一種礦粉快速還原系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦粉還原系統(tǒng)，特別涉及一種礦粉快速還原系統(tǒng)。

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，是轉(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，包括豎爐法、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)逆向運動，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、還原及冷卻三個階段。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，先加熱到760～900℃，在豎爐還原段下部通入，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，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，hyl法采用了4個反應(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，在停止通氣的環(huán)境下，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，雖系間斷作業(yè)，生產(chǎn)率并不低。缺點是煤氣利用差，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，并且由于礦石粒度小而能加速還原。缺點是細(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)，碳素沉析妨礙正常操作。

因此，如何設(shè)計一種適用于礦粉的、工藝簡單的快速還原反應(yīng)系統(tǒng)成為本領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種針對粉狀礦石生產(chǎn)直接還原鐵的快速還原系統(tǒng)，裝置內(nèi)溫度分布均勻，采用還原尾氣循環(huán)利用的方法，實現(xiàn)了還原氣資源的循環(huán)利用，采用多層進(jìn)風(fēng)口，還原氣分布更加均勻，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種礦粉快速還原系統(tǒng)，包括：快速還原反應(yīng)器、加熱系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)，其中：

所述進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器進(jìn)料口的上方，所述出料系統(tǒng)設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器出料口的下方，所述加熱系統(tǒng)設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器爐的還原段內(nèi)；

所述還原氣系統(tǒng)包括：還原氣處理裝置、加熱裝置、風(fēng)機(jī)、還原氣儲罐閥門、還原氣儲罐，其中，所述還原氣處理裝置分別與所述快速還原反應(yīng)器的還原尾氣出口和所述加熱裝置連接，所述加熱裝置與所述反應(yīng)器側(cè)壁上設(shè)置的還原氣二次進(jìn)氣口連接，所述風(fēng)機(jī)出氣管與所述反應(yīng)器還原段底部的入氣口連接；

所述還原氣儲罐的氣體出口經(jīng)所述還原氣儲罐閥門分別與所述加熱裝置連接和所述風(fēng)機(jī)入氣管連接，用于將還原氣儲罐內(nèi)的一部分還原氣與經(jīng)所述還原氣處理裝置處理后的還原尾氣加熱后，通過所述還原氣二次進(jìn)氣口通入反應(yīng)器的還原段，并將另一部分還原氣通入所述反應(yīng)器冷卻段底部。

進(jìn)一步的，所述還原氣處理裝置包括洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置，所述洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置依次連接，用于將還原尾氣經(jīng)洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置處理后送至加熱裝置加熱。

進(jìn)一步的，所述加熱系統(tǒng)包括中心氣體管和沿所述反應(yīng)器高度方向布置的多層蓄熱式輻射管，每層設(shè)有多根位于同一水平面上的u型蓄熱式輻射管，中心氣體管縱向設(shè)置于還原段的中心軸線上，所述u型蓄熱式輻射管沿所述中心氣體管圓周環(huán)布且與中心氣體管道相連通，上下兩層中的所述u型蓄熱式輻射管以相對旋轉(zhuǎn)角度的方式設(shè)置使得各層u型蓄熱式輻射管不重疊，所述中心氣管分別與快速還原反應(yīng)器的空氣入口、燃?xì)馊肟诤统鰺熆谶B接。

進(jìn)一步的，所述相對旋轉(zhuǎn)角度為0°-180°/n，其中n為所述每層蓄熱式輻射管的數(shù)量；所述設(shè)置在中心氣管上輻射管的至少為5層、每層至少設(shè)置2個u型蓄熱式輻射管。

進(jìn)一步的，還包括一層或多層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口，所述多層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口沿所述反應(yīng)器高度方向間隔分布在所述反應(yīng)器的側(cè)壁上且位于所述還原段的底部并沿反應(yīng)器周向設(shè)置；各層的所述還原氣二次進(jìn)風(fēng)口設(shè)有多個長短不同的噴嘴，所述噴嘴沿所述反應(yīng)器的側(cè)壁圓周交替環(huán)布，用于控制還原氣在所述反應(yīng)器內(nèi)腔中徑向上的分布。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)料系統(tǒng)包括：斗提和進(jìn)料螺旋，所述斗提將原料倉中的礦粉提升至所述進(jìn)料螺旋內(nèi)，所述進(jìn)料螺旋設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器進(jìn)料口的上方。

進(jìn)一步的，所述出料系統(tǒng)包括熱壓塊裝置和冷卻裝置，所述熱壓塊裝置所述快速還原反應(yīng)器出料口連接，用于將粉狀還原產(chǎn)物變成塊狀還原產(chǎn)物，所述熱壓塊裝置與所述冷卻裝置連接，冷卻后的還原產(chǎn)物被運至儲料倉存儲。

進(jìn)一步的，還包括布風(fēng)板，所述布風(fēng)板設(shè)置于反應(yīng)器冷卻段底部，并與所述風(fēng)機(jī)出氣管連接，用于將氣體通過布風(fēng)板通入快速還原反應(yīng)器冷卻段底部。

進(jìn)一步的，還包括氮氣儲罐，所述氮氣儲罐經(jīng)氮氣儲罐閥門與所述風(fēng)機(jī)入氣管連接。

同時，本發(fā)明提供了一種礦粉快速還原系統(tǒng)對礦粉進(jìn)行處理的方法，包括以下步驟：

a.試驗前檢查及氣密性試驗，確認(rèn)整個系統(tǒng)具備正常生產(chǎn)條件，并保證整個管線的密封性；

b.氮氣吹掃：關(guān)閉還原氣進(jìn)氣閥門，打開氮氣進(jìn)氣閥門，然后打開風(fēng)機(jī)，氮氣進(jìn)入快速還原反應(yīng)器中進(jìn)行空氣置換，保證整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中；

c.當(dāng)?shù)獨獯祾咄戤吅螅O(shè)置反應(yīng)器中各區(qū)的輻射管溫度，通過調(diào)整通入蓄熱式輻射管的燃?xì)獾牧髁浚瑢崿F(xiàn)對還原過程的精確控溫；

d.當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)各區(qū)溫度達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，關(guān)閉氮氣進(jìn)氣閥門，打開還原氣進(jìn)氣閥門，還原氣體進(jìn)入反應(yīng)器還原段，之后再將礦粉從反應(yīng)器頂部加入，從反應(yīng)器還原段底部通入經(jīng)加熱裝置加熱后的還原性氣體，與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)，一部分還原氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入快速還原反應(yīng)器的冷卻段，對還原產(chǎn)物進(jìn)行冷卻而后上升至還原段與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)；

e.反應(yīng)生成的熱態(tài)還原產(chǎn)物從反應(yīng)器底部排出，并經(jīng)過熱壓成塊裝置形成塊狀產(chǎn)物，最后經(jīng)過冷卻后送入儲料罐中進(jìn)行保存；

f.參加還原反應(yīng)后的還原尾氣從反應(yīng)器頂部排出，經(jīng)過洗滌除塵冷卻后，再通入所述加熱裝置中。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)實現(xiàn)了粉狀礦石生產(chǎn)直接進(jìn)行還原鐵的快速還原，流程簡單。

(1)礦粉快速還原裝置橫截面為圓形，相比方形裝置，在礦粉均勻分布、裝置加壓方面有明顯優(yōu)勢。

(2)還原氣加熱裝置采用多層輻射管、每層輻射管設(shè)置多個u型輻射管，使裝置內(nèi)溫度分布更加均勻。

(3)還原尾氣循環(huán)利用方法，實現(xiàn)了還原氣的循環(huán)利用。

(4)有一層或多層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入礦粉快速還原裝置，配合圓形橫截面礦粉快速還原裝置，可使裝置內(nèi)還原氣分布更加均勻。

(5)還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)分為兩股還原氣分別進(jìn)入反應(yīng)器的冷卻段和還原段。進(jìn)入冷卻段的還原氣與還原產(chǎn)物實現(xiàn)逆向熱交換，有效提高系統(tǒng)熱利用率，同時降低還原產(chǎn)物被氧化的風(fēng)險；進(jìn)入還原段的熱態(tài)還原氣使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻，同時也補充了向上運動的還原氣量，另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)內(nèi)部加熱輻射管示意圖。

圖3為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)進(jìn)氣管俯視圖。

圖4為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)進(jìn)氣管側(cè)視圖。

其中，1原料倉、2斗提、3進(jìn)料螺旋、4快速還原反應(yīng)器、5蓄熱式輻射管、6布風(fēng)板、7風(fēng)機(jī)、8還原氣儲罐閥門、9氮氣儲罐閥門、10還原氣儲罐、11氮氣儲罐、12洗滌冷卻裝置、13壓縮裝置、14脫碳裝置、15熱壓塊裝置、16冷卻裝置、17儲料倉、18燃?xì)狻?9空氣、20煙氣、21進(jìn)料口、22還原尾氣出口、23加熱裝置24u形輻射管、25中心氣管、26第一層噴嘴、27第二層噴嘴。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種礦粉快速還原系統(tǒng)，圖1為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示,包括：快速還原反應(yīng)器4、加熱系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)，其中，所述進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器進(jìn)料口的上方，所述出料系統(tǒng)設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器4出料口的下方，所述加熱系統(tǒng)設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器爐的還原段內(nèi)；所述還原氣系統(tǒng)包括：還原氣處理裝置、加熱裝置、風(fēng)機(jī)7、還原氣儲罐閥門8、還原氣儲罐10，其中，所述還原氣處理裝置分別與所述快速還原反應(yīng)器的還原尾氣出口22和所述加熱裝置23連接，所述加熱裝置23與所述反應(yīng)器側(cè)壁上設(shè)置的還原氣二次進(jìn)氣口連接，所述風(fēng)機(jī)出氣管與所述反應(yīng)器還原段底部的入氣口連接；所述還原氣儲罐的氣體出口經(jīng)所述還原氣儲罐閥門分別與所述加熱裝置連接和所述風(fēng)機(jī)入氣管連接，用于將還原氣儲罐內(nèi)的一部分還原氣與經(jīng)所述還原氣處理裝置處理后的還原尾氣加熱后，通過所述還原氣二次進(jìn)氣口通入反應(yīng)器的還原段，并將另一部分還原氣通入所述反應(yīng)器冷卻段底部。

由此，還原產(chǎn)物與進(jìn)入冷卻段的還原氣實現(xiàn)逆向熱交換，有效提高系統(tǒng)熱利用率，同時降低還原產(chǎn)物被氧化的風(fēng)險；進(jìn)入還原段的熱態(tài)還原氣使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻，同時也補充了向上運動的還原氣量，另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，如圖1所示，所述還原氣處理裝置包括洗滌冷卻裝置12、壓縮裝置13和脫碳裝置14，所述洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置依次連接，用于將還原尾氣經(jīng)洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置處理后送至加熱裝置加熱。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，圖2為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)內(nèi)部加熱輻射管示意圖，如圖2所示，所述加熱系統(tǒng)包括中心氣體管和沿所述反應(yīng)器高度方向布置的多層蓄熱式輻射管5，每層設(shè)有多根位于同一水平面上的u型蓄熱式輻射管24，所述中心氣體管縱向設(shè)置于還原段的中心軸線上，所述u型蓄熱式輻射管沿所述中心氣體管圓周環(huán)布且與中心氣體管道相連通，需要注意的是，上下兩層中的所述u型蓄熱式輻射管24以相對旋轉(zhuǎn)角度的方式設(shè)置使得各層u型蓄熱式輻射管不重疊，所述中心氣管分別與快速還原反應(yīng)器的空氣入口、燃?xì)馊肟诤统鰺熆谶B接。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，u型輻射管24的在還原反應(yīng)器的內(nèi)的分布以保證反應(yīng)器內(nèi)部受熱均勻為宜，優(yōu)選的，所述u型輻射管的相對對旋轉(zhuǎn)角度為0°-180°/n，其中n為所述每層蓄熱式輻射管5的數(shù)量；所述設(shè)置在中心氣管上輻射管的至少為5層、每層至少設(shè)置2個u型蓄熱式輻射管。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，如圖3和圖4所示，為了保證進(jìn)入快速還原反應(yīng)器內(nèi)還原氣分布均勻，在本發(fā)明的一些具體實施方式中，還包括一層或多層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口，所述多層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口沿所述反應(yīng)器高度方向間隔分布在所述反應(yīng)器的側(cè)壁上且位于所述還原段的底部并沿反應(yīng)器周向設(shè)置；需要注意的是，各層的所述還原氣二次進(jìn)風(fēng)口設(shè)有多個長短不同的噴嘴，所述噴嘴沿所述反應(yīng)器的側(cè)壁圓周交替環(huán)布，用于控制還原氣在所述反應(yīng)器內(nèi)腔中徑向上的分布。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，進(jìn)料系統(tǒng)的選擇可根據(jù)工廠車間的設(shè)施情況自行設(shè)置，例如，可采用數(shù)控中心控制的自動化進(jìn)料裝置，在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述進(jìn)料系統(tǒng)包括：斗提2和進(jìn)料螺旋3，所述斗提2將原料倉1中的礦粉提升至所述進(jìn)料螺旋3內(nèi)，所述進(jìn)料螺旋3設(shè)置在所述快速還原反應(yīng)器4進(jìn)料口的上方。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，經(jīng)還原反應(yīng)器的出料口排出得到的還原產(chǎn)物的用途廣泛，可進(jìn)行更深層次的加工，也可進(jìn)行儲存，在本發(fā)明的一些具體實施方式中，所述出料系統(tǒng)包括熱壓塊裝置15和冷卻裝置16，所述熱壓塊裝置所述快速還原反應(yīng)器出料口連接，用于將粉狀還原產(chǎn)物變成塊狀還原產(chǎn)物，所述熱壓塊裝置與所述冷卻裝置連接，冷卻后的還原產(chǎn)物被運至儲料倉17存儲,運輸過程中避免了還原產(chǎn)物的二次氧化。

相應(yīng)的，快速還原反應(yīng)器4橫截面為圓形，可分為進(jìn)料段、還原段和冷卻段。相比方形橫截面裝置，圓形橫截面裝置抗壓能力較強(qiáng)，可滿足反應(yīng)裝置內(nèi)加壓的需要，其中，進(jìn)料段位于反應(yīng)器4頂部；還原段位于進(jìn)料段和冷卻段之間，冷卻段呈錐形，位于反應(yīng)器4底部，便于粉狀物料滑落至產(chǎn)物出口，避免產(chǎn)物局部堆積。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，為了使氮氣和還原氣在進(jìn)入反應(yīng)器時都能盡可能的均勻分布，在本發(fā)明的具體實施方式中，還包括布風(fēng)板，所述布風(fēng)板設(shè)置于反應(yīng)器冷卻段底部，并與所述風(fēng)機(jī)出氣管連接，用于將風(fēng)機(jī)的氣體通過布風(fēng)板通入快速還原反應(yīng)器冷卻段底部,在還原氣進(jìn)入反應(yīng)器之前，要對整個系統(tǒng)進(jìn)行氮氣吹掃，用于保證整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，選用的穩(wěn)定氣體對整個系統(tǒng)進(jìn)行清掃并無特定要求，優(yōu)選的，考慮到價格和獲取的難易程度，優(yōu)選的，本發(fā)明還包括氮氣儲罐，所述氮氣儲罐經(jīng)氮氣儲罐閥門與所述風(fēng)機(jī)7入氣管連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種的礦粉快速還原系統(tǒng)對礦粉進(jìn)行處理的方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.試驗前檢查及氣密性試驗，確認(rèn)整個系統(tǒng)具備正常生產(chǎn)條件，并保證整個管線的密封性；

b.氮氣吹掃：關(guān)閉還原氣進(jìn)氣閥門，打開氮氣進(jìn)氣閥門，然后打開風(fēng)機(jī)，氮氣進(jìn)入快速還原反應(yīng)器中進(jìn)行空氣置換，保證整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中；

c.當(dāng)?shù)獨獯祾咄戤吅?，設(shè)置反應(yīng)器中各區(qū)的輻射管溫度，通過調(diào)整通入蓄熱式輻射管的燃?xì)獾牧髁浚瑢崿F(xiàn)對還原過程的精確控溫；

d.當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)各區(qū)溫度達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，關(guān)閉氮氣進(jìn)氣閥門，打開還原氣進(jìn)氣閥門，還原氣體進(jìn)入反應(yīng)器還原段，之后再將礦粉從反應(yīng)器頂部加入，從反應(yīng)器還原段底部通入經(jīng)加熱裝置加熱后的還原性氣體，與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)，一部分還原氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入快速還原反應(yīng)器的冷卻段，對還原產(chǎn)物進(jìn)行冷卻而后上升至還原段與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)；

e.反應(yīng)生成的熱態(tài)還原產(chǎn)物從反應(yīng)器底部排出，并經(jīng)過熱壓成塊裝置形成塊狀產(chǎn)物，最后經(jīng)過冷卻后送入儲料罐中進(jìn)行保存；

f.參加還原反應(yīng)后的還原尾氣從反應(yīng)器頂部排出，經(jīng)過洗滌除塵冷卻后，再通入所述加熱裝置中。

實施例一

本實施例包括以下結(jié)構(gòu)：

快速還原反應(yīng)器：快速還原反應(yīng)器4橫截面為圓形，可分為進(jìn)料段、還原段和冷卻段，相比方形橫截面裝置，圓形橫截面裝置抗壓能力較強(qiáng)，可滿足反應(yīng)裝置內(nèi)加壓的需要。其中，進(jìn)料段位于反應(yīng)器4頂部；還原段位于進(jìn)料段和冷卻段之間，其內(nèi)部沿著快速還原反應(yīng)器的高度方向多層布置蓄熱式輻射管5，每層具有多根在水平方向上彼此平行的蓄熱式輻射管5，冷卻段呈錐形，位于反應(yīng)器4底部，便于粉狀物料滑落至產(chǎn)物出口，避免產(chǎn)物局部堆積；在反應(yīng)器4的冷卻段內(nèi)部設(shè)置有布風(fēng)板6，還原性氣體由此均勻進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，與礦粉發(fā)生還原反應(yīng)。另外，反應(yīng)器4頂部的側(cè)壁上還設(shè)置有還原尾氣出口22，其排出管道連接洗滌塔12的進(jìn)氣管。

加熱系統(tǒng)：加熱系統(tǒng)由5層蓄熱式輻射管5組成，該蓄熱式輻射管可以為燃?xì)庑顭崾捷椛涔?，即進(jìn)入蓄熱式輻射管中的燃?xì)?8和空氣19發(fā)生燃燒反應(yīng)，由此產(chǎn)生的熱量主要以輻射的方式將熱量傳遞給反應(yīng)器4中礦粉和還原性氣體，使其發(fā)生還原反應(yīng)獲得還原產(chǎn)物。燃燒后的煙氣20從蓄熱式輻射管排出。蓄熱式輻射管內(nèi)的燃?xì)饬鲃酉到y(tǒng)與反應(yīng)器內(nèi)的還原氣流動系統(tǒng)彼此隔絕，不會影響反應(yīng)器內(nèi)的還原過程。通過調(diào)節(jié)通入蓄熱式輻射管的燃?xì)饬髁靠梢跃_控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度場，由此可以控制反應(yīng)器內(nèi)溫度場個數(shù)以及溫度梯度，實現(xiàn)對反應(yīng)器內(nèi)還原過程的精確控溫。每層輻射管由3個u型輻射管連接在中心氣體管道上，u型輻射管在圓周上均勻排布。為使下落的礦粉分布更加均勻，上下兩層輻射管可相對旋轉(zhuǎn)45度。

進(jìn)出料系統(tǒng)：進(jìn)出料系統(tǒng)包括礦粉進(jìn)料系統(tǒng)和還原產(chǎn)物出料系統(tǒng)兩部分。原料倉1中的礦粉經(jīng)過斗提2提升至位于反應(yīng)器4頂部的進(jìn)料螺旋3，在其作用下，礦粉由進(jìn)料口21進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4中。經(jīng)過反應(yīng)器內(nèi)快速還原過程后，生成的還原產(chǎn)物熱態(tài)出料，并在熱壓塊裝置15下由粉狀變成塊狀產(chǎn)物，由此可以減小還原產(chǎn)物與空氣的接觸面積，減少還原產(chǎn)物的氧化。另外，塊狀產(chǎn)物便于運輸，塊狀產(chǎn)物經(jīng)過冷卻裝置16后送至儲料倉17進(jìn)行保存。

還原氣系統(tǒng)：在還原氣進(jìn)入反應(yīng)器4之前需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行氮氣吹掃，以保證整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中。氮氣吹掃時，關(guān)閉還原氣進(jìn)氣閥門8，打開氮氣進(jìn)氣閥門9，然后打開風(fēng)機(jī)7，使氮氣儲罐11中的氮氣進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4中；氮氣吹掃完畢后，關(guān)閉氮氣進(jìn)氣閥門9，打開還原氣進(jìn)氣閥門8，還原氣儲罐10中的還原氣分為兩股分別進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4中。其中，一股還原氣通過風(fēng)機(jī)7從布風(fēng)板6均勻進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4的冷卻段。在冷卻段，還原氣與還原產(chǎn)物實現(xiàn)逆向熱交換(二者運動方向相反)，還原產(chǎn)物溫度降低，而還原氣獲得熱量溫度升高，有效提高系統(tǒng)熱利用率，同時降低還原產(chǎn)物被氧化的風(fēng)險；另一股還原氣在加熱裝置23的作用下變成溫度為800～1000℃的熱態(tài)還原氣，直接進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4的還原段。需要說明的是，反應(yīng)器側(cè)壁一周環(huán)布著多個還原氣的二次進(jìn)風(fēng)口，熱態(tài)還原氣由此側(cè)向進(jìn)入反應(yīng)器，使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻，同時也補充了向上運動的還原氣量，更有利于還原反應(yīng)。另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。參與反應(yīng)后的還原尾氣從還原尾氣出口22排出，分別進(jìn)入洗滌冷卻裝置12，壓縮裝置13、脫碳裝置14處理后，得到未反應(yīng)的還原氣，經(jīng)由加熱裝置23進(jìn)入反應(yīng)器7。還原氣二次進(jìn)風(fēng)口示意見圖3和圖4。還原氣二次進(jìn)風(fēng)口可設(shè)置2層，每層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口噴嘴設(shè)置8個，各層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口噴嘴長短不同，目的在于更好地控制還原氣在快速還原反應(yīng)裝置徑向上的分布。

將所述進(jìn)出料系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)與快速還原反應(yīng)器連接，加熱系統(tǒng)設(shè)置在快速還原反應(yīng)器內(nèi)后，進(jìn)行礦粉的快速還原反應(yīng)，依次進(jìn)行以下步驟，得到的金屬化粉料鐵的金屬化率為91％。

1.還原氣體進(jìn)入反應(yīng)器還原段，然后將鐵精礦從鐵礦粉快速還原裝置頂部加入，其中，所述鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小于0.074mm的比例不少于80％，鐵礦粉快速還原裝置中蓄熱式輻射管溫度設(shè)為950℃；

2.將還原尾氣中經(jīng)過除塵、加壓、脫碳后得到的未反應(yīng)還原氣加熱，得到900℃熱態(tài)還原氣，從反應(yīng)器側(cè)壁上的二次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入還原段；所述未反應(yīng)還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為55％，h2體積分?jǐn)?shù)為35％；

3.將一股新制還原氣從鐵礦粉快速還原裝置底部通入，與還原產(chǎn)物實現(xiàn)逆向熱交換；所述新制還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管加熱的作用升溫，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還原尾氣出口排出反應(yīng)裝置；所述新制反應(yīng)還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為55％，h2體積分?jǐn)?shù)為35％；

4.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。

實施例二

快速還原反應(yīng)器：快速還原反應(yīng)器4橫截面為圓形，可分為進(jìn)料段、還原段和冷卻段，相比方形橫截面裝置，圓形橫截面裝置抗壓能力較強(qiáng)，可滿足反應(yīng)裝置內(nèi)加壓的需要。其中，進(jìn)料段位于反應(yīng)器4頂部；還原段位于進(jìn)料段和冷卻段之間，其內(nèi)部沿著快速還原反應(yīng)器的高度方向多層布置蓄熱式輻射管5，每層具有多根在水平方向上彼此平行的蓄熱式輻射管5，冷卻段呈錐形，位于反應(yīng)器4底部，便于粉狀物料滑落至產(chǎn)物出口，避免產(chǎn)物局部堆積；在反應(yīng)器4的冷卻段內(nèi)部設(shè)置有布風(fēng)板6，還原性氣體由此均勻進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，與礦粉發(fā)生還原反應(yīng)。另外，反應(yīng)器4頂部的側(cè)壁上還設(shè)置有還原尾氣出口22，其排出管道連接洗滌塔12的進(jìn)氣管。

加熱系統(tǒng)：加熱系統(tǒng)由5層蓄熱式輻射管5組成，該蓄熱式輻射管可以為燃?xì)庑顭崾捷椛涔?，即進(jìn)入蓄熱式輻射管中的燃?xì)?8和空氣19發(fā)生燃燒反應(yīng)，由此產(chǎn)生的熱量主要以輻射的方式將熱量傳遞給反應(yīng)器4中礦粉和還原性氣體，使其發(fā)生還原反應(yīng)獲得還原產(chǎn)物。燃燒后的煙氣20從蓄熱式輻射管排出。蓄熱式輻射管內(nèi)的燃?xì)饬鲃酉到y(tǒng)與反應(yīng)器內(nèi)的還原氣流動系統(tǒng)彼此隔絕，不會影響反應(yīng)器內(nèi)的還原過程。通過調(diào)節(jié)通入蓄熱式輻射管的燃?xì)饬髁靠梢跃_控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度場，由此可以控制反應(yīng)器內(nèi)溫度場個數(shù)以及溫度梯度，實現(xiàn)對反應(yīng)器內(nèi)還原過程的精確控溫。每層輻射管由3個u型輻射管連接在中心氣體管道上，u型輻射管在圓周上均勻排布。為使下落的礦粉分布更加均勻，上下兩層輻射管可相對旋轉(zhuǎn)45度。

進(jìn)出料系統(tǒng)：進(jìn)出料系統(tǒng)包括礦粉進(jìn)料系統(tǒng)和還原產(chǎn)物出料系統(tǒng)兩部分。原料倉1中的礦粉經(jīng)過斗提2提升至位于反應(yīng)器4頂部的進(jìn)料螺旋3，在其作用下，礦粉由進(jìn)料口21進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4中。經(jīng)過反應(yīng)器內(nèi)快速還原過程后，生成的還原產(chǎn)物熱態(tài)出料，并在熱壓塊裝置15下由粉狀變成塊狀產(chǎn)物，由此可以減小還原產(chǎn)物與空氣的接觸面積，減少還原產(chǎn)物的氧化。另外，塊狀產(chǎn)物便于運輸。塊狀產(chǎn)物經(jīng)過冷卻裝置16后送至儲料倉17進(jìn)行保存。

還原氣系統(tǒng)：在還原氣進(jìn)入反應(yīng)器4之前需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行氮氣吹掃，以保證整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中。氮氣吹掃時，關(guān)閉還原氣進(jìn)氣閥門8，打開氮氣進(jìn)氣閥門9，然后打開風(fēng)機(jī)7，使氮氣儲罐11中的氮氣進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4中；氮氣吹掃完畢后，關(guān)閉氮氣進(jìn)氣閥門9，打開還原氣進(jìn)氣閥門8，還原氣儲罐10中的還原氣分為兩股分別進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4中。其中，一股還原氣通過風(fēng)機(jī)7從布風(fēng)板6均勻進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4的冷卻段。在冷卻段，還原氣與還原產(chǎn)物實現(xiàn)逆向熱交換(二者運動方向相反)，還原產(chǎn)物溫度降低，而還原氣獲得熱量溫度升高，有效提高系統(tǒng)熱利用率，同時降低還原產(chǎn)物被氧化的風(fēng)險；另一股還原氣在加熱裝置23的作用下變成溫度為800～1000℃的熱態(tài)還原氣，直接進(jìn)入快速還原反應(yīng)器4的還原段。需要說明的是，反應(yīng)器側(cè)壁一周環(huán)布著多個還原氣的二次進(jìn)風(fēng)口，熱態(tài)還原氣由此側(cè)向進(jìn)入反應(yīng)器，使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻，同時也補充了向上運動的還原氣量，更有利于還原反應(yīng)。另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。參與反應(yīng)后的還原尾氣從還原尾氣出口22排出，分別進(jìn)入洗滌冷卻裝置12，壓縮裝置13、脫碳裝置14處理后，得到未反應(yīng)的還原氣，經(jīng)由加熱裝置23進(jìn)入反應(yīng)器7。還原氣二次進(jìn)風(fēng)口示意見圖3和圖4。還原氣二次進(jìn)風(fēng)口可設(shè)置2層，每層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口噴嘴設(shè)置8個，各層還原氣二次進(jìn)風(fēng)口噴嘴長短不同，目的在于更好地控制還原氣在快速還原反應(yīng)裝置徑向上的分布。

將所述進(jìn)出料系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)與快速還原反應(yīng)器連接，加熱系統(tǒng)設(shè)置在快速還原反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行礦粉的快速還原反應(yīng)，依次進(jìn)行以下步驟，得到的金屬化粉料金屬化率為90％。

1.還原氣體進(jìn)入反應(yīng)器還原段，然后將鐵精礦從鐵礦粉快速還原裝置頂部加入；其中，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％；鐵礦粉快速還原裝置中，上部三分之一高度范圍內(nèi)輻射管設(shè)為900℃，下部三分之二高度范圍內(nèi)輻射管溫度設(shè)為950℃；

2.將還原尾氣中經(jīng)過除塵、加壓、脫碳后得到的未反應(yīng)還原氣加熱，得到900℃熱態(tài)還原氣，從反應(yīng)器側(cè)壁上的二次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入還原段；所述未反應(yīng)還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為55％，h2體積分?jǐn)?shù)為35％；

3.將一股新制還原氣從鐵礦粉快速還原裝置底部通入，與還原產(chǎn)物實現(xiàn)逆向熱交換；所述新制還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管加熱的作用升溫，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還原尾氣出口排出反應(yīng)裝置；所述新制反應(yīng)還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為55％，h2體積分?jǐn)?shù)為35％；

4.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；

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。