CN102002546B - 一种含铁物料悬浮还原装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含铁物料悬浮还原装置及工艺方法，属于钢铁冶金技术的气固相热交换和热反应领域。本发明的喷射还原炉中气、固两相向上并流，气固两相接触充分，传热、传质系数大，既能缩短含铁物料在系统中平均停留的时间，又能实现对粉状含铁物料的快速加热、还原及分离。本发明符合含铁物料还原的工艺要求，降低流体阻力损失和系统压降，均衡系统气流速度和压降，使系统平稳运行，为连续炼钢熔炼炉提供金属化率60％～90％的预还原含铁物料微粉，产量高，投资少，成本低。
Description
技术领域
本发明公开一种含铁物料悬浮还原装置及工艺，属于钢铁冶金技术的气固相热交换和热反应领域。
背景技术
自1932年捷克工程师M.Voel-Jorgensen首次提交了旋风悬浮预热器加热水泥生料粉的专利以来，使水泥窑的质量和产量大幅度提高，热耗明显下降，引起了各国水泥技术研究者和设备制造商的关注。委内瑞拉的FIOR公司和奥地利的奥钢联工程技术有限公司于20世纪90年代初联合开发成功FINMET工艺，该工艺是以铁矿粉为原料，以天然气为还原剂生产直接还原铁的流化床还原工艺，与其他工艺相比，FINMET工艺由于使用低成本的矿粉做原料，降低了生产成本。最后把还原铁粉制成热压块铁(HBI)。1996年澳大利亚BHP公司在西澳里德兰港建成第一坐FINMET工艺设备，于1999年2月生产热压块铁，产能250万吨/年。CIRCORED工艺(也称碳化铁工艺)由德国鲁奇公司开发，核心设备包括循环流化床(气体流速为普通流化床的10倍以上)和普通流化床各一座，用煤做还原剂。铁精矿粉经余热后先在循环流化床参加反应，所得产品金属化率可达80％，再经第二阶段反应，金属化率可达93％以上。该工艺年产50万吨的直接还原设备已在特拉尼达和多巴哥美国纽柯公司所属工厂投产，但因生产过程中出现问题较多，无法达到稳定生产，于1999年停止工业性生产。CIRCORED工艺也由德国鲁奇公司开发，属利用天然气为还原剂的流化床法(厂址特立尼达)。2000年由Cliffs & Associvote公司(Cliffs、LTV钢公司和鲁奇公司合资经营)接管，将直接还原铁制成热压块出售，2001年出售13万吨，但因市场原因停产。HISMELT的CFB系统主要功能是对原料矿粉和白云石进行预热，将混合原料经过由螺旋给料机、多级文氏管、旋风装置、循环流化反应器组成的预热系统后被预热到工艺所需温度，然后通过热矿提升机送至SRV喷吹系统。
CN1557973公开了一种低温还原铁矿粉的制备方法，采用铁粉、煤粉、粘合剂、催化剂、脱硫剂造球后，在500～1100℃还原反应10～200分钟生产低温还原铁矿粉。CN1075201公开了一种粉铁矿石循环流化床式预还原炉，包括圆桶状第一、二还原炉和第一、二分离器，第一预还原炉通过形成有气体供应口的第二循环管连接到第二预还原炉，第二预还原炉通过形成有气体供应口和第三循环管连接到第一旋风分离器，中/微粒铁矿石由于第一、二预还原炉汇合起来的还原气体而形成高速流化床在此进行循环，通过第一循环管使第一分离器和第一预还原炉相互连接，漏斗和第二旋风分离器连接在第一循环管上。CN1109910公开了富氧熔融气化炉直接还原铁工艺方法，以固体气化煤为燃料，用富氧加湿的高温鼓风作为气化剂，通过制造冶金还原煤气的液态排渣煤气炉和除尘器，制取合格的高质量的高温煤气输入还原竖炉，并实现液态排渣，移动床式竖中含铁原料在高温煤气作用下，转化成直接还原铁。CN1176666、CN1211283和CN1143391公开了还原细铁矿石的三段流化床炉式装置，包括第一单流化床，在沸腾流化状态烘干/预加热细铁矿石，第一旋流器，收集夹在自第一炉气体中的细铁矿石，第二单流化床炉，预还原来自第一炉的细铁矿石，第二旋流器，收集夹在自第二炉气体中的细铁矿石，第三双流化床炉，它包含分别最后还原粗颗粒和中等/细颗粒的第一反应炉和第二反应炉，第三旋流器以及第四旋流器，分别收集夹在来自第一、第二反应炉炉气体中的细铁矿石颗粒。CN1142248公开了三阶段流化床型还原设备及其还原范围宽的细铁矿石的方法。该设备包括系列布置的带有与其相连的第一旋风除尘器的干燥/预热炉，带有与其相连的第二旋风除尘的初级预还原炉、在沸腾流态化下终还原铁矿石中粗粒矿石，同时转移该矿石中的中等/细粒矿石的二级高气体速度还原炉、终还原该中等/细粒矿石，形成其沸腾流化床的二级低气体速度还原炉中内部旋风除尘器及捕获未被内部旋风除尘捕到的粉矿的第三旋风除尘器。CN1034022公开一种固态矿石的预还原和熔化还原炉。较大尺寸矿石在分配器上形成流化床在预还原炉中被还原，在装入熔化还原炉。较小尺寸的矿石在穿过预还原炉时被还原，然后被喷入熔化还原炉中熔化。CN1248297公开了一种流化床制备熔融铁的装置和方法，使用煤产生的还原性气体被供入第二流化床还原炉还原铁矿，第二流化床排除的气体供第一流化床还原细铁矿石，所得还原铁矿装入熔化气化炉生产铁水。CN1248632公开了一种煤氧还原炼铁方法在预还原竖炉和终还原铁浴炉中进行。以含铁物料为原料，以煤为能源和还原剂。预还原采用中等还原度，预还原的金属化率为50-80％，终还原采用低的二次燃烧率CO+H2+CO2+H2O的浓度≥85％。使整个还原过程中，间接还原与直接还原的比值接近理论最佳值7∶3。CN1093412公开了用固态碳还原剂直接还原含氧化铁原料的方法。CN85104511公开了在一个有气化器和放置在它上面的直接还原竖炉的装置中，竖炉通过一个连接竖管和气化器相连，把气化器中取得的还原气体直接引入，甚至在有高含灰比时也能做到。CN1035136公开了一种铁矿石熔融还原的方法包括将铁矿石引入预热和预还原炉并预热和预还原铁矿石，预还原度低于30％，将矿石、含碳材料和助熔剂投入熔融还原炉，用置于氧气喷枪顶部的脱碳喷嘴和后续燃烧嘴将氧气吹入熔融还原炉。以上公开专利由于所发明设备与工艺结合的限制，存在金属化率低，能耗高，生产效率低，成本高等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开一种能耗低，还原率高的含铁物料悬浮还原装置，并同时公开一种利用该装置还原含铁物料的方法，不但降低流体阻力损失和系统压降，均衡系统气流速度和压降，使系统平稳运行，而且为连续炼钢熔炼炉提供金属化率60％～90％的预还原含铁物料微粉，产量高，投资少，成本低。
名词解释：
并流：即含铁物料微粉悬浮于高温还原气体中，向一个方向流动。
本发明的技术方案如下：
一种含铁物料悬浮还原装置包括：提升设备、Ⅰ级换热管、Ⅰ级旋风预热器、Ⅱ级换热管、Ⅱ级旋风预热器、Ⅲ级换热管、Ⅲ级旋风预热器、喷射还原炉、旋风分离器、冷却管、旋风冷却器、出料仓、负压风机、除尘器、废还原气体收集系统和还原气体发生设备；
其中提升设备与Ⅰ级换热管相连，Ⅰ级换热管、Ⅰ级旋风预热器、Ⅱ级换热管、Ⅱ级旋风预热器、Ⅲ级换热管、Ⅲ级旋风预热器、喷射还原炉、旋风分离器、旋风冷却器和出料仓依次相连；Ⅰ级旋风预热器的出风管与负压风机、除尘器、废还原气体收集系统依次相连；
还原气体发生设备包括：还原气体管道、高压风机、煤气罐、中压风机和煤气发生炉；煤气发生炉依次经中压风机、煤气罐、高压风机和还原气体管道连接喷射还原炉的涡流还原区。还原气体发生设备中采用了高压风机，为系统的运转提供必要的压力保证。
所述的喷射还原炉包括：气固出料管、喷射炉体；在喷射炉体内部，自上而下分别是悬浮还原区、涡流还原区和喷流调温区，涡流还原区与喷流调温区之间设置有一个带风帽的隔栅，在涡流还原区内设置有喷射布料装置，在喷流调温区的底部设置还原气体喷枪、氧气喷嘴和CO喷嘴，还原气体喷枪设置在还原气体管上面，氧气喷嘴设置在氧气管上面，CO喷嘴与旋风冷却器排气管相连；
喷射还原炉的气固出料管与旋风分离器相连，旋风预热器集料筒和还原气体分支管道分别与涡流还原区内设置的喷射布料装置相连，还原气体管与还原气体管道相连，氧气管与氧气管道相连，喷射还原炉通过旋风冷却器排气管与旋风冷却器、出料仓依次相连。本发明由于采用了喷射还原炉，使得气、固两相向上并流，气固两相接触充分，传热、传质系数大，为含铁物料预热和还原提供了充分的动力学条件，使含铁物料的干燥和还原效率大大提高。
优选的，所述的压风机和煤气罐之间设有预热器，煤气发生炉依次经中压风机、预热器、煤气罐、高压风机和还原气体管道连接喷射还原炉的涡流还原区。
优选的，换热管的横截面为矩形或圆形，每个换热管的入料口设置有一个散料装置。此处设计使含铁物料分散均匀，降低含铁物料的下降速度，防止含铁物料直接落入下面的旋风预热器。
一种利用上述含铁物料悬浮还原装置还原含铁物料的方法，步骤如下：
1)向含铁物料中加入含铁物料重量3～10wt％的CaO混合，将混合的含铁物料和CaO磨成颗粒度范围为1～40微米的含铁物料微粉；
2)将步骤1)制得的含铁物料微粉由提升设备按送入Ⅰ级换热管；
3)400～800℃还原气体经还原气体发生设备和还原气体喷枪高速喷入喷射还原炉的喷流调温区，同时经氧气管道和氧气喷嘴喷入500～600℃的氧气，燃烧部分还原气体，使还原气体被快速加热到700～900℃成为高温还原气体，高温还原气体依次经过喷射还原炉、旋风分离器、Ⅲ级换热管、Ⅲ级旋风预热器、Ⅱ级换热管、Ⅱ级旋风预热器、Ⅰ级换热管、Ⅰ级旋风预热器、负压风机和除尘器进入废还原气体收集系统；
4)进入Ⅰ级换热管的含铁物料微粉与来自Ⅱ级旋风预热器的高温还原气体充分进行热交换，并流进入Ⅰ级旋风预热器；在Ⅰ级旋风预热器中，悬浮的含铁物料微粉从还原气体中分离出来进入Ⅱ级换热管，高温还原气体经Ⅰ级旋风预热器、负压风机和除尘器进入废还原气体收集系统；
5)含铁物料微粉进入Ⅱ级换热管，含铁物料微粉进一步被来自Ⅲ级旋风预热器的高温还原气体预热后，并流进入Ⅱ级旋风预热器；在Ⅱ级旋风预热器中，悬浮的含铁物料微粉与还原气体分离，还原气体向上进入Ⅰ级换热管，含铁物料微粉进入Ⅲ级换热管；
6)被预热的含铁物料微粉进入Ⅲ级换热管，含铁物料微粉被来自旋风分离器的高温还原气体预热并部分还原，然后气固两相并流进入Ⅲ级旋风预热器；在Ⅲ级旋风预热器中悬浮的含铁物料微粉与还原气体分离，含铁物料微粉通过Ⅲ级旋风预热器集料筒进入喷射还原炉的喷射布料装置，400～800℃的还原气体经还原气体分支管道将喷射布料装置中含铁物料微粉均匀喷撒到涡旋还原区中；
7)含铁物料微粉在涡旋还原区中与高温还原气体充分接触，含铁物料微粉被还原，高温还原气体与含铁物料微粉并流通过气固出料管进入旋风分离器，含铁物料微粉与还原气体分离：含铁物料微粉通过冷却管进入旋风冷却器，CO冷却气体与高温的含铁物料微粉进行热交换后CO气体与含铁物料微粉分离，高温的CO气体通过旋风分离器排气管与喷射还原炉相连，被还原的含铁物料微粉，进入出料仓，得金属化率为60％～90％的预还原铁粉。高温的CO气体，由下部进入喷射还原炉与含铁物料微粉发生还原反应，不但能够预热含铁物料微分，还能提高还原效率。
优选的，步骤1)所述含铁物料为含铁矿石、氧化铁皮、含铁粉尘或含铁尘泥中的一种或几种。
优选的，步骤2)所述还原气体为发生煤气、焦炉煤气、天然气、可燃冰或熔炼炉煤气中的一种或几种。
优选的，所述的各级换热管中的气流速度为2～10米/秒。
所述的含铁物料微粉在整个系统中平均停留的时间为200～500秒，系统总压降为260～350mmH2O。系统热效率大大提高，还原含铁物料的热耗降低于1900千卡/公斤。
优选的，步骤3)所述的负压风机产生的负压为50～100mmH2O。可有效减少系统总压降，均衡了系统由上到下各级换热管中的气流速度和压降，使系统平稳运行，同时降低了高压风机的压力和系统能耗。
优选的，含铁物料微粉与高温还原气体的重量比为1∶1；步骤6)的含铁物料微粉经CO旋风冷却后，温度降到300～500℃。
本发明的优势在于：
1)本发明由于采用了喷射还原炉，使得气、固两相向上并流，气固两相接触充分，传热、传质系数大，为含铁物料预热和还原提供了充分的动力学条件，使含铁物料的干燥和还原效率大大提高。
2)来自旋风冷却器的高温CO气体，由下部进入喷射还原炉与含铁物料发生还原反应，不但能够预热含铁物料微分，还能提高还原效率。
3)换热管的横截面为矩形或圆形，每个换热管入料口有一个散料装置，以使含铁物料分散均匀，降低含铁物料下降速度，防止含铁物料直接落入下面的旋风预热器。
4)由于系统总压降降低到200～260mmH2O，系统热效率大大提高，还原含铁物料的热耗降低于1900千卡/公斤。
5)进一步减少流体阻力损失和系统压降，均衡系统由上到下各级换热管中的气流速度和压降，使系统平稳运行，提高系统热效率，提高含铁物料的金属化率，为连续炼钢熔炼炉提供金属化率60％～90％的预还原含铁物料微粉，产量高，投资少，成本低。
附图说明
图1为本发明的含铁物料悬浮还原装置的结构示意图；
图2为本发明的喷射还原炉的结构示意图；
图3带有还原气体喷枪的还原气体管、带有氧气喷嘴的氧气管和CO喷嘴的俯视图；
图4是图3的仰视图；
图5为实施例3的含铁物料悬浮还原装置的结构示意图。
在图1～5中，1、提升设备；2、Ⅰ级换热管；3、Ⅰ级旋风预热器；4、Ⅱ级换热管；5、Ⅱ级旋风预热器；6、Ⅲ级换热管；7、Ⅲ级旋风预热器；8、喷射还原炉；9、旋风分离器；10、冷却管；11、旋风冷却器；12、出料仓；13、负压风机；14、除尘器；15、废还原气体收集系统；16、氧气管道；17、还原气体管道；18、高压风机；19、煤气罐；20、中压风机；21、煤气发生炉；22、预热器。
1a、气固出料管；2a、喷射布料装置；3a、涡流还原区；4a、风帽；5a、隔栅；6a、喷流调温区；7a、还原气体喷枪；8a、氧气喷嘴；9a、CO喷嘴；10a、悬浮还原区；11a、旋风冷却器排气管；12a、还原气体分支管道；13a、旋风预热器集料筒；14a、氧气管；15a、还原气体管。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。
实施例1：
一种含铁物料悬浮还原装置包括：提升设备1、Ⅰ级换热管2、Ⅰ级旋风预热器3、Ⅱ级换热管4、Ⅱ级旋风预热器5、Ⅲ级换热管6、Ⅲ级旋风预热器7、喷射还原炉8、旋风分离器9、冷却管10、旋风冷却器11、出料仓12、负压风机13、除尘器14、废还原气体收集系统15和还原气体发生设备；
其中提升设备1与Ⅰ级换热管2相连，Ⅰ级换热管2、Ⅰ级旋风预热器3、Ⅱ级换热管4、Ⅱ级旋风预热器5、Ⅲ级换热管6、Ⅲ级旋风预热器7、喷射还原炉8、旋风分离器9、旋风冷却器11和出料仓12依次相连；Ⅰ级旋风预热器3的出风管与负压风机13、除尘器14、废还原气体收集系统15依次相连；
还原气体发生设备包括：还原气体管道17、高压风机18、煤气罐19、中压风机20和煤气发生炉21。煤气发生炉21依次经中压风机20、煤气罐19、高压风机18和还原气体管道17连接喷射还原炉8的涡流还原区3a。还原气体发生设备中采用了高压风机18，为系统的运转提供必要的压力保证。
所述的喷射还原炉8包括：气固出料管1a、喷射炉体；在喷射炉体内部，自上而下分别是悬浮还原区10a、涡流还原区3a和喷流调温区6a，涡流还原区3a与喷流调温区6a之间设置有一个带风帽4a的隔栅5a，在涡流还原区3a内设置有喷射布料装置2a，在喷流调温区6a的底部设置还原气体喷枪7a、氧气喷嘴8a和CO喷嘴9a，还原气体喷枪7a设置在还原气体管15a上面，氧气喷嘴8a设置在氧气管14a上面，CO喷嘴9a与旋风冷却器排气管11a相连；
喷射还原炉8的气固出料管1a与旋风分离器9相连，旋风预热器集料筒13a和还原气体分支管道12a分别与涡流还原区3a内设置的喷射布料装置2a相连，还原气体管15a与还原气体管道17相连，氧气管14a与氧气管道16相连，喷射还原炉8通过旋风冷却器排气管11a与旋风冷却器11、出料仓12依次相连。本发明由于采用了喷射还原炉8，使得气、固两相向上并流，气固两相接触充分，传热、传质系数大，为含铁物料预热和还原提供了充分的动力学条件，使含铁物料的干燥和还原效率大大提高。
换热管的横截面为矩形或圆形，每个换热管的入料口设置有一个散料装置。此处设计使含铁物料分散均匀，降低含铁物料的下降速度，防止含铁物料直接落入下面的旋风预热器。
实施例2、
利用实施例1所述的悬浮还原装置对含铁物料进行悬浮还原的方法，步骤如下：
含铁物料：含铁矿石；还原气体：发生煤气。
1)向含铁物料中加入含铁物料重量5wt％的CaO混合，将混合的含铁物料和CaO磨成颗粒度范围为20微米的含铁物料微粉；
2)将步骤1)制得的含铁物料微粉由提升设备按送入Ⅰ级换热管；
3)800℃还原气体经还原气体发生设备和还原气体喷枪7a高速喷入喷射还原炉8的喷流调温区6a，同时经氧气管道16和氧气喷嘴8a喷入550℃的氧气，燃烧部分还原气体，使还原气体被快速加热到800℃成为高温还原气体，高温还原气体依次经过喷射还原炉8、旋风分离器9、Ⅲ级换热管6、Ⅲ级旋风预热器7、Ⅱ级换热管4、Ⅱ级旋风预热器5、Ⅰ级换热管2、Ⅰ级旋风预热器3、负压风机13和除尘器14进入废还原气体收集系统15；
4)进入Ⅰ级换热管2的含铁物料微粉与来自Ⅱ级旋风预热器5的高温还原气体充分进行热交换，并流进入Ⅰ级旋风预热器3；在Ⅰ级旋风预热器3中，悬浮的含铁物料微粉从还原气体中分离出来进入Ⅱ级换热管4，高温还原气体经Ⅰ级旋风预热器3、负压风机13和除尘器14进入废还原气体收集系统15；
5)含铁物料微粉进入Ⅱ级换热管4，含铁物料微粉进一步被来自Ⅲ级旋风预热器7的高温还原气体预热后，并流进入Ⅱ级旋风预热器5；在Ⅱ级旋风预热器5中，悬浮的含铁物料微粉与还原气体分离，还原气体向上进入Ⅰ级换热管2，含铁物料微粉进入Ⅲ级换热管6；
6)被预热的含铁物料微粉进入Ⅲ级换热管6，含铁物料微粉被来自旋风分离器9的高温还原气体预热并部分还原，然后气固两相并流进入Ⅲ级旋风预热器7；在Ⅲ级旋风预热器7中悬浮的含铁物料微粉与还原气体分离，含铁物料微粉通过Ⅲ级旋风预热器集料筒13a进入喷射还原炉8的喷射布料装置2a，800℃的还原气体经还原气体分支管道12a将喷射布料装置2a中含铁物料微粉均匀喷撒到涡旋还原区3a中；
7)含铁物料微粉在涡旋还原区3a中与高温还原气体充分接触，含铁物料微粉被还原，高温还原气体与含铁物料微粉并流通过气固出料管1a进入旋风分离器9，含铁物料微粉与还原气体分离：含铁物料微粉通过冷却管10进入旋风冷却器11，CO冷却气体与高温的含铁物料微粉进行热交换后CO气体与含铁物料微粉分离，高温的CO气体通过旋风分离器排气管11a与喷射还原炉8相连，被还原的含铁物料微粉，进入出料仓12，得金属化率为80％的预还原铁粉。高温的CO气体，由下部进入喷射还原炉8与含铁物料微粉发生还原反应，不但能够预热含铁物料微分，还能提高还原效率。
所述的各级换热管中的气流速度为8米/秒。
所述的含铁物料微粉在整个系统中平均停留的时间为200～500秒，系统总压降为260～350mmH2O。系统热效率大大提高，还原含铁物料的热耗降低于1900千卡/公斤。
步骤3)、4)所述的负压风机产生的负压为70mmH2O。可有效减少系统总压降，均衡了系统由上到下各级换热管中的气流速度和压降，使系统平稳运行，同时降低了高压风机的压力和系统能耗。
含铁物料微粉与高温还原气体的重量比为1∶1；步骤7)的含铁物料微粉经CO旋风冷却后，温度降到400℃。
所述金属化率80％的预还原含铁物料微粉可以作连续炼钢的原料，或制作成热压块作为电炉、转炉原料等；废还原气体收集系统中的废还原气体既可以用余热锅炉回收显热发电，又可以利用废还原气直接燃烧发电。
实施例3、
含铁物料悬浮还原装置，与实施例1的不同在于，所述的煤气发生炉21依次经中压风机20、预热器22、煤气罐19、高压风机18和还原气体管道17连接喷射还原炉8的涡流还原区3a。
实施例4、
利用实施例3的含铁物料悬浮还原装置对含铁物料还原的方法，步骤如下：
含铁物料：含铁矿石80％、含铁粉尘20％；还原气体：焦炉煤气。
1)向含铁物料中加入含铁物料重量8wt％的CaO混合，将混合的含铁物料和CaO细磨成颗粒度范围为20微米的含铁物料微粉；
2)将步骤1)制得的含铁物料微粉由提升设备按送入Ⅰ级换热管；
3)750℃还原气体经还原气体发生设备和还原气体喷枪7a高速喷入喷射还原炉8的喷流调温区6a，同时经氧气管道16和氧气喷嘴8a喷入550℃的氧气，燃烧部分还原气体，使还原气体被快速加热到800℃成为高温还原气体，高温还原气体依次经过喷射还原炉8、旋风分离器9、Ⅲ级换热管6、Ⅲ级旋风预热器7、Ⅱ级换热管4、Ⅱ级旋风预热器5、Ⅰ级换热管2、Ⅰ级旋风预热器3、负压风机13和除尘器14进入废还原气体收集系统15；
步骤4)～5)与实施例2相同；
6)被预热的含铁物料微粉进入Ⅲ级换热管6，含铁物料微粉被来自旋风分离器9的高温还原气体预热并部分还原，然后气固两相并流进入Ⅲ级旋风预热器7；在Ⅲ级旋风预热器7中悬浮的含铁物料微粉与还原气体分离，含铁物料微粉通过Ⅲ级旋风预热器集料筒13a进入喷射还原炉8的喷射布料装置2a，750℃的还原气体经还原气体分支管道12a将喷射布料装置2a中含铁物料微粉均匀喷撒到涡旋还原区3a中；
7)含铁物料微粉在涡旋还原区3a中与高温还原气体充分接触，含铁物料微粉被还原，高温还原气体与含铁物料微粉并流通过气固出料管1a进入旋风分离器9，含铁物料微粉与还原气体分离：含铁物料微粉通过冷却管10进入旋风冷却器11，CO冷却气体与高温的含铁物料微粉进行热交换后CO气体与含铁物料微粉分离，高温的CO气体通过旋风分离器排气管11a与喷射还原炉8相连，被还原的含铁物料微粉，进入出料仓12，最终生产出金属化率为75％的预还原铁粉。高温的CO气体，由下部进入喷射还原炉8与含铁物料微粉发生还原反应，不但能够预热含铁物料微分，还能提高还原效率。
所述的各级换热管中的气流速度为10米/秒。
所述的含铁物料微粉在整个系统中平均停留的时间为200～500秒，系统总压降为260～350mmH2O。系统热效率大大提高，还原含铁物料的热耗降低于1900千卡/公斤。
步骤3)、4)所述的负压风机产生的负压为70mmH2O。可有效减少系统总压降，均衡了系统由上到下各级换热管中的气流速度和压降，使系统平稳运行，同时降低了高压风机的压力和系统能耗。
含铁物料微粉与高温还原气体的重量比为1∶1；步骤7)的含铁物料微粉经CO旋风冷却后，温度降到350℃。
实施例5、
本实施例与实施例4的区别在于：
含铁物料：含铁矿石和含铁粉尘的混合，它们的重量比为(1～9)∶(9～1)；还原气体：天然气，其它同实施例4。
Claims (7)
1.一种还原含铁物料的方法，该方法利用含铁物料悬浮还原装置对含铁物料进行还原，所述含铁物料悬浮还原装置包括：提升设备(1)、I级换热管(2)、I级旋风预热器(3)、II级换热管(4)、II级旋风预热器(5)、III级换热管(6)、III级旋风预热器(7)、喷射还原炉(8)、旋风分离器(9)、冷却管(10)、旋风冷却器(11)、出料仓(12)、负压风机(13)、除尘器(14)、废还原气体收集系统(15)和还原气体发生设备；
其中提升设备(1)与I级换热管(2)相连，I级换热管(2)、I级旋风预热器(3)、II级换热管(4)、II级旋风预热器(5)、III级换热管(6)、III级旋风预热器(7)、喷射还原炉(8)、旋风分离器(9)、旋风冷却器(11)和出料仓(12)依次相连；I级旋风预热器(3)的出风管与负压风机(13)、除尘器(14)、废还原气体收集系统(15)依次相连；
还原气体发生设备包括：还原气体管道(17)、高压风机(18)、煤气罐(19)、中压风机(20)和煤气发生炉(21)；煤气发生炉(21)依次经中压风机(20)、煤气罐(19)、高压风机(18)和还原气体管道(17)连接喷射还原炉(8)的涡流还原区(3a)；
所述的喷射还原炉(8)包括：气固出料管(1a)、喷射炉体；在喷射炉体内部，自上而下分别是悬浮还原区(10a)、涡流还原区(3a)和喷流调温区(6a)，涡流还原区(3a)与喷流调温区(6a)之间设置有一个带风帽(4a)的隔栅(5a)，在涡流还原区(3a)内设置有喷射布料装置(2a)，在喷流调温区(6a)的底部设置还原气体喷枪(7a)、氧气喷嘴(8a)和CO喷嘴(9a)，还原气体喷枪(7a)设置在还原气体管(15a)上面，氧气喷嘴(8a)设置在氧气管(14a)上面，CO喷嘴(9a)与旋风冷却器排气管(11a)相连；
喷射还原炉(8)的气固出料管(1a)与旋风分离器(9)相连，旋风预热器集料筒(13a)和还原气体分支管道(12a)分别与涡流还原区(3a)内设置的喷射布料装置(2a)相连，还原气体管(15a)与还原气体管道(17)相连，氧气管(14a)与氧气管道(16)相连，喷射还原炉(8)通过旋风冷却器排气管(11a)与旋风冷却器(11)、出料仓(12)依次相连；
所述的中压风机(20)和煤气罐(19)之间设有预热器(22)，煤气发生炉(21)依次经中压风机(20)、预热器(22)、煤气罐(19)、高压风机(18)和还原气体管道(17)连接喷射还原炉的涡流还原区(3a)；所述换热管的横截面为矩形或圆形，每个换热管的入料口设置有一个散料装置；其特征在于，该方法步骤如下：
1)向含铁物料中加入含铁物料重量3～10wt％的CaO混合，将混合的含铁物料和CaO磨成颗粒度范围为1～40微米的含铁物料微粉；
2)将步骤1)制得的含铁物料微粉由提升设备送入I级换热管；
3)400～800℃还原气体经还原气体发生设备和还原气体喷枪高速喷入喷射还原炉的喷流调温区，同时经氧气管道和氧气喷嘴喷入500～600℃的氧气，燃烧部分还原气体，使还原气体被快速加热到700～900℃成为高温还原气体，高温还原气体依次经过喷射还原炉、旋风分离器、III级换热管、III级旋风预热器、II级换热管、II级旋风预热器、I级换热管、I级旋风预热器、负压风机和除尘器进入废还原气体收集系统；
4)进入I级换热管的含铁物料微粉与来自II级旋风预热器的高温还原气体充分进行热交换，并流进入I级旋风预热器；在I级旋风预热器中，悬浮的含铁物料微粉从还原气体中分离出来进入II级换热管，高温还原气体经I级旋风预热器、负压风机和除尘器进入废还原气体收集系统；
5)含铁物料微粉进入II级换热管，含铁物料微粉进一步被来自III级旋风预热器的高温还原气体预热后，并流进入II级旋风预热器；在II级旋风预热器中，悬浮的含铁物料微粉与还原气体分离，还原气体向上进入I级换热管，含铁物料微粉进入III级换热管；
6)被预热的含铁物料微粉进入III级换热管，含铁物料微粉被来自旋风分离器的高温还原气体预热并部分还原，然后气固两相并流进入III级旋风预热器；在III级旋风预热器中悬浮的含铁物料微粉与还原气体分离，含铁物料微粉通过III级旋风预热器集料筒进入喷射还原炉的喷射布料装置，400～800℃的还原气体经还原气体分支管道将喷射布料装置中含铁物料微粉均匀喷撒到涡旋还原区中；
7)含铁物料微粉在涡旋还原区中与高温还原气体充分接触，含铁物料微粉被还原，高温还原气体与含铁物料微粉并流通过气固出料管进入旋风分离器，含铁物料微粉与还原气体分离：含铁物料微粉通过冷却管进入旋风冷却器，CO冷却气体与高温的含铁物料微粉进行热交换后CO气体与含铁物料微粉分离，高温的CO气体通过旋风分离器排气管与喷射还原炉相连，被还原的含铁物料微粉，进入出料仓，最终生产出金属化率为60％～90％的预还原铁粉；高温的CO气体，由下部进入喷射还原炉，对含铁物料微粉进行预热的同时，还与其发生还原反应。
2.根据权利要求1所述的还原含铁物料的方法，其特征在于，步骤1)所述含铁物料为含铁矿石、氧化铁皮、含铁粉尘或含铁尘泥中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的还原含铁物料的方法，其特征在于，步骤3)所述还原气体为发生煤气、焦炉煤气、天然气、可燃冰或熔炼炉煤气中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的还原含铁物料的方法，其特征在于，所述的各级换热管中的气流速度为2～10米/秒。
5.根据权利要求1所述的还原含铁物料的方法，其特征在于，所述的含铁物料微粉在整个系统中平均停留的时间为200～500秒，系统总压降为260～350mmH2O。
6.根据权利要求1所述的还原含铁物料的方法，其特征在于，步骤3)和4)所述的负压风机产生的负压为50～100mmH2O。
7.根据权利要求1所述的还原含铁物料的方法，其特征在于，含铁物料微粉与高温还原气体的重量比为1∶1；步骤7)的含铁物料微粉经CO旋风冷却后，温度降到300～500℃。
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