本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，特別涉及一種排除高爐內(nèi)相變物質(zhì)的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、高爐煉鐵目前仍然是最主要的煉鐵工藝，人們普遍認(rèn)為它是高耗能煉鐵工藝，但從碳足跡角度看，它完全有可能成為綠色低碳的全流程煉鐵工藝，如何降低該工藝的能耗一直是鋼鐵行業(yè)的重要課題。

2、高爐是一種非常特殊的冶煉設(shè)備，爐內(nèi)風(fēng)口區(qū)域最高溫度可達(dá)2400℃左右，熔池溫度在1500℃左右，而爐頂只有200℃左右，由于爐內(nèi)充滿爐料，溫度場(chǎng)分布變化相對(duì)均勻，高爐內(nèi)很多物質(zhì)以氣液固三態(tài)存在，這些物質(zhì)在高溫區(qū)被氣化，隨煤氣上升溫度降低，這些物質(zhì)的飽和蒸氣壓降低，它們會(huì)在爐料表面過(guò)飽和析出結(jié)露或凝固，然后隨爐料下行，下行溫度升高后會(huì)再次氣化，再次上行，在爐內(nèi)循環(huán)富集。結(jié)露阻止了爐料與煤氣發(fā)生冶金反應(yīng)，降低了冶煉效率，增加綜合能耗；爐料表面結(jié)露粘結(jié)粉塵，惡化了爐料透氣性，增加了鼓風(fēng)動(dòng)能消耗，也會(huì)降低冶煉效率；有些物質(zhì)在焦炭縫隙內(nèi)凝固，由于膨脹系數(shù)差異太大，會(huì)造成焦炭強(qiáng)度降低、粉化，既會(huì)增加焦炭消耗，也會(huì)惡化爐料透氣性；這些物質(zhì)也會(huì)在爐壁結(jié)露，結(jié)露粘結(jié)粉塵后會(huì)造成爐壁結(jié)瘤，導(dǎo)致?tīng)t料下行不順，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致冶煉無(wú)法進(jìn)行。這種現(xiàn)象幾乎存在于所有的高爐冶煉中，只是嚴(yán)重程度不同而已，已經(jīng)嚴(yán)重制約了高爐冶煉優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。

3、目前通常排除這些物質(zhì)的方法是過(guò)度發(fā)展中心氣流，使中心氣流溫度高于相變物質(zhì)的凝固溫度，氣態(tài)排除相變物質(zhì)。這種排除方法的缺點(diǎn)是能耗高，過(guò)度發(fā)展中心氣流時(shí)，邊緣氣流會(huì)減弱，邊緣爐料溫度降低，相變物質(zhì)結(jié)露增加，透氣性變差，邊緣鐵流減弱、爐缸邊緣鐵水溫度降低，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t缸碳化鈦、氮化鈦析出結(jié)垢，既漲爐底，也會(huì)造成爐壁增厚。爐體結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化會(huì)帶來(lái)高爐運(yùn)行的一系列問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)適宜的高爐排除相變物質(zhì)的裝置及方法非常重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種排除高爐內(nèi)相變物質(zhì)的裝置及方法。

2、根據(jù)爐內(nèi)相變物質(zhì)的特性，選擇其蒸氣壓較大的爐段，在爐壁開(kāi)孔，引出部分煤氣，將煤氣送到高爐頂部至除塵器前部部位，同時(shí)將相變物質(zhì)隨煤氣排出爐外，通過(guò)自然降溫或強(qiáng)制降溫措施，控制煤氣溫度低于除塵濾料可承受溫度，混合后煤氣溫度低于這些相變物質(zhì)的凝固點(diǎn)溫度，這些相變物質(zhì)會(huì)在除塵器被捕捉。經(jīng)過(guò)引流排除，爐內(nèi)相變物質(zhì)蒸氣壓會(huì)逐漸降低，相變物質(zhì)的副作用會(huì)不斷減輕。當(dāng)爐內(nèi)相變物質(zhì)蒸氣壓降低到對(duì)高爐運(yùn)行沒(méi)有影響時(shí)，即恢復(fù)到正常冶煉狀態(tài)時(shí)，停止煤氣引流。當(dāng)爐內(nèi)阻力升高時(shí)，再次啟動(dòng)引流排除。煤氣在傳輸管道傳輸過(guò)程中，由于考慮除塵布袋承受溫度的原因，通過(guò)自然降溫或采取強(qiáng)制降溫措施，部分相變物質(zhì)會(huì)在傳輸管道上析出結(jié)露，因此，管路設(shè)計(jì)時(shí)同步考慮收集排出這些物質(zhì)，避免管路糊堵。

3、本發(fā)明所述相變物質(zhì)是指包括鋅、鉀鈉堿、鎘、銻等在內(nèi)的在高爐內(nèi)能夠形成氣液固三態(tài)循環(huán)變化的物質(zhì)。

4、一種排除高爐內(nèi)相變物質(zhì)的裝置，包括高爐、支氣管、環(huán)形管道、截止閥i、重力除塵器、截止閥ii、調(diào)節(jié)閥、截止閥iii、氮?dú)夥礇_管及閥門、氮?dú)馇鍜吖芗伴y門、氮?dú)馇鍜邭怏w放散管及閥門、相變物質(zhì)回收罐、相變物質(zhì)排出孔及閥門。

5、在所述高爐爐身上選定的相同高度處開(kāi)設(shè)多個(gè)引氣孔，并與多個(gè)支氣管的一端相連通，支氣管的另一端與設(shè)置的環(huán)形管道相連接，環(huán)形管道通過(guò)管路將引出的煤氣送至重力除塵器，在環(huán)形管道與重力除塵器之間設(shè)置截止閥ii，煤氣經(jīng)重力除塵器除塵后，經(jīng)管道送到爐頂至重力除塵器前的任何位置，最終進(jìn)入煤氣回收系統(tǒng)。在每個(gè)支氣管上分別設(shè)置截止閥i，并在截止閥i前加設(shè)氮?dú)夥礇_管及閥門，用于清理糊堵物料，在啟動(dòng)反沖氮?dú)鈺r(shí)關(guān)閉對(duì)應(yīng)的截止閥i。在環(huán)形管道上設(shè)置氮?dú)馇鍜吖芗伴y門。在重力除塵器與煤氣回收系統(tǒng)間設(shè)置調(diào)節(jié)閥，在調(diào)節(jié)閥與煤氣回收系統(tǒng)之間設(shè)置截止閥iii。在調(diào)節(jié)閥與截止閥iii之間設(shè)置氮?dú)馇鍜邭怏w放散管及閥門。在重力除塵器與煤氣回收系統(tǒng)連接管道的最低處，設(shè)置相變物質(zhì)回收罐，并設(shè)置相變物質(zhì)排出孔及閥門。重力除塵器及重力除塵器前的管道及閥門都需要做保溫處理。相變物質(zhì)回收罐需要做保溫處理，重力除塵器與煤氣回收系統(tǒng)連接管道不做保溫，需要自然降溫或做強(qiáng)化降溫，如加大流通散熱面積降低煤氣流速，或在管壁加翅片增加散熱面積，也可采取噴淋降溫措施。整個(gè)系統(tǒng)的材料選擇要重點(diǎn)考慮承受煤氣溫度因素。

6、所述引氣孔位置的選擇，需在所要排除相變物質(zhì)沸點(diǎn)以上區(qū)域，并在預(yù)排除相變物質(zhì)蒸氣壓較高區(qū)域。引出煤氣中相變物質(zhì)蒸氣壓高，可以提高排除相變物質(zhì)的速度，也可降低引氣量，減少引出煤氣的熱量損失。因此，具體選擇引氣孔位置時(shí)，一是要根據(jù)所排除相變物質(zhì)的飽和蒸氣壓曲線，確定排除相變物質(zhì)蒸氣壓較高區(qū)域；二是引氣孔位置要高于高爐軟熔帶波動(dòng)區(qū)域，避免軟熔物料糊堵引氣管；三是選擇引氣區(qū)域時(shí)，還要考慮引氣管材料耐熱性，保證引氣過(guò)程安全。根據(jù)上述三種因素，最后確定引氣孔位置。

7、爐內(nèi)產(chǎn)生相變物質(zhì)的速度由入爐料帶入相變物質(zhì)前體物的速度所決定，因此，可根據(jù)入爐料成分，計(jì)算入爐料帶入前體物的速度，通過(guò)前體物預(yù)判相變物質(zhì)的產(chǎn)生速度。

8、引氣量及引氣孔的設(shè)計(jì)，根據(jù)預(yù)判的爐內(nèi)相變物質(zhì)產(chǎn)生最大速度計(jì)算。引出煤氣帶出相變物質(zhì)的速度要保證大于等于爐內(nèi)相變物質(zhì)生成的最大速度，再根據(jù)確定的引氣孔位置處相變物質(zhì)的蒸氣壓，計(jì)算出引出每立方米工況情況下煤氣中相變物質(zhì)的濃度，由此計(jì)算出引出煤氣量(簡(jiǎn)稱引氣量)。如果是采取連續(xù)排除方式，只要保證排除相變物質(zhì)速度略大于生成相變物質(zhì)的速度即可；如果是采取階段式排除法，可采取大氣量引出煤氣，快速排除相變物質(zhì)，待爐況恢復(fù)正常后，停止引出煤氣，結(jié)束一次排除相變物質(zhì)操作。待再次出現(xiàn)相變物質(zhì)富集影響冶煉正常運(yùn)行時(shí)，再次啟動(dòng)排除相變物質(zhì)操作。相變物質(zhì)富集的主要表現(xiàn)是爐料透氣性變差，鼓風(fēng)阻力增加，爐頂壓力降低。為了減少引氣量增大對(duì)冶煉的影響，建議引氣量不要超過(guò)高爐總煤氣量的20％，優(yōu)選控制在小于高爐總煤氣量的10％。在確定好引氣量后，確定引出煤氣的流速，建議引出煤氣的流速小于15米/秒，優(yōu)選小于10米/秒，避免流速過(guò)高，氣流將爐料帶出。引氣量和引出煤氣的流速確定之后，可以求出總引出煤氣流通截面積。為了減少引出煤氣對(duì)高爐煤氣流分布的影響，采取多點(diǎn)引氣的方式，在高爐壁多點(diǎn)開(kāi)孔，開(kāi)孔越多，對(duì)高爐煤氣流分布影響越小，但是開(kāi)孔越多，控制點(diǎn)位越多，施工量越大，投資越多，但是開(kāi)小孔可以不用改變水冷卻壁，可以在水冷管間隙開(kāi)孔，如果開(kāi)大孔，施工量小，控制點(diǎn)少，投資少，但是需要改變水冷壁設(shè)計(jì)，重新制作水冷壁。根據(jù)每座高爐的實(shí)際情況，確定引氣孔開(kāi)孔數(shù)量，用前述求出的總引出煤氣流通截面積除以開(kāi)孔數(shù)量，得到每個(gè)引氣孔截面積，根據(jù)截面積計(jì)算出開(kāi)孔直徑。

9、引氣孔的設(shè)計(jì)原則是：所有引氣管支氣管內(nèi)部流通面積之和≥計(jì)算出的總引出煤氣流通截面積。

10、為保證引出煤氣進(jìn)入煤氣回收系統(tǒng)時(shí)不會(huì)對(duì)回收系統(tǒng)造成高溫破壞，因此重力除塵器后部的輸氣管道需采取降溫措施，或在管道上設(shè)置散熱翅片，靠自然風(fēng)對(duì)引出煤氣進(jìn)行自然冷卻降溫，或通過(guò)降低流速及增加散熱面積的方式降溫，或采取水噴淋強(qiáng)化降溫。

11、重力除塵器的前部管路和環(huán)形管道均采取保溫措施，避免相變物質(zhì)在重力除塵器前部冷凝析出，導(dǎo)致重力除塵器內(nèi)粉塵結(jié)塊或粘結(jié)除塵器壁。

12、一種排除高爐內(nèi)相變物質(zhì)的方法，操作流程：

13、1.系統(tǒng)清掃及增壓：截止閥i和截止閥iii、相變物質(zhì)排出孔及閥門及除塵器放灰系統(tǒng)都處于關(guān)閉狀態(tài)，打開(kāi)截止閥ii、調(diào)節(jié)閥，開(kāi)啟氮?dú)馇鍜吖芗伴y門，打開(kāi)氮?dú)馇鍜邭怏w放散管及閥門，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行氮?dú)馇鍜?0-15分鐘，清除系統(tǒng)內(nèi)空氣。關(guān)閉氮?dú)馇鍜邭怏w放散管及閥門，對(duì)系統(tǒng)增壓到接近引氣孔處高爐內(nèi)壓力，關(guān)閉氮?dú)馇鍜吖芗伴y門及調(diào)節(jié)閥，結(jié)束系統(tǒng)清掃及增壓。

14、2.依次開(kāi)啟截止閥i和截止閥iii，然后逐漸開(kāi)啟調(diào)節(jié)閥，排除相變物質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)入到工作狀態(tài)。

15、3.定期排放除塵灰：除塵器放灰系統(tǒng)采用兩級(jí)閥門，除塵器放灰時(shí)要先關(guān)閉上部閥門，然后再開(kāi)啟下部放灰閥門。

16、4.為了避免高溫煤氣對(duì)除塵系統(tǒng)造成傷害，重力除塵器與煤氣回收系統(tǒng)的連接管采取了強(qiáng)化降溫模式，煤氣降溫后會(huì)有相變物質(zhì)冷凝析出，為了避免造成管道糊堵，在這段管道的最低處設(shè)置了相變物質(zhì)回收罐，回收各種冷凝析出物。相變物質(zhì)回收罐需設(shè)置液位計(jì)，當(dāng)析出物液面達(dá)到設(shè)計(jì)上限時(shí)，打開(kāi)相變物質(zhì)排出孔及閥門，排出冷凝相變物質(zhì)，當(dāng)排放到液位下限時(shí)，關(guān)閉相變物質(zhì)排出孔及閥門。

17、5.如果是選擇連續(xù)排除工作模式，則一直按照這種模式運(yùn)行。如果是選擇階段式排除模式，當(dāng)高爐運(yùn)行阻力恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉截止閥i和截止閥iii，排除相變物質(zhì)系統(tǒng)停止工作，高爐進(jìn)入到正常冶煉狀態(tài)。待高爐透氣性變差時(shí)，再次啟動(dòng)排除相變物質(zhì)系統(tǒng)。排除相變物質(zhì)系統(tǒng)停止工作時(shí)，打開(kāi)相變物質(zhì)排出孔及閥門，徹底放出相變冷凝物質(zhì)。

18、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果：

19、1.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不是通過(guò)度發(fā)展中心氣流去排除高爐相變物質(zhì)，能耗低，既克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的邊緣相變物質(zhì)結(jié)露增加、透氣性變差的問(wèn)題，又克服了因邊緣鐵流減弱、爐缸邊緣鐵水溫度降低導(dǎo)致的爐缸碳化鈦、氮化鈦析出結(jié)垢，進(jìn)而出現(xiàn)漲爐底、爐壁增厚的問(wèn)題。

20、2.采用本發(fā)明技術(shù)方案后，高爐煤氣利用率明顯提高，綜合焦比降低，高爐透氣性明顯改善，高爐爐料阻力顯著降低，高爐利用系數(shù)提高。

21、3.由于解決了高爐相變物質(zhì)循環(huán)富集難題，高爐入爐料可以放寬對(duì)相變?cè)氐目刂?，高爐原來(lái)不能使用的各種含鋅物料和含堿金屬物料，利用本發(fā)明技術(shù)可以進(jìn)入高爐冶煉，可以大大降低高爐入爐料的采購(gòu)成本，原來(lái)不能使用的各種固廢，現(xiàn)在變成了有價(jià)值的原料，可謂變廢為寶。既處理了固廢，也增加了社會(huì)資源。

22、4.該工藝排除相變物質(zhì)與傳統(tǒng)工藝排除法相比，操作靈活，排除徹底，對(duì)冶煉工藝影響小，成本低。