礦粉直接還原裝置的制作方法

本發(fā)明涉及冶金設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種礦粉直接還原裝置。

背景技術(shù)：

直接還原煉鐵技術(shù)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展擺脫焦煤資源的羈絆、降低能耗、減少co2排放、改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的重要發(fā)展方向。直接還原鐵是優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代品，是生產(chǎn)高品質(zhì)純凈鋼的不可短缺的鐵源原料和轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)質(zhì)冷卻劑。

現(xiàn)在達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)水平或仍在繼續(xù)試驗(yàn)的直接還原方法主要分為兩類：使用氣體還原劑的直接還原法和使用固體還原劑的直接還原法。其中，使用氣體還原劑的直接還原法按工藝設(shè)備來分又可分為三類，分別是豎爐法、反應(yīng)罐法和流態(tài)化法。

豎爐法是指爐料與煤氣在爐內(nèi)逆向運(yùn)動(dòng)，下降的爐料逐步被煤氣加熱和還原的方法。該法以midrex法為代表，是當(dāng)前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的直接還原煉鐵法。作為原料的氧化球團(tuán)礦自爐頂加入豎爐后，依次經(jīng)過預(yù)熱、還原和冷卻三個(gè)階段。還原所得的海綿鐵，冷卻到50℃后排出爐外，以防再氧化。還原煤氣用天然氣及豎爐本身的一部分煤氣制造，加熱到760～900℃，在豎爐還原區(qū)下部通入。爐頂煤氣回收后分別用于煤氣再生、轉(zhuǎn)化爐加熱和豎爐冷卻。此法的傳熱傳質(zhì)效率高，每噸產(chǎn)品能耗可低達(dá)2.56×106千卡，產(chǎn)品質(zhì)量好，金屬化率達(dá)92％。

墨西哥的hyl法是唯一的工業(yè)化反應(yīng)罐法。爐料在反應(yīng)罐中固定不動(dòng)，通入熱還原煤氣依次進(jìn)行預(yù)熱、還原和冷卻，最后定期停氣，把爐料排出罐外。為了克服固定床還原煤氣利用不良的缺點(diǎn)，hyl法采用了4個(gè)反應(yīng)罐串聯(lián)操作，還原煤氣用天然氣制造，先在換熱式轉(zhuǎn)化爐中不充分轉(zhuǎn)化。經(jīng)過每一個(gè)反應(yīng)罐反應(yīng)后都進(jìn)行脫水、二次轉(zhuǎn)化和提溫，煤氣在1100℃的高溫下進(jìn)行還原。在停止通氣下，hyl法使用排料桿強(qiáng)制排料，因此不怕爐料粘結(jié)，操作溫度較高，雖然hyl法為間斷作業(yè)，但是生產(chǎn)率并不低。缺點(diǎn)是煤氣利用差，熱耗大，產(chǎn)品質(zhì)量不均。

流態(tài)化法是在流化床中用煤氣還原鐵礦粉的方法。在流態(tài)化法還原中，煤氣除用作還原劑及熱載體外，還用作散料層的流化介質(zhì)。細(xì)粒礦石料層被穿過的氣流流態(tài)化并依次被加熱、還原和冷卻。還原產(chǎn)品冷卻后壓塊保存。流態(tài)化還原有直接使用礦粉省去造塊的優(yōu)點(diǎn)，并且由于礦石粒度小而能加速還原。缺點(diǎn)是細(xì)粒礦粉甚易粘結(jié)，一般在600～700℃不高的溫度下操作，不僅還原速度不大，而且極易促成co的析碳反應(yīng)，碳素沉析過多，則妨礙正常操作。

現(xiàn)有技術(shù)提供了一種氣基還原豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的方法及裝置，該技術(shù)采用煤制還原氣和焦?fàn)t煤氣結(jié)合供給豎爐生產(chǎn)直接還原鐵。該工藝只能處理塊狀物料，不能直接處理粉狀鐵礦石。處理粉狀鐵礦石時(shí)需要造塊，該工序繁瑣且耗能耗水，經(jīng)濟(jì)性差。

現(xiàn)有技術(shù)還提供了一種流化床還原粉狀鐵礦石的系統(tǒng)和方法，該發(fā)明通過高氣速操作加快鐵礦石還原速度并同時(shí)大幅提高單位截面流化床的氣體處理能力，通過還原煤氣并聯(lián)降低通過單級(jí)流化床的氣量，通過還原煤氣串-并聯(lián)操作提高煤氣的利用率，實(shí)現(xiàn)在近常壓下粉狀鐵礦石在流化床內(nèi)的高效還原。該工藝流程太復(fù)雜，對(duì)于單個(gè)流化床而言，需要調(diào)節(jié)氣體流速來控制床內(nèi)鐵礦石粉的流態(tài)化情況及反應(yīng)過程。同時(shí)，調(diào)節(jié)氣體流速的難度較大。而對(duì)于鐵礦石粉在床內(nèi)的流動(dòng)過程而言，一旦氣速?zèng)]有調(diào)節(jié)在合理范圍內(nèi)，極易出現(xiàn)“粘結(jié)失流”現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)停工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種礦粉直接還原裝置，所述礦粉直接還原裝置使用礦粉作為原料，還原速率較高，還原均衡度較好。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置，包括：反應(yīng)器本體，所述反應(yīng)器本體包括彼此連通的進(jìn)料區(qū)、還原區(qū)和冷卻區(qū)，所述還原區(qū)位于所述進(jìn)料區(qū)的下方并與所述進(jìn)料區(qū)連通，所述冷卻區(qū)設(shè)于所述還原區(qū)下方并與所述還原區(qū)連通，所述進(jìn)料區(qū)的頂部設(shè)有進(jìn)料口，所述冷卻區(qū)的底部設(shè)有出料口，所述進(jìn)料區(qū)的下方設(shè)有還原尾氣出口，在所述出料口之上設(shè)有還原氣入口，所述進(jìn)料口與所述進(jìn)料區(qū)連通，所述還原尾氣出口、所述還原氣入口和所述出料口均與所述還原區(qū)連通；加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)包括設(shè)在所述還原區(qū)內(nèi)的蓄熱式輻射管，所述蓄熱式輻射管的兩端分別設(shè)有燃燒器；布風(fēng)管，所述布風(fēng)管與所述還原氣入口相連，所述布風(fēng)管設(shè)在所述蓄熱式輻射管下方，沿所述反應(yīng)器的內(nèi)壁周向設(shè)置，所述蓄熱式輻射管的下端與所述布風(fēng)管之間的豎直距離占所述還原區(qū)高度的0.1-0.3，所述布風(fēng)管上設(shè)有多個(gè)噴嘴。

本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述還原區(qū)的高度是指所述布風(fēng)管與所述還原尾氣出口之間的豎直距離。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置，由于在反應(yīng)器本體中設(shè)置了蓄熱式輻射管直接加熱，實(shí)現(xiàn)了在反應(yīng)器本體內(nèi)部對(duì)還原氣和粉狀物料加熱后快速還原，提高了礦粉的還原速率，簡化了工藝流程，降低了能量損耗，且提升了物料還原的均衡度。通過布風(fēng)管上的多個(gè)噴嘴噴出還原氣體，可以使得進(jìn)入反應(yīng)器本體的還原氣相對(duì)均勻。

將輻射管下端與布風(fēng)管之間的豎直距離占布風(fēng)管與還原尾氣出口之間距離的0.1-0.3，是因?yàn)?，礦粉下落過程中受還原氣氣流影響在所述還原區(qū)的呈一個(gè)分布情況，這樣設(shè)置，可以使輻射管加熱形成的溫度場與礦粉的分布情況相適應(yīng)，從而有利于礦粉被充分還原。

在一些實(shí)施例中，輻射管距反應(yīng)器內(nèi)壁面水平距離為反應(yīng)器直徑的0.05-0.2。調(diào)節(jié)輻射管距邊壁距離，可以使還原氣迅速受熱，從而使礦粉尤其邊壁附近的礦粉更加充分地被還原氣還原。

在一些實(shí)施例中，所述布風(fēng)管沿所述反應(yīng)器高度方向設(shè)置多層。

具體地，每層所述布風(fēng)管均分布在同一水平面上。

具體地，所述布風(fēng)管為一條圓形管道。

具體地，所述布風(fēng)管為呈圓形分布的多個(gè)弧形管道。

可選地，所述噴嘴與所述反應(yīng)器本體的截面圓周垂直中心線成15°-75°的夾角。

在一些實(shí)施例中，所述蓄熱式輻射管為多個(gè)，多個(gè)所述蓄熱式輻射管在所述還原區(qū)內(nèi)水平排布或者豎向排布。

具體地，所述蓄熱式輻射管為多個(gè)且水平間隔開設(shè)置，每個(gè)所述蓄熱式輻射管均沿豎向設(shè)置，多個(gè)所述蓄熱式輻射管的頂部的進(jìn)出管相連通，多個(gè)所述蓄熱式輻射管的底部的進(jìn)出管相連通。

在一些實(shí)施例中，所述進(jìn)料區(qū)頂部設(shè)有進(jìn)料斗，所述進(jìn)料斗的橫截面向下逐漸減小，以在進(jìn)料時(shí)可形成料封。

在一些實(shí)施例中，所述進(jìn)料區(qū)內(nèi)設(shè)有沿高度方向間隔開分布的多個(gè)插板閥。進(jìn)料時(shí)相鄰兩個(gè)所述插板閥交替開閉。

具體地，所述多個(gè)插板閥的下方設(shè)有漏料錐和振動(dòng)布料篩。

在一些實(shí)施例中，所述冷卻區(qū)包括風(fēng)冷區(qū)和水冷區(qū)，所述風(fēng)冷區(qū)鄰近所述還原區(qū)設(shè)置且物料由還原性氣體散熱風(fēng)冷，所述水冷區(qū)位于所述風(fēng)冷區(qū)的下方，所述水冷區(qū)的管壁為水冷壁。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種布風(fēng)管的排布方式示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的另一種布風(fēng)管的排布方式示意圖。

附圖標(biāo)記：

礦粉直接還原裝置100、

反應(yīng)器本體1、進(jìn)料區(qū)11、還原區(qū)12、冷卻區(qū)13、風(fēng)冷區(qū)131、水冷區(qū)132、出料區(qū)14、

進(jìn)出料系統(tǒng)2、進(jìn)料部21、第一插板閥211、第二插板閥212、漏料錐213、振動(dòng)布料篩214、進(jìn)料斗215、出料部22、

還原氣系統(tǒng)3、進(jìn)氣部31、布風(fēng)管311、噴嘴312、還原氣進(jìn)口313、出氣部32、

加熱系統(tǒng)4、蓄熱式輻射管41、進(jìn)出管42、

水冷壁5、原料倉6、斗提7、出料螺旋8。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

下面參考圖1-圖3描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置100。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置100，包括反應(yīng)器本體1、進(jìn)出料系統(tǒng)2、還原氣系統(tǒng)3和加熱系統(tǒng)4。

反應(yīng)器本體1自上而下限定出彼此連通的進(jìn)料區(qū)11、還原區(qū)12、冷卻區(qū)13和出料區(qū)14，具體而言，還原區(qū)12位于進(jìn)料區(qū)11的下方并與進(jìn)料區(qū)11連通，冷卻區(qū)13設(shè)于還原區(qū)12下方并與還原區(qū)12連通，進(jìn)料區(qū)11的頂部設(shè)有進(jìn)料口，冷卻區(qū)13的底部設(shè)有出料口，進(jìn)料區(qū)11的下方設(shè)有還原尾氣出口313，在出料口之上設(shè)有還原氣入口313，進(jìn)料口與進(jìn)料區(qū)11連通，還原尾氣出口、還原氣入口313和出料口均與還原區(qū)12連通。

進(jìn)出料系統(tǒng)2包括進(jìn)料部21和出料部22，進(jìn)料部21設(shè)在進(jìn)料區(qū)11，出料部22與出料區(qū)14相連。還原氣系統(tǒng)3包括進(jìn)氣部31和出氣部32，進(jìn)氣部31用于向反應(yīng)器本體1內(nèi)輸入還原性氣體，進(jìn)氣部31具有在還原區(qū)12內(nèi)不同高度設(shè)置的多個(gè)還原氣進(jìn)口313，出氣部32用于將還原尾氣排出反應(yīng)器本體1。加熱系統(tǒng)4包括設(shè)在還原區(qū)12內(nèi)的蓄熱式輻射管41，蓄熱式輻射管41內(nèi)設(shè)有燃燒器(圖未示出)，蓄熱式輻射管41的兩端還設(shè)有伸出反應(yīng)器本體1的進(jìn)出管42，其中一個(gè)進(jìn)出管42用于供氣，另一個(gè)進(jìn)出管42用于排出煙氣。

可以理解的是，物料從進(jìn)料區(qū)11進(jìn)入反應(yīng)器本體1，在重力的作用下自上而下運(yùn)動(dòng)，還原氣由從進(jìn)氣部31進(jìn)入爐體，自下而上運(yùn)動(dòng)。在蓄熱式輻射管41的加熱下，還原氣與物料發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)完成后，物料從反應(yīng)器本體1下方的出料口經(jīng)冷卻后離開反應(yīng)器本體1，還原尾氣從反應(yīng)器本體1上方的廢氣出口離開反應(yīng)器本體1。

另外，蓄熱式輻射管41的結(jié)構(gòu)具有儲(chǔ)蓄熱量，對(duì)通入的燃?xì)饪深A(yù)熱的作用，利用蓄熱式輻射管41可保證通入的燃?xì)饪裳杆龠M(jìn)入最佳燃燒狀態(tài)，從而燃燒更加充分。

由反應(yīng)過程可知，由于物料是在自身重力的作用下在反應(yīng)器本體1中運(yùn)動(dòng)，因此物料的形態(tài)既可以是塊狀也可以是粉狀，因此本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置100的原料可以采用粉狀的物料，利用粉狀的物料可以使得還原反應(yīng)進(jìn)行的較為徹底，提高了物料的還原均衡度，同時(shí)還能避免工序繁瑣的造塊流程。

該裝置針對(duì)的礦粉，礦粉的顆粒粒徑可大于1mm，且小于10mm。

由反應(yīng)過程可知，還原尾氣在反應(yīng)完成后從反應(yīng)器本體1上方的出氣部32離開反應(yīng)器本體1，在還原尾氣離開反應(yīng)器本體1之前還具有較高的溫度，而進(jìn)料區(qū)11內(nèi)物料還在持續(xù)的下落，因此具有一定溫度的還原尾氣能夠起到預(yù)熱物料的作用。由此，提高了加熱系統(tǒng)4產(chǎn)生的熱量的利用率，節(jié)約了能源。

由反應(yīng)過程可知，本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置100是在反應(yīng)器本體1內(nèi)進(jìn)行還原氣和物料的加熱，由于礦粉的粒徑較小，使用直接加熱的方式氣固間傳熱條件及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件大大改善，還原反應(yīng)可以在數(shù)秒內(nèi)就完成。這種直接加熱方式相比先將還原氣加熱再通入反應(yīng)器本體1的方式，還原反應(yīng)速率較快，熱量的利用率高，且安全性較好。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置100，由于在反應(yīng)器本體1中設(shè)置了蓄熱式輻射管41，實(shí)現(xiàn)了在反應(yīng)器本體1內(nèi)部對(duì)還原氣和粉狀物料加熱并且進(jìn)行還原反應(yīng)，該裝置可以直接使用礦粉省去造塊工序，簡化直接還原礦粉的工藝流程；由于礦粉粒度小，與還原氣體接觸面積大，二者間的化學(xué)反應(yīng)速率加快，可增加原料處理量；同時(shí)該裝置的操作簡便，過程易控；另外，該裝置采用多水平噴嘴的結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)還原區(qū)12內(nèi)還原氣量、氣體成分及氣體溫度分布，解決了還原氣分布不均帶來的礦粉還原速率慢、還原不均衡等問題；另外，由蓄熱式輻射管41進(jìn)行加熱，降低了能量損耗，且提升了物料還原的均衡度。

在一些實(shí)施例中，進(jìn)料部21包括設(shè)置在進(jìn)料區(qū)11頂部的進(jìn)料斗215，進(jìn)料斗215的橫截面向下逐漸減小以在進(jìn)料時(shí)可形成料封。由此，可以防止外界空氣進(jìn)入反應(yīng)器本體1氧化物料。

在一些實(shí)施例中，進(jìn)料部21包括沿高度方向間隔開分布的多個(gè)插板閥，進(jìn)料時(shí)相鄰兩個(gè)插板閥交替開閉。

具體地，如圖1所示，進(jìn)料區(qū)11內(nèi)設(shè)有兩個(gè)插板閥，上方的插板閥為第一插板閥211，下方的插板閥為第二插板閥212。

可以理解的是，物料落在進(jìn)料斗215中，首先落在第一插板閥211上，此時(shí)打開第一插板閥211，關(guān)閉第二插板閥212。使得物料從第一插板閥211落入第二插板閥212上，當(dāng)物料完全落在第二插板閥212上時(shí)，先關(guān)閉第一插板閥211，再打開第二插板閥212使得物料進(jìn)入反應(yīng)器本體1。有上述的分析過程可以看出，進(jìn)料時(shí)相鄰兩個(gè)插板閥交替開閉可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)料過程中物料始終處于密閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了料封。

具體地，進(jìn)料部21包括設(shè)置在多個(gè)插板閥下方的漏料錐213和振動(dòng)布料篩214。

可以理解的是，當(dāng)?shù)V粉在重力作用下落時(shí)，布置漏料錐213能避免礦粉的聚集作用，保證了礦粉下落的順暢性，同時(shí)，在振動(dòng)布料篩214的振動(dòng)作用下，礦粉能夠更為均勻地落入反應(yīng)器本體1內(nèi)部。

在一些實(shí)施例中，蓄熱式輻射管41為多個(gè)，多個(gè)蓄熱式輻射管41在還原區(qū)12內(nèi)水平排布或者豎向排布。設(shè)置多個(gè)蓄熱式輻射管41能夠提高熱量供給，使得還原反應(yīng)進(jìn)行的更為徹底。

在一些實(shí)施例中，在輻射管的上部、下部或者中部安裝支架將輻射管固定在反應(yīng)器內(nèi)壁面上。輻射管距反應(yīng)器內(nèi)壁面水平距離為反應(yīng)器直徑的0.05～0.2，輻射管下端與布風(fēng)管之間的豎直距離占所述布風(fēng)管與所述還原尾氣出口之間距離的的0.1～0.3。

在一些實(shí)施例中，蓄熱式輻射管41的兩端分別設(shè)有燃燒器(圖未示出)，兩個(gè)燃燒器交替點(diǎn)火燃燒。

可以理解的是，當(dāng)蓄熱式輻射管41在管體兩端分別設(shè)置有燃燒器時(shí)，在一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)形成溫度梯度，即，從燃燒器向外溫度逐漸降低。類似的是，在另一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)也形成溫度梯度。當(dāng)兩端的燃燒器交替進(jìn)行燃燒時(shí)，所形成的兩個(gè)溫度梯度疊加，使得整個(gè)蓄熱式輻射管41整體溫度均勻。由此，礦粉能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的加熱，提高了還原反應(yīng)的均勻度。

可選地，蓄熱式輻射管41為多個(gè)且水平間隔開設(shè)置，每個(gè)蓄熱式輻射管41均沿豎向設(shè)置，多個(gè)蓄熱式輻射管41的頂部的進(jìn)出管42相連通，多個(gè)蓄熱式輻射管41的底部的進(jìn)出管42相連通。由此，多個(gè)蓄熱式輻射管41能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一通氣和排氣，不用對(duì)應(yīng)每一個(gè)蓄熱式輻射管41均設(shè)置一個(gè)燃?xì)膺M(jìn)口和煙氣出口，簡化了加熱系統(tǒng)4的結(jié)構(gòu)。

這里需要說明的是，用戶可以調(diào)整蓄熱式輻射管41在水平方向和/或豎直方向上的個(gè)數(shù)、蓄熱式輻射管41的層數(shù)、蓄熱式輻射管41彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向)或者各蓄熱式輻射管41本身的溫度來調(diào)節(jié)反應(yīng)器本體1內(nèi)部的溫度場分布，保證還原區(qū)12的各區(qū)域溫度均勻分布。

在一些實(shí)施例中，如圖2和圖3所示，進(jìn)氣部31包括設(shè)在還原區(qū)12內(nèi)的布風(fēng)管311，布風(fēng)管311沿還原區(qū)12的內(nèi)周壁設(shè)置，布風(fēng)管311上設(shè)有多個(gè)噴嘴312?？梢岳斫獾氖牵€原氣先經(jīng)過還原氣進(jìn)口313進(jìn)入布風(fēng)管311內(nèi)，在經(jīng)過布風(fēng)管311的噴嘴312進(jìn)入反應(yīng)器本體1，由于布風(fēng)管311沿還原區(qū)12的內(nèi)周壁周向設(shè)置，因此當(dāng)還原氣進(jìn)入布風(fēng)管311時(shí)，還原氣可以在布風(fēng)管311中擴(kuò)散后進(jìn)入反應(yīng)器本體1，這樣可以使得進(jìn)入反應(yīng)器本體1的還原氣相對(duì)均勻。

具體地，還原區(qū)12內(nèi)設(shè)置有沿高度方向間隔開排布的多層布風(fēng)管311，每層布風(fēng)管311均分布在同一水平面上，每層中，單個(gè)布風(fēng)管311可以是弧形管道，弧形管道可以有多個(gè)，每層的多個(gè)弧形管道呈圓形分布。

可選地，如圖2所示，當(dāng)多個(gè)弧形管道的布風(fēng)管311首尾相連形成一條布風(fēng)管時(shí)，僅需要布置一個(gè)還原氣進(jìn)口313即可，且優(yōu)選地，噴嘴312的數(shù)量大于等于六個(gè)。

可選地，如圖3所示，當(dāng)每層的多個(gè)弧形管道的布風(fēng)管311呈圓形分布時(shí)，需要布置的還原氣進(jìn)口313個(gè)數(shù)與弧形管道的個(gè)數(shù)相同，也就是說對(duì)應(yīng)每一個(gè)弧形管道設(shè)置一個(gè)還原氣進(jìn)口313。優(yōu)選地，每個(gè)弧形管道上沿弧度方向設(shè)置的噴嘴312數(shù)量大于等于兩個(gè)。

需要說明的是，無論布風(fēng)管311為一條管道還是包括呈圓形分布的多個(gè)弧形管道。當(dāng)兩個(gè)噴嘴312相對(duì)布風(fēng)管311軸線對(duì)稱時(shí)，容易產(chǎn)生對(duì)沖現(xiàn)象，對(duì)沖現(xiàn)象會(huì)對(duì)還原反應(yīng)產(chǎn)生不利的影響，因此可以將噴嘴312與反應(yīng)器本體1截面圓周垂直中心線成15-75°布置。

當(dāng)然，布風(fēng)管311還可以有多種排列方式，例如形成為螺旋形或“z”形布置在還原區(qū)12內(nèi)。

又例如，沿反應(yīng)器本體1高度方向可以設(shè)置多個(gè)還原氣進(jìn)口313及相應(yīng)的布風(fēng)管311，相鄰高度的還原氣進(jìn)口313和布風(fēng)管311可以按照前文所述的任何形式設(shè)置。

在一些實(shí)施例中，冷卻區(qū)13包括風(fēng)冷區(qū)131和水冷區(qū)132，風(fēng)冷區(qū)131鄰近還原區(qū)12設(shè)置且物料由還原性氣體散熱風(fēng)冷，水冷區(qū)132位于風(fēng)冷區(qū)131的下方，水冷區(qū)132的管壁為水冷壁5，即水冷壁5處設(shè)置有水冷管。

可以理解的是，風(fēng)冷區(qū)131與水冷區(qū)132在位置上是上下銜接的關(guān)系，熱態(tài)還原產(chǎn)物先由還原區(qū)12向下進(jìn)入風(fēng)冷區(qū)131，溫度較高的還原產(chǎn)物將熱量傳遞給剛進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的常溫還原性氣體，實(shí)現(xiàn)了還原性氣體的預(yù)熱，隨后還原氣進(jìn)入還原區(qū)12參與還原反應(yīng)。還原產(chǎn)物再繼續(xù)向下進(jìn)入水冷區(qū)132，從而完成冷卻過程。

水冷壁5分布在反應(yīng)器本體1底端四周，內(nèi)部為流動(dòng)的水或蒸汽，其作用是吸收爐膛中還原產(chǎn)物的熱量，實(shí)現(xiàn)還原產(chǎn)物的二次降溫。風(fēng)冷后的還原產(chǎn)物經(jīng)過水冷區(qū)132域后溫度降至常溫。最后，冷卻后的還原產(chǎn)物經(jīng)出料區(qū)14排出。

下面參考圖1-圖3描述本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的礦粉直接還原裝置100。

如圖1所示，本實(shí)施例中的礦粉直接還原裝置100包括反應(yīng)器本體1、加熱系統(tǒng)2、進(jìn)出料系統(tǒng)2、還原氣系統(tǒng)4。

反應(yīng)器本體1內(nèi)限定出礦粉與還原氣體的反應(yīng)空間，自上而下可依次劃分成進(jìn)料區(qū)11、還原區(qū)12、冷卻區(qū)13、出料區(qū)14。相鄰區(qū)域?yàn)樨炌ㄊ竭B接，并無物理隔離裝置。

進(jìn)料區(qū)11中設(shè)置有進(jìn)料斗215、兩個(gè)插板閥、漏料錐213和振動(dòng)布料篩214，該區(qū)域在保證礦粉下落順暢的同時(shí)，還要保證在礦粉下落過程中反應(yīng)器本體1的密封性。原料倉6中的礦粉經(jīng)過斗提7提升至反應(yīng)器本體1頂部，由此進(jìn)入快速還原反應(yīng)器本體1的進(jìn)料斗215中，并堆積在此。打開第一插板閥211，堆積在進(jìn)料斗中的礦粉下落至第二插板閥212上，然后，關(guān)閉第一插板閥211，接著打開第二插板閥212，使兩個(gè)插板閥之間的粉料下落至振動(dòng)布料篩214上；然后，關(guān)閉第二插板閥212，接著打開第一插板閥211，使堆積在第一插板閥211上的粉料下落至第二插板閥212上。如此反復(fù)。兩個(gè)插板閥的配合使用，保證了粉料在下落過程中反應(yīng)器本體1自始至終處于密封狀態(tài)。另外，堆積在進(jìn)料斗215中的粉料進(jìn)一步加強(qiáng)了密封效果，實(shí)現(xiàn)了“料封”。當(dāng)兩個(gè)插板閥之間的礦粉在重力作用下經(jīng)過漏料錐213下落至振動(dòng)布料篩214的過程中，布置在反應(yīng)器本體1中的漏料錐213避免了礦粉的聚集作用，保證了礦粉下落的順暢性。同時(shí)，在振動(dòng)布料篩214的振動(dòng)作用下，礦粉均勻進(jìn)入反應(yīng)器本體1內(nèi)部。

還原區(qū)12即為礦粉和還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域。在加熱系統(tǒng)2的作用下，還原區(qū)12內(nèi)爐膛溫度較高(900-1200℃)，為還原反應(yīng)的進(jìn)行提供有利條件。礦粉與還原性氣體的反應(yīng)機(jī)理為：mexoy+co→me+co2，mexoy+h2→me+h2o。由于礦粉粒徑小，氣固間傳熱條件及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件大大改善，還原反應(yīng)可以在數(shù)秒內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)了直接還原鐵的快速生產(chǎn)過程。

加熱系統(tǒng)4由多根蓄熱式輻射管41組成，為反應(yīng)器本體1中的還原反應(yīng)提供熱源。蓄熱式輻射管在管體兩端分別設(shè)置有燃燒器(圖未示出)，在一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)形成溫度梯度，即，從燃燒器向外溫度逐漸降低。類似的是，在另一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)也形成溫度梯度。當(dāng)兩端的燃燒器交替進(jìn)行燃燒時(shí)，所形成的兩個(gè)溫度梯度疊加，使得整個(gè)蓄熱式輻射管41整體溫度均勻。例如，單根蓄熱式輻射管41上的溫度差不大于30℃。在反應(yīng)器本體1內(nèi)部，多根蓄熱式輻射管41沿豎直方向間隔分布。如此，可以保證各區(qū)域溫度分布均勻。溫度場的溫度可通過多種方式調(diào)節(jié)，例如，調(diào)整蓄熱式輻射管41在水平方向和/或豎直方向上的個(gè)數(shù)、蓄熱式輻射管41的層數(shù)、蓄熱式輻射管41彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向)和各蓄熱式輻射管41本身的溫度等等。

還原氣系統(tǒng)3包括進(jìn)氣部31和出氣部32，進(jìn)氣部31包括多個(gè)還原氣進(jìn)口313和多個(gè)布風(fēng)管311。還原氣向上運(yùn)動(dòng)，最后從設(shè)置在反應(yīng)器本體1側(cè)壁上的出氣部32離開反應(yīng)器本體1，與礦粉在反應(yīng)器本體1內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向正好相反。在還原區(qū)12的頂部，反應(yīng)完的還原尾氣溫度較高，與從振動(dòng)布料篩314上下落的礦粉逆向接觸，還原尾氣將熱量傳遞給常溫礦粉，實(shí)現(xiàn)了礦粉的預(yù)熱。最后降溫后的還原尾氣從出氣部32離開反應(yīng)器本體1。

如圖2、圖3所示，還原氣進(jìn)口313布置在反應(yīng)器本體1側(cè)壁上，還原氣進(jìn)口管穿過反應(yīng)器本體1與布風(fēng)管311相連，布風(fēng)管311位于反應(yīng)器本體1側(cè)壁附近，布風(fēng)管311上設(shè)有多個(gè)噴嘴312，還原氣經(jīng)還原氣進(jìn)口313進(jìn)入布風(fēng)管311內(nèi)，再經(jīng)布風(fēng)管311上的噴嘴312均勻噴入反應(yīng)器本體1內(nèi)。布風(fēng)管311結(jié)構(gòu)如圖所示，還原氣進(jìn)口313和布風(fēng)管311可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)，優(yōu)選數(shù)量為1-6個(gè)，當(dāng)設(shè)置一個(gè)還原氣進(jìn)口313和一個(gè)布風(fēng)管311時(shí)，布風(fēng)管311俯視圖為圓環(huán)形，圓周角度為360度，沿圓周方向設(shè)置多個(gè)噴嘴312，噴嘴312的數(shù)量大于等于六個(gè)，當(dāng)設(shè)置一個(gè)以上還原氣進(jìn)口313和布風(fēng)管311時(shí)，布風(fēng)管311俯視圖為弧形，弧形為一定角度的圓周，圓周角度根據(jù)布風(fēng)管311個(gè)數(shù)設(shè)定，圓周角度≤360°/布風(fēng)管311的個(gè)數(shù)，沿弧度方向設(shè)置多個(gè)噴嘴312，噴嘴312的數(shù)量大于等于兩個(gè)，為了防止噴嘴312產(chǎn)生對(duì)沖，噴嘴312與反應(yīng)器本體1截面圓周垂直中心線成15°-75°角。

此外，沿反應(yīng)器本體1高度方向可以設(shè)置多個(gè)還原氣進(jìn)口313及相應(yīng)的布風(fēng)管311，相鄰高度的還原氣進(jìn)口313和布風(fēng)管311可以按照?qǐng)D2的形式任意設(shè)置。將還原氣進(jìn)口313設(shè)置在反應(yīng)器本體1側(cè)壁上，可以調(diào)節(jié)側(cè)壁附近的溫度、還原氣流量及成分，有利于側(cè)壁的礦粉向中心位置靠攏，加快側(cè)壁附近礦粉的還原，避免了中心礦粉還原速率快，邊壁還原速率慢的問題。

采用將多個(gè)還原氣進(jìn)口313沿豎直方向布置，并且根據(jù)多個(gè)還原氣進(jìn)口313的分布布置相應(yīng)布風(fēng)管311的結(jié)構(gòu)，目的是調(diào)節(jié)還原區(qū)12內(nèi)還原氣量及成分分布、氣體溫度分布，使礦粉還原更加高效、均衡。例如，若還原區(qū)12側(cè)壁處礦粉還原較慢，則可通過調(diào)節(jié)多個(gè)還原氣進(jìn)口313通入的氣量及布風(fēng)管311位置，使還原氣更多地分布在還原區(qū)12側(cè)壁附近，同時(shí)可以調(diào)節(jié)還原氣溫度，使還原區(qū)12側(cè)壁附近氣體溫度升高，這些舉措均有利于加快礦粉還原。還原氣進(jìn)口313不僅僅限于設(shè)置在反應(yīng)器本體1的冷卻區(qū)13、還原區(qū)12的下部、還原區(qū)12的中部。還原氣進(jìn)口313的位置可以為了實(shí)現(xiàn)還原區(qū)12內(nèi)還原氣量及成分分布、氣體溫度分布靈活調(diào)節(jié)。

冷卻區(qū)13包括兩部分，一部分為反應(yīng)生成的熱態(tài)還原產(chǎn)物與剛進(jìn)入反應(yīng)器本體1內(nèi)的常溫還原性氣體之間的換熱區(qū)域，以下簡稱“風(fēng)冷區(qū)131”，另一部分為風(fēng)冷后的還原產(chǎn)物經(jīng)過水冷壁5時(shí)的換熱區(qū)域，以下簡稱“水冷區(qū)132”。風(fēng)冷區(qū)131與水冷區(qū)132在位置上是上下銜接的關(guān)系，熱態(tài)還原產(chǎn)物先由還原區(qū)12向下進(jìn)入風(fēng)冷區(qū)131，溫度較高的還原產(chǎn)物將熱量傳遞給剛進(jìn)入反應(yīng)器本體1內(nèi)的常溫還原性氣體，實(shí)現(xiàn)了還原性氣體的預(yù)熱，預(yù)熱后的還原性氣體溫度可達(dá)到300-600℃，熱態(tài)還原產(chǎn)物經(jīng)過風(fēng)冷區(qū)131后溫度降至600-900℃，隨后還原氣進(jìn)入還原區(qū)12參與還原反應(yīng)。還原產(chǎn)物再繼續(xù)向下進(jìn)入水冷區(qū)132，從而完成冷卻過程。水冷壁5是水冷區(qū)132的重要部件，分布在反應(yīng)器本體1底端四周，內(nèi)部為流動(dòng)的水或蒸汽，其作用是吸收爐膛中還原產(chǎn)物的熱量，實(shí)現(xiàn)還原產(chǎn)物的二次降溫。風(fēng)冷后的還原產(chǎn)物經(jīng)過水冷區(qū)132后溫度降至常溫。最后，冷卻后的還原產(chǎn)物經(jīng)出料螺旋8排出。

還原產(chǎn)物經(jīng)過冷卻區(qū)13，在出料螺旋8的作用下從設(shè)置在出料區(qū)14的底部的出料部22離開反應(yīng)器本體1。

本發(fā)明提供了一種針對(duì)粉狀礦石生產(chǎn)直接還原鐵的快速還原裝置及方法。

該實(shí)施例的礦粉直接還原裝置100，內(nèi)部采用蓄熱式輻射管41作為熱源，通過調(diào)節(jié)其溫度可以方便地控制爐內(nèi)溫度，裝置操作簡單，可以靈活調(diào)整爐內(nèi)溫度范圍。

與氣基豎爐相比，該裝置可以處理粉狀物料。由于粉狀物料粒徑小，與還原氣體接觸面積大，二者間的傳熱和化學(xué)反應(yīng)速率加快，增加原料處理量。另外，礦粉直接還原裝置100采用蓄熱式輻射管41作為熱源，加熱效率高。

在反應(yīng)器本體1內(nèi)，礦粉僅在重力作用下從頂部下落至底部，在下落的過程中與逆向流動(dòng)的氣體發(fā)生還原反應(yīng)。與還原流化床相比，礦粉直接還原裝置100只需控制反應(yīng)器本體1內(nèi)的溫度，操作簡單，同時(shí)可避免流態(tài)化還原方法中“粘結(jié)失流”現(xiàn)象造成的停工。

本實(shí)施例的還原氣采用多水平還原氣進(jìn)口313并設(shè)置相應(yīng)的布風(fēng)管311，可以調(diào)節(jié)還原區(qū)12內(nèi)還原氣量、氣體成分及氣體溫度分布，使礦粉還原更加高效、均衡。

下面描述兩個(gè)利用本發(fā)明實(shí)施例的礦粉直接還原裝置進(jìn)行還原的具體示例。

實(shí)施例一：本實(shí)施例鐵礦粉快速還原方法，包括以下步驟：

(1)、將鐵精礦從礦粉直接還原裝置加入反應(yīng)器本體1；

(2)、鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小于0.074mm的比例不少于80％；

(3)、鐵礦粉快速還原裝置還原區(qū)12的蓄熱式輻射管41溫度設(shè)為950℃；

(4)、將常溫還原氣從鐵礦粉快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進(jìn)行還原反應(yīng)；

(5)、還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為80％，h2體積分?jǐn)?shù)為15％；

(6)、還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管41加熱的作用升溫，與下落的鐵礦粉進(jìn)行換熱及發(fā)生還原反應(yīng)，還原尾氣經(jīng)鐵礦粉快速還原裝置上部的出氣部32排出反應(yīng)裝置；

(7)、反應(yīng)生成的金屬化粉料經(jīng)鐵礦粉快速還原裝置底部排出；

(8)、金屬化粉料鐵的金屬化率為95％。

實(shí)施例二：本實(shí)施例鐵礦粉快速還原方法，包括以下步驟：

(1)、將鐵精礦從礦粉直接還原裝置加入反應(yīng)器本體1；

(2)、鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小于1mm的比例不少于80％；

(3)、鐵礦粉快速還原裝置還原區(qū)12的蓄熱式輻射管41溫度設(shè)為950℃；

(4)、將常溫還原氣從鐵礦粉快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進(jìn)行還原反應(yīng)；

(5)、還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為60％，h2體積分?jǐn)?shù)為30％；

(6)、還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管41加熱的作用升溫，與下落的鐵礦粉進(jìn)行換熱及發(fā)生還原反應(yīng)，還原尾氣經(jīng)鐵礦粉快速還原裝置上部的出氣部32排出反應(yīng)裝置；

(7)、反應(yīng)生成的金屬化粉料經(jīng)鐵礦粉快速還原裝置底部排出；

(8)、金屬化粉料鐵的金屬化率為95％。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。