一种直接还原竖炉顶部气体提温调质系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，属于钢铁冶金技术领域，包括受料系统、松料器、氧气注入阀、热回收系统以及控制系统，所述受料系统设置于竖炉本体的上方，所述松料器和所述热回收系统均设置于所述竖炉本体的内部，所述松料器用于对受料系统接受的原料进行松动，所述热回收系统包括气体换热器，所述气体换热器的管道上设置有在线气体分析仪，通过所述在线气体分析仪采集所述管道内的气体组成信号，并将所述气体组成信号传输至所述控制系统，通过所述控制系统调节所述氧气注入阀的开启程度。本发明专利技术能够提高重整后的还原性气体一次反应率，强化冶炼强度，提高竖炉利用系数，优化系统能效。优化系统能效。优化系统能效。

【技术实现步骤摘要】
一种直接还原竖炉顶部气体提温调质系统及方法


[0001]本专利技术是属于钢铁冶金
，特别涉及一种直接还原竖炉顶部气体提温调质系统及方法。

技术介绍

[0002]气基直接还原铁DRI(Direct Reduced Iron)是采用从炉体中部的进气嘴以一定压力鼓入950℃以上的高温还原性气体(纯H2或CO+H2≥90％、H2/CO≥1.5)，铁矿块或球团在固态条件下，被还原为金属化率90以上的海绵铁，还原产物可用作冶炼优钢、特钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。直接还原工艺不需要使用焦炭，原料可使用冷压球团、球团块或块矿，不用烧结矿，是一种优质、低碳、低污染的钢铁冶金新工艺，也是全世界钢铁冶金的前沿技术之一。DRI气基还原技术需要采用重整炉或管式加热炉等方式将天然气，经重整加热后加工成H2和CO，还原性的气体加热后鼓入竖炉进行固
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气还原反应，矿石与还原气逆向流动，经还原取得海绵铁(全铁TFe≥90％)。DRI具备普通海绵铁共有的特性：高纯净、低有害杂质含量，利于优质钢的生产，若采用纯氢冶炼，CO2可实现零排放。
[0003]由于H2与FeOX的反应是强吸热反应，950℃的炉内气体反应后会降至800℃左右。再往上部，炉内气体温度会降至600℃，达到炉顶出口，气流和进料口块料进行质能交换，温度会降至450℃以下排炉外，净化脱碳后循环再用。该工艺存在温度变化，一次气体使用率30％左右，并且会出现逆反应，导致炉顶排除循环气体CH4含量增加。如何提高重整后的还原性气体一次反应率，强化冶炼强度，同时可降低炉顶循环冷却气体的净化处理能量，进而使后续的还原气制造工序能耗减少，提高生产效率，提高竖炉利用系数，优化系统能效，降低综合成本，DRI竖炉工艺的改进极具现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种直接还原竖炉顶部气体提温调质系统及方法，其能够提高重整后的还原性气体一次反应率，强化冶炼强度，同时可降低炉顶循环冷却气体的净化处理能量，进而使后续的还原气制造工序能耗减少，提高生产效率，提高竖炉利用系数，优化系统能效。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，包括受料系统、松料器、氧气注入阀、热回收系统以及控制系统，所述受料系统设置于竖炉本体的上方，所述松料器和所述热回收系统均设置于所述竖炉本体的内部，所述松料器用于对受料系统接受的原料进行松动，所述氧气注入阀设置于所述松料器的一侧，所述热回收系统包括气体换热器，所述气体换热器的管道上设置有在线气体分析仪，通过所述在线气体分析仪采集所述管道内的气体组成信号，并将所述气体组成信号传输至所述控制系统，通过所述控制系统调节所述氧气注入阀的开启程度。
[0006]进一步地，所述松料器通过直流电机进行驱动。
[0007]进一步地，所述松料器采用连杆式连接，使得所述松料器能够水平旋转180
°
。
[0008]进一步地，所述松料器整体呈圆柱体，在所述圆柱体的下半部分开设有若干个送气孔。
[0009]进一步地，所述若干个送气孔被分隔为3排均匀分布，各排之间间隔角度为30
°
。
[0010]进一步地，所述松料器的内部设置有氧气输送管道，所述氧气输送管道用于输送由所述若干个送气孔输入的氧气。
[0011]进一步地，所述系统还包括：净化脱碳系统，所述净化脱碳系统设置在所述竖炉本体的外部所述净化脱碳系统用于对所述竖炉本体排出的气体进行净化脱碳，然后将经过净化脱碳的气体作为还原气再次返回至所述竖炉本体。
[0012]本专利技术还提供一种直接还原竖炉顶部气体提温调质方法，其使用如权利要求1
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7中任一权利要求所述的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，包括以下步骤：
[0013]S1、将固态原料送入受料系统，所述固态原料经过所述受料系统的处理后被送入竖炉本体，控制系统根据竖炉本体内压力检测仪器获得的数据控制氧气注入阀，以控制氧气的通入量；
[0014]S2、将高温还原气从竖炉本体的还原气进口送入，使得高温还原气与步骤S1通入的氧气进行混合；
[0015]S3、在对原料混合处理的过程中，在进料预热段，通过松料器对原料进行松动；
[0016]S4、通过松料器上的送气孔均匀喷吹氧气。
[0017]进一步地，在所述步骤S3中，所述进料预热段设置在一定的温度区间，且在所述温度区间内还原速率处于下降趋势。
[0018]进一步地，所述温度区间的范围为650～680℃。
[0019]与现有技术相比，根据本专利技术的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统及方法，在竖炉本体注入还原反应气体的区域上方，在一定低温区(650～680℃)且还原速率下降的位置，即进料预热段，设置松料器。松料器采用直流电机带动，连杆式链接，能够左右水平旋转180
°
，在松料器的下半圆柱体上开设有送气孔，在松料器中部设置氧气输送管道，将氧气均匀的喷吹至650～680℃的区域，在此温度区间因高于还原气的引燃温度(焦炉煤气：560℃；甲烷：537℃)，故此注入位置具备较高的安全性。本专利技术既可以使氧气在竖炉内部该区域扩散的更加均匀，又可以使松料器得到冷却保护。
[0020]另一方面，氧气在进入竖炉本体中松料器的氧气输送管道之前，通过炉顶气热回收系统与出竖炉的炉顶气进行充分换热和余热回收，通过竖炉在线气体分析仪反馈气体组成信号，调节控制氧气注入阀的开启程度，控制注氧量，防止过量的氧气消耗，避免温度过高导致炉顶飞温和能量迭损。通过控制系统在线分析耦合灵活精准调变，可根据入炉球团品位和炉顶气体组成调整竖炉的生产情况，保证成品质量，稳定系统运行。
附图说明
[0021]图1是根据本专利技术一实施方式的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统运行示意图；
[0022]图2是根据本专利技术一实施方式的松料器结构示意图；
[0023]图3是根据本专利技术一实施方式的松料器安装结构功能示意图；
图4是根据本专利技术一实施方式的甲烷化炉温升和进口气中CO、CO2浓度之间关系的示意图。
[0024]主要附图标记说明：
[0025]①
还原反应气体，
②
加炉顶返回气后的还原气，
③
炉顶气，
④
进入缓冲罐的氧气
⑤
需注入定量氧气，
⑥
炉顶气净化脱碳系统，
⑦
净化后气体，
⑧
受料系统，
⑨
直接还原铁，
⑩
在线气体分析仪，氧气注入阀，松料器。
具体实施方式
[0026]下面对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0027]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，其特征在于，包括受料系统、松料器、氧气注入阀、热回收系统以及控制系统，所述受料系统设置于竖炉本体的上方，所述松料器和所述热回收系统均设置于所述竖炉本体的内部，所述松料器用于对受料系统接受的原料进行松动，所述氧气注入阀设置于所述松料器的一侧，所述热回收系统包括气体换热器，所述气体换热器的管道上设置有在线气体分析仪，通过所述在线气体分析仪采集所述管道内的气体组成信号，并将所述气体组成信号传输至所述控制系统，通过所述控制系统调节所述氧气注入阀的开启程度。2.根据权利要求1所述的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，其特征在于，所述松料器通过直流电机进行驱动。3.根据权利要求1所述的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，其特征在于，所述松料器采用连杆式连接，使得所述松料器能够水平旋转180
°
。4.根据权利要求1所述的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，其特征在于，所述松料器整体呈圆柱体，在所述圆柱体的下半部分开设有若干个送气孔。5.根据权利要求4所述的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，其特征在于，所述若干个送气孔被分隔为3排均匀分布，各排之间间隔角度为30
°
。6.根据权利要求4所述的直接还原竖炉顶部气体提温调质系统，其特征在于，所述松料器的内部设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：金锋，付艳鹏，程立，刘西琨，
申请(专利权)人：中钢设备有限公司，
类型：发明
国别省市：