采用內絕熱，結構簡單，能形成亞高速火焰，充分控制爐內燃燒氣氛，特別適用于預熱高氣溫度高的場合，燃燒穩(wěn)定，使用安全可靠。
[0008]進一步的是，所述臺車的工作面層采用鉻剛玉抗堿高強澆注料。
[0009]進一步的是，所述臺車的工作面層上設置有燃燒孔，所述燃燒孔位于工作面層的側壁。
[0010]進一步的是，所述隧道窯還包括水封結構，所述水封結構包括水封槽、固定刀和活動刀，所述水封槽位于窯體底部，所述固定刀固定安裝在窯體底部處，所述活動刀安裝在臺車底部，所述固定刀與活動刀通過與水封槽內液體配合以密封臺車與窯體底部之間的縫隙。
[0011]進一步的是，所述水封結構還包括刮渣板，所述刮渣板安裝在活動刀底部并位于水封槽內。
[0012]進一步的是，所述窯體為復合砌體，其內襯采用耐火澆注料整體澆注而成，外層采用雙層輕質隔熱材料進行絕熱。
[0013]進一步的是，所述隧道窯在縱斷面上則按照氣體、壓力、溫度關系設計為階梯式通道。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:由于將爐膛分隔成了燃燒室和反應室，這使得帶孔物料塊不會受到直接加熱，而是通過導熱材料板將燃燒室中的熱量傳導到反應室中，在連續(xù)加熱運行中，燃燒室的熱能能夠與反應室的熱能接近平衡，從而加熱帶孔物料塊，同時由于帶孔物料塊本身具有蜂窩孔，由此使得物料塊在各個位置受到的加熱程度是接近的，也就是物料塊的內外溫差非常小，這種間接加熱的方式就破解了“蛋殼”效應。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是環(huán)形隧道窯的結構示意圖；
[0016]圖2是直形隧道窯的結構示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明橫截面的示意圖；
[0018]圖4是臺車工作面的示意圖；
[0019]圖5是圖4的A-A向示意圖；
[0020]圖中零部件、部位及編號:物料專用壓機1、窯體2、軌道3、臺車4、導熱材料板5、燃燒室6、反應室7、頂燒嘴8、側燒嘴9、帶式輸送機10、進料推料機11、出料推料機12、出料機13、防氧化池14、排煙通道15、工作面層16、熱電偶17、燃燒觀察孔18、冷卻水池19、帶孔物料塊20、水封結構21。

【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]本發(fā)明提供的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯是屬于用于鐵礦粉直接還原的裝置的組成部分，下面通過整體介紹用于鐵礦粉直接還原的裝置，從而說明本用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯的特點:
[0023]用于鐵礦粉直接還原的裝置采用的下述方法進行還原:
[0024]A、使用攀枝花地區(qū)粒度為-320?100目的釩鈦磁鐵精礦粉，其化學成分為TFe58.62%, Ti028.49%, V2O50.721%, Si023.19%, S 0.42%, P 0.015%，與粒度-20 ?30 目的煤粉和鈉鹽催化劑按質量比3?4:0.8?1.2:0.3?0.4的比例混勻；在采用其它原料時應根據情況適當更改比例。
[0025]B、將混勻后的物料壓制成帶孔物料塊20，帶孔物料塊20上形成有蜂窩孔；將配伍混勻好的物料裝入設計制作好的模具內，用680噸的壓機壓制成類似蜂窩煤球狀的塊狀物料塊，密度達到2.7g/cm3，帶孔物料塊的孔徑020-30ι腿，孔間隔10_12mm，帶孔物料塊20的塊度與專用的向臺車表面布料的布料機相匹配，如圖1中的帶孔物料塊20的形狀和在臺車面上的布置。這樣，一方面增大了帶孔物料塊20受熱的表面積，其孔洞使物料受熱均勻；臺車4的耐火材料工作面層在長期連續(xù)運行中也達到并保持一定溫度，也可以從帶孔物料塊20底部向帶孔物料塊20傳熱，另一方面壓機將帶孔物料塊20壓制的更為密實，使得粉料密度由1.7g/cm3經過壓制后密度達到2.7g/cm3，帶孔物料塊20中的煤達到一定溫度后燃燒生成的CO逸出阻力增加，有利于還原反應進行地徹底。同時，即使粉料和物料壓塊受熱傳導速率接近，那么在臺車面上一立方米的空間內多存放一噸物料，使得生產效率高而成本低。
[0026]C、將帶孔物料塊20送入隧道窯中直接還原，其中隧道窯的爐膛用導熱材料板5隔開成上下兩層，形成燃燒室6和反應室7 ;帶孔物料塊20被送入反應室7中，利用燃燒室6中產生的熱量間接加熱帶孔物料塊20。
[0027]根據工藝要求在反應室內的氣氛采用變頻調節(jié)與爐壓調節(jié)閥雙控制，反應室7的壓力控制在+20?_+50Pa之間。CO在線氣體分析儀裝于引風機前，當煙氣CO超過規(guī)定值時，通過電動執(zhí)行閥控制摻入高溫煙氣段的風量，使得CO與氧氣再燃燒，這部分的CO因保證適量值而確保還原效果。
[0028]本方法推薦采用計算機三級集散控制系統(tǒng):上位管理級，由高性能的工業(yè)級計算機和打印設備組成。配有工業(yè)控制的專用軟件，主要完成對工藝設備運行狀態(tài)的監(jiān)視和報表打印的功能，包括:總貌的運行顯示、熱工參數的顯示、重要參數的曲線顯示、報警顯示等，相關的修改，流量的積算，系統(tǒng)數據的存儲；過程控制級，由PLC、電源、通訊單元、各種輸入及輸出模塊等組成。主要完成信號的采集、系統(tǒng)的控制及通訊；現場操作級，在儀表盤及電控盤上設置自動(切至計算機控制)和手動(切換至就地控制)方式，且安裝有維持工藝設備正常運行的必備的儀表。手動方式可脫離開計算機控制系統(tǒng)，在儀表柜及電控柜上直接對熱工參數的控制進行操作。
[0029]隧道窯的爐溫控制采用連續(xù)比例控制方式，熱電偶接入的溫度經溫控儀比較后輸出(以下信號制均采用4?20mA)控制大小信號給各段總管上的空氣、煤氣調節(jié)閥來控制閥位的大小，從而調節(jié)空氣、煤氣的供給量實現溫度的調節(jié)控制。空氣、煤氣調節(jié)閥同步執(zhí)行，但它們在計算機上有一個分配比例設定值(K值0.8?1.2)，通過設定該值來完成空氣和煤氣的自動配比，該值可根據流量孔板檢測的流量值和爐內實際狀態(tài)選擇。
[0030]隧道窯的爐內煙氣有二部分組成，煤氣燃燒產生煙氣量和補燃空氣進入與CO燃燒產生煙氣量，通過排煙口流出。爐內煙氣流向為逆爐底轉動方向，煙氣經排煙口排出后通過沉降室A將灰塵適當沉降，煙氣分兩股流過兩組空氣換熱器，兩組分別助燃空氣和補燃空氣。經過兩組空氣換熱器后的煙氣溫度約降至620 V左右，這兩股煙氣再匯流后進入沉降室B再進入煤氣換熱器。空氣入口溫度20°C，經熱交換其出口溫度550°C左右；煤氣入口溫度20°C，經熱交換其出口溫度可達到300°C左右，達到節(jié)能降耗的效果。
[0031]下面通過實施例來介紹本發(fā)明方法:
[0032]實施例1:采用本方法制備還原鐵粉
[0033]將10g攀枝花釩鈦鐵精礦(含鐵:59%、含鈦:9%、粒度一200目)、20?30g煤粉(粒度一 10目?20目)、1.1?1.5g鈉鹽混勻(可造型)，在1150°C的溫度下預熱10?20min，1300°C的溫度下還原25?35min，出料水冷后得到品位為70?80%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為98%，鐵收率達到95%，剩余尾礦鐵品位10?15%，鐵收率3?4%，鈦品位39?40 %，尾礦鈦收率80%，一次還原鐵粉于600?800°C經過氫氣還原得到鐵品味大于99.5%的二次還原鐵粉。
[0034]實施例2:采用本方法制備還原鐵粉
[0035]將10g攀枝花釩鈦鐵精礦(含鐵:55%、含鈦:10%、粒度一200目)、20?30g煤粉(粒度一 10目?20目)、1.1?1.5g鈉鹽混勻(可造型)，在1150°C的溫度下預熱10?20min，1300°C的溫度下還原25?35min，出料水冷后得到品位為70?80%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為97.3%，鐵收率達到95%，剩余尾礦鐵品位10?15%，鐵收率3?4%，鈦品位39?40 %，尾礦鈦收率80%，一次還原鐵粉于600?800°C經過氫氣還原得到鐵品味大于99.5%的二次還還原鐵粉。
[0036]
攀枝花釩鈦鐵精礦二次還原鐵粉雜質元素分析實倍I娃I銅I絡I鉆I I臬I猛碟I鐵I饑I I I P I ~ΨΤ施例_____________
10.008 0.037 0.015 0.070 0.031 0.073 0.022 0.015 0.024 0.103 0.012 0.018 99.566
20.024 0.058 0.016 0.048 0.032 0.077 0.022 0.010 0.026 0.076 0.0il 0.015 09.553~
[0037]實施例3:采用本方法制備還原鐵粉
[0038]將10g攀枝花普通鐵精礦(含鐵:60%、粒度一 200目)、20?30g煤粉(粒度一10目?20目)、1.1?1.5g鈉鹽混勻(可造型)，在1150°c的溫度下預熱10?20min，1300°C的溫度下還原25?35min，出料水冷后得到品位為70%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為97.5%，鐵收率達到95%，剩余尾礦鐵品位10?15%，鐵收率3?4%，一次還原鐵粉于600?800°C經過氫氣還原得到鐵品味大于99.5%的二次還原鐵粉。
[0039]實施例4:采用本方法制備還原鐵粉
[0040]將10g攀枝花普通鐵精礦(含鐵:63%、粒度一 200目)、20?30g煤粉(粒度一10目?20目)、1.1?1.5g鈉鹽混勻(可造型)，在1150°c的溫度下預熱10?20min，1300°C的溫度下還原25?35min，出料水冷后得到品位為70%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為98.3%，鐵收率達到95%，剩余尾礦鐵品位10?15%，鐵收率3?4%，一次還原鐵粉于600?800°C經過氫氣還原得到鐵品味大于99.5%的二次還還原鐵粉。
[0041]

攀枝花普通鐵精礦二次還原鐵粉雜質元素分析施例_____________
30.010 0.037 0.015 0.060 0.031 0.073 0.022 0.015 0.014 0.006 0.009 0.017 99.867
4丨 0.021 I O, D48 [ O, 018 ~0.048 | 0.032 [ 0.077 | 0.022 0.0lQ | 0.016 f O。005 | Q.008 0.013 [ 99.871
[0042]實施例5:采用本方法制備還原鐵粉
[0043]將10g攀枝花釩鈦鈦精礦(含鐵:33%、含鈦:47%、粒度一200目)、39?43g煤粉(粒度一 10目?20目)、6.5?Sg鈉鹽混勻(可造型)，在1300°C的溫度下還原35?45min,出料水冷后得到品位為35%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為95%，鐵收率達到88%，剩余尾礦鐵品位5%，鐵收率10%，鈦品位80%，尾礦鈦收率87%
[0044]實施例6:采用本方法制備還原鐵粉
[0045]將10g攀枝花釩鈦鈦精礦(含鐵:33%、含鈦:45%、粒度一200目)、39?43g煤粉(粒度一 10目?20目)、6.5?Sg鈉鹽混勻(可造型)，在1300°C的溫度下還原35?45min,出料水冷后得到品位為35%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為94%，鐵收率達到85%，剩余尾礦鐵品位5%，鐵收率10%，鈦品位80%，尾礦鈦收率85%。
[0046]實施例7:采用本方法制備還原鐵粉
[0047]將77g攀枝花釩鈦鐵精礦(含鐵:59%、含鈦:9%、粒度一200目)、21?24g攀枝花釩鈦鈦精礦(含鐵:33%、含鈦:47%、粒度一200目)、35?39g煤粉(粒度一10目?20目)、2.1?3g鈉鹽混勻(可造型)，在1300°C的溫度下還原35?45min，出料水冷后得到品位為60%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為97%，鐵收率達到95 %，剩余尾礦鐵品位10 %，鐵收率5 %，鈦品位52 %，尾礦鈦收率85 %，一次還原鐵粉于600?800°C經過氫氣還原得到鐵品味大于99.5%的二次還還原鐵粉。
[0048]實施例8:采用本方法制備還原鐵粉
[0049]將77g攀枝花釩鈦鐵精礦(含鐵:55%、含鈦:9%、粒度一200目)、21?24g攀枝花釩鈦鈦精礦(含鐵:33%、含鈦:45%、粒度一200目)、35?39g煤粉(粒度一10目?20目)、2.1?3g鈉鹽混勻(可造型)，在1300°C的溫度下還原35?45min，出料水冷后得到品位為56%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為98%，鐵收率達到95 %，剩余尾礦鐵品位10 %，鐵收率5 %，鈦品位52 %，尾礦鈦收率83 %，一次還原鐵粉于600?800°C經過氫氣還原得到鐵品味大于99.5%的二次還還原鐵粉。
[0050]
攀枝花釩鈦釹精礦及釩鈦鐵精礦二次還原鐵粉雜質元素分析I實培 I I 銅 I 絡 I 鉆 I Il I 鋪: ? I Ii I #L I K I ?~
施例
"~70.010 0.027 0.014 0.050 0.029 0.073 0.022 0.013 0,037 0.009 0.015 0.017 99.5578 0.021 0.035 0.017 0.048 0.031 0.077 0,022 0.011 0.039 0.011 0.017 0.013 99,651
[0051 ] 用于鐵礦粉直接還原的裝置包括物料專用壓機1、送料機構以及本發(fā)明的隧道窯，所述物料專用壓機I通過送料機構為所述隧道窯供料，所述隧道窯包括窯體2、穿過窯體2的軌道3、設置在軌道3上的臺車4和布設在窯體2上的燃燒系統(tǒng)，所述物料專用壓機I的模具上設置有蜂窩孔成型結構；所述隧道窯還包括導熱材料板5，所述導熱材料板5設置在窯體2內，并將臺車4臺面與窯體2窯頂之間的爐膛分隔成上下兩層，其中上層為布設燃燒系統(tǒng)的燃燒室6，下層為反應室7。本設備在實際生產中，帶孔物料塊20僅從反應室7中通過，因此帶孔物料塊20并不會直接受到加熱，導熱材料板5將爐膛隔開，在連續(xù)加熱運行中，燃燒室6的熱能能夠與反應室7的熱能接近平衡，用這種間接加熱的方式就破解了 “蛋殼”效應。
[0052]為了獲得較好的導熱性能，所述導熱材料板5為碳化硅板，所述碳化硅板為拱頂朝向窯頂的拱形結構。碳化硅的熱導率是鋼鐵材料的3倍，且具有強的熱震抗力，這樣在反應室的物料能夠得到足夠的熱能；拱形結構的碳化硅板既可以增加反應室的空間，又能增加碳化硅版的導熱面積。
[0053]圖1為本發(fā)明的一種實施方式，可稱為環(huán)形隧道窯，所述窯體2沿軸線設置成圓弧形，所述軌道3為圓環(huán)形，所述窯體2圓周方向上的兩端分別為進料端和出料端。
[0054]圖2是本發(fā)明的另一種實施方式，可稱為直形隧道窯，窯體2沿軸線設置成直線形，所述軌道3也為直線形，窯體2的進料端和出料端共用一個端口或者分別位于窯體2的兩端。
[0055]上述兩種實施方式均采用多節(jié)臺車，例如在020m的環(huán)形隧道拼裝了 22輛臺車，在環(huán)形隧道窯中進行定心平穩(wěn)運轉，3座驅動裝置成360°布置且變頻可調，使臺車運行速度在2?6周/小時范圍，這樣才能便于布料和出料裝置的敷設。更重要的是臺車表面耐火材料的選定，因為被還原的物料直接在臺車表面耐火材料上進行，要求有強度、不開裂、不變形、不粘料，試驗中使用鉻剛玉抗堿高強澆注料做臺車表面，達到了預期效果。
[0056]本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)包括設置在燃燒室6頂部的頂燒嘴8和設置在燃燒室6外側壁的側燒嘴9。燒嘴的布置，如圖1所示，對于環(huán)形隧道窯主要布置頂燒嘴，通過試驗證明選擇合適的碳化硅板材，其熱導率是鋼鐵材料的3倍，且具有強的熱震抗力，這樣在反應室的物料能夠得到足夠的熱能。而對于直形隧道窯則采用頂燒嘴和側燒嘴雙向布置，如圖2所示，同時，臺車工作面層16帶燃燒孔，述燃燒孔位于工作面層16的側壁，參見圖5所示，鐵粉或鐵粉壓制塊在臺車面上被加熱還原時，臺車處于靜止，頂燒嘴和側燒嘴使得物料上下受熱，有利于還原反應的快速進行。
[0057]具體的，如圖1和圖4所示，所述送料機構包括帶式輸送機10、進料推料機11和出料推料機12，所述帶式輸送機10從物料專用壓機I延伸至位于窯體2進料端的軌道3處，所述進料推料機11和出料推料機12分別與物料專用壓機I位置和臺車4位置對應。帶式輸送機10向臺車4面布帶孔物料塊20，帶式輸送機10可采用鋼履帶式布料機，其運行方向與臺車4的行走方向垂直,從臺車4的橫截面方向看,帶式輸送機10沿臺車4表面、左側、臺車軌道下方通道和右側作循環(huán)運行，具體參見圖4所示，帶式輸送機10上方有一個與臺車運行方向一致的出料推料機12，當帶孔物料塊20在出料推料機12上運行到接近臺車4外緣設定點時，出料推料機12將帶式輸送機10上帶孔物料塊20推到臺車4面上，由物料還原時間決定臺車4的運行速度，用兩臺或兩臺以上的物料專用壓機I保證帶孔物料塊20的壓制。實際上，整個送料機構是物料專用壓機1、帶式輸送機10、出料推料機12和進料推料機11的組合，并實現系列連鎖。連鎖是倒推的，即臺車4運行速度決定帶式輸送機10運行速度，當前排(排是指臺車寬度)帶孔物料塊20前行距離恰好有后一排帶孔物料塊20位置時，帶式輸送機10上必須正好有一排物料塊，此時出料推料機12依照紅外線信號或時間繼電器及時推料，同樣出料推料機12與物料專用壓機I的配合，定量定時給料機將物料粉注入模具，物料專用壓機I壓制后自脫模，物料專用壓機I也配置進料推料機11，當物料專用壓機I的壓錘(或稱為上模)脫模后上抬，進料推料機11推帶孔物料塊20至帶式輸送機10上，為保證供料速度至少需2臺或2臺以上的物料專用壓機I配合。
[0058]為了避免還原產品在出爐后被氧化，如圖1所示，還包括出料機13和防氧化池14，所述出料機13位于窯體2出料端并與臺車4臺面對應，所述出料機13的出口與防氧化池14相連。環(huán)形隧道窯的臺車4在生產過程中一直處于運行狀態(tài)，采用螺旋出料機再通過斜槽將還原后的物料直接送入防氧化池；直形隧道窯的臺車在出料和布料位是定位的，推料機直接將還原后的物料推入防氧化池，再移動至布料位布料，再進入下一輪的還原生產。
[0059]為了便于出料，所述出料機13包括螺旋出料機和擋鏟；所述擋鏟朝向來料方向的一面為圓弧面，所述圓弧面的軸線與來料方向垂直并與臺車4臺面平行；所述擋鏟與螺旋出料機的入口相對應。擋鏟的形狀為1”，類似推土機推鏟的擋板。擋鏟的下緣貼近臺車4工作面，當臺車4運行時其面上的物料被擋鏟弧形面卷起，在擋鏟前的螺旋刀片將物料排出。
[0060]為了及時降溫，所述螺旋出料機的螺旋軸為中空狀，螺旋軸上設置有進水端和出水端；所述擋鏟的內部設置有冷卻水腔，冷卻水腔上分別設置有進水口和出水口。物料在出爐后仍然處于高溫狀態(tài)，采用冷卻水冷卻的可以保護螺旋刀片和擋鏟。
[0061]為了獲得良好的密封效果，所述隧道窯還包括水封結構21，所述水封結構21包括水封槽、固定刀和活動刀，所述水封槽位于窯體2底部，所述固定刀固定安裝在窯體2底部處，所述活動刀安裝在臺車4底部，所述固定刀與活動刀通過與水封槽內液體配合以密封臺車4與窯體2底部之間的縫隙。所述水封結構21還包括刮渣板，所述刮渣板安裝在活動刀底部并位于水封槽內。這樣在臺車4轉動時環(huán)縫落入水封槽內的物料和其它一些雜質，隨著轉動的活動刀和固定的水封槽之間相對運動，逐步被刮到水封槽上的漏斗處，最后通過漏斗定期清渣，用小車運走。
[0062]下面具體介紹本發(fā)明設備的具體工作細節(jié):
[0063]如圖1、圖3所示，物料專用壓機I的模具接受來自混料機又經定量給料機的配伍物料，物料專用壓機I壓制、自脫模，進料推料機11將帶孔物料塊20推向帶式輸送機10的鏈板，在履帶鏈板的輸送下，帶孔物料塊20達到臺車4的工作面層16，連鎖裝置使出料推料機12動作，出料推料機12的推料板與工作面層16的寬度相匹配，帶孔物料塊20就被布置在臺車4的工作面16上。
[0064]臺車4在成120°分布的三個驅動裝置驅動下，作順時針按預設速度運行，排煙通道15設置在窯體2進料的起始端，排煙通道15與沉淀室A、B和兩組熱交換器連接，煙氣再通過布袋除塵器、脫硫塔實現標內外排。
[0065]帶式輸送機10在驅動裝置的驅動下，開始環(huán)繞臺車4的橫斷面運行，在臺車4的工作面層16上時承載帶孔物料塊20，運行至臺車4軌道下方通過混凝土冷卻水池19履帶鏈板得到冷卻。
[0066]水封結構21安裝在內外環(huán)的立柱上，活動刀安裝在臺車4上，隨臺車4 一起轉動，避免反應室7內氣體溢出室外和外部冷空氣進入反應室7內。碳化硅板5將隧道窯爐的爐膛分隔為燃燒室6和反應室7。
[0067]碳化硅板通過熱傳導試驗，其熱傳導率達96%，即碳化硅板上表面某點溫度為1355 °C,通過碳化娃板向下方傳熱，則該板的下表面某點的溫度約為1300 °C ,與板的厚度幾乎沒有關系。碳化硅板做成弧形板，為使燃燒室均勻地向反應室傳熱，頂燒嘴8供熱的直接方向是碳化硅板的弧頂，環(huán)形窯體的內外側在燃燒室6高度上布置的側燒嘴9，其供熱的直接方向是碳化硅板12的兩側外弧面。
[0068]隧道爐窯主要控制燃燒室6的爐溫，采用連續(xù)比例控制方式，燃燒室6的熱電偶接入的溫度經溫控儀比較后輸出(以下信號制均采用4?20mA)控制大小信號給各段總管上的空氣、煤氣調節(jié)閥來控制閥位的大小，從而調節(jié)空氣、煤氣的供給量實現溫度的調節(jié)控制。反應室7的熱電偶僅作參考不參與控制。
[0069]隧道爐窯的反應室7內的氣氛采用變頻調節(jié)與爐壓調節(jié)閥雙控制，使其室內壓力控制在+20?+50Pa左右。CO在線氣體分析儀裝于引風機前，當煙氣CO超過規(guī)定值時，通過電動執(zhí)行閥控制摻入高溫煙氣段的風量，使得CO與氧氣再燃燒，這部分的CO因保證適量值而確保還原效果。
[0070]隧道爐窯的運行采用計算機三級集散控制系統(tǒng)，即上位管理級、工程控制級和現場fe作級。集中在現場的中心控制室。
[0071]臺車4的工作面層16用鉻剛玉抗堿高強澆注料澆注而成，臺車4作順時針運行，將帶孔物料塊20從入料口帶入隧道窯在反應室7中穿行，并在物料反應室7中還原氣氛下受熱，帶孔物料塊20煤粉中的碳與鐵礦粉中的氧化鐵在一定溫度下進行還原反應，將臺車4的運行速度通過變頻設定，帶孔物料塊20在爐窯中邊受熱、邊反應、邊隨臺車4運行，
[0072]從入料口到出料口約經過45分鐘，完成鐵礦粉直接還原鐵過程。
[0073]下面通過具體實施例介紹本申請第一種實施方式的設備:
[0074]如圖1、3和4，環(huán)形隧道窯反應室溫度分布成三段，即全程45分鐘，其中溫度11500C占15分鐘，溫度1300°C占25分鐘，爐內自然緩冷占5分鐘。除去布料工位和出料工位的占位角50°，環(huán)形隧道窯體8的占位角為310°，滿足反應室的溫度段，相對燃燒室1200°C的占位角是90°，燃燒室1355°C的占位角是185°，爐內自然緩冷的占位角35°。頂燒嘴8和內外側燒嘴9就是根據這個位置和溫度要求敷設的。
[0075]完成還原反應的帶孔物料塊20在臺車4的運載下從出料口出來，螺旋出料機的擋板將其卷起，螺旋刀片將帶孔物料塊20推向出料斜槽，重力作用帶孔物料塊20落入防氧化池14。
[0076]被還原的物料從中取出進入破碎、磨選系統(tǒng)，經上述過程的還原再經破碎、磨選，得到一次還原鐵粉，其結果:1)攀枝花釩鈦鐵精礦(含鐵:59%、含鈦:9%、粒度一 200?100目)、煤粉(粒度一 20目?30目)、催化劑混勻，壓塊經上述還原過程，得到一次還原鐵粉，鐵品位為98%，鐵收率達到95%，剩余尾礦鐵品位10?15%，鐵收率3?4%，鈦品位39?40%，尾礦鈦收率80%，一次還原鐵粉于600?800°C經過氫氣還原得到鐵品位大于99.5%的二次還原鐵粉。2)攀枝花釩鈦鈦精礦(含鐵:33%、含鈦:45%、粒度一 200?100目)、煤粉(粒度一 20目?30目)、催化劑混勻，壓塊經上述還原過程，得到品位為35%金屬化燒結塊，金屬化燒結塊經破碎、選礦得到一次還原鐵粉，鐵品位為94%，鐵收率達到85%，剩余尾礦鐵品位5%，鐵收率10%，鈦品位80%，尾礦鈦收率85%。參見下表:
[0077]
攀枝花釩欽鐵精礦一-次還原鐵粉雜質元素分析，X
Πτ~~g~~^~~~i~~m~~^~~~~S~~~~薇 S~
13CXO0.0370,0150.0700.031 0.0730.022O, 0150.0240.1030.0120.01899.5
__08____________6_
Τ)^ ^OO^ ^0.058^ ^O OiD^ ^0.048^ ^O 0^2^ ^0.077^ ^0.022^ ^0.010^ ^0.026^ ^0.076^ ^0.011 ^0.015^ ^99.5
24 ___________5
[0078]下面介紹本發(fā)明第二種實施方式設備的工作方式:
[0079]第二種鐵礦粉直接還原的方法和設備，如圖2、圖3、圖4所示。物料專用壓機I并配有推料機在布料工位，將帶孔物料塊20推布在臺車4的工作面層16上，臺車4的驅動裝置將其送入直型隧道窯的還原工位，關閉隧道窯爐門對帶孔物料塊20進行定位還原。
[0080]直型隧道窯臺車4的耐火材料工作層敷設了橫穿臺車4寬度的燃燒孔，側燒嘴9的火焰正對準該燃燒孔，燃燒室6的爐頂燒嘴8對著碳化硅板的上弧面進行加熱，帶孔物料塊20在反應室7中受到上下加熱。
[0081]燃燒室6和反應室7的煙氣分兩路到煙氣排放通道15，實施除塵和熱交換。溫度、氣氛控制手段同環(huán)形隧道窯。
[0082]通過中控室的計算機操縱，如各燒嘴進氣、進風閥位控制，使反應室7溫度在1050?1150°C和1280?1300°C兩個范圍，全過程時間為35分鐘，第一個溫度段15分鐘，第二個溫度段是20分鐘。
[0083]一個還原過程結束，開啟隧道窯爐門，臺車4被驅動至出料位，推料出料機13直接將還原產品推入防氧化池14。之后進入下一個工位布料位，重復上一個工程。
【權利要求】
1.用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，包括直線形的窯體(2)、穿過窯體(2)的軌道(3)、設置在軌道(3)上的臺車⑷和布設在窯體(2)上的燃燒系統(tǒng)，其特征在于:還包括導熱材料板(5)，所述導熱材料板(5)設置在窯體(2)內，并將臺車(4)臺面與窯體(2)窯頂之間的爐膛分隔成上下兩層，其中上層為布設燃燒系統(tǒng)的燃燒室(6)，下層為反應室(7)。
2.如權利要求1所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述導熱材料板(5)為碳化硅板，所述碳化硅板為拱頂朝向窯頂的拱形結構。
3.如權利要求1所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:窯體的一端設置有爐門，另一端為封閉狀，所述臺車可進行往復運動。
4.如權利要求1所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述燃燒系統(tǒng)包括設置在燃燒室(6)頂部的頂燒嘴(8)和設置在燃燒室(6)外側壁的側燒嘴(9)。
5.如權利要求1所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述臺車(4)的工作面層(16)采用鉻剛玉抗堿高強澆注料。
6.如權利要求5所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述臺車(4)的工作面層(16)上設置有燃燒孔，所述燃燒孔位于工作面層(16)的側壁。
7.如權利要求1所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述隧道窯還包括水封結構(21)，所述水封結構(21)包括水封槽、固定刀和活動刀，所述水封槽位于窯體(2)底部，所述固定刀固定安裝在窯體(2)底部處，所述活動刀安裝在臺車(4)底部，所述固定刀與活動刀通過與水封槽內液體配合以密封臺車(4)與窯體(2)底部之間的縫隙。
8.如權利要求7所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述水封結構(21)還包括刮渣板，所述刮渣板安裝在活動刀底部并位于水封槽內。
9.如權利要求1所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述窯體(2)為復合砌體，其內襯采用耐火澆注料整體澆注而成，外層采用雙層輕質隔熱材料進行絕熱。
10.如權利要求1所述的用于鐵礦粉直接還原的直形隧道窯，其特征在于:所述隧道窯在縱斷面上則按照氣體、壓力、溫度關系設計為階梯參數式通道。
【文檔編號】F27B9/02GK104215064SQ201410431203
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權日:2014年8月28日
【發(fā)明者】桑曙光, 何德武, 安冬 申請人:攀枝花市立宇礦業(yè)有限公司