驱除球团间隙填充氧装置及使用方法

1.本发明涉及一种具有二步驱除填充氧、气球分离后抽吸驱除主要填充氧、平面流和水平平行流相结合驱除剩余填充氧等技术特征的驱除球团间隙填充氧装置，适用于钢铁企业氢还原冶金用烧结球团矿安全输运冶炼使用。


背景技术：

2.钢铁行业是我国推动落实碳达峰目标的关键领域、地方落实碳达峰的关键环节和推进绿色低碳发展的主战场。
3.氢分子运动速度最快，故具有最大扩散度和很高导热性，导热能力是空气的七倍。h2还原性极强，高温下氢能从许多化合物中夺取氧、磷、硫、氮、氯、碳等，使化合物还原。正是此特性，使得h2能作为还原剂用于钢铁冶金。与传统碳冶金相比，氢还原冶金可从源头降低co2排放。氢还原冶金用h2取代碳作为还原剂和能量源，产物为水，可实现零碳排放(fe2o3+3h2＝2fe+3h2o)。但h2着火能很小，很容易着火，即使是微小静电火花也易着火。在空气中h2可燃范围(20℃，101.325kpa)是4～74.5％。在o2中h2可燃范围(20℃，101.325kpa)是4～94％。混合气体中大量氢氧分子混合、接触并被点燃后，二者迅速反应，在极短的时间内放出大量的热，这些气体又在一个有限的空间内，当温度迅速升高，气体迅速受热膨胀，冲出容器发出爆鸣声。如果容器为密闭容器或容积开口小，气体不能排出或来不及排出，就会使容器炸裂造成危险。
4.鉴于h2是一种易燃易爆气体，难以安全使用。钢铁冶炼需要高效率长期稳定生产，若让冶炼炉在高温、高压极限条件下长期工作，很难保障冶炼炉设备和员工的安全，则不符合冶金工艺设计的目标。烧结球团矿(“球团”)常用管道输送至冶炼炉。在不进行特殊预处理前提下，管道和冶炼炉中8mm～16mm球团随机堆放，球团间隙内便充满了从烧结装置排出并随球团输运而来的低氧烟气。管道和冶炼炉中球团间隙空间狭小、进排气不畅，h2燃烧着火可靠性差而易造成氢气滞留，加上着火条件齐备时存在燃烧排烟困难，爆燃可能性极大。球团间隙氢气滞留遇上填充氧，在被加热或有着火源窜入时有可能引起爆燃造成危险。也就是说，球团送入冶炼炉前需要驱除球团填充氧，驱除球团填充氧若安排在输运管中也需要考虑操作安全，避免在球团输运管中爆燃不安全因素。
5.考虑到h2最强还原性，现场要求驱除填充烟气中强氧化性填充氧成分，球团填充烟气和弱氧化性填充co2成分(h2+co2＝h2o+co)都是驱除对象。
6.根据h2燃烧特性，开发氢还原冶金用驱除球团间隙填充氧装置及使用方法，可以降低粗钢生产中温室气体排放强度并削减总量，。


技术实现要素：

7.针对输运管道和冶炼炉中心球团填充氧向近壁扩散流动困难，氢气易燃易爆和难以安全运输冶炼等问题，本发明设计一种基于n2(洁净气)驱除填充氧(目标气)和h2(洁净气)驱除填充氮(目标气)的二步驱除填充氧原理，填充氧-球团分离，引风机抽吸分离筒顶
空腔主要填充氧，四棱台筒侧面布风形成近壁平面流驱赶分离筒近壁剩余填充氧，平行流驱除分离筒中心剩余填充氧等技术特征的驱除球团间隙填充氧装置。
8.驱除球团间隙填充氧装置，主要包括上连接管、呈方筒状分离筒、外四棱台筒、呈方环状集气管、内四棱台筒、中四棱台筒和下连接管，输运管断开变成上、下游管后下游管法兰连接下连接管、上游管法兰连接上连接管，分离筒包括方形顶板、方筒侧板和底四棱台筒侧板，分离筒顶板中心设置圆孔且孔圆周和上连接管底圆周满焊连接，分离筒顶板边长是输运管内径1.5～2倍，上连接管底圆周外分离筒顶板均匀开设1～4个等径排风孔，底四棱台筒倒立180
°
布置，底四棱台筒小底边为输运管内径0.25～0.75倍，底四棱台筒侧板垂直开设众多等径风孔，底四棱台筒侧板、外四棱台筒侧板、集气管顶环板和内四棱台筒侧板围成均压室，底四棱台筒大底边和外四棱台筒小底边满焊连接，外四棱台筒大底边和集气管顶环板外边满焊连接，内四棱台筒小底边和底四棱台筒小底边满焊连接，内四棱台筒大底边和集气管顶环板内边满焊连接，集气管顶环板均匀开设众多等径风孔，中四棱台筒小底边满焊连接在底四棱台筒侧板上，中四棱台筒小底面和底四棱台筒小底面平行边距离小于50mm，外四棱台筒大底边和中棱台筒大底边之间环板面积为50％集气管顶环板面积，下连接管为方变圆管且圆管内径和上连接管内径相等，下连接管顶面水平布置且四边满焊连接在内四棱台筒侧板上，下连接管顶面以上内四棱台筒侧板相对两梯形板均匀开设众多风孔且风孔水平投影不重合，鼓入集气管50％洁净气通过底锥台筒侧板风孔形成平面流进入分离筒近壁区，驱使近壁球团剩余填充气离开球床流向分离筒排风孔，剩余50％洁净气通过两梯形板风孔后在内四棱台筒顶空腔形成水平平行流，平行流驱赶剩余填充气从底四棱台筒小底面流回分离筒。
9.驱除球团间隙填充氧装置使用方法，串联使用两级除氧装置，第一级除氧装置上连接管法兰连接上游管、下连接管法兰连接第二级除氧装置上连接管、下连接管法兰连接下游管，第一、二级除氧装置集气管分别通入氮气、氢气，每一个除氧装置分离筒顶空腔负压-20pa～-60pa、顶空腔高度和1～2倍输运管内径相等、球床高度不超过输运管内径，内四棱台筒顶空腔高度和1～2倍输运管内径相等、集气管静压维持0.4mpa～0.6mpa。
10.钢铁企业氢还原冶金用烧结球团矿安全输运冶炼场所，可使用本发明。
11.发明高效运输、高效冶炼和安全稳定运行。烧结球团矿输运管和冶炼炉静压分布稳定、无微爆燃或爆燃，不携带填充氧进入冶炼炉，。
附图说明
12.图1、图2、图3、图4分别为驱除球团间隙填充氧装置竖直剖视图、俯视图、水平剖视图、仰视图。图1～图4中，1为上连接管，2为呈方筒状的分离筒，3为外四棱台筒，4为呈方环状的集气管，5为内四棱台筒，6为中四棱台筒，7为下连接管。分离筒2中，21为顶板、22为方筒侧板、23为底四棱台筒侧板。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
14.如附图1～附图4所示，驱除球团间隙填充氧装置，主要包括呈圆管状上连接管1，呈方筒状分离筒2，外四棱台筒3，呈方环状集气管4，内四棱台筒5、中四棱台筒6和下连接管
7。下连接管7为方变圆管。输运管断开变成上游管和下游管后，下游管顶面和下连接管7圆管底面法兰密封连接，上游管底面和上连接管1顶面法兰密封连接。分离筒2、上连接管1和上游管中心轴线共线且垂直安装。
15.如附图2所示，分离筒2包括顶板21、方筒侧板22和底四棱台筒侧板23，顶板21中心设置落入球团用圆孔。球团从分离筒2顶板21中心孔落入，从底四棱台筒23小底面排出。上连接管1底圆周和分离筒2顶板21中心孔圆周满焊连接，上连接管1底面和分离筒2顶板21共面。分离筒2顶板21边长是输运管内径1.5～2.0倍。上连接管1底圆周外分离筒2顶板21均匀开设1～4个等径排风孔，并供引风机抽吸分离筒2顶空腔填充气。附图2对角线虚线为周向分隔板，方形虚线为下连接管7顶边。如果引风机排出填充气含尘较多就经除尘器净化处理排空，否则直接排空。分离筒2排风孔不开设在分离筒2侧板22上，那样易造成球团溜进排风管和堵塞引风机吸气故障。底四棱台筒23为呈倒立180
°
布置的四棱台筒侧板，底四棱台筒23小底面边长为输运管内径0.25～0.75倍。
16.如附图3所示，底四棱台筒23侧板垂直均匀开设众多等径风孔,风孔孔径小于球团直径2mm～4mm。底四棱台筒23侧板、外四棱台筒3侧板、集气管4顶环板和内四棱台筒5侧板围成均压室。底四棱台筒23大底边和外四棱台筒3小底边满焊连接，外四棱台筒3大底边和集气管4顶环板外边满焊连接，内四棱台筒5小底边和底四棱台筒23小底边满焊连接，内四棱台筒5大底边和集气管4顶环板内边满焊连接。集气管4顶环板外边满焊连接外四棱台筒3大底边，集气管4顶环板内边满焊连接内四棱台筒5大底边。集气管4顶环板均匀开设众多等径风孔，风孔孔径小于球团直径2mm～4mm。中四棱台筒6小底边满焊连接在底四棱台筒23侧板上，中四棱台筒6和底四棱台筒23两小底面平行边长距离小于50mm，中四棱台筒6小底边和内四棱台筒5小底边之间的底四棱台筒23侧板可以开设风孔，也可以不开设风孔。附图3中四棱台筒6小底边和内四棱台筒5小底边之间底四棱台筒23侧板没有开设风孔。中四棱台筒6大底边满焊连接在集气管4顶环板上，外四棱台筒3大底边和中四棱台筒6大底边之间环板面积为集气管4顶环板面积的50％。外四棱台筒3大底面、中四棱台筒6大底面、内四棱台筒5大底面和集气管4顶环板均为水平布置且共面，外四棱台筒3小底面、中四棱台筒6小底面、内四棱台筒5小底面、底四棱台筒23大底面和底四棱台筒23小底面均为水平布置。中四棱台筒6侧板在内四棱台筒5侧板和外四棱台筒3侧板之间，将均匀室一分为二。下连接管7顶部为方变圆管、底部为圆管，下连接管7圆管内径和上连接管1内径相等。下连接管7顶边水平布置且满焊连接在内四棱台筒5侧板上。下连接管7顶面和内四棱台筒5小底面之间距离超过输运管内径。下连接管7顶面以上的内四棱台筒5侧板相对两等腰梯形板均匀开设众多风孔，且风孔水平投影不重合，相对另外两等腰梯形板不开设风孔。洁净气通过相对两梯形板风孔后，在底四棱台筒23小底面和下连接管7顶面之间四棱台空间形成高速水平平行流，在下游管球团阻力作用下，洁净气驱赶剩余填充气从底四棱台筒23小底面流回分离筒2中心区域。
17.如附图1所示，内四棱台筒5顶空腔洁净气高速水平平行流，驱赶球团间隙剩余填充气从底四棱台筒23小底面流回分离筒2内腔、向上流过分离筒2中心球床后被吸进引风机。下连接管7底圆周和下游管顶圆周法兰密封连接，下连接管7顶面水平布置且垂直于内四棱台筒5中心轴线。下游管、下连接管7、上连接管1和上游管内径相等。上游管、上连接管1、分离筒2、外四棱台筒3、集气管4、内四棱台筒5、中四棱台筒6、下连接管7和下游管中心轴
线共线、垂直安装且两两密封连接。
18.发明驱除球团填充气原理描述如下：
19.球团输运过程中，球团填充气总是以相同速度向下游移动。当球团移动到分离筒2顶板21时，球团借自身重力作用自由下落至分离筒2，球团下落过程中服从离散体流动规律，球团之间相互作用力消失，上连接管1中心球团填充气流动阻力减小。引风机抽吸作用使分离筒2顶空腔近壁区负压低至-20pa～-60pa。球团填充气随球团流动至分离筒2顶环面21时，由于分离筒2边长是输运管内径1.5～2倍，流道截面积突然扩大，填充气流动速度降低，填充气和球团快速分离，然后在引风机强抽吸作用下填充气流线急速逆转180
°
流至分离筒2顶排气口，实现驱除大部分填充气效果。在洁净气通过底四棱台筒23侧板风孔形成平面流作用下，分离筒2近壁区球床填充气一方面离开球床流向分离筒2顶排气口，另一方面在分离筒2近壁区球团沿底四棱台筒23侧板向底四棱台筒23小底面滑动导流作用下，分离筒2近壁区球床填充气向底四棱台筒23小底面流动。在分离筒2近壁区平面流和底四棱台筒23小底面向下排球对分离筒2球床填充气流动共同引导作用，分离筒2球床填充气向中心集中，即近壁填充气少、中心填充气多，为分离筒2下游组织高效洗涤区(下连接管7顶面以上的内四棱台筒5顶空腔区)提供了依据。
20.分离筒2球团穿过底四棱台筒23大底面进入底四棱台筒23内腔，然后从底四棱台筒23小底面落下，接着进入内四棱台筒5顶空腔区(球团高效洗涤区)，经过左右众多小股气流滞止冲击洗涤和水平剪切洗涤后，落入下连接管7。底四棱台筒23侧板将分离筒2内腔和均压室隔开，并维持分离筒2内腔负压和均压室正压条件，维持分离筒2球床填充气和均压室洁净气向上流动至分离筒2顶排气口。中四棱台筒6侧板分隔均压室成内外两均压室。由于集气管4顶环板外通风面积(集气管4顶环板通风面积的50％)面向均压室、集气管4顶环板内通风面积(集气管4顶环板通风面积的50％)面向内均压室，鼓入集气管4内腔50％洁净气从外均压室通过底四棱台筒23侧板风孔进入分离筒2近壁区，剩余50％洁净气便从内均压室通过内四棱台筒5侧板相对两梯形板风孔水平喷入内四棱台筒5顶空腔形成高速水平平行流。在压差(外均压室正压-分离筒2负压)作用下，外均压室洁净气穿过底四棱台筒23侧板风孔后再穿过分离筒2近壁区球床间隙自下向上流动，阻止分离筒2近壁区球床填充气自上向下流动。内均压室洁净气穿过内四棱台筒5侧板相对两梯形板风孔水平喷入内四棱台筒5顶空腔，并在内四棱台筒5顶空腔区形成高速水平平行流，球团穿过内四棱台筒5顶空腔过程中逐个球团被洁净气洗涤。在分离筒2顶空腔负压抽吸和下连接管7球床阻力作用下，洁净气连同球团剩余填充气穿过底四棱台筒23小底面自下而上流动，同时阻止分离筒2中心区域球床剩余填充气自上向下流动，最终完全驱除球团间隙剩余填充气，从而保证球团落入下连接管7时只有洁净气包围球团，每一个球团均被完全洗涤。分离筒2球团离散穿过高效洗涤区，躲在球团间隙剩余填充气被阻止继续流入下连接管7，同时分离筒2顶空腔负压也减少随球团自上向下流动的间隙填充气量。
21.发明使用需要配置引风机，保证分离筒2顶空腔负压达到-20pa～-60pa。为加大引风机对分离筒2顶空腔填充气抽吸作用力，可以在分离筒2顶空腔均匀分隔，每一分隔区顶面开设等孔径排风孔，每一个排风孔设置一台引风机，所有引风机型号和电机功率相等，避免球团填充气在分离筒2顶空腔不规则流动而影响填充气快速排出驱除效果。发明使用需要配置罗茨风机以确保洁净气能穿过底四棱台筒23侧板风孔并在分离筒2近壁区形成平面
流，能穿过内四棱台筒5侧板顶部相对两梯形板风孔并在内四棱台筒5顶空腔形成水平平行流。集气管4送风方式可以设计成多室送风(附图4为一室送风)方式，提高均压室均压效果，避免分离筒2近壁区平面流不均匀性。将集气管4均匀分隔(附图4未标示)，每一分隔区开设等径送风孔，每一个送风孔连接1台罗茨风机，所有罗茨风机型号和电机功率相等。
22.使用本发明时，要求串联相同的使用两个除氧装置，分别完成n2(洁净气)驱赶填充氧(目标气)和h2(洁净气)驱赶填充氮(目标气)的二步驱除填充氧操作，实现h2安全置换出球团填充氧，氧氢分子无直接接触可能性，从而保证氢还原冶炼稳定安全性能。一步法驱除填充氧，即只使用一个除氧装置，用h2直接驱赶球团填充氧，由于球团间隙小、球团流动阻力大，氢氧分子流动传热和混合传质条件差，氢分子局部滞留易造成氢浓度在可燃范围，即爆燃隐患未能彻底消除。
23.使用本发明时，第一个除氧装置上连接管1顶面和上游管底面法兰密封连接、下连接管7底面和第二个除氧装置上连接管1顶面法兰密封连接，第二个除氧装置下连接管7底面和下游管顶面法兰密封连接。第一个除氧装置集气管4通入0.4mpa～0.6mpa氮气(洁净气)，球团填充氧(目标气)和氮气从分离筒2顶排风孔排出，分离筒2顶空腔负压达到-20pa～-60pa。控制上连接管1、分离筒2和下连接管7球团下移速度，使得分离筒2顶板21以下1～2倍输运管内径高度空腔不被球团填充，分离筒2球床高度不超过输运管内径，下连接管7顶面以上内四棱台筒5顶空腔不被球团填充，内四棱台筒5顶空腔高度和1～2倍输运管内径相等。第二个除氧装置集气管4通入0.4mpa～0.6mpa氢气(洁净气)，球团填充氮(目标气)和氢气从分离筒2顶排风孔排出，分离筒2顶空腔负压达到-20pa～-60pa。控制上连接管1、分离筒2和下连接管7球团下移速度，使得分离筒2顶板21以下1～2倍输运管内径高度空腔不被球团填充，分离筒2球床高度不超过输运管内径，底四棱台筒23小底面以下的内四棱台筒5顶空腔不被球团填充，内四棱台筒5顶空腔高度和1～2倍输运管内径相等。
24.分离筒2球床高度超过输运管内径时，会因球团堆积过高而明显阻碍剩余填充气和洁净气流过球床。上连接管1球团连续撞击球床顶面，控制分离筒2球床高度，底四棱台筒23“v”字状布置，加上内四棱台筒5顶空腔水平平行流自下向上流动，均有利于破环分离筒2内腔料拱，增加发明装置球团输运稳定性。另外，底四棱台筒23“v”字状布置，有利于分离筒2近壁区球团向排料口移动，达到排尽分离筒2球团效果。
25.发明使用需要正确配置各风机额定风量并控制球团移动速度，以保证球团输运驱除填充气操作稳定性。引风机总风量超过罗茨风机总风量与球团填充气量之和，上连接管1球团移动速度和下连接管7球团移动速度相等，底四棱台筒23球团排出速度和上连接管1球团移动速度相等，保持分离筒2球床高度和输运管内径相等且球床上下游空腔区稳定。
26.发明结构特征、技术特征及带来的技术效果详细描述如下：
27.本发明装置具有“从分离筒2顶板21中心孔落下球团，分离筒2顶边长是输运管内径1.5～2倍，分离筒2球床顶面距离分离筒2顶内壁1～2倍输运管内径，分离筒2顶空腔负压达到-20pa～-60pa，分离筒2顶板21均匀开设排风孔”结构特征。此结构特征导致的技术效果是“主要填充气-球团高效分离，引风机抽吸分离筒2顶空腔主要填充气，丰富了中心球团填充氧向近壁区扩散流动难题解决方案。上连接管1球团进入分离筒2时，填充气因流道面积突扩、填充气降速，分离筒2顶空腔近壁区-20pa～-60pa负压提高填充气流线急速逆转能力，加上球团变成离散体使得球团相互作用力消失，填充气从球团间隙移出阻力变小，球团
穿过分离筒2顶空腔即完成大部分填充气从球团间隙脱离驱除过程，自然降低了洁净气驱赶剩余填充气难度和投入。
28.本发明装置具有“底四棱台筒23倒立180
°
布置，底四棱台筒23小底边为输运管内径0.25～0.75倍。底四棱台筒23侧板、外四棱台筒3侧板、集气管4顶环板和内四棱台筒5侧板围成均压室，均压室被中四棱台筒6侧板分隔成内外均压室，50％洁净气穿过外均压室和底四棱台筒23侧板风孔形成平面流流过分离筒2近壁区球团间隙，50％洁净气穿过内均压室和内四棱台筒5侧板顶部风孔喷入内四棱台筒5顶空腔并形成水平平行流，分离筒2球团以离散体状态穿过水平平行流区时填充气随洁净气流回分离筒2”结构特征。此结构特征导致的技术效果是“平面流驱赶分离筒2近壁区剩余填充气，水平平行流驱赶分离筒2中心区剩余填充气，丰富了球团间隙填充氧驱除解决方案，并保证了球团剩余填充氧驱除经济性及效果”。
29.本发明装置具有“前气球分离区―分离筒2球床―后气球分离区”结构特征。此结构特征导致的技术效果是“球团填充气分主要部分和剩余部分两次驱除，前气球分离区完成主要填充气驱除，节省了后续剩余填充气驱除所需的洁净气消耗，后气球分离区完成剩余填充气驱除，既提高装置操作经济性、又保证球团填充气驱除效果”。分离筒2顶板21以下1～2倍输运管内径高度的分离筒2顶空腔为前气球分离区。前气球分离区上游管球团以离散体状态穿过分离筒2顶内腔，完成球团和填充气分离过程，填充气绝大部分通过引风机抽吸作用从球团间隙流出驱除。底四棱台筒23小底面以下高度和1倍输运管内径相等的内四棱台筒5顶空腔为后气球分离区。后气球分离区形成洁净气高速水平平行流，底四棱台筒23小底面排出的球团以离散体状态穿过水平平行流时逐个被洗涤。每个球团表面附近填充气通过洁净气撞击剪切流动被驱除，完成球团剩余填充气驱除操作。罗茨风机送风压力超过分离筒2中心球床阻力，远小于下连接管7和下游管球团阻力，下连接管7顶面以上内四棱台筒5顶空腔呈正压，内四棱台筒5顶空腔水平平行流洁净气只能从分离筒2小底面排出，不能从下连接管7排出。为维持内四棱台筒5顶空腔洁净气质量守恒，进入内四棱台筒5顶空腔洁净气流量和离开底四棱台筒23小底面洁净气流量相等，通过底四棱台筒23小底面鼓入分离筒2洁净气足以驱赶分离筒2中心球床填充气。发明使用可以解决球床中心填充气流至边缘区存在的阻力大问题，和球团背风面回流区存在的填充氧问题。
30.发明装置使用方法具有“n2(洁净气)驱赶填充氧(目标气)和h2(洁净气)驱赶填充氮(目标气)的二步法驱除填充氧”技术特征。发明串联使用两个球团输运除氧装置，首先第一个除氧装置完成n2(洁净气)驱赶填充氧(目标气)，然后第二个除氧装置完成h2(洁净气)驱赶填充氮(目标气)，在氧氢分子不直接接触条件下实现h2安全置换出球团填充氧，尽管增加一个除氧装置投资和洁净气n2消耗，但后续氢还原冶炼稳定安全性有保障，丰富了h2爆燃和难以安全运输难题解决方案。为了强化n2(洁净气)驱赶填充氧(目标气)和强化h2(洁净气)驱赶填充氮(目标气)效果，可以2个及以上的除氧装置(n2为洁净气、填充氧是目标气)串联使用和2个及以上的除氧装置(h2为洁净气、n2为目标气)串联使用。上游管和第一个除氧装置(n2为洁净气)上连接管连接，以下上一个除氧装置(n2为洁净气)下连接管和下一个除氧装置(n2为洁净气)上连接管连接，最后一个除氧装置(n2为洁净气)下连接管和第一个除氧装置(h2为洁净气)上连接管连接，以下上一个除氧装置(h2为洁净气)下连接管和下一个除氧装置(h2为洁净气)上连接管连接，最后一个除氧装置(h2为洁净气)下连接管和下游
管连接。输运管管径越大，二步法中每一步配置的除氧装置数量越多。发明避免使用一步法驱除填充氧设计。一步法驱除球团填充氧，即只使用一个除氧装置，用氢气直接驱赶球团填充氧，氢氧分子有无数直接接触混合机会，由于球团间隙尺寸小、球团流动阻力大，氢氧分子流动传热传质条件差，氢分子局部滞留易造成氢浓度在可燃范围，即爆燃隐患未能彻底消除。
31.发明具有“连续驱除球团填充氧”技术特征。第一个除氧装置上连接管1球团连续落入分离筒2、分离筒2球团从底四棱台筒23小底面连续落入下连接管7，然后流过第二个除氧装置上连接管1连续落入分离筒2、分离筒2球团从底四棱台筒23小底面连续落入下连接管7，最后每个球团均被氢气包围落入后续设备，整个过程二个除氧装置分离筒2气流流动和球团输运稳定、无滞留和堵塞，每个设备每个环节始终满足气球质量守恒规律，适合大产能氢还原冶炼使用。发明使用时，上游管和下游管均为竖直管，球团填充输运管全部截面积。驱除球团填充氧，化工惯用方法“球团分罐盛装+球罐在进口密封和隔离空气前提下抽真空”或“球团分罐盛装+n2驱赶球团填充氧”设计。该方法安全性能可靠，但经济性差、抽真空难度大、除氧操作不连续，生产效率低，继续存在球床中心填充气难于扩散至近壁问题，不适合大产能氢还原冶炼生产使用。
32.钢铁企业氢还原冶炼铁用烧结球团矿安全输运冶炼装置，可使用本发明。
33.发明经济性良好、能高效运输烧结球团矿并保证烧结球团矿输运冶炼装置安全稳定运行。球团矿输运管设备静压分布稳定、无波动变化、无微爆燃或爆燃，驱除填充氧效果稳定，不携带填充氧进入冶炼炉。

技术特征：
1.驱除球团间隙填充氧装置，主要包括上连接管、呈方筒状分离筒、外四棱台筒、呈方环状集气管、内四棱台筒、中四棱台筒和下连接管，输运管断开变成上、下游管后下游管法兰连接下连接管、上游管法兰连接上连接管，其主要特征在于：分离筒包括方形顶板、方筒侧板和底四棱台筒侧板，分离筒顶板中心设置圆孔且孔圆周和上连接管底圆周满焊连接，分离筒顶板边长是输运管内径1.5～2倍，上连接管底圆周外分离筒顶板均匀开设1～4个等径排风孔，底四棱台筒倒立180
°
布置，底四棱台筒小底边为输运管内径0.25～0.75倍，底四棱台筒侧板垂直开设众多等径风孔，底四棱台筒侧板、外四棱台筒侧板、集气管顶环板和内四棱台筒侧板围成均压室，底四棱台筒大底边和外四棱台筒小底边满焊连接，外四棱台筒大底边和集气管顶环板外边满焊连接，内四棱台筒小底边和底四棱台筒小底边满焊连接，内四棱台筒大底边和集气管顶环板内边满焊连接，集气管顶环板均匀开设众多等径风孔，中四棱台筒小底边满焊连接在底四棱台筒侧板上，中四棱台筒小底面和底四棱台筒小底面平行边距离小于50mm，外四棱台筒大底边和中棱台筒大底边之间环板面积为50％集气管顶环板面积，下连接管为方变圆管且圆管内径和上连接管内径相等，下连接管顶面水平布置且四边满焊连接在内四棱台筒侧板上，下连接管顶面以上内四棱台筒侧板相对两梯形板均匀开设众多风孔且风孔水平投影不重合，鼓入集气管50％洁净气通过底锥台筒侧板风孔形成平面流进入分离筒近壁区，驱使近壁球团剩余填充气离开球床流向分离筒排风孔，剩余50％洁净气通过两梯形板风孔后在内四棱台筒顶空腔形成水平平行流，平行流驱赶剩余填充气从底四棱台筒小底面流回分离筒。2.驱除球团间隙填充氧装置使用方法，其主要特征在于：串联使用两级除氧装置，第一级除氧装置上连接管法兰连接上游管、下连接管法兰连接第二级除氧装置上连接管、下连接管法兰连接下游管，第一、二级除氧装置集气管分别通入氮气、氢气，每一个除氧装置分离筒顶空腔负压-20pa～-60pa、顶空腔高度和1～2倍输运管内径相等、球床高度不超过输运管内径，内四棱台筒顶空腔高度和1～2倍输运管内径相等、集气管静压维持0.4mpa～0.6mpa。

技术总结
驱除球团间隙填充氧装置，基于二步法驱除球团填充氧原理，包括上连接管、分离筒、底四棱台筒、外四棱台筒、集气管、内四棱台筒、中四棱台筒和下连接管。分离筒顶板边长是输运管内径1.5～2倍，分离筒顶空腔高度是输运管内径1～2倍且负压-20Pa～-60Pa，内四棱台筒顶空腔高度是输运管内径1～2倍。分离筒顶空腔气球分离后引风机抽吸主要填充氧，50％洁净气穿过底四棱台筒侧板形成平面流驱赶分离筒近壁剩余填充氧，剩余50％洁净气在内四棱台筒顶空腔形成平行流驱赶中心剩余填充氧。钢铁企业氢还原冶炼用球团安全输运冶炼装置可使用本发明。发明球团输运安全、静压分布稳定、无爆燃，不携带填充氧进入冶炼炉。氧进入冶炼炉。氧进入冶炼炉。


技术研发人员：艾元方 毛静雯 李建 穆新宇 杨金涛 毛晓明 彭志伟
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/17