一种轴向旋流熔融还原冶炼炉及其工作方法技术

本发明专利技术属于短流程非高炉炼铁领域，具体涉及一种轴向旋流熔融还原冶炼炉及其工作方法。本发明专利技术提供了一种轴向旋流熔融还原冶炼炉，由上至下依次为物料输送管道、炉膛、炉缸，所述物料输送管道由中心向外包括热风管道、循环煤气管道、矿粉管道、煤粉管道，所述热风管道位于炉膛顶部中央；所述循环煤气管道套在所述热风管道外侧，所述矿粉管道和煤粉管道以炉膛顶部中心为圆心交替呈圆周阵列对称布置。本发明专利技术避免了炉膛开孔，使得炉膛膜式壁更加完整，炉内温度场分布更加均匀，而且矿粉从顶部喷入，相较于从炉膛中间喷入，延长了停留时间，即增加了还原时间。还原时间。还原时间。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向旋流熔融还原冶炼炉及其工作方法


[0001]本专利技术属于短流程非高炉炼铁领域，具体涉及一种轴向旋流熔融还原冶炼炉及其工作方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]目前，高炉炼铁在我国炼铁领域依然占据主体地位，但高炉炼铁工序复杂，设备众多，对煤质要求高，生产成本也高，特别是众多工序会产生大量的二氧化碳，提出一种新型的炼铁工艺，减少炼铁工序，降低对煤质的要求，是炼铁工艺创新和发展的趋势。
[0004]现有的短流程炼铁工艺主要有三种，即Pinex工艺、Hismelt工艺、Corex工艺，三种工艺都克服了对煤质的高要求，缩短了炼铁流程，但是三种工艺在铁还原阶段采用的原料粒度仍较大，在传质、传热方面有提升和改进的空间。由专利CN109680114B一种煤气化协同铁矿石还原的系统及方法提出一种使用细煤粉和铁矿石粉的冶炼方法，提高炉内传热、传质效果，降低吨铁煤耗。但该专利侧重系统及方法，没有对主要设备结构特别是气化还原段设备结构做出详细表述。专利CN114574651A一种旋流铁壁熔融冶炼装置及方法提出将燃烧、气化及还原整合到一个主反应炉内完成，进一步缩短了金属冶炼流程，通过熔融铁渣贴壁后自上而下流动与主煤气的自下而上流动形成逆流，强化还原效果。但该专利采用的是炉膛开孔，物料水平切圆形式喷入，该炉型炉膛开口处较多，不利于炉壁水冷壁管道铺设，管口与炉膛连接处容易超温与渗漏。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种轴向旋流熔融还原冶炼炉及其工作方法。本专利技术中物料输送管道全部设置在冶炼炉顶部，避免了炉膛开孔，使得炉膛膜式壁更加完整，炉内温度场分布更加均匀。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种轴向旋流熔融还原冶炼炉，由上至下依次为物料输送管道、炉膛、炉缸；所述物料输送管道将物料从顶部送入炉膛，使物料在炉膛内形成轴向旋流；所述物料输送管道由中心向外包括热风管道、循环煤气管道、矿粉管道、煤粉管道；所述热风管道位于炉膛顶部中央；所述循环煤气管道套在所述热风管道外侧；所述矿粉管道和煤粉管道以炉膛顶部中心为圆心交替呈圆周阵列对称布置。
[0008]第二方面，本专利技术提供了根据上述轴向旋流熔融还原冶炼炉的工作方法，包括：
[0009]高温助燃风通过热风管道与循环煤气通过循环煤气管道一同喷入炉膛，在炉膛中心区域燃烧；
[0010]煤粉以低温循环煤气作为载气，通过煤粉管道斜向下喷入炉膛，升温产生还原气，
同时产生焦粉，在气流带动下甩向炉壁；
[0011]矿粉以低温循环煤气作为载气，通过矿粉管道斜向下喷入炉膛，升温形成熔融矿粉，在气流带动下甩向炉壁；
[0012]熔融矿粉与焦粉在炉壁处混合，向下流动，在还原气作用下发生氧化还原反应生成铁水；
[0013]铁水与未反应的焦粉以及灰渣一同流入炉缸，进行渣铁分离，铁水从出铁口流出，焦粉及灰渣从出渣口流出；
[0014]还原气以及循环煤气燃烧产生的烟气，通过煤气出口进入煤气重整炉进行降温重整。
[0015]上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
[0016]1、循环煤气、助燃风、铁矿粉、煤粉(焦粉)全部从炉顶喷入，避免了炉膛开孔，使得炉膛膜式壁更加完整，炉内温度场分布更加均匀，而且矿粉从顶部喷入，相较于从炉膛中间喷入，延长了停留时间，即增加了还原时间。
[0017]2、炉顶中心区域采用低温循环煤气包裹高温助燃风的布置方式，在低温循环煤气出口设置了旋流叶片，避免了高温助燃风直接与炉顶接触，降低了炉顶温度。循环煤气与助燃风在炉膛中心剧烈燃烧，产生高温，通过热辐射的方式向炉壁及物料传递热量；铁矿粉管、煤粉管在炉顶近炉壁处圆周均匀交叉布置，管道口对向炉壁，物料以切圆形式喷入，沿炉膛壁面做旋流运动，铁矿粉高温熔融成液滴，随气流甩向壁面，煤粉受热气化，产生焦粉与还原气，焦粉随气流甩向壁面，与熔融铁矿粉发生还原反应；通过这种布置方式，炉膛中心区域以循环煤气为主要燃料，部分煤粉气化产生的还原气为辅助燃料，避免了焦粉与助燃风直接接触，可减少煤粉用量，从而降低吨铁煤耗。
[0018]3、炉膛采用上宽下窄的结构，炉膛壁面形成一定的坡度，铁矿粉与焦粉甩向壁面之后，沿壁面向下流动，流动过程中混合均匀，发生氧化还原反应。这种结构相较于垂直壁面，使熔融物料不易从炉壁上滴落下去，增加了物料在壁面上的流动时间，提高了还原效率。
附图说明
[0019]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0020]图1为实施例1中轴向旋流熔融还原冶炼炉的结构示意图；
[0021]图2为图1中A
‑
A处截面示意图；
[0022]图3为图1中B
‑
B处截面示意图；
[0023]其中1热风管道，2循环煤气管道，3煤粉管道，4炉膛，5炉缸，6出铁口，7出渣口，8煤气出口，9矿粉管道，10旋流叶片，I高温燃烧区，II熔融还原区，III渣铁分离区。
具体实施方式
[0024]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0026]本专利技术的第一种典型具体实施方式，一种轴向旋流熔融还原冶炼炉，由上至下依次为物料输送管道、炉膛4、炉缸5；所述物料输送管道将物料从顶部送入炉膛，使物料在炉膛内形成轴向旋流；所述物料输送管道由中心向外包括热风管道1、循环煤气管道2、矿粉管道9、煤粉管道3；所述热风管道1位于炉膛顶部中央；所述循环煤气管道2套在所述热风管道1外侧；所述矿粉管道9和煤粉管道3以炉膛4顶部中心为圆心交替呈圆周阵列对称布置。
[0027]该实施方式的一种或多种实施例中，所述热风管道1热风出口处设置扩口和旋流叶片。
[0028]该实施方式的一种或多种实施例中，所述循环煤气管道2出口处设置8
‑
20片旋流叶片10，所述旋流叶片10倾斜角度为30
‑
60度。
[0029]该实施方式的一种或多种实施例中，所述矿粉管道9数量为4
‑
8支，所述矿粉管道9在炉膛4内管道末端设置弯头，弯头轴向角度设置15...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴向旋流熔融还原冶炼炉，其特征在于，由上至下依次为物料输送管道、炉膛、炉缸；所述物料输送管道，将物料从顶部送入炉膛，使物料在炉膛内形成轴向旋流；所述物料输送管道由中心向外包括热风管道、循环煤气管道、矿粉管道、煤粉管道；所述热风管道位于炉膛顶部中央；所述循环煤气管道套在所述热风管道外侧；所述矿粉管道和煤粉管道以炉膛顶部中心为圆心交替呈圆周阵列对称布置。2.如权利要求1所述的轴向旋流熔融还原冶炼炉，其特征在于，所述热风管道热风出口处设置扩口和旋流叶片。3.如权利要求1所述的轴向旋流熔融还原冶炼炉，其特征在于，所述循环煤气管道出口处设置8
‑
20片旋流叶片，所述旋流叶片倾斜角度为30
‑
60度。4.如权利要求1所述的轴向旋流熔融还原冶炼炉，其特征在于，所述矿粉管道数量为4
‑
8支，所述矿粉管道在炉膛内管道末端设置弯头，弯头轴向角度设置15
‑
45度，切向角度设置30
‑
60度。5.如权利要求1所述的轴向旋流熔融还原冶炼炉，其特征在于，所述煤粉管道数量为4
‑
8支，所述煤粉管道在炉膛内管道末端设置弯头，弯头轴向角度设置15
‑
45度，切向角度设置30
‑
60度。6.如权利要求1所述的轴向旋流熔融还原冶炼炉，其特征在于，所述炉膛采用膜式水冷壁结构，由内到外依次为浇注料、水冷壁、保温棉、钢壳，所述浇注料为耐火耐腐蚀浇注料。7.如权利要求1所述的轴向旋流熔融还原冶炼炉，其特征在于，所述炉膛为缩口式炉膛，炉膛内...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱子霖，马春元，周滨选，赵媛，王涛，张立强，许焕焕，朱振坤，宋德升，潘峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：