一种用于海绵铁生产的连环炉及生产方法 本发明所属冶金领域，是生产直接还原铁的一种工艺方法及装置。
目前，世界上生产海绵铁的主要方法仍然是以天然气裂解造气结合竖炉法和煤基回转窑法为主。但上述方法因受到天然气资源、价格和投资额等因素的限制，在我国未能得到广泛应用。近期一种用冷固结复合球团在回转窑中生产海绵铁的工艺在我国得到实施，但仍存在着尾气温度高，球团粉化、对煤质要求高和基础投资较大等不利因素。01122227.1和03154320.1专利申请所公开的技术中虽然有诸多优点，但因导热煤气是采用配入工业氧气的方法提高温度，不益于降低生产成本。
本发明的目的是提供一种即可利用回转窑、高炉产生的高温尾气进行生产，又可独立造气生产，并且不需要工业氧气，尾气温度低，入炉球团100％获得率，装、排运料简捷，投资小、效益高的海绵铁生产方法及装置。
本发明的技术方案中包含了本发明人在01122227.1、03154320.1两项专利申请所公开的如下四项技术内容，1、连环式还原炉2、组合式还原反应罐3、半燃烧煤气增温4、利用回收煤气对已还原高温球团进行冷却。本次专利申请是在保留原专利申请技术优点的基础上，又针对其不足之处作了较大改进，尤其在还原炉的结构上、回转窑、高炉尾气利用和半燃烧方法等方面均有较大突破，使该项技术更加成熟和完善，增强了可行性。
本发明的技术方案可分为A《自造煤气生产法》和B《余热煤气生产法》，两种方案的区别仅在于所采用煤气的来源不同，其它工艺基本相同。
A 自造煤气生产法，该方法按生产工序可分为(一)造气段和(二)还原段。
(一)造气段：该段是由如下3个系统组成。1、煤气生产系统：该系统由1～2台水煤气发生炉或者混合煤气发生炉产生的600℃～800℃的热煤气经短距离保温管道输入还原段……。水煤气发生炉所产生地余热气体输入专用竖炉(也可适用其它炉型)用来干燥和固结煤粉球团。2、高温空气生产系统：该系统由24台热风炉和空气预热器构成，热风炉所产生的900℃～1200℃的高温空气的作用是为还原炉提供煤气半燃烧增温所需要的高温空气，目的是以高温空气取代工业氧气。热风炉燃烧所需要的煤气是利用还原段经冷却高温球团，温度达到500℃～1000℃的回收煤气(如该煤气的发热量不能满足热风炉生产900℃～1200℃高温空气的要求，可配加适量的高热值煤气或其它高热值气体、液体燃料)。热风炉所产余热废气通过装有导热管的空气预热器对热风炉所需要的空气进行前期预热。3、烟气回收系统，该系统是用引风机从烟道中抽取以N2为主的废气，经过除尘和储存，用于已还原球团出炉前的气体置换。
(二)还原阶段：该段是由12～20个结构相同且相互串联的固定床式还原炉构成，该还原炉适应湿球团直接入炉，也适应经过干燥后的球团入炉。装有冷固结含碳球团的组合式反应罐套入专用吊装架内，由悬于还原炉上方的桥式吊车运到炉体上端，通过料口封盖的自动移位装置移开炉口封盖后，将反应罐一次性地装入炉堂或卸出。由造气段输入的热煤气和高温空气，经过设在还原炉底部的内燃式陶瓷燃烧器的限量混合燃烧，将煤气温度提高到1200℃～1400℃后，(上述燃烧应保证两个条件1、燃烧时的配氧系数α＜1，2、燃烧后产生的高温煤气的水煤气反应值应≤相应温度下的平衡常数值)进入组合式反应罐的储气室，未反应完全的氧分子在此与煤气得到充分反应后，通过储气室外壁斜式小孔进入还原室，并透过球团层和还原室外壁斜式小孔经出气孔排出炉外。由于上述高温煤气在透过球团层的过程中与球团充分接触，使已经过预热的球团温度很快上升到1100℃～1200℃，因为上述球团在前期煤气预热期间700℃～1000℃的温度阶段已发生了一定程度的还原反应，所以当球团达到上述温度后，球团内配备的炭粉即可发挥出极强的还原能力，经10～15分钟的反应时间即可获得95％以上的金属化率而完成还原工序。由上述还原炉输出的煤气，在高温风机驱动下和水冷高温阀门的控制下，顺序通过下序多个还原炉，对其内部的球团进行预热、干燥，直至其温度降到接近100℃时再输入冷凝器进行气水分离后输入储气罐内储存，以便作为冷却气体应用。已完成还原工序的还原炉，输入上述储气罐中的冷煤气，由低温至高温连续通过多个还原炉，使已还原的球团温度逐步降到接近常温后，再由从烟道中回收的以N2为主的废气置换后进入排料程序……。上述冷却煤气由于对多个还原炉中高温球团连续冷却，使该煤气的温度增高，此高温煤气在高温风机的驱动下，返回造气段的热风炉，作为气体燃料烧掉。
B、余热煤气生产法，该方法是以回转窑、高炉产生的低热值煤气或其它来源的煤气为基础热源，以掺入的高热值气液体燃料为辅助热源进行海绵铁生产。因B方案与A方案所采用的煤气来源不同，所以采取如下两项措施来满足工艺要求：1、因为上述煤气的热值一般较低，为确保煤气经还原炉半燃烧增温后的剩余气体成份中氧化性气体与还原性气体在相应温度下的平衡常数值达到还原反应的要求，需要在上述煤气进入首个还原炉时配入适量的高热值气体或液体(如焦炉煤气、水煤气、液化气或油类等)，或采取富氧燃烧的方法提高燃烧温度，以满足上述还原工艺的要求。2、如果所采用的余热煤气初始温度较低，应采取热风炉增温等方法，将煤气的显热温度增加到600℃～800℃，以便减少煤气在还原炉半燃烧时还原性气体的损耗。其余工序采取与A方案相同工艺和设置，即可获得相同的效果。
本发明与已有技术比较具有如下优点：
1、由于本发明的B方案《余热煤气生产法》可利用回转窑或炼铁高炉所产生的余热尾气继续生产海绵铁，解决了上述工艺尾气余热回收再利用的问题，益于节能、增效。
2、由于采用增温后的高温煤气由高温至低温连续通过多个反应炉对球团进行还原预热和干燥的方法、采用回收的低温煤气冷却已还原高温球团增温后输入热风炉燃烧的方法、热风炉烟气余热对空气进行前期预热的方法，使热能得到充分利用，益于节能增效。
3、由于采用高温空气代替工业氧气的方法，有益于降低生产成本。
4、由于采用裂管式冷凝器冷却煤气的方法，使煤气不与水直接接触，对冷却水无污染、无污水排放，有益于环境保护。
5、由于还原炉采用桥式吊车结合吊装架由上端炉口将组合式反应罐整体装入炉堂或卸出的方法，使装排料工序简捷、顺畅。
6、由于采用大小口式炉口封闭法及砂封、水封、填料封四道密封设置，并结合炉盖自动移位装置的炉盖开关方法，不但易于操作，而且密封性能好，安全可靠。
7、由于还原炉采用底部设置内燃式陶瓷燃烧器的方法，有益于气体的流通和提高炉子的使用寿命。
下面通过附图结合自造煤气的生产实例加以说明
附图1为本发明造气段的平面工艺流程图及局部剖视图
附图2为本发明还原段的平面工艺流程图
附图3为本发明还原炉的剖视图
附图4为本发明组合式反应罐专用吊装架的主视图和剖视图
参见附图1：该图所描述的造气段是由煤粉造球车间(1)提供的湿煤球进入煤球干燥窑(2)进行干燥固结，当煤球干燥并达到一定强度后输入煤气发生炉(3)。煤气发生炉生产出的热煤气，经干式除尘器(4)除尘后，携湿热通过保温管道(5)向热风炉和还原段输送600℃～800℃的热煤气。(R1、R2、R3、R4)是该段的4台热风炉。回收煤气管道(6)是输送由还原段回收的500℃～1000℃的高温煤气，该煤气是热风炉燃烧的主要燃料，如发热量不够，也可由配气管(7)经煤气分管(8)配入新鲜的热煤气或其它高热值的气体或液体燃料，以增加煤气热值。热风炉用上述煤气和预热空气混合燃烧、蓄热、与空气热交换后，将空气加热到1000℃～1200℃后，通过高温空气分管道(9)和高温空气主管道(14)向还原段输送高温空气。热风炉产生的余热烟气通过支烟道(10)经主烟道(20)进入空气预热器(19)，最后由烟筒(16)排出。空气预热炉(19)所需要的冷空气是由冷风机(15)提供，A-A剖视图的(24)为空气预热器的余热烟气通道，(22)为空气通道，(23)是装有高导介质的导热管，冷空气经导热管的传热而增温，在热空气风机(11)的驱动下，经预热空气主管道(12)和热空气分管道(13)向热风炉供应已预热的空气。烟气风机(17)的作用是抽取烟道中的余热烟气，经除尘器(18)除尘后进入储气罐(21)储备，以便用于经过煤气冷却的已还原球团出炉前的气体置换。
参见附图2：该图所描述的还原段是由(H1～H12)组成的连环式还原炉，该还原炉是由热煤气主管道(1)输入的热煤气，经热煤气分管道(4、5)分别向每个还原炉供应热煤气，由高温空气管道(2)输入的高温空气，经高温空气分管(6、7)分别向每个还原炉供应高温空气。上述煤气和空气按顺序首先在第一个还原炉内限量混合产生半燃烧，将气体温度提高到1200℃～1400℃后透过球团层，在高温风机(8)产生压头的驱动下和水冷高温阀门的控制下(图中未表阀门)经连通管道(9)，连续通过后面多个还原炉，对炉内的球团进行预热、干燥，直至煤气温度接近于100℃，再通过低温气体输出支管道(10)经低温气体输出主管道(11)输入裂管式冷凝器(12)，使煤气冷凝后气水分离，煤气则输入储气罐(13)。已经过还原的高温球团是用储气罐(13)储存的低温煤气，通过冷煤气主管道(14)经冷煤气支管(15)由低温至高温对球团进行冷却，最后携其获得的湿热，由煤气回收支管道(16)经煤气返回主管道(3)返回造气段，作为热风炉的气体燃料烧掉。已完成冷却工序的还原炉，用从烟道回收的N2进行置换后，开启上端封口，由行走于吊车轨道(17)上的桥式吊车将球团运到炉前，实施卸料或装入新的球团，并将成品运送到成品库……。
参见附图3：该图所描述的还原炉上端设有可自动升降和移位的炉口封盖，该封盖是由大小口式炉口封闭圈(1)对与其相配套的炉口(2)实施封闭(炉口和封闭圈应由铸铁铸成，并需精加工)，炉口封闭圈(1)的内侧是装有耐火捣打料或耐火砼等耐火材料构成的耐火层(3)，其上部装有保温材料制成的保温层(4)，保温层和耐火层的外部设有钢板制成的炉盖外壳(5)。封盖顶部设有用铸铁或砼制成的配重块(6)和配重块定位销(7)，其作用是增加炉盖对炉口封闭时的压强，提高其密封性能。封盖的外部接有上钢板圈(8)和下钢板圈(9)组成的连接体，其作用是使封盖各部连为一体。支撑筋板(10)上面设有等分设置的3-6个液压起重器(11)，进入开盖工序时，随着起重器的升起，可将升降短轨(12)和轨道轮(13)与炉口封盖整体托起，并使升降短轨(12)与移位轨道(16)对齐，然后启动由小卷扬机、滑轮和钢丝构成的可双向牵引的炉盖移位装置(图中未作表示)对炉盖实施移位。当炉口(2)露出后，进入装料或卸料工序。炉口的封闭工作与上述程序相同，反顺序操作即可。炉口封盖外部设有砂封槽(17)和水封槽(18)，其中砂封槽内装耐火细砂粒，封盖时砂封圈(14)插入砂层，如有气体从炉口泄出，在此受到阻挡。在水封槽(18)的底部装有密封填料(19)并充满水，封盖时水封圈(15)插入水中并与密封填料(19)结合，从而形成炉口密封、砂封、水封、填料封四道气体泄露防线，从而确保工作时无气体泄露。炉口封盖的下端是还原炉的炉体部分，该炉体是由钢板外壳(20)、保温层(21)、耐火层(22)构成炉堂(23)。组合式反应罐是由外筒(24)、还原室(25)、储气室(26)、圈形反应罐底座(27)构成，反应罐入炉后位于炉堂(23)之内的耐火封气砂层(28)上面，反应罐底座(27)插入耐火砂层之内，以防止气体直流。炉体的下端设有的内燃式陶瓷燃烧器(29)，该燃烧器的气体出口与组合式反应罐的储气室(26)相通，来自高温空气管道(30)的高温空气和来自热煤气管道(31)的煤气，在陶瓷燃烧器(29)中半燃烧升温。由联通管道(32)、冷却煤气管道(33)和置换气体管道(34)输入的气体均通过燃烧器的进气口(35、36)输入炉内，再由气体出口(37)排出炉外后输入气体排出管道(38)再经高温风机(39)增压后输入下个还原炉……。上述整个炉体是由4-8根炉体支柱(40)支撑。高热值气、液体管道(41)是实施B方案时，为增加气体热值所用。
参见附图4：该图所描述的吊装架是用于桥式吊车向还原炉运输和装卸组合式反应罐的专用器具，它是由8根槽钢(2、13)和钢板圈(3)焊接成框架，在槽钢(2)的槽内装有多个内滑动轮(5)，其作用是，在与组合式反应罐(4)的装卸过程中，该轮与反应罐的外壁滚动接触，使其上下运行顺畅并不至于造成罐壁的损伤。框架的底部所设有的挂钩(6)是通过钢绳(7)经导绳轮(8)与挂钩控制轮(1)连接，操作时，只要转动控制轮的手柄，控制挂钩的张合即可实现吊装架与组合式反应罐(4)的离合。A-A剖视图的(9、10)即组合式反应罐的内外筒，(11)为桥式吊车的吊钩；外滑动轮(12)由槽钢(13)支撑，该外滑动轮的作用是在整体框架出入炉的过程中与炉堂内壁滑动接触，起到减轻对炉壁的损害和导向作用。上述钢板圈(3)、内滑动轮(5)、外滑动轮(12)和导绳轮(8)的数量应根据所设计生产线产量的大小酌情而定。