一种促进竖炉内煤气流合理分布的装置

技术领域

本发明涉及非高炉炼铁技术领域所使用的设备，特别是一种促进竖炉内 煤气流合理分布的装置。

背景技术

熔融还原是指非高炉炼铁方法中那些冶炼生产液态铁水的工艺过程。其 技术思想是希望发展一种既不需铁矿石造块又不必使用昂贵冶金焦炭，既能 生产高质量铁水又不环境污染的理想冶炼工艺。

预还原竖炉位于熔化气化炉上方，竖炉中加入的物料为球团矿、块矿和 熔剂(石灰石和白云石)，此外为避免含铁物料的黏结和保持床层足够的透气 性需加入一定数量的焦炭。800℃～850℃左右的还原煤气通过围管鼓入竖炉， 从竖炉顶部排出时煤气温度为250℃～300℃左右。含铁物料在竖炉中被还原 成金属化率为70％～90％的海绵铁。

与传统高炉一样，要实现低耗、高效和长寿，必须合理控制竖炉内部的 煤气流分布。煤气流分布直接影响到煤气利用率、温度分布以及炉况顺行。

随着冶金技术的不断发展，竖炉也朝着大型化的方向大步迈进。在竖炉 大型化的进程中，出现了较多的问题。比如，炉内压差高，圆周工作不均匀， 煤气流分布不合理，金属化率不均匀等。竖炉煤气流分布不合理，会造成炉 内局部区域温度较高，金属化率较高，在炉料重力和煤气压力作用下形成粘 结物，从而威胁炉况的稳定顺行。

为了提高竖炉的煤气利用率，工业上选择将部分还原煤气引到竖炉中心， 均匀煤气流在炉内的分布。实际生产中，宝钢COREX3000竖炉引进西门子奥 钢联公司发明的Areal Gas Distribution(AGD)技术，即在竖炉围管位置 装两根AGD管，利用炉料下降过程中在AGD管道下方自发形成的无炉料煤气 通道将煤气引入到竖炉中心，然而实际操作中发现通往中心的煤气量难以控 制，中心气流过度发展，容易导致围管环管气流速度低，鼓风动能不足，围 管易被细小粉尘堵塞，造成炉内气流分布不均，金属化率降低，影响生产效 率。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明设计出了一种促进竖炉内煤气流合理分 布的装置，利用此装置可将炉外煤气直接引入竖炉中心，并和已有围管中通 过供气导气槽即“slot管”进入炉内的煤气相配合，实现竖炉中心、边缘区 域煤气进气量的精确控制，以此改善竖炉内的煤气流分布，目的在于获得更 高的煤气利用率和金属化率，降低燃料消耗和冶炼成本。

为实现上述目的，本发明具体方案如下：

一种促进竖炉内煤气流合理分布的装置，该种装置设有围管和slot管， 其特征在于装置还包括有2至3根通往竖炉中心的内部供气管道和与之相通 的锥形配气装置，其中，彼此相邻的内部供气管道之间沿圆周方向的夹角为 180°或者120°，每一内部供气管道的外部端口均与煤气发生装置相连通， 每一内部供气管道都单独设有内部供气流量调节阀门；每一内部供气管道的 内部端口均与处于竖炉内部中心位置的锥形配气装置相连通，煤气通过内部 供气管道进入锥形配气装置中，并从锥形配气装置底部出来进入竖炉中；内 部供气管道的外部又将传统的围管分隔成2至3个各自独立的围管供气区域， 每个围管供气区域分别设有一根与外部煤气发生装置相连通的围管供气管 道，并在该围管供气管道上也单独设有围管供气流量调节阀门。

进一步，内部供气管道均由耐火材料堆砌或者浇筑而成，且内部供气管 道横截面形状为中空的菱形，中空部分为圆形管道，内部供气管道上下均焊 有耐热高强钢制作的筋板，每一筋板都一直延伸到锥形配气装置内部，在锥 形配气装置中心处汇聚并焊接固定到一起。

进一步，上述锥形配气装置为内空椎体，侧面设有接口与内部供气管道 连通，下部敞口，物料在锥体下部形成锥形空区，煤气经内部供气管道进入 锥形配气装置内，并经其空区下部的敞口进入炉内。

进一步，上述锥形配气装置由耐火材料浇筑而成，内部有筋板进行加固。

进一步，锥形配气装置的锥度、大小以及放置的高度可以根据实际生产 工艺进行调节，满足生产需求即可。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过设置煤气内部供气管道以及配气装置，实现将煤气通往 竖炉中心，内部供气管道与炉外煤气发生装置相连通，并分别装有各自的内 部供气流量调节装置，可调节通往竖炉中心的煤气量。

(2)本发明所述的2至3根内部供气管道的外部又将传统的围管分隔成 二至三个独立的围管供气区域，每个围管供气区域分别设有一根与外部煤气 相连通的围管供气管道，并在该围管供气管道上单独设有围管供气流量调节 阀门，使用时可根据实际生产调节各处阀门的开度，使得煤气流分布更加合 理。

(3)本发明所述的内部供气管道内外均有耐火材料堆砌或者浇筑而成， 且内部供气管道横截面形状为中空菱形，中间为圆形管道，内部供气管道上 下均焊有耐热高强钢制作的筋板，菱形管道有利于减小对炉料下行的阻碍， 防止对炉内物料结构的破坏。

(4)本发明所述的中心锥形配气装置为上部锥形中间为空，下部敞口， 物料在其敞口下部自发形成一个锥形空区，煤气到达锥形配气装置后，经由 下部空区与周围的物料接触，最后再向上运动到达炉顶，这种设置有利于增 加煤气在竖炉内的停留时间，提高煤气的利用率，并且由于椎体下部始终有 自然形成的空区，故不会发生堵塞，保证了煤气顺利进入炉内。

(5)本发明所述的中心锥形配气装置还能有效抑制从螺旋排料口进入竖 炉内的反串煤气的上升，反串煤气到达炉身中部时，被中心锥形配气装置阻 挡，抑制了反串煤气在竖炉中形成烟囱流。

(6)本发明有效地对入炉煤气进行合理分配，使竖炉内含铁物料得到均 匀还原，避免造成煤气流的偏行，局部煤气流过度发展，造成局部炉料金属 化率过高，在高温下粘结的情况发生。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为图1的A-A截面视图；

图3为图1的B-B截面视图；

图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为图4的C-C截面视图。

附图中：1为竖炉本体，2为围管，3为slot管，4为锥形配气装置，5 为内部供气管道表面耐材，6为内部供气管道加固筋板，7、8、9均为内部供 气管道，10、11、12为被内部供气管道分隔成的三个围管供气区域，13、14、 15分别为对应围管供气区域与炉外连通的围管供气管道，16、17、18分别为 内部供气流量调节阀门，19、20、21分别为围管供气流量调节阀门。

具体实施方式

图1为本发明实施例1的主体结构示意图，如图1中所示，一种促进煤 气流合理分布的竖炉，其至少包括带耐材的竖炉本体1，嵌入炉身中部的围 管2，以及一圈与围管2相连的slot管3，在此基础上本项发明又新增处于 竖炉中心的锥形配气装置4，两根通往竖炉中心的内部供气管道7、8，各内 部供气管道的表面由耐材5砌成，内部设有加固筋板6，内部供气管道7、8 的内部端口与竖炉内部的锥形配气装置4相连通，外部端口与煤气发生装置 相连通。

图2为图1的A-A截面视图，如图2所示，内部供气管道7、8均为中空 管，其中间为圆形管道，内部供气管道上部和下部均焊接了耐热高强钢制作 的筋板6，两根内部供气管道对应的筋板分别延伸至锥形配气装置内部，并 汇聚于其中心位置，将筋板于汇聚点22处焊接为一体，提高了内部供气管道 的强度，内部供气管道则只到达其与锥形配气装置侧面的交接处。

如图2中所示，两根内部供气管道7、8之间夹角互为180°，并将传统 的围管分隔成10、11两个相互独立的围管供气区域，这两个独立的围管供气 区域分别由13、14两根围管供气管道与炉外相连，对应围管供气管道上设置 有围管供气流量调节阀门19、20，可调节进入围管中的煤气量。

如图2中所示，煤气有两种方式进入竖炉内，一是通过内部供气管道7、 8经由锥形配气装置到达竖炉中心，二是经过与围管连通的slot管3进入竖 炉边缘，这样，可实现炉内中心气流和边缘气流的有效分配，有利于还原煤 气的合理分布。

图3为图1的B-B截面视图，如图3所示，内部供气管道外部用耐火材 料5浇筑或者堆砌，其横截面为菱形，这样可最大限度地降低内部供气管道 对物料下行的阻碍作用，有利于物料的顺利下行，保证了炉料的稳定顺行。

图4为本发明实施例2的主体结构示意图；图5为图4之C-C截面视图， 如图5中所示，实施例2的内部供气管道改变为3根，三根内部供气管道7、 8、9之间夹角互为120°，并将传统的围管分隔成10、11、12三个相互独立 的围管供气区域，这三个独立的围管供气区域分别由13、14、15三根围管供 气管道与炉外相连，对应围管供气管道上设置有围管供气流量调节阀门19、 20、21，可调节进入围管中的煤气量。

下面对本实施例2一种促进竖炉内煤气流合理分布装置的具体实施方式 详细说明。

图4为本实施例2“一种促进竖炉内煤气流合理分布的装置”的结构示 意图，图5为图4之C-C截面图，主要包括竖炉本体1，竖炉内部的锥形配 气装置4，三根沿圆周方向互为120°的内部供气管道7、8、9，对应内部煤 气管道上连接的内部供气流量调节阀门16、17、18，三根内部供气管道将围 管分割成三个相互独立的围管供气区域10、11、12，三个独立的围管供气区 域分别连有与炉外煤气供应系统相连的三根围管供气管道13、14、15，对应 围管供气管道上连接有围管供气流量调节阀门19、20、21，围管供气区域10、 11、12中有许多通往竖炉内边缘位置的slot管道3。

本实施例中，煤气可有两种方式进入竖炉内，一是通过内部供气管道7、 8、9经由锥形配气装置4到达竖炉中心，由于炉料在锥形配气装置下端自发 形成锥形空区，故煤气由锥形配气装置下部出来，经由锥形空区进入竖炉内 与炉料接触时，不会发生堵塞情况；二是经过与围管连通的slot管3进入竖 炉边缘。通过调节内部供气管道7、8、9上连接的内部供气流量控制阀门16、 17、18开度，以及围管供气管道13、14、15上安装的围管供气流量控制阀 门19、20、21开度，实现竖炉中心、边缘区域煤气流量的精确控制。

根据现场实际竖炉的大小按照1:20的比例，设计了一个实施例模型，包 括模型本体、供风系统、电气控制系统等。竖炉模型本体为半周三维模型， 为方便观测和采集数据，采用有机玻璃制作模型。炉身部分共有34个测压孔， 共九行四列。在竖炉中心列布置7个测压孔(配气装置内无测压孔)，竖炉边 缘列布置9个测压孔，测压点直径为20mm，测压点高度相差100mm，横向相 差60mm。测压和数据采集系统将压力传感器的传出电路连接到电脑上，通过 数据采集软件可以实时记录任意时刻的炉内各个测压点的压强。

表1所列为某大型竖炉实际生产中的主要参数，以及按1:20缩小为本实 施例模型对应的相关参数。实际生产中，熔炼率为150t/h，煤气流量为235000 Nm3/h，本实施例模型按现场装置1:20缩小，对应排料速度为0.828m3/h， 气体流量为65Nm3/h。

表1实际生产及本实施例模型主要参数

表2所示为本实施例实验方案，共进行6组实验，在给定总气体流量65 Nm3/h、排料速度0.828m3/h，内部供气管道与围管供气管道供气比例分别 为0％/100％、10％/90％、20％/80％、30％/70％、40％/60％、50％/50％条件下，测量 炉内压力分布，根据压力分布得出炉内煤气流分布情况。

表2本实施例实验方案

表3—8所示为内部供气管道与围管供气管道供气比例分别为0％/100％、 10％/90％、20％/80％、30％/70％、40％/60％、50％/50％时，炉内各测量点的压力情 况。

表3中心/边缘进气比例为0％/100％时各点压强(单位:Pa)

表4中心/边缘进气比例为10％/90％时各点压强(单位:Pa)

表5中心/边缘进气比例为20％/80％时各点压强(单位:Pa)

表6中心/边缘进气比例为30％/70％时各点压强(单位:Pa)

表7中心/边缘进气比例为40％/60％时各点压强(单位:Pa)

表8中心/边缘进气比例为50％/50％时各点压强(单位:Pa)

根据表3—8可知，竖炉内添加本发明装置，可通过改变内部供气管道与 围管供气管道供气比例，实现竖炉中心、边缘区域煤气流量的精确控制。随 着内部供气管道供气比例的增加，竖炉中心区域煤气量逐渐增加，边缘区域 煤气量逐渐减少。当内部供气管道与围管供气管道供气比例为30％/70％时， 炉内煤气流在轴向上分布均匀；当内部供气比例超过30％时，中心煤气流过 分发展，边缘煤气流相对较弱。

综上所述，本发明设计出了一种促进竖炉内煤气流合理分布的装置，实 现大型竖炉中心、边缘区域煤气流量的精确控制，改善炉内煤气流的合理分 布，获得更高的煤气利用率，提高竖炉的适应性及其操作的灵活性，达到提 高生产作业率，降低燃料消耗和冶炼成本的目的。