專利名稱：高溫直接還原鐵冷卻方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種高溫直接還原鐵的冷卻方法及系統(tǒng)。
背景技術：
轉底爐處理鋼鐵企業(yè)塵泥和直接還原鐵礦石工藝主要有日本的神戶制鋼和美國米德蘭公司共同開發(fā)的fastmelt工藝和加拿大國際鎳公司開發(fā)的Inmetco工藝。他們的工藝流程相似，首先將原料包括鋼鐵廠粉塵或精礦粉、煤粉、粘結劑等通過混勻機混勻，然后采用造球機造球并對生球進行烘干預熱，接著進入轉底爐在高溫下進行還原反應，將氧化鐵球團還原成直接還原鐵球團；從轉底爐出來的直接還原鐵球團溫度一般都比較高，在 1000°C 1100°C，需要通過冷卻保護系統(tǒng)進行冷卻得到產品作為高爐入爐原料。目前該冷卻保護系統(tǒng)有兩種模式一種是直接將高溫的球團放入水里進行冷卻； 另外一種是通過在冷卻筒內通入保護性氣體進行保護，同時在筒體外壁噴水或通水進行間接冷卻。這兩種模式的冷卻都有其缺點前一種冷卻模式雖然冷卻速度快，但是高溫的球團直接進入水池里，很容易產生爆裂，從而使得球團不滿足作為高爐入爐原料的要求；此外， 鐵被水氧化生成的四氧化三鐵的量也比較多，從而降低了球團產品的鐵金屬化率，使得被氧化的鐵在轉底爐內被加熱還原消耗的能量白白地浪費了 ；后一種冷卻模式雖然不會對球團產生氧化，但是由于它是采用里面通氮氣保護，外面冷卻的模式，球團的熱量要通過氣體傳遞，而氣體傳熱效果不是很好，所以為了能達到所需的冷卻溫度，必須增加冷卻設備的長度，這就使得冷卻系統(tǒng)的投資成本較高，同時保護氣體和冷卻水的用量也因此會比較大。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高溫直接還原鐵冷卻方法及系統(tǒng)，既能快速冷卻高溫直接還原鐵，又不會使球團碎裂，同時鐵也基本不會氧化，系統(tǒng)設備規(guī)模較小，降低生產運行成本。本發(fā)明公開了一種高溫直接還原鐵冷卻方法，在保護性氣體的保護下，先對高溫直接還原鐵直接噴水霧冷卻至620°C以上，再對直接還原鐵的容器外壁噴水或通水冷卻，從而間接冷卻直接還原鐵。進一步，在所述對高溫直接還原鐵直接噴水霧冷卻的同時，也對直接還原鐵的容器外壁噴水或通水冷卻，從而間接冷卻直接還原鐵；
進一步，所述保護性氣體為惰性氣體；
進一步，所述直接還原鐵為直接還原鐵球團，所述直接還原鐵的容器為冷卻筒。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述高溫直接還原鐵冷卻方法的系統(tǒng)，包括帶有安裝傾角的冷卻筒，所述冷卻筒的高端為進料端，低端為出料端，冷卻筒的筒體連通有保護性氣體管，所述冷卻筒的筒體分為兩段，靠近進料端的一段為高溫段，靠近出料端的一段為低溫段，高溫段的筒體內設有水霧噴口且筒體內的直接還原鐵球團溫度> 620°C，低溫段的筒體外設有對筒體外壁噴水冷卻的噴淋水管。進一步，所述高溫段的筒體外也設有對筒體外壁噴水冷卻的噴淋水管；
進一步，還包括保護性氣體循環(huán)裝置，所述保護性氣體循環(huán)裝置包括依次連通的冷凝器、保護性氣體儲存罐和風機，所述風機出口與保護性氣體管連通，所述保護性氣體管與冷卻筒的出料端連通，所述冷卻筒的進料端連通有溜槽，溜槽上設有開口，開口處設有擋板， 所述溜槽上的開口與冷凝器連通；
進一步，所述冷凝器包括殼體和設置于殼體內的冷凝水管，殼體底部通過閥門與排水管連通；
進一步，還包括設置于冷卻筒下方用于收集筒體外壁余水的集水池，所述集水池通過循環(huán)泵分別與噴淋水管和水霧噴口連通；
進一步，所述冷卻筒呈臥式布置，筒體由托圈和筒體支撐輪支撐，筒體可在傳動系統(tǒng)的驅動下轉動。本發(fā)明的有益效果在于
1、本發(fā)明通過對鐵與水蒸氣的化學反應性質進行分析，得出620°c以上鐵與水蒸氣不會發(fā)生反應，從而先對高溫直接還原鐵直接冷卻(可以同時輔以間接冷卻)，利用直接還原鐵與水的直接接觸換熱，通過水的汽化蒸發(fā)吸熱，從而帶走大量的熱量，實現(xiàn)快速冷卻，控制這一階段直接還原鐵的溫度在620°C以上(這一階段完成時，最佳溫度為630°C ^620°C), 就既可實現(xiàn)快速冷卻的效果，也避免鐵被水氧化；然后再按常規(guī)的間接冷卻方式冷卻至所需溫度(一般要求為300°C 250°C)，此時沒有將水與直接還原鐵直接接觸，避免了鐵被水氧化；整個冷卻過程是在保護性氣體的保護下進行，以防止鐵被空氣氧化。相對于全程間接冷卻的方式，先直接冷卻再間接冷卻的方式冷卻效率更高，而且也可以避免鐵被再次氧化或球團爆裂；
2、由于直接噴水霧冷卻與間接冷卻相比，冷卻效果較好，冷卻需要的用水量相比于間接冷卻方式需要的用水量就會減少很多；同時由于冷卻速度比較快，冷卻筒體長度縮短，需要的保護性氣體也會相對較少；因此，整個冷卻系統(tǒng)的建設和運行成本比間接冷卻方式要低；
3、使用的冷卻水回流到冷卻筒下面的集水池，通過泵循環(huán)使用，節(jié)約了冷卻水的補充
量；
4、本發(fā)明將保護性氣體通過循環(huán)裝置回收，減少了稀缺的保護性氣體的用量，進一步減少了系統(tǒng)運行成本。


為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中
圖1為本發(fā)明的高溫直接還原鐵冷卻系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。 本發(fā)明的高溫直接還原鐵冷卻方法，在保護性氣體的保護下，先對高溫直接還原鐵直接噴水霧冷卻至620°C以上，再對直接還原鐵的容器外壁噴水或通水冷卻，從而間接冷卻直接還原鐵。根據鐵與水蒸汽反應的化學熱力學知道，當溫度高于620°C時，鐵與水反應(生成四氧化三鐵和氫氣或者生成氧化亞鐵和氫氣)的吉布斯自由能大于0，所以不會發(fā)生反應；因此，先對高溫直接還原鐵直接冷卻，利用直接還原鐵與水的直接接觸換熱， 實現(xiàn)快速冷卻，控制這一階段直接還原鐵的溫度在620°C以上(這一階段完成時，最佳溫度為630°C飛20°C)，就既可實現(xiàn)快速冷卻的效果，也避免鐵被水氧化；然后再按常規(guī)的間接冷卻方式冷卻至所需溫度(一般要求為300°C 250°C)，此時沒有將水與直接還原鐵直接接觸，避免了鐵被水氧化；整個冷卻過程是在保護性氣體的保護下進行，以防止鐵被空氣氧化。相對于全程間接冷卻的方式，先直接冷卻再間接冷卻的方式冷卻效率更高，而且也可以保證鐵不會被再次氧化。上述方法中，在所述對高溫直接還原鐵直接噴水霧冷卻的同時，也對直接還原鐵的容器外壁噴水或通水冷卻，從而間接冷卻直接還原鐵；直接冷卻的同時輔以間接冷卻，可進一步提高冷卻效率。上述方法中，所述保護性氣體為惰性氣體，如氮氣等。上述方法中，所述直接還原鐵為直接還原鐵球團，所述直接還原鐵的容器為冷卻筒；當然，本發(fā)明的方法并不限于用于冷卻直接還原鐵球團，本發(fā)明也適用于其它需要冷卻高溫直接還原鐵的情況。圖1為本發(fā)明的高溫直接還原鐵冷卻系統(tǒng)的結構示意圖，如圖所示，本發(fā)明的實現(xiàn)上述高溫直接還原鐵冷卻方法的系統(tǒng)，包括帶有安裝傾角的冷卻筒1，所述冷卻筒1的高端為進料端la，低端為出料端lb，冷卻筒1的筒體連通有保護性氣體管2，所述冷卻筒1的筒體分為兩段，靠近進料端Ia的一段為高溫段lc，靠近出料端Ib的一段為低溫段ld，高溫段Ic的筒體內設有水霧噴口 3且筒體內的直接還原鐵球團溫度> 620°C，低溫段Id的筒體外設有對筒體外壁噴水冷卻的噴淋水管4。作為上述技術方案的進一步改進，所述高溫段Ic的筒體外也設有對筒體外壁噴水冷卻的噴淋水管4 ；在高溫段，直接冷卻的同時輔以間接冷卻，可進一步提高冷卻效率。作為上述技術方案的進一步改進，還包括保護性氣體循環(huán)裝置，所述保護性氣體循環(huán)裝置包括依次連通的冷凝器5、保護性氣體儲存罐6和風機7，所述風機7出口與保護性氣體管2連通，所述保護性氣體管2與冷卻筒1的出料端Ib連通，所述冷卻筒1的進料端Ia連通有溜槽8，溜槽8上設有開口，開口處設有擋板9，所述溜槽8上的開口與冷凝器 5連通；保護性氣體沿著筒內進入到高溫段Ic與高溫段Ic的水蒸氣一同在溜槽8上的開口處進入冷凝器5，水蒸氣在冷凝器5處被冷卻凝結成水滴，保護性氣體再進入保護性氣體儲存罐6里繼續(xù)循環(huán)使用；擋板9可以擋住保護性氣體直接沿溜槽8流動，使得其進入保護性氣體循環(huán)裝置，保護性氣體儲存罐6還連通有保護性氣體補充管10 ；將保護性氣體通過循環(huán)裝置回收，減少了稀缺的保護性氣體的用量，進一步減少了系統(tǒng)運行成本。所述冷凝器5包括殼體和設置于殼體內的冷凝水管，殼體底部通過閥門fe與排水管恥連通；當冷凝器5下部冷凝收集的水超過一定量時就將閥門如打開，將冷凝的水排放出來。作為上述技術方案的進一步改進，還包括設置于冷卻筒1下方用于收集筒體外壁余水的集水池11，所述集水池11通過循環(huán)泵12分別與噴淋水管4和水霧噴口 3連通；噴淋到筒體外壁上的水沒有汽化蒸發(fā)的沿著筒體外壁落到下面的集水池11，集水池11里的水又通過循環(huán)泵12抽到上面的冷卻用水主管路，供筒體內外冷卻水使用，節(jié)約了冷卻水的補充量。所述冷卻筒1呈臥式布置，筒體由托圈和筒體支撐輪支撐，筒體可在傳動系統(tǒng)的驅動下轉動。上述冷卻系統(tǒng)的工藝流程如下
從轉底爐出來的高溫的直接還原鐵球團經過溜槽8進入冷卻筒1，在冷卻筒1內旋轉， 由進料端Ia移至出料端lb。高溫段Ic的筒體內直接還原鐵球團溫度高于620°C，通過水霧噴口 3噴出的水霧與球團直接接觸換熱，將球團冷卻到630°C 620°C，同時對筒體外壁進行噴水冷卻，從而間接對筒體內球團進行冷卻；低溫段Id的筒體內球團溫度低于620°C，對筒體外壁進行噴水冷卻，從而間接對筒體內球團進行冷卻。根據冷卻筒1的筒體直徑以及需要冷卻的球團的小時產量計算高溫段Ic和低溫段Id的長度，如下表所示，本發(fā)明4個實施例的筒體參數
權利要求
1.一種高溫直接還原鐵冷卻方法，其特征在于在保護性氣體的保護下，先對高溫直接還原鐵直接噴水霧冷卻至620°c以上，再對直接還原鐵的容器外壁噴水或通水冷卻，從而間接冷卻直接還原鐵。
2.根據權利要求1所述的高溫直接還原鐵冷卻方法，其特征在于在所述對高溫直接還原鐵直接噴水霧冷卻的同時，也對直接還原鐵的容器外壁噴水或通水冷卻，從而間接冷卻直接還原鐵。
3.根據權利要求1或2所述的高溫直接還原鐵冷卻方法，其特征在于所述保護性氣體為惰性氣體。
4.根據權利要求1或2所述的高溫直接還原鐵冷卻方法，其特征在于所述直接還原鐵為直接還原鐵球團，所述直接還原鐵的容器為冷卻筒。
5.一種實現(xiàn)權利要求1所述的高溫直接還原鐵冷卻方法的系統(tǒng)，包括帶有安裝傾角的冷卻筒(1)，所述冷卻筒⑴的高端為進料端(Ia)，低端為出料端(Ib)，冷卻筒⑴的筒體連通有保護性氣體管O)，其特征在于所述冷卻筒(1)的筒體分為兩段，靠近進料端(Ia) 的一段為高溫段(Ic)，靠近出料端(Ib)的一段為低溫段(Id)，高溫段(Ic)的筒體內設有水霧噴口(；3)且筒體內的直接還原鐵球團溫度彡620°C，低溫段(Id)的筒體外設有對筒體外壁噴水冷卻的噴淋水管G)。
6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述高溫段(Ic)的筒體外也設有對筒體外壁噴水冷卻的噴淋水管G)。
7.根據權利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括保護性氣體循環(huán)裝置，所述保護性氣體循環(huán)裝置包括依次連通的冷凝器(5)、保護性氣體儲存罐(6)和風機(7)，所述風機(7)出口與保護性氣體管(2)連通，所述保護性氣體管(2)與冷卻筒(1)的出料端(Ib) 連通，所述冷卻筒(1)的進料端(Ia)連通有溜槽(8)，溜槽( 上設有開口，開口處設有擋板(9)，所述溜槽⑶上的開口與冷凝器(5)連通。
8.根據權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述冷凝器(5)包括殼體和設置于殼體內的冷凝水管，殼體底部通過閥門(5a)與排水管(5b)連通。
9.根據權利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括設置于冷卻筒(1)下方用于收集筒體外壁余水的集水池(11)，所述集水池(11)通過循環(huán)泵(12)分別與噴淋水管(4) 和水霧噴口( 連通。
10.根據權利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述冷卻筒(1)呈臥式布置，筒體由托圈和筒體支撐輪支撐，筒體可在傳動系統(tǒng)的驅動下轉動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫直接還原鐵冷卻方法及系統(tǒng)，在保護性氣體的保護下，先對高溫直接還原鐵直接噴水霧冷卻至620℃以上，再對直接還原鐵的容器外壁噴水或通水冷卻，從而間接冷卻直接還原鐵；本發(fā)明通過對鐵與水蒸氣的化學反應性質進行分析，得出620℃以上鐵與水蒸氣不會發(fā)生反應，從而先對高溫直接還原鐵直接冷卻，既可實現(xiàn)快速冷卻的效果，也避免鐵被水氧化；然后再按常規(guī)的間接冷卻方式冷卻至所需溫度，此時沒有將水與直接還原鐵直接接觸，避免了鐵被水氧化；整個冷卻過程是在保護性氣體的保護下進行，以防止鐵被空氣氧化；相對于全程間接冷卻的方式，先直接冷卻再間接冷卻的方式冷卻效率更高，而且也可以避免鐵被再次氧化或球團爆裂。
文檔編號C21B13/00GK102181595SQ20111012578
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權日2011年5月16日
發(fā)明者胡斐, 雍海泉 申請人:中冶賽迪工程技術股份有限公司