技术领域
[0001] 本实用新型涉及还原炼铁技术领域，尤其涉及一种包括预还原段，直接还原段和冷却段的煤基竖罐直接还原炼铁装置。
背景技术
[0002] 直接还原炼铁法包括气基直接还原炼铁法和煤基直接还原炼铁法两种方法。由于我国天燃气资源短缺，煤基直接还原炼铁法的应用更加广泛。煤基直接还原炼铁法采用的装置有
隧道窑、
回转窑、转底炉和
竖炉等。不同的
冶炼装置在处理特定的原料时具有各自的优势，但同时也存在缺点。采用隧道窑获得的产品
质量好，但隧道窑生产效率低，而且能耗高；回转窑的
能源利用效率高，但窑内容易结圈；转底炉的冶炼速度快，但转底炉获得的产品质量差。煤基直接还原竖炉采用外加热的方式，由于外加热
传热速度慢，传热效率低，所以炉内铁
氧化物的还原速度慢，生产效率低。实用新型内容
[0003] 针对
现有技术存在的上述不足，本实用新型提供了一种煤基竖罐直接还原炼铁装置。本实用新型采用如下技术方案来实现其目的：
[0004] 本实用新型的煤基竖罐直接还原炼铁装置是由加料仓1，竖罐本体13，排料装置7组成，在所述竖罐本体13的上部设置有预还原段2；预还原段2的下方设置有排
风口3，竖罐本体13的中部设置有直接还原段4，竖罐本体13的下部设置有冷却段5，冷却段5的下方设置有排风口6，所述加料仓1设置在竖罐本体13的顶部，所述排料装置7设置在所述竖罐本体13的底部。
[0005] 本实用新型在所述竖罐本体13的预还原段2的其中两侧设置有
燃烧室19，在直接还原段4的其中两侧设置有燃烧室20，在竖罐本体13的其中一侧设置有换热室8，换热室8的下方设置有烟道9，燃烧室19和燃烧室20的下方设置有火道22，所述换热室8和所述燃烧室19以及燃烧室20之间通过所述火道22连接。
[0006] 本实用新型所述预还原段2和冷却段5是由内向外分别采用耐火材料高
铝砖层10，
硅藻土砖层11和
纤维毡层12砌筑在竖罐本体13中的上部和下部；所述直接还原段4采用耐火材料
碳化硅砖17砌筑在竖罐本体13中的中部；所述冷却段5下方的排风口6由耐火材料高铝砖18砌筑；本实用新型所述耐火材料还可以是刚玉
莫来石、刚玉砖或高导热性碳化硅砖。
[0007] 本实用新型所述燃烧室20中设置有多个上下交错并且具有通道的隔墙21；所述燃烧室20以及其中的隔墙21由耐火材料高铝砖18砌筑，所述隔墙21上均匀布置有多个空气烧嘴16；所述换热室8由耐火材料高铝砖18砌筑，换热室8中设置有煤气通道14和空气通道15，并与所述燃烧室19和燃烧室20连通；本实用新型所述排料装置7设置为排料辊；所述竖罐本体13为
钢制长方体壳体。
[0008] 本实用新型的煤基竖罐直接还原炼铁装置通过设置为预还原段、直接还原段和冷却段，使设备的结构简单，工艺紧凑，操作简单。由于提高了煤气的利用率，增加了竖罐产量，提高了
金属化率，显著地降低了冶炼能耗，使能耗和生产成本大大降低。
附图说明
[0009] 图1是本实用新型的示意性结构剖视图；
[0010] 图2是沿图1的A'-A'向结构示意图；
[0011] 图3是沿图1的B'-B'向结构示意图。
具体实施方式
[0012] 以下结合附图和
实施例详细描述本实用新型煤基竖罐直接还原炼铁装置的设计原理和结构组成。
[0013] 本实用新型是基于外燃式煤基直接还原竖炉目前存在的问题，在直接还原段的
基础上设计了具有预还原段和冷却段的煤基竖罐直接还原炼铁装置。
[0014] 本实用新型的原料可以用普通氧化球团和煤
块或含碳球团；煤基竖罐直接还原炼铁装置的竖罐本体13分为预还原段2、直接还原段4和冷却段5，竖罐本体13两侧设有燃烧室19，燃烧室20和换热室8；氧化球团和煤块或含碳球团通过上料仓1经布料装置均匀落在竖罐内，预热煤气和空气在预还原段2的两侧燃烧室19进行不完全燃烧，燃烧
温度在900℃左右通入预还原段2与直接还原段4上升的煤气对
炉料进行预还原。由于进入预还原段2的煤气具有较强的还原性，球团经预还原后金属化率可以达到30%-70%，大幅度降低直接还原负荷。预还原后的球团进入直接还原段4主要进行直接还原反应，反应所需热量由两侧的燃烧室20提供。燃烧所用煤气可以是竖罐炉顶煤气和
水煤气混合气，煤气和空气通过换热室8预热到700-900℃，分别通过煤气通道（14）和空气通道（15）进入燃烧室（20），在燃烧室20燃烧到1250-1350℃，燃烧室温度通过空气烧嘴16来控制，保证直接还原段4的反应温度能够维持在950-1100℃，球团金属化率可以达到93%以上。还原好的高温海绵铁进入冷却段5，冷却煤气从冷却段5下部的冷却煤气风口6进入与海绵铁进行热交换，冷却煤气换热后温度达到900-1000℃进入直接还原段4，高温金属化球团冷却到80-200℃，经由排料辊组成的排料装置7从冷却段5的底部排出，换热后的烟气通过烟道（9）向外排出并被回收。
[0015] 本实用新型的预还原段的设计使通入的热煤气不但预热了下降的炉料，而且还可以对炉料进行预还原；同时，冷却段的设计使通入的冷煤气与下降的海绵铁进行热交换，预热的煤气在上升过程中进一步还原炉料，大幅度地降低直接还原段的热量消耗和还原时间，大大提高了炉料的还原效率和能源利用效率，从而提高了生产效率，降低了生产成本。
[0016] 实施例1
[0017] 参照图1，图2和图3，本实用新型的煤基竖罐直接还原炼铁装置包括加料仓1，竖罐本体13，燃烧室20，换热室8，排料装置7以及其它辅助设施组成；竖罐本体13的结构是一个腔式长方体壳体，其顶端设置有加料仓1和布料装置，其底部设置有由若干排料辊构成的排料装置7。
[0018] 本实用新型竖罐本体13中的上部设置有预还原段2，预还原段2的下方设置有排风口3，竖罐本体13的中部设置有直接还原段4，下部设置有冷却段5，冷却段5的下方设置有冷却煤气排风口6；竖罐本体13的预还原段2的其中两侧设置有与预还原段2相通的燃烧室19，竖罐本体13的直接还原段4的其中两侧设置有与直接还原段4相通的燃烧室20，竖罐本体13的其中一侧设置有换热室8，本实施例将燃烧室19，燃烧室20和换热室8均设置在竖罐本体13的长方体的长边一侧。在换热室8的下方设置有烟道9，在燃烧室19和燃烧室20的下方设置有火道22，换热室8与燃烧室19和燃烧室20之间通过火道22连接。
[0019] 根据本实用新型在竖罐本体13中
自上而下设计的预还原段2，直接还原段4，冷却段5，以及排风口各部位功能的不同，所使用的耐火材料和结构形式也有所不同。预还原段2和冷却段5的耐火材料及结构形式由内到外分别是耐火层、保温层到钢制壳体；其中，耐火层采用高铝砖层10或刚玉莫来石砖，保温层采用
硅藻土砖层11和纤维毡层12，分别分层砌筑在竖罐本体13上部的预还原段2和下部的冷却段5；竖罐本体13的钢制壳体可以由普通
碳钢焊接或采用其它金属壳体；直接还原段4由高导热性碳化硅砖17砌筑；预还原段2下方的排风口3和冷却段5下方的冷却煤气排风口6由高铝砖18或定型刚玉砖砌筑而成；排风口3和排风口6对称均匀分布。
[0020] 本实施例的竖罐本体13两侧的燃烧室19和20由高铝砖18砌筑，燃烧室20中设置有多个上下交错并且具有通道的导热隔墙21，隔墙21由异型高铝砖18构成；本实施例根据不同燃烧区域在导热隔墙21上均匀布置了多个空气烧嘴16和
热电偶。换热室8是燃烧室20的辅助机构，主要是利用燃烧废气的余热来预热空气和煤气；换热室8由定制高铝圆筒砖砌筑，煤气和空气分别从高铝圆筒砖砌筑的煤气通道14和空气通道15内通过，燃烧并换热后的废气从高铝圆筒砖砌筑的烟道9向外排出并被除尘回收。
[0021] 本实用新型的球团经还原、冷却后，通过设置在竖罐本体13下部的排料装置7排出，排料装置7由排料辊构成。
[0022] 实施例2
[0023] 本实用新型的煤基竖罐直接还原炼铁装置由加料仓1、竖罐本体13和排料装置7组成，加料仓1与竖罐本体13顶部相连，排料装置7与竖罐本体13底部连接。
[0024] 本实用新型的竖罐本体13分为预还原段2、直接还原段4和冷却段5。球团通过加料仓1进入预还原段2，预热的煤气和空气在预还原段2两侧的燃烧室19进行不完全燃烧，煤气燃烧到900℃通入风口对球团进行预还原。球团在预还原段2反应1-2小时后下降到直接还原段4，直接还原4反应耗热由两侧的燃烧室20提供。煤气和空气通过由高铝砖18砌筑的换热室20换热后温度达到600-900℃，热煤气与热空气在燃烧室20进行均匀燃烧，燃烧温度为1200-1350℃，热量通过碳化硅砖17导热墙隔墙21传入直接还原段4。燃烧后的烟气温度为1000-1200℃通过烟道进入换热室8，与空气和煤气进行热交换，热交换后温度为500-800℃的烟气进入余热
锅炉。球团在直接还原段4还原2-3小时，金属化率达到93%以上后进入冷却段5，冷却气体可以为水煤气，气体氧化度小于0.25，冷却气体由冷却段5下方的排风口6鼓入，金属化球团在冷却段4的
停留时间为1小时左右，冷却气体换热后温度达到900-1100℃进入直接还原段4继续还原球团，金属化球团冷却到100-300℃由排料装置7排出。
[0025] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果还在于，通过在煤基直接还原竖炉的基础上增加预还原段和冷却段，使得在预还原段中通入的热煤气不但预热了下降的炉料，而且可以对炉料进行预还原，大幅度降低了直接还原段的热量消耗和还原时间；通
过冷却段中通入的冷煤气与下降的海绵铁进行热交换，预热的煤气在上升过程中进一步还原炉料，提高了能源利用效率。本实用新型的炼铁装置得到的球团
稳定性好，金属化率高，提高了生产效率，降低了生产成本。本实用新型的炼铁装置工艺紧凑，操作简单。
[0026] 尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离
权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本实用新型的示例性实施例进行各种
修改和改变。
