礦粉還原系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種礦粉還原系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，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，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)質(zhì)冷卻劑。

目前，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(lèi)：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(lái)分又可分為三類(lèi)，包括豎爐法、反應(yīng)罐法和流態(tài)化法。

豎爐法(例如midrex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。然而，豎爐法只能處理塊狀物料，不能直接處理粉狀鐵礦石，處理粉狀鐵礦石時(shí)需要造塊，存在工序繁瑣且耗能耗水，經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)；反應(yīng)罐法(例如墨西哥的hyl法)是指爐料在反應(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，然而，反應(yīng)罐法存在煤氣利用差，熱耗大，產(chǎn)品質(zhì)量不均的缺點(diǎn)；流態(tài)化法是在流化床中用煤氣還原鐵礦粉的方法，流態(tài)化法生成過(guò)程中，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)，妨礙正常操作。因此，如何設(shè)計(jì)出一種降低能耗、提高還原氣利用率的礦粉還原系統(tǒng)，成為目前亟需解決的難題。

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(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種礦粉還原系統(tǒng)，所述礦粉還原系統(tǒng)的礦粉能與還原氣充分接觸，能耗低且還原氣利用率高且操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行過(guò)程易于控制。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)，包括：反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括進(jìn)料段、還原段和冷卻段，所述還原段位于所述進(jìn)料段的下方并與所述進(jìn)料段連通，所述冷卻段設(shè)于所述還原段下方并與所述還原段連通，所述進(jìn)料段的頂部設(shè)有進(jìn)料口，所述冷卻段的底部設(shè)有出料口，所述反應(yīng)器的側(cè)壁上設(shè)有還原尾氣出口和還原氣入口，所述還原尾氣出口和所述還原氣入口在上下方向上間隔設(shè)置在所述進(jìn)料口和所述出料口之間，且所述還原尾氣出口和所述還原氣入口均與所述還原段連通；加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)在所述還原段內(nèi)，并包括多個(gè)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；氣體分布器，所述氣體分布器設(shè)在所述進(jìn)料段內(nèi)，位于所述進(jìn)料口之下，所述氣體分布器具有氣體進(jìn)口和開(kāi)口朝上的氣體出口，所述氣體進(jìn)口和所述氣體出口連通，所述氣體分布器被構(gòu)造成將所述進(jìn)料段內(nèi)下落的礦粉吹散以使所述礦粉分散地落入所述還原段。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)，通過(guò)在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置氣體分布器，可以通過(guò)氣體分布器將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應(yīng)速率，提高了還原氣體的利用率和系統(tǒng)熱量的利用率，提高了礦粉還原系統(tǒng)的生產(chǎn)效率且降低了礦粉還原系統(tǒng)的能耗。同時(shí)通過(guò)將進(jìn)料口、還原尾氣出口、還原氣入口和出料口從上至下依次間隔設(shè)置在反應(yīng)器上，可以充分利用礦粉還原系統(tǒng)中的熱量，提供了熱利用率，降低了能耗和運(yùn)行成本。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述氣體分布器包括：主流道，所述主流道上設(shè)有所述氣體進(jìn)口；和多個(gè)分流道，每個(gè)所述分流道與所述主流道連通，每個(gè)所述分流道上設(shè)有至少一個(gè)所述氣體出口。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，所述主流道沿水平方向延伸，多個(gè)所述分流道在所述主流道的長(zhǎng)度方向上間隔設(shè)置，每個(gè)所述分流道在所述主流道的寬度方向上貫穿所述主流道且每個(gè)所述分流道被所述主流道平分為兩段。

根據(jù)本發(fā)明的一些進(jìn)一步實(shí)施例，至少一個(gè)所述氣體出口處設(shè)有出氣管，所述出氣管的上端設(shè)有防堵部，所述防堵部的橫截面積在從下至上的方向上逐漸減小。

具體地，所述防堵部形成為圓錐體形狀，所述防堵部的母線與其中心線之間的夾角α滿足：30°≤α≤60°。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述分流道的長(zhǎng)度為l，所述分流道上的所述氣體出口的總面積為s，所述l和s的比值滿足：8≤l/s≤10。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，相鄰兩個(gè)所述分流道之間的間距d滿足：80mm≤d≤120mm。

根據(jù)本發(fā)明的一些進(jìn)一步實(shí)施例，所述冷卻段包括：風(fēng)冷段，所述風(fēng)冷段的側(cè)壁上設(shè)有所述還原氣入口，所述風(fēng)冷段內(nèi)設(shè)有與所述還原氣入口連通的布風(fēng)板；和水冷段，所述水冷段位于所述風(fēng)冷段的下方，所述水冷段的側(cè)壁上設(shè)有水冷壁。

進(jìn)一步地，所述反應(yīng)器還包括：插板閥，所述插板閥設(shè)在所述進(jìn)料段內(nèi)且位于所述氣體分布器的上方，所述插板閥包括在上下方向上間隔設(shè)置的多個(gè)子插板閥，進(jìn)料時(shí)，相鄰的兩個(gè)所述子插板閥交替開(kāi)啟和關(guān)閉以對(duì)所述反應(yīng)器進(jìn)行料封。

根據(jù)本發(fā)明的一些進(jìn)一步實(shí)施例，所述反應(yīng)器還包括布料件，所述布料件設(shè)在所述插板閥和所述氣體分布器之間，所述布料件上設(shè)有多個(gè)間隔設(shè)置的布料孔。

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(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)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是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣體分布器的俯視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣體分布器的分流道的俯視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣體分布器的分流道的側(cè)視圖。

附圖標(biāo)記：

礦粉還原系統(tǒng)100，

反應(yīng)器1，進(jìn)料段11，還原段12，冷卻段13，風(fēng)冷段131，水冷段132，水冷壁1321，流體入口1322，流體出口1323，

進(jìn)料口141，還原尾氣出口142，還原氣入口143，出料口144，燃?xì)馊肟?45，煙氣出口146，

氣體分布器2，主流道21，氣體進(jìn)口210，分流道22，氣體出口220，出氣管221，防堵部2211，

上插板閥31，下插板閥32，

布料件4，

蓄熱式輻射管5，

原料倉(cāng)61，斗提62，螺旋出料機(jī)63。

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(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)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。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

下面參考圖1-圖4描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100。其中，礦粉的顆粒粒徑可以在0.05mm～10mm之間，礦粉還原系統(tǒng)100可以對(duì)上述礦粉進(jìn)行快速還原。例如，可以將礦粉直接還原煉鐵等。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100包括：反應(yīng)器1、加熱裝置和氣體分布器2。

具體地，反應(yīng)器1包括彼此連通的進(jìn)料段11、還原段12和冷卻段13，還原段12位于進(jìn)料段11的下方并與進(jìn)料段11連通，冷卻段13設(shè)于還原段12下方并與還原段12連通。參照?qǐng)D1，進(jìn)料段11、還原段12和冷卻段13在上下方向上依次設(shè)置且彼此連通。

進(jìn)料段11的頂部設(shè)有進(jìn)料口141，冷卻段13的底部設(shè)有出料口144，反應(yīng)器1的側(cè)壁上設(shè)有還原尾氣出口142和還原氣入口143，還原尾氣出口142和還原氣入口143在上下方向上間隔設(shè)置在進(jìn)料口141和出料口144之間，進(jìn)料口141與進(jìn)料段11連通，還原尾氣出口142、還原氣入口143和出料口144均與還原段12連通。

參照?qǐng)D1，進(jìn)料段11內(nèi)限定出進(jìn)料斗，還原段12內(nèi)限定出還原腔室，進(jìn)料口141與進(jìn)料斗連通?？蛇x地，進(jìn)料斗可以形成為自上而下橫截面積逐漸減小的形狀。還原尾氣出口142可以形成在還原段12的上部或者進(jìn)料段11的下部，還原氣入口143可以形成在還原段12的下部或者形成在冷卻段13上。加熱裝置設(shè)在還原段12內(nèi)以對(duì)還原段12內(nèi)的還原反應(yīng)提供熱量，為還原反應(yīng)的進(jìn)行提供有利條件。還原段12內(nèi)的具體溫度可以根據(jù)具體的還原反應(yīng)調(diào)整。例如，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，加熱裝置可以將還原腔室內(nèi)的溫度加熱至900℃～1200℃。與礦粉發(fā)生還原反應(yīng)的還原氣體可以從還原氣入口143通入反應(yīng)器1內(nèi)，反應(yīng)后的還原尾氣可以從還原尾氣出口142排到反應(yīng)器1外，礦粉還原系統(tǒng)100中得到的還原產(chǎn)物在重力的作用下落到冷卻段13內(nèi)時(shí)，可以在冷卻段13內(nèi)冷卻降溫。

例如，在圖1的示例中，進(jìn)料口141可以形成在反應(yīng)器1的頂部，出料口144可以形成在反應(yīng)器1的底部，還原氣入口143和還原尾氣出口142形成在反應(yīng)器1的側(cè)壁上，且還原氣入口143位于加熱裝置的下方，還原尾氣出口142位于加熱裝置的上方?？蛇x地，還原氣體可以為co和h2的混合物，礦粉與還原氣體的還原反應(yīng)機(jī)理為：mexoy+co→me+co2，mexoy+h2→me+h2o。

由此，還原氣體通過(guò)還原氣入口143進(jìn)入到反應(yīng)器1內(nèi)并上升，可以與下落的礦粉逆向接觸，使得礦粉與還原氣體可以在還原段12內(nèi)充分接觸，從而可以使得礦粉與還原氣體充分發(fā)生反應(yīng)，提高了還原氣體的利用率，降低了能耗。反應(yīng)完成后，生成的還原產(chǎn)物通過(guò)出料口144排出反應(yīng)器1，高溫的還原尾氣通過(guò)還原尾氣出口142排出反應(yīng)器1。

同時(shí)，由于還原尾氣出口142位于加熱裝置的上方，反應(yīng)后的高溫還原尾氣流向還原尾氣出口142時(shí)會(huì)與從進(jìn)料段11下落的礦粉(即未與還原氣體發(fā)生反應(yīng)的礦粉)接觸，從而高溫的還原尾氣可以與上述礦粉進(jìn)行換熱，通過(guò)還原尾氣對(duì)礦粉進(jìn)行預(yù)熱，有利于減少礦粉反應(yīng)前的升溫時(shí)間且提高了系統(tǒng)熱量的利用率，降低了礦粉還原系統(tǒng)100的能耗，進(jìn)而縮短了還原反應(yīng)的整體時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

此外，由于出料口144位于還原氣入口143的下方，從而還原反應(yīng)生成的還原產(chǎn)物在下落過(guò)程中會(huì)與通入還原段12內(nèi)的還原氣體接觸并換熱，使得還原產(chǎn)物的溫度降低、上升的還原氣體的溫度升高，可實(shí)現(xiàn)還原氣體的預(yù)熱及還原產(chǎn)物的降溫，降低了還原產(chǎn)物被氧化的風(fēng)險(xiǎn)，保證了還原產(chǎn)物的穩(wěn)定性，進(jìn)一步地減少了還原氣體反應(yīng)前的升溫時(shí)間，提高了熱量的利用率，降低了礦粉還原系統(tǒng)100的能耗，進(jìn)而進(jìn)一步地縮短了還原反應(yīng)的整體時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

具體地，加熱裝置包括多個(gè)蓄熱式輻射管5，多個(gè)蓄熱式輻射管5在水平方向或豎直方向相互間隔設(shè)置，蓄熱式輻射管5的兩端分別設(shè)有燃燒器，兩個(gè)燃燒器交替點(diǎn)火燃燒，還原段12的側(cè)壁上設(shè)有與蓄熱式輻射管5相連通的燃?xì)馊肟?45和煙氣出口146。

例如，在圖1的示例中，多個(gè)蓄熱式輻射管5在豎直方向上間隔設(shè)置，燃燒器分別設(shè)置在蓄熱式輻射管5的上端和下端。其中，蓄熱式輻射管5工作時(shí)，其中一端(例如，圖1中的上端)的燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)形成溫度梯度(例如，自上而下蓄熱式輻射管5內(nèi)的溫度逐漸降低)。類(lèi)似地，在另一端(例如，圖1中的下端)燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)也形成溫度梯度(例如，自下而上蓄熱式輻射管5內(nèi)的溫度逐漸降低)。當(dāng)兩端的燃燒器交替進(jìn)行燃燒時(shí)，形成的兩個(gè)溫度梯度疊加，使得整個(gè)蓄熱式輻射管5整體溫度分布均勻，且提高了礦粉還原系統(tǒng)100的加熱效率。

具體地，單根蓄熱式輻射管58上的溫度差可以不高于30℃。由此，有效地保證了還原段12內(nèi)各區(qū)域溫度分布均勻，保證了還原反應(yīng)的穩(wěn)定性。

其中，在反應(yīng)器1內(nèi)部，多根蓄熱式輻射管5的排布方式可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整設(shè)計(jì)。同時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整蓄熱式輻射管5在水平方向和/或豎直方向上的個(gè)數(shù)、蓄熱式輻射管5的層數(shù)、蓄熱式輻射管5彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向)來(lái)控制加熱裝置的整體溫度。當(dāng)然，也可以通過(guò)控制每個(gè)蓄熱式輻射管5的溫度來(lái)控制加熱裝置的整體溫度。操作簡(jiǎn)單，且可以靈活控制、調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度范圍。

氣體分布器2設(shè)在進(jìn)料段11內(nèi)，位于進(jìn)料口141之下。氣體分布器2具有氣體進(jìn)口210和開(kāi)口朝上的氣體出口220，氣體進(jìn)口210和氣體出口220連通，氣體分布器2被構(gòu)造成將進(jìn)料段11內(nèi)下落的礦粉吹散以使礦粉分散地落入還原段12。氣體進(jìn)口210可以與吹散氣源連通。吹散氣體可以為還原性氣體或者惰性氣體。其中，當(dāng)吹散氣體為還原性氣體時(shí)，吹散氣體優(yōu)選為與礦粉發(fā)生還原反應(yīng)的還原氣體的成分相同。具體地，氣體進(jìn)口210的開(kāi)口朝向正上方或者傾斜向上。由此，氣流可以與礦粉逆流接觸，從而可以打散下落的礦粉。

例如，礦粉通過(guò)進(jìn)料口141進(jìn)入進(jìn)料段11后，在自身重力的作用下下落，在下落過(guò)程中，氣體出口220處的氣體可以將下落的礦粉吹散，使得礦粉分散地下落至還原段12內(nèi)?？蛇x地，氣體分布器2可以將進(jìn)料段11內(nèi)下落的礦粉均勻吹散以使礦粉均勻地散落至還原段12內(nèi)。

由此，可以通過(guò)氣體分布器2將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應(yīng)速率和還原氣體的利用率，提高了礦粉還原系統(tǒng)100的生產(chǎn)效率且降低了礦粉還原系統(tǒng)100的能耗。另外，由于礦粉的粒徑較小，比表面積大，礦粉與還原氣體之間的反應(yīng)速率大，同時(shí)采用直接加熱的方式使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體加熱再通入還原腔室的方式，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)施例的礦粉還原系統(tǒng)100，通過(guò)在反應(yīng)器1內(nèi)設(shè)置氣體分布器2，可以通過(guò)氣體分布器2將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應(yīng)速率，提高了還原氣體的利用率和系統(tǒng)熱量的利用率，提高了礦粉還原系統(tǒng)100的生產(chǎn)效率且降低了礦粉還原系統(tǒng)100的能耗。同時(shí)通過(guò)將進(jìn)料口141、還原尾氣出口142、還原氣入口143和出料口144從上至下依次間隔設(shè)置在反應(yīng)器1上，可以充分利用礦粉還原系統(tǒng)100中的熱量，提供了熱利用率，降低了能耗和運(yùn)行成本。

此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100可以處理粉狀物料、直接對(duì)礦粉進(jìn)行還原，一方面，省去工序繁瑣的造塊流程；另一方面，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、傳質(zhì)和反應(yīng)速率加快，礦粉的處理量顯著增大，且可以使還原反應(yīng)進(jìn)行的較為徹底，提高了還原均衡度；再一方面，在反應(yīng)器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(guò)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，本發(fā)明實(shí)施例中的礦粉還原系統(tǒng)100只需控制反應(yīng)器1內(nèi)的溫度，操作簡(jiǎn)單，且可以避免流態(tài)化還原方法中“粘結(jié)失流”現(xiàn)象造成的停工。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，氣體分布器2包括：主流道21和多個(gè)分流道22，主流道21上設(shè)有氣體進(jìn)口210，每個(gè)分流道22與主流道21連通，每個(gè)分流道22上設(shè)有至少一個(gè)氣體出口220。例如，參照1并結(jié)合圖2，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，主流道21沿水平方向延伸，具體地，主流道21可以形成為沿反應(yīng)器1的徑向延伸的長(zhǎng)條形流道，氣體出口220可以為兩個(gè)且分別形成在主流道21的長(zhǎng)度方向的兩端。多個(gè)分流道22在主流道21的長(zhǎng)度方向上間隔設(shè)置，每個(gè)分流道22在主流道21的寬度方向上貫穿主流道21且每個(gè)分流道22被主流道21平分為兩段。由此，可以使得氣體出口220的分布均勻，從而可以保證礦粉在下落過(guò)程中被氣體出口220處的氣流均勻吹散，使得礦粉在反應(yīng)器1的橫截面上均勻分布下落。

可以理解的是，在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，多個(gè)分流道22也可以呈輻射狀分布，其具體布置方式可以根據(jù)氣體分布器2和反應(yīng)器1的規(guī)格型號(hào)調(diào)整設(shè)計(jì)，本發(fā)明對(duì)此不作具體限定。

可選地，每個(gè)分流道22上相鄰的兩個(gè)氣體出口220之間的間距可以相等，多個(gè)分流道22的長(zhǎng)度可以相等也可以不等。例如，在圖2的示例中，靠近主流道21兩端的分流道22長(zhǎng)度小于靠近主流道21中心的分流道22長(zhǎng)度，相應(yīng)地，靠近主流道21兩端的氣體出口220的數(shù)量小于靠近主流道21中心的氣體出口220的數(shù)量。也就是說(shuō)，靠近反應(yīng)器1中心的位置處氣體出口220的布置相對(duì)集中。由于礦粉在下落過(guò)程中，靠近反應(yīng)器1中心的物料的量較大，這樣可以提高氣體分布器2的吹散效果。

具體地，參照?qǐng)D2，分流道22的數(shù)量為11個(gè)，在從左向右的方向上，分流道22上的氣體出口220的數(shù)量分別為4、8、10、10、12、12、12、10、10、8、4。氣體分布器2形成為中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

例如，氣體先通過(guò)氣體進(jìn)口210進(jìn)入氣體分布器2的主流道21，再由主流道21進(jìn)入分流道22。分流道22內(nèi)的氣體在沿程流動(dòng)中，通過(guò)氣體出口220將氣體吹向氣體分布器2的上方，與礦粉逆流接觸，將下落的礦粉吹散。

根據(jù)本發(fā)明的一些進(jìn)一步實(shí)施例，至少一個(gè)氣體出口220處設(shè)有出氣管221，出氣管221的上端設(shè)有防堵部2211，防堵部2211的橫截面積在從下至上的方向上逐漸減小。也就是說(shuō)，可以在其中一部分氣體出口220上設(shè)置出氣管221，也可以在每個(gè)氣體出口220處均設(shè)置出氣管221，通過(guò)出氣管221將氣體吹向下落的礦粉。參照?qǐng)D4，出氣管221沿上下方向延伸，防堵部2211的頂部設(shè)有開(kāi)口。由此，可以增大氣體流出出氣管221的流速，增大氣流的沖擊力，有效地防止下落的礦粉堵塞氣體出口220。

可選地，防堵部2211形成為圓錐體形狀，防堵部2211的母線與其中心線之間的夾角α滿足：30°≤α≤60°。例如，夾角α可以滿足：α＝30°、α＝45°、α＝60°等。由此，可以使得吹散的礦粉順利下落，且可以進(jìn)一步地防止礦粉堵塞氣體出口220，提高了礦粉還原系統(tǒng)100的可靠性。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，分流道22的長(zhǎng)度為l，分流道22上的氣體出口220的總面積為s，l和s的比值滿足：8≤l/s≤10。由此，可以保證氣流能將下落的礦粉打散，同時(shí)可以保證分流道22的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，進(jìn)一步地提高了礦粉還原系統(tǒng)100的可靠性。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，相鄰兩個(gè)分流道22之間的間距d滿足：80mm≤d≤120mm。其具體數(shù)值可以根據(jù)反應(yīng)器1的規(guī)格型號(hào)調(diào)整設(shè)計(jì)。例如，相鄰兩個(gè)分流道22之間的間距d可以進(jìn)一步滿足：d＝80mm、d＝100mm、d＝120mm等。

根據(jù)本發(fā)明的一些進(jìn)一步實(shí)施例，參照?qǐng)D1，冷卻段13包括：風(fēng)冷段131和水冷段132，風(fēng)冷段131的側(cè)壁上設(shè)有還原氣入口143，風(fēng)冷段131內(nèi)設(shè)有與還原氣入口143連通的布風(fēng)板，水冷段132位于風(fēng)冷段131的下方，水冷段132的側(cè)壁上設(shè)有水冷壁1321。風(fēng)冷段131和水冷段132依次對(duì)得到的還原產(chǎn)物進(jìn)行冷卻處理。

參照?qǐng)D1，風(fēng)冷段131與還原段12連通，水冷段132與風(fēng)冷段131連通，其中，風(fēng)冷段131的橫截面積自上而下逐漸減小，出料口144形成在水冷段132的下端。布風(fēng)板上具有開(kāi)口向上的布?xì)饪?，從還原氣入口143進(jìn)入的還原氣體，在布風(fēng)板的作用下均勻地進(jìn)入反應(yīng)器1內(nèi)部。水冷壁1321可以設(shè)在水冷段132的外周壁或者內(nèi)周壁上，也可以同時(shí)設(shè)置在水冷段132的外周壁和內(nèi)周壁上。水冷壁1321內(nèi)具有流動(dòng)的水或蒸汽。

具體地，水冷壁1321包括流體入口1322和流體出口1323。由此，水或者水蒸汽通過(guò)流體入口1322進(jìn)入水冷壁1321內(nèi)部，然后從流體出口13232流出水冷壁1321，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水冷壁1321的冷卻降溫功能。

例如，熱態(tài)還原產(chǎn)物先由還原段12向下進(jìn)入風(fēng)冷段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1內(nèi)的常溫還原氣體，實(shí)現(xiàn)了還原性氣體的預(yù)熱和還原產(chǎn)物的初步降溫，得到預(yù)加熱的還原氣體和初步冷卻的還原產(chǎn)物。預(yù)熱后的還原性氣體溫度可達(dá)到300～600℃，初步降溫的還原產(chǎn)物溫度可以降至600～900℃。由此，風(fēng)冷段131的換熱處理，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱態(tài)還原產(chǎn)物的初步冷卻，又有利于預(yù)熱后的還原氣體進(jìn)入還原段12后快速升溫并反應(yīng)，充分利用了還原產(chǎn)物的熱量，減少生產(chǎn)過(guò)程的能量消耗，降低生產(chǎn)成本。

接著，初步冷卻的還原產(chǎn)物由于自身重力不斷下落進(jìn)入水冷段132，通過(guò)水冷壁1321吸收還原產(chǎn)物的熱量，進(jìn)行二次冷卻處理，風(fēng)冷后的還原產(chǎn)物經(jīng)過(guò)水冷區(qū)域后溫度降至常溫，預(yù)加熱的還原氣體不斷自由上升，進(jìn)入到還原段12對(duì)礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)。由此，降低了礦粉還原系統(tǒng)100的熱損耗，且提高了還原產(chǎn)物的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，反應(yīng)器1還包括：插板閥，插板閥設(shè)在進(jìn)料段11內(nèi)且位于氣體分布器2的上方，插板閥包括在上下方向上間隔設(shè)置的多個(gè)子插板閥，進(jìn)料時(shí)，相鄰的兩個(gè)子插板閥交替開(kāi)啟和關(guān)閉以對(duì)反應(yīng)器1進(jìn)行料封。

具體地，插板閥可以包括在上下方向上間隔設(shè)置的兩個(gè)子插板閥，上方的子插板閥為上插板閥31，下方的子插板閥為下插板閥32。

例如，進(jìn)料時(shí)，可以先打開(kāi)上插板閥31，礦粉經(jīng)由進(jìn)料口141下落至下插板閥32上，然后，關(guān)閉上插板閥31，打開(kāi)下插板閥32，使兩個(gè)插板閥之間的粉料依次經(jīng)氣體分布器2下落至還原段12，接著，關(guān)閉下插板閥32，打開(kāi)上插板閥31使堆積在上插板閥31上的粉料下落至下插板閥32上，如此反復(fù)進(jìn)行進(jìn)料，通過(guò)上插板閥31和下插板閥32的交替配合使用，保證了粉料在下落過(guò)程中反應(yīng)器1自始至終處于密封狀態(tài)，保證了還原反應(yīng)的順利進(jìn)行，而且在一定程度上避免了熱量流失，進(jìn)而提高礦粉還原系統(tǒng)100的工作效率。

根據(jù)本發(fā)明的一些進(jìn)一步實(shí)施例，反應(yīng)器1還包括布料件4，布料件4設(shè)在插板閥和氣體分布器2之間，布料件4上設(shè)有多個(gè)間隔設(shè)置的布料孔。具體地，布料件4可以為布料板、漏料錐、振動(dòng)篩中的任意一個(gè)，或者布料件4可以為布料板、漏料錐、振動(dòng)篩中的任意兩個(gè)的組合，或者布料件4可以為從上至下依次間隔設(shè)置的布料板、漏料錐、振動(dòng)篩。由此，兩個(gè)插板閥之間的粉料可以先經(jīng)布料件4下落至還原段12，通過(guò)布料件4初步分散下落的礦粉，然后再通過(guò)氣體分布器2吹散從布料件4下落的礦粉，從而有效地提高了氣體分布器2的吹散效果，且可以避免礦粉堵塞氣體出口220。

根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，礦粉還原系統(tǒng)100還包括進(jìn)料系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，進(jìn)料系統(tǒng)包括原料倉(cāng)61和斗提62，其中，斗提62的一端(例如，圖1中的下端)與原料倉(cāng)61連通，另一端(例如，圖1中的上端)與進(jìn)料口141連通。例如，斗提62可以傾斜向上延伸。由此，可以通過(guò)斗提62將原料倉(cāng)61內(nèi)的礦粉運(yùn)送至反應(yīng)器1內(nèi)。

出料系統(tǒng)包括螺旋出料機(jī)63，螺旋出料機(jī)63設(shè)在出料口144處。從而可以方便地將還原產(chǎn)物輸送至反應(yīng)器1的外部。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100，加快了還原反應(yīng)速率，提高了還原氣體的利用率和系統(tǒng)熱量的利用率，提高了礦粉還原系統(tǒng)100的生產(chǎn)效率且降低了礦粉還原系統(tǒng)100的能耗。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100的還原方法，礦粉還原系統(tǒng)100為根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100，還原方法包括如下步驟：

通過(guò)還原氣入口143向還原段12內(nèi)通入還原氣體，控制加熱裝置工作以對(duì)還原段12內(nèi)的還原反應(yīng)提供熱量；

向進(jìn)料段11加入礦粉；

向氣體分布器2內(nèi)通入吹散氣體，從氣體出口220流出的氣體將進(jìn)料段11內(nèi)下落的礦粉吹散以使礦粉分散地落入還原段12內(nèi)與還原氣體發(fā)生還原反應(yīng)；

礦粉與還原氣體發(fā)生反應(yīng)生成的還原產(chǎn)物從出料口144排出，反應(yīng)后的還原氣體從還原尾氣出口142排出。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100的還原方法，可以通過(guò)氣體分布器2將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應(yīng)速率，提高了還原氣體的利用率和系統(tǒng)熱量的利用率，提高了礦粉還原系統(tǒng)100的生產(chǎn)效率且降低了礦粉還原系統(tǒng)100的能耗。同時(shí)，還原方法操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行過(guò)程易于控制。

下面參照?qǐng)D1-圖4描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的礦粉還原系統(tǒng)100的操作方法。

1)礦粉經(jīng)由反應(yīng)器1頂部的進(jìn)料段11添加到反應(yīng)器1中。首先，打開(kāi)上插板閥31，礦粉經(jīng)由進(jìn)料口141下落至下插板閥32上，然后，關(guān)閉上插板閥31，打開(kāi)下插板閥32，使兩個(gè)插板閥之間的粉料經(jīng)由布料件4下落，向氣體分布器2內(nèi)通入吹散氣體，從氣體出口220流出的氣體將進(jìn)料段11內(nèi)下落的礦粉吹散以使礦粉分散地落入還原段12內(nèi)與還原氣體發(fā)生還原反應(yīng)；接著，關(guān)閉下插板閥32，打開(kāi)上插板閥31使堆積在上插板閥31上的粉料下落至下插板閥32上，如此反復(fù)進(jìn)行進(jìn)料，通過(guò)上插板閥31和下插板閥32的交替配合使用，保證了粉料在下落過(guò)程中反應(yīng)器1自始至終處于密封狀態(tài)。

2)礦粉在反應(yīng)器1中部的還原段12進(jìn)行還原處理。在加熱裝置的加熱作用下，還原段12內(nèi)爐膛溫度較高(優(yōu)選的，還原段12的爐膛被加熱系統(tǒng)加熱至900-1200℃)，為還原反應(yīng)的進(jìn)行提供有利條件。礦粉下落到還原段12，還原氣體經(jīng)由冷卻段13進(jìn)行預(yù)加熱(還原氣體被預(yù)熱至300-600℃)后自由上升到還原段12，兩者以對(duì)流的方式發(fā)生沖擊碰撞，充分接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到還原產(chǎn)物和還原尾氣；得到的還原產(chǎn)物由于自身重力不斷下落，經(jīng)由還原段12的底部排放到冷卻段13進(jìn)行冷卻處理；得到的還原尾氣不斷自由上升，經(jīng)由還原段12的頂部排出，然后經(jīng)由位于反應(yīng)器1頂部側(cè)壁的還原尾氣出口142排放到洗滌冷卻裝置中。其中，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(guò)程。

3)礦粉在反應(yīng)器1底部的冷卻段13進(jìn)行冷卻處理。還原段12得到的還原產(chǎn)物為熱態(tài)還原產(chǎn)物，首先，進(jìn)入風(fēng)冷段131進(jìn)行初步降溫處理，即所述熱態(tài)還原產(chǎn)物與剛經(jīng)由布風(fēng)板均勻進(jìn)入反應(yīng)器1內(nèi)的常溫還原氣體之間進(jìn)行換熱，使得熱態(tài)還原產(chǎn)物的溫度降至600-900℃，與此同時(shí)，還原氣體被預(yù)熱至300-600℃；然后，經(jīng)由初步降溫處理的還原產(chǎn)物進(jìn)入水冷段132進(jìn)行二次降溫處理，即經(jīng)由初步降溫處理的還原產(chǎn)物經(jīng)過(guò)水冷壁1321時(shí)的換熱處理，使得分布在反應(yīng)器1底端四周的水冷壁1321能夠有效地吸收爐膛中還原產(chǎn)物的熱量，得到溫度降至常溫的還原產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)還原產(chǎn)物的二次降溫。得到的常溫還原產(chǎn)物經(jīng)由反應(yīng)器1的出料口144排出。

下面描述利用本發(fā)明實(shí)施例中礦粉還原系統(tǒng)100對(duì)鐵礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)條件和具體步驟：

實(shí)施例一：

物料：鐵精礦鐵品位為65％，鐵礦粉顆粒粒徑小于0.074mm的比例不少于80％；

還原氣體中co體積分?jǐn)?shù)為80％，h2體積分?jǐn)?shù)為15％。

反應(yīng)條件：鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置反應(yīng)區(qū)輻射管溫度設(shè)為950℃。

還原方法的步驟：

將鐵精礦從進(jìn)料口141加入反應(yīng)器1；

將惰性氣體通入氣體分布器2；

將常溫還原氣體從鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進(jìn)行還原反應(yīng)；

還原氣在上升過(guò)程中被蓄熱式輻射管5加熱升溫，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)鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置上部的還原尾氣出口142排出反應(yīng)器1；

反應(yīng)生成的金屬化粉料經(jīng)出料口144排出。

產(chǎn)物：金屬化率為95％的金屬化粉料鐵。

實(shí)施例二：

物料：所述鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小于1mm的比例不少于80％；還原氣體中co體積分?jǐn)?shù)為60％，h2體積分?jǐn)?shù)為30％；

反應(yīng)條件：鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置反應(yīng)區(qū)輻射管溫度設(shè)為950℃。

還原方法的步驟：

將鐵精礦從進(jìn)料口141加入反應(yīng)器1；

將惰性氣體通入氣體分布器2；

將常溫還原氣體從鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進(jìn)行還原反應(yīng)；

還原氣在上升過(guò)程中被蓄熱式輻射管5加熱升溫，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)鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置上部的還原尾氣出口142排出反應(yīng)器1；

反應(yīng)生成的金屬化粉料經(jīng)出料口144排出。

產(chǎn)物：金屬化率為95％的金屬化粉料鐵。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“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(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)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。