[发明专利]一种用于竖炉冷却段的冷却气系统

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种直接还原含铁矿物生产海绵铁的气基竖炉下部冷却段冷却气进气及收气管路系统设计。

技术背景

当前，气基竖炉工艺占世界直接还原炼铁产量的一半以上，是最成熟的海绵铁生产工艺。2015年，全世界直接还原铁产量为7257万吨，其中，气基竖炉法生产直接还原铁约占80%。气基竖炉直接还原炼铁是最重要的非高炉炼铁方法，其产品为直接还原铁（又称海绵铁），主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂。

现有的气基竖炉工艺较多都采用冷却气从竖炉底部进入换热后从冷却段上部被收集排出，经过处理后再次返回竖炉内使用。现有的气基竖炉，大多竖炉内部自上至下通常分为三个部分，即预热段、还原段、冷却段三个部分，该竖炉的具体操作方式为：氧化铁矿物通过预热段预热后在还原段得到充分还原产生热态产品，继续向下进入竖炉下部的冷却段，被来自底部的冷却气冷却，以达到出炉时海绵铁温度要求；冷却段冷却气的入炉及收集方式会影响海绵铁冷却效果同时影响还原段的反应过程以及相应配套设备的使用；同时，还原气从竖炉中部通入炉内，矿石原料从竖炉顶部加入，气固两相流动方向相反以充分进行热量交换；其中，使用CO及H₂作为还原气原料，在竖炉内部还原含氧化铁矿物得到产品。由此可见，在整个竖炉的使用过程中，竖炉冷却段冷却气进气、收气管路设计是保证直接还原铁冷却效果的重要部件，同时其管路设计安装方式对还原段的铁矿石还原反应也有一定的影响。但是，目前大型实验竖炉及工业竖炉进气与收气系统都存在一些问题：（1）现有进气系统采用单口进入或者直管进入，冷却气进入竖炉后分布不均匀，同一水平面各区域冷却效果不同，冷却气换热效果不理想，并且利用率低，而竖炉冷却段海绵铁存在局部温度偏高的情况；（2）冷却气在冷却段与海绵铁换热后继续上行，由于收气管路系统设计简单或者布置不合理，导致收气效果不佳，部分冷却气没能有效收集而继续上升进入竖炉还原段，影响了铁矿石还原反应效果；若采用多排直管收气效果有所改善，但又会存在管路使用材料多，阻碍料炉顺利下行的情况。简而言之，目前大型实验竖炉及工业竖炉进气与收气系统都存在一定程度布置不合理，采用单一进气口、收气口或者单一直管及多排直管作为进气管、收气管，设计简单，存在冷却气循环效果不佳，冷却气利用率低等问题。因此，如何设计出一种布置合理、冷却气循环效果好、冷却气利用率高的用于竖炉冷却段的冷却气进气与收气系统，成为目前亟需解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述难题，本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，该冷却气系统采用环管均匀布置多个进气口及多个收气口，同时收气口焊接有收气罩，保证了竖炉冷却段冷却气进气均匀性，并且冷却气回收实现更加高效，从而减少了冷却气未被有效回收而上升到竖炉还原段对还原反应带来的不利影响；该冷却气系统采用冷却气环管收气罩直接焊接在收气口上，在保证增大有效收气面积的同时对炉料的下行影响很小，对海绵铁不会产生明显的滞留作用，可以确保冷却过程的海绵铁顺利下行，并且，进、收气管路及收气罩制作简单，便于实现；该冷却气系统通过炉底料温监控及进气转换系统，在保证海绵铁产品降温的前提下，实现渗碳气的控制加入，有效改善了产品海绵铁中的含碳量，提高了产品质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，其特征在于，包括：冷却气进气管路、冷却气收气管路、降温除尘装置、提压装置、进气切换阀组、渗碳气装置和炉底料温测量装置，其中：所述冷却气进气管路水平设置于竖炉冷却段的下部，其包括进气环管和多个进气口，所述进气环管的底部分布有所述多个进气口，所述进气环管与所述竖炉的冷却气入炉口连接；所述冷却气收气管路水平设置于竖炉冷却段的上部，其包括收气环管、多个收气口和多个收气罩，所述收气环管与所述竖炉的冷却气出炉口相连通，所述收气环管的底部设置有所述多个收气口，每个所述收气口的上端与所述收气环管相连通，所述收气口的下端开口且固定有锥形的所述收气罩；所述降温除尘装置与所述出炉口连接，用于将所述冷却气收气管路排出的气体进行降温除尘处理；所述提压装置与所述降温除尘装置连接，用于将所述降温除尘装置排出的气体进行提压处理；所述进气切换阀组的入气口分别与所述提压装置的出气口和所述渗碳气装置的出气口连接，所述进气切换阀组的出气口与所述入炉口连接，用于根据冷却段排出物料的温度来控制冷却气和渗碳气切换输送到所述冷却气进气管路中，控制渗碳气的加入；所述炉底料温测量装置设置在所述冷却气进气管路的下方，用于实时监测经过冷却段冷却处理后的物料温度。