一种转底炉以及转底炉废气利用方法

1.一种转底炉，包括预热段、还原段和冷却段，其特征在于：在所述转底炉的炉底的预热段和还原段布置有废气利用装置，包括布置在转底炉炉底的抽风机和透气砖。
2.根据权利要求1所述的转底炉，其特征在于：所述转底炉的预热段和还原段的炉底铺设有透气砖，透气砖与下方的抽风机相连。
3.根据权利要求2所述的转底炉，其特征在于：抽风机的风量由转底炉直接还原产生的废气量而定。
4.根据权利要求1所述的转底炉，其特征在于：所述转底炉炉内的料层厚度达100mm至300mm。
5.一种如权利要求1所述的转底炉的废气利用方法，其特征在于：
A在转底炉炉底的预热段和还原段铺设透气砖，透气砖下方连接有抽风机；
B在转底炉炉内铺设厚度达100mm至300mm的待还原料层；
C在转底炉加热工作时，抽风机将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对流传热；
D高温废气对流传热将预热段的炉料进行强制预热；
E高温废气对流传热为还原段的炉料提供热量，促进还原段炉料的还原。
6.根据权利要求5所述的转底炉废气利用方法，其特征在于：抽风机的风量由转底炉直接还原产生的废气量而定。

一种转底炉以及转底炉废气利用方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及钢铁冶炼领域。具体地讲，本发明涉及一种转底炉和利用转底炉所产生的废气提高含碳球团还原效率的方法。\n背景技术\n[0002] 现今，煤基直接还原工艺有多种，其中，由于转底炉还原工艺具有设备简单、操作容易、生产周期短、反应速度快、环境友好等优点，所以转底炉还原工艺已经引起了广泛的关注。采用转底炉设备直接还原铁(DRI)工艺主要包括以下步骤：将铁矿粉与还原剂煤粉混合均匀，压制成含碳球团矿，烘干；将干燥的含碳球团均匀地铺在转底炉上，使含碳球团在转底炉炉内的还原区域(温度可达1300℃～1400℃)内被还原15min-30min，即可得到金属化率为85％以上的金属化球团。采用转底炉设备生产DRI的能耗一般为13GJ/t，生产率为65-75kg/m2。转底炉设备用于生产DRI的优点在于，还原温度高、时间短、炉料与炉底保持相对的静止不动，从而避免了回转窑、流化床粘结、竖炉结瘤等问题。但是，由于在转底炉工艺中，采用辐射传热使含碳球团中的铁矿粉在高温下被其中的碳和/或挥发分还原，火焰的高温热量要靠辐射传热，所以燃烧着的火焰的高温只能达到料层表面，部分热量通过料层的空隙辐射也只能达到表面1-2层的地方。这使得在转底炉炉底上只能铺2-3层球团，料层厚度薄，仅为30-50mm。因此，生产效率很低，产能仅为65-75kg/m2h。\n[0003] 图1示出了传统转底炉的结构示意图。如图1所示，转底炉100包括预热段10、还原段20和冷却段30三个区段。进料口1位于转底炉100的预热段10，并设置在转底炉\n100的环形空间顶部。出料口2位于转底炉100的冷却段30，并设置在转底炉100的底部。\n含碳球团从转底炉进料口1装入转底炉的环形空间的底部，入炉的含碳球团经过转底炉回转(按图1中所示的箭头方向)，回转一周逐渐完成还原过程，最后从出料口2排出直接还原铁。在传统的转底炉工艺中，炉料的加热通常是依靠辐射传热的。加热和还原过程中所产生的废气从炉顶的烟囱3直接排出，没有得到再利用。\n[0004] 在转底炉生产直接还原铁的工艺中，从转底炉排出的废气中含有大量的显热。因此，为了更好地利用废气余热，在现有技术中，主要利用从转底炉排出的废气来预热空气中干燥的原材料或生产蒸汽。然而，在现有技术中还未有对传统转底炉采取任何技术措施，并利用废气余热来预热炉料和促进还原的文献和报道出现。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的旨在解决现有技术的上述问题，通过提供一种改进的转底炉，并通过这种改进的转底炉，利用其在生产过程中产生的高温废气余热来预热炉料和促进还原过程，本发明可用于大规模生产的直接还原。\n[0006] 本发明采用以下技术方案来实现其目的：本发明提供一种转底炉，包括预热段、还原段和冷却段，本发明的特点是在所述转底炉的炉底布置有废气利用装置，即布置在转底炉炉底的预热段和还原段的抽风机和透气砖；在转底炉的预热段和还原段的炉底铺设有透气砖，透气砖与下方的抽风机相连；本发明所述转底炉炉内的料层厚度可达100mm至\n300mm。\n[0007] 本发明还提供一种转底炉废气利用方法，该方法为：A在转底炉炉底的预热段和还原段铺设透气砖，透气砖下方连接有抽风机；B在转底炉炉内铺设厚度达100mm至300mm的待还原料层；C在转底炉加热工作时，抽风机将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对流传热；D高温废气对流传热将预热段的炉料进行强制预热；E高温废气对流传热为还原段的炉料提供热量，促进还原段炉料的还原。\n[0008] 采用本发明的转底炉和转底炉废气利用方法，能够实现转底炉废气余热高效利用、炉料传热快、料层厚，可以实现稳定连续生产，生产效率高。\n附图说明\n[0009] 图1示出了传统转底炉的示意图。\n[0010] 图2示出了根据本发明的转底炉的示意图。\n[0011] 具体实施方式\n[0012] 在本发明附图中，相同的标号始终表示相同的部件。下面将结合附图来详细地描述本发明。\n[0013] 本发明通过对传统转底炉进行改进，充分利用转底炉的高温废气余热来预热炉料和促进还原过程，从而提高了转底炉的生产效率。\n[0014] 图2示出了根据本发明的转底炉的示意图。参照图2，与传统的转底炉100一样，本发明的转底炉200包括预热段10、还原段20和冷却段30；进料口11位于转底炉100的预热段10，并设置在转底炉100的顶部；出料口12位于转底炉100的冷却段30，并设置在转底炉100的底部；其特点是在预热段10和还原段20的底部设置废气利用装置。\n[0015] 参照图1和图2，在传统的转底炉100中，高温废气从炉顶的烟囱3中排出，废气余热利用率低。然而，在本发明中，与传统的转底炉100不同，高温废气被废气利用装置在炉内进行高温废气对流传热，其余热被用来预热预热段10的炉料，还为还原段20的还原过程提供热量，促进还原过程的加速进行，最后再从炉底排出，从而充分利用了转底炉的高温废气，提高了转底炉高温废气余热的利用率。\n[0016] 具体地讲，参照图2，根据本发明的废气利用装置包括在转底炉200的预热段10和还原段20的底部布置的透气砖13和抽风机14。即，在转底炉的预热段10和还原段20的底部铺设有透气砖13，透气砖13的下方连接有多个抽风机14。抽风机抽出的废气走向是从炉料上部到炉料底部(如图2中的箭头所示)然后被排出，抽风机带走的热量经过炉料时，对炉料起到了对流传热的作用。\n[0017] 根据本发明，所用的透气砖为本领域技术人员通常所采用的透气砖。也就是说，本领域技术人员可以在本发明的教导下，根据转底炉的大小在转底炉的预热段和还原段底部布置透气砖。在本发明中，在转底炉预热段10和还原段20底部布置的抽风机14的数量可以根据实际需要而定，抽风机的风量由转底炉直接还原产生的废气量而定。例如，对于中径\n3\n为14.5m、内径9.5m的转底炉生产直接还原铁，可以使用总量约为3万m 的抽风机，而抽风机的个数不限。\n[0018] 在本发明中，因为转底炉是连续进料，所以抽风机随着转底炉的运行而工作，即连续运转，因而抽风机个数本身对料层的厚度没有影响，但是炉内废气量对料层厚度有影响。\n3 3\n例如，对于废气量为3万m，可以将料层布置为100mm的厚度；对于废气量为10万m，可以将料层布置为300mm的厚度。料层越厚，废气余热利用率越高。\n[0019] 采用本发明的转底炉200及转底炉废气利用方法生产直接还原铁，通过进料口11将含碳球团送入转底炉200中，直接使料层达到一定厚度，优选地，料层厚度在100mm至\n300mm的范围内。将转底炉产生的还原性高温废气经透气砖13通过抽风机14抽出，废气抽出的过程是对转底炉预热段、高温还原段的含碳球团进行强制传热的过程。即在转底炉加热工作时，抽风机将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对流传热，含碳球团在转底炉中不仅受到辐射传热的影响，还受到强制传热的影响，从而在对炉料进行辐射传热的同时还对其进行强制加热，促进了含碳球团的快速还原。因此，与传统的转底炉相比，采用本发明的转底炉能够实现废气余热的高效利用，由于炉料之间传热加快，加料层厚可达100mm至300mm并可充分还原。因此，本发明的转底炉直接还原大规模生产。\n[0020] 本发明的高温废气余热高效利用可对炉料进行预热，可促进还原的快速反应；抽风机抽出的高温废气对炉料进行强制对流传热使炉料的传热速度加快，可预热和还原较厚的炉料，使料层的上中下部位都能够获得足够热量，炉料得到充分还原。而传统的转底炉炉料传热仅仅是辐射传热，因此，其料层厚度很薄，仅为30-50mm。下面，将结合本发明的具体实施方式对本发明进行进一步的说明。\n[0021] 实施例1：\n[0022] 本发明在转底炉的炉底布置有废气利用装置，该废气利用装置为布置在转底炉\n200预热段10和还原段20的炉底部位的透气砖13和抽风机14；转底炉的预热段10和还原段20的炉底铺设有透气砖13，透气砖13的下方连接有多个抽风机14。\n[0023] 采用本发明的转底炉废气利用方法，首先将含碳球团炉料送入本发明的转底炉内，直接使料层厚度达到100mm，在转底炉加热工作时，使用抽风机14将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖13抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对流传热；高温废气被抽出的过程即对转底炉预热段和还原段的含碳球团进行强制预热、传热和加热，并促进含碳球团的还原。利用高温废气加热还原后的金属化球团金属化率达到\n2\n91.02％，生产率可达130kg/m，生产每吨直接还原铁(DRI)能耗降低0.5GJ，即能耗降低\n0.5GJ/(t·DRI)。\n[0024] 实施例2：\n[0025] 在实施例1的改进转底炉结构的基础上，采用本发明的转底炉废气利用方法，首先将含碳球团炉料送入本发明的转底炉内，直接使料层厚度达到200mm，在转底炉加热工作时，使用抽风机14将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖13抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对流传热；高温废气被抽出的过程即对转底炉预热段和还原段的含碳球团进行强制预热、传热和加热，并促进含碳球团的还原。利用高温废气加热还\n2\n原后的金属化球团金属化率达到88％，生产率可达260kg/m，生产每吨直接还原铁(DRI)能耗降低1.3GJ/(t·DRI)。\n[0026] 实施例3：\n[0027] 在实施例1的改进转底炉结构的基础上，采用本发明的转底炉废气利用方法，首先将含碳球团炉料送入本发明的转底炉内，直接使料层厚度达到300mm，在转底炉加热工作时，使用抽风机14将预热段和还原段产生的高温废气通过透气砖13抽出，并在炉内预热段和还原段的炉料中产生高温废气对流传热；高温废气被抽出的过程即对转底炉预热段和还原段的含碳球团进行强制预热、传热和加热，并促进含碳球团的还原。利用高温废气加热\n2\n还原后的金属化球团金属化率达到85％以上，生产率可达390kg/m，生产每吨直接还原铁(DRI)能耗降低2GJ/(t·DRI)。\n[0028] 本发明所用的透气砖为本领域技术人员通常所采用的透气砖，在转底炉预热段10和还原段20底部布置的抽风机14的数量可以根据实际需要而定。例如，可以在转底炉预热段10和还原段20布置3至5个抽风机。\n[0029] 本发明与传统的转底炉相比，具有以下优点：\n[0030] (1)可以实现高温废气余热的高效利用，废气余热利用率可以达到30％至70％，节省能源；\n[0031] (2)转底炉炉底的抽风机将高温废气从炉底抽出时，对炉料起到了预热和强制传热的作用，从而降低了能耗，生产每吨直接还原铁(DRI)可降低能耗0.5GJ至2GJ。\n[0032] (3)料层厚，可达100mm至300mm，使生产效率提高。\n[0033] 因此，本发明可使转底炉的高温废气得到高效利用，能耗降低，实现稳定连续生产，提高生产效率的目的。