CN1060813C - 还原细铁矿石的三段流化床炉式装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置包含：第一单个流化床炉，在沸腾流化状态烘干/预加热细铁矿石；第一旋风收尘器，收集夹在来自第一炉气体中的细铁矿石；第二单个流化床炉，预还原来自第一炉的细铁矿石；第二旋风收尘器，收集夹在来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；第三旋风收尘器以及第四旋风收尘器，分别收集夹在来自第一、第二反应炉气体中的细铁矿石颗粒。

Description

还原细铁矿石的三段流化床炉式装置
本发明涉及一种用于还原颗粒尺寸范围较宽的细铁矿石的三段流化床炉式装置，以便制得可投入熔炼炉的直接还原铁(DRI)，更具体地说，本发明涉及一种在稳定的流化作用下还原颗粒尺寸范围较宽的细铁矿石的三段流化床炉式装置，其利用能完全影响在其中的高温铁矿石的还原性能的高含量的CO和H2的高温还原性气体，而获得最佳的还原度并降低能耗。
总地来说，通常熔融还原的方法包括以下步骤：将在普通的还原炉内预还原后的铁矿石投入熔炼炉，熔化时将它还原成铁。还原炉是在熔化铁矿石以前在固态下还原铁矿石的，在还原炉内，加入的铁矿石暴露在高温还原性气氛中以便还原。
这种还原工艺根据铁矿石和还原性气体接触的情况分成移动床型工艺和流化床工艺。公知还原细铁矿石的最有效方法是流化床型工艺，在该工艺中，具有较宽颗粒尺寸范围的细铁矿石在还原炉内被还原，其中通过安装在炉体下部的分配盘向炉内供应还原性气体以便在流化作用状态下还原铁矿石。
日本已公开的实用新型No．58－217615公开了一种用于还原细铁矿石的流化床式炉的例子，其如图1所示，该流化床式还原炉包括一筒形还原炉111和一旋风收尘器115，其中筒形还原炉111有一铁矿石入口112、高温还原气体进口113、还原铁矿石出口114以及位于其下部的气体分配器116。
在上述还原炉内，细铁矿石被送入筒形还原炉111内，并通过气体分配器116以合适的气体速度向炉内供入还原性气体。接着，细铁矿石和还原气体混合并在流化作用状态下还原，在该流化作用状态下，上升穿过矿床的气体和细矿石颗粒形成沸腾流化床。最后，还原铁矿石从出口114出料。
在图1中，虚线代表气流，实线代表矿石流。
通常，在这种流化床式还原炉中，床上的流化作用应保持活性而气体速度应保持低，以便减少飞铁块石的扬析量，提高气体效率，因此带来了现有技术中的流化床式还原炉的一个问题，亦即，铁矿的颗粒尺寸受到限制。
上述的现有技术中的还原炉仅能容纳颗粒尺寸在1mm以下的铁矿。然而，事实上，细铁矿石包含有50％的颗粒尺寸大于1mm的铁矿石。
为此，在还原处理前，对铁矿石进行分级，粗粒铁矿石被送到高炉或碎成粉末，这就导致需要另外的设备，并增加加工的数量。
韩国专利申请No．74056公开了一种可解决上述问题的双流化床还原炉，其通过将铁矿石适当分成粗铁矿石颗粒和中等／细铁矿石颗粒而均匀集中分布和稳定地流化处理，获得高品质的还原铁。
然而，上述流化床还原炉有两个通过一循环管道彼此相连的炉子。借助于循环管道，大量的第一还原炉消耗的因此含有高氧化气氛的高温气体和被夹带的中等／细铁矿石一起从第一还原炉的上部转到第二还原炉的下部。因此，高氧化气氛的气体和新供给第二还原炉下部的高温还原气体混合起来了。
这就使得第二还原炉内的还原性气体失去还原能力，而且随着气体量(气体速度)增加，大量扬析细铁矿石。此外，由于第二还原炉内的铁矿石非常细，细铁矿石颗粒之间的结块可能会导致铁矿石流态化停滞。
因此，本发明在于基本解决现有技术的局限性和缺点带来的一个或多个问题，提供一种用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置。
本发明的一个目的是提供一种用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置，其做成，用两个独立的反应炉分别完成粗和中等／细铁矿石的最终还原，基于细铁矿石在高温流化床还原的前期阶段亦即预加热和预还原阶段几乎完成细铁矿石的分级，气体消耗的速度通过分开的流化床分别还原粗铁矿石和中等／细铁矿石而得以改进。
本发明的另一目的在于提供一种用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置，通过该装置和铁矿石的控制分级一起能解决粘连和流态化停滞的问题。
通过下面的描述，可显示出本发明其它的特征和优点，从描述中部分特征和优点将变得明显，或通过本发明实施例理解到。本发明的目的和其它优点可通过下面结合附图的说明以及后附的附图中具体指出的结构认识到和获得。
为实现依据本发明目的所体现并广泛描述的这些和其它优点，依据本发明的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置包含：
用来在沸腾流化状态烘干／预加热细铁矿石的第一单个流化床炉；用来收集夹在来自第一流化床炉的消耗气体中的细铁矿石颗粒的第一旋风收尘器；用于预还原在第一流化床炉中已被烘干／预加热的细铁矿石的第二单个流化床炉；用于收集夹在来自第二流化床炉的消耗气体中的细铁矿石颗粒的第二旋风收尘器；包含第一筒形反应炉和第二反应炉的第三双流化床炉，第一、二反应炉分别用来最后还原已在第二流化床炉内预还原的粗铁矿石和中等／细铁矿石；用来收集夹在来自第三流化床炉的第一反应炉的消耗气体中的中等／细铁矿石颗粒的第三旋风收尘器；以及用来收集夹在来自第三流化床炉的第二反应炉的消耗气体中的超细铁矿石颗粒的第四旋风收尘器。
而且，本发明是一种用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置，它包含用于在沸腾流化状态烘干／预加热细铁矿石的第一单个流化床炉；第二串联的双流化床炉，其具有高气体速度区和低气体速度区，用来将在第一流化床炉已被烘干／预加热的颗粒尺寸分布较宽的铁矿石分级成粗铁矿石和中等／细铁矿石，并在各个区形成流化床，分别在不同的区中预还原它们；第三双流化床，用于在各反应炉内形成沸腾流化床，在不同的反应炉中分别还原粗和中等／细铁矿石。
附图是为了帮助更好地理解本发明，并入说明书中，构成该说明书的一部分，其图示说明了本发明的实施例并用于和说明书一起解释本发明的基本原理，附图中：
图1是现有技术中的用于还原细铁矿石的流化床式炉的示意图；
图2是依据本发明的一个优选实施例的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置的示意图；
图3是依据本发明的另一个优选实施例的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置的示意图；
图4是依据本发明的又一个优选实施例的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置的示意图；
图5是图2和3中“A”部分的放大剖面图；以及
图6是图4中“B”部分的放大剖面图。
下面结合附图详细描述本发明的优选实施例。
参考图2，依据本发明的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置包含：
第一单个流化床炉10，用于借助于来自第二旋风收尘器60的消耗气体，形成第一沸腾流化床，烘干／预加热从给料斗90加入的细铁矿石；第一旋风收尘器50，用于收集夹在来自第一流化床炉10的消耗气体中的细铁矿石颗粒；第二单个流化床炉20，用来形成沸腾流化床预还原已在第一流化床炉10内已烘干／预加热的细铁矿石；第二旋风收尘器60，用来收集夹在来自第二流化床炉20的消耗气体中的细铁矿石颗粒；第三双流化床炉340，其包含第一筒形反应炉30和第二反应炉40，用来分别最后还原已在第二流化床炉20内预还原的粗铁矿石和中等／细铁矿石；第三旋风收尘器70，用于收集夹在来自第三流化床炉的第一反应炉30的消耗气体中的中等／细铁矿石；以及第四旋风收尘器80，用于收集夹在来自第三流化床炉的第二反应炉40的消耗气体中的超细铁矿石颗粒。
第一流化床炉10包含第一扩展部分10a、第一锥形部分10b和第一窄部分10c。第一窄部分10c带有位于基底部的第一消耗气体入口11、位于第一消耗气体入口11上方的第一气体分配器12、位于其一侧的第一铁矿石出口13和位于其另一侧的第一铁矿石入口16。第一扩展部分10a和第一窄部分10c分别通过第十六管道53和第一管道51与第一旋风收尘器50连通。所述铁矿石入口16与第十七管道91的一端相连，管道91的另一端与给料斗90相连。消耗气体出口52设在第一旋风收尘器50的顶端，以便最后排出消耗气体。
第二流化床炉20包含第二扩展部分20a、第二锥形部分20b和第二窄部分20c。第二窄部分20c带有位于其底端的第二消耗气体入口21和位于第二消耗气体入口21上方的第二气体分配器22。而且，第二扩展部分20a和第二窄部分20c分别通过第十八管道62和第四管道61与第二旋风收尘器60相连。
第二窄部分20c的一侧有第二铁矿石出口25，该窄部分20c通过第二管道14与第一铁矿石出口13相连。第二旋风收尘器60的上部通过第三管道15与第一消耗气体入口11相连。
第三流化床炉340的第一反应炉30是筒形。第一反应炉30在其底端有第三消耗气体入口31以便向其内供应熔炼炉100的消耗气体，和位于其下部的第三分配器32。
第一反应炉30的一侧有第三铁矿出口34，其通过第八管道35与熔炼炉100的上部相连，第一反应炉30还通过第九管道46与第二反应炉40相连。而且，第一反应炉30的上部通过第十九管道33与第三旋风收尘器70相连。第三旋风收尘器70通过与第二消耗气体入口21相连的第七管道29与第二流化床炉20相连，以便将消耗气供入第二流化床炉20。
第三流化床炉340的第二反应炉40包含第三扩展部分40a、第三锥形部分40b以及第三窄部分40c。第三窄部分40c有位于其底端的第五铁矿石出口44，并且带有位于其内部的第四锥形分配器42。最好在第五铁矿石出口44内安装一收缩翼片44a，如图5所示，以便提高气体速度。
而且，第三窄部40c的一侧有第四铁矿石出口45，其通过管道49与熔炼炉100相连。
第三扩展部分40a和第三窄部分40c分别通过第二十管道83和第十四管道81与第四旋风收尘器80相连。而且，第四旋风收尘器80的上部与第十五管道82相连，后者与第七管道29交汇。
第三窄部分40c的另一侧与第六管道26相连，后者与第二流化床炉20的第二铁矿石出口25相连，第三窄部分40c的另一侧有位于第四锥形分配器42下方的第四消耗气体入口41，其通过第十一管道48与熔炼炉100相连。
第十一管道48与第十管道47相连，第十管道47与第九管道46和与第三旋风收尘器70相连的第十三管道71交汇。在熔炼炉100上形成一生铁出口101。而且，第二管道14、第六管道26和第九管道46最好都带有清洗气体入口P，以便防止铁矿石在输送中堵塞。
在图2中，虚线代表气体流向，实线代表矿石流向。
图3表示依据本发明的又一优选实施例的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置2。
在图3所示的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置2中除了图2所示的装置外，第二流化床炉20的第二窄部分20c有位于其底部的第六消耗气体入口／铁矿石中心出口23a，并带有位于第六消耗气体入口／铁矿石中心出口23a上方的第二锥形分配器28。
第十二管道82与第二消耗气体入口21a相连，后者形成在第二流化床炉20的第二窄部分20c的一侧(在第二锥形分配器28的下部)。第六消耗气体入口／铁矿石中心出口23a通过第五管道24与第一反应炉30相连，第七管道29与第五管道24相连。最好在第二管道14、第五管道24、第六管道26和第九管道46上均形成有清洗气体入口P，以便防止铁矿石在输送中堵塞。
在图3中，虚线代表气体流向，实线代表矿石流向。
另一方面，对于第一流化床炉10、第二流化床炉20和第三流化床炉340的第二反应炉40，最好在各个炉的下部激活气体流态化作用，并将炉子设计成上部扩展下部较窄形状，亦即，上部内径比下部内径大，以便降低炉内气体速度，这样能改善气体消耗速率，防止超细铁矿石颗粒扬析。
下面描述通过使用本发明的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置还原铁矿石的方法。
从给料斗90通过第十七管道91向第一流化床炉10供入细铁矿石，利用来自第二旋风收尘器60通过第三管道15和第一消耗气体入口11供入的消耗气体在沸腾流化作用状态下烘干／预加热铁矿石，随后铁矿石通过第一铁矿石出口13和第二管道14进入第二流化床炉20。
进入第二流化床炉20下部的细铁矿石由来自第三旋风收尘器70通过管道29和来自第四旋风收尘器80通过第五管道82供入的消耗气体形成铁矿石的沸腾流化床，而预还原，并通过第二铁矿石出口25和第六管道26转入第三流化床炉340的第二反应炉40内。
在第二反应炉40中，中等／细铁矿石颗粒被从已预还原的铁矿石中流化出来，而粗铁矿石通过第五铁矿石出口(中心出口)44落入第一反应炉30内，亦即，借助于将熔炼炉100的消耗气体以低于粗颗粒的最小流化速度而高于中等颗粒的最小流化速度的气体速度供入第二反应炉40内(通过第十管道47、第十一管道48和第四消耗气体入口41)，而使得粗铁矿石颗粒与中等／细铁矿石颗粒分开。
接着，在第一反应炉30内的粗铁矿石最后由通过第三消耗气体入口31供入的熔炼炉100的消耗气体还原，随后通过第三铁矿石出口34和第八管道35，粗铁矿石被送入熔炼炉100。在第二反应炉40内被最后还原的中等／细铁矿石颗粒通过第四铁矿石出口45和第十二管道49转入熔炼炉100内。
因此，粗铁矿石和中等／细铁矿石分别在第一反应炉30和第二反应炉40内由来自熔炼炉100的气体速度不同的两束消耗气形成沸腾流化床，而最终还原，随后上述矿石分别通过第三和第四铁矿石出口34、45出料。接着，它们在熔炼炉100内熔炼并进一步还原成为金属相，随后通过高温金属出口101输出生铁。
夹在来自第一流化床炉10的还原气体中的细铁矿石颗粒由第一旋风收尘器50收集，通过第一管道51再循环到第一沸腾炉10的下部。夹在来自第二流化床炉20的还原气体中的细铁矿石颗粒由第二旋风收尘器60收集，并通过第四管道61再循环到第二炉20的下部。
夹在来自第一反应炉30的还原气体中的中等／细铁矿石颗粒由第三旋风收尘器70收集，并通过第十三管道71、第十管道47、第五铁矿石出口(中心出口44)和第九管道46再循环到第三反应炉30。夹在来自第二反应炉40的还原气体中的超细铁矿石颗粒由第四旋风收尘器80收集，并再循环到第二反应炉40的下部。
在该实施例中，第一流化床炉10、第二流化床炉20和第二反应炉40内的气体流动速度最好保持为在各个炉铁矿石最小流化作用速度的1．5－3．0倍，在各炉的上部的气体流动速度最好保持为低于扬析铁矿石的临界速度，第一反应炉30内的气体流动速度最好为粗铁矿石最小流化作用速度的1．5－3．0倍。
而且，第二管道14、第六管道26和第九管道46最好带有清洗气体入口P，以便这些管道不被堵塞。
另一方面，依据本发明的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置可用在以下场合，即在细矿石颗粒在预还原期间聚集成大于可被流化的临界尺寸的团粒情况下，因为在第二流化床炉内聚团引起的流态化作用停滞可通过将聚团的铁矿石通过第五管道24循环到第一反应炉30内而加以避免。
如上所述，基于在高温流化床还原的前期阶段，亦即预加热和预还原阶段，细铁矿石的分级，几乎已完成，以及通过粗铁矿石和中等／细铁矿石分开流化床还原，可改善气体消耗速度，本发明的第三流化床炉是双流化床炉，其设计成用两个独立的反应炉分别独立完成粗铁矿石和中等／细铁矿石的最后还原。
在现有技术中的双流化床炉中，第一反应炉的上部的一侧通过一管道与第二反应炉的下部的一侧相连，并且第一反应炉内的还原气体速度被控制得高于中等尺寸的铁矿石颗粒的临界速度，以便供入第一反应炉内的铁矿石中的中等／细铁矿石能夹在还原气体中，被输送到第二反应炉，因此与粗矿石分开进行还原。
与现有技术中的双流化床炉不同，依据本发明，预加热后的铁矿石首先被送到第二反应炉，其内侧有一锥形分配器。在第二反应炉内的还原气体的表面气体速度被控制，以便只有中等／细铁矿石颗粒能被流化，而粗铁矿石颗粒落入第一反应炉内。
因此，在现有技术中的双流化床炉中的反应气体和未反应气体混合引起的问题可通过将粗铁矿石和中等／细铁矿石分开并在不同的沸腾流化床的反应炉内最后还原它们而得到解决。
而且，本发明能防止在第二反应炉内出现粘结和流化作用停滞的现象，这是因为，粗矿石在落入第一反应炉之前停留在第二反应炉内一段时间，尽管非常短，但使得细铁矿石颗粒聚团形成的粗铁矿石能和初始的粗铁矿石一起穿过装有中心出口的锥形气体分配器而排出。
依据本发明，可以降低气体消耗速率，这是因为完全还原所需的时间要长于中等／细铁矿石的粗铁矿石在送入第一反应炉之前穿过第二反应炉的过程中可以得到一定程度的还原。
下面参照图4，依据本发明又一优选实施例的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置3，它包含：
第一单个流化床炉210，它借助于来自第二旋风收尘器260的消耗气体，以形成沸腾流化床，从而烘干／预加热、从给料斗290进来的细铁矿石；第一旋风收尘器250，用于收集夹在来自第一流化床炉210的消耗气体中的细铁矿颗粒；第二串联双流化床炉220，它包含一高气体速度区220A和一低气体速度区220B，用来将已在第一流化床炉210内烘干／预加热的尺寸分布较宽的细铁矿石分级成粗铁矿石颗粒和中等／细铁矿石颗粒，并在不同的沸腾流化床分别预还原它们；第二旋风收尘器260，用于收集夹在来自第二流化床炉220的消耗气体中的细铁矿石颗粒；第三双流化床炉440，它包含用来分别最后还原在第二串联双流化床炉220的高气体速度区220A内已预还原的粗铁矿石和在第二串联双流化床炉220的低气体速度区220B内已预还原的中等／细铁矿石的第一筒形反应炉230和第二反应炉240；第三旋风收尘器270，用于收集夹在来自第三流化床炉440的第一反应炉230的消耗气体中的中等／细铁矿石颗粒；以及第四旋风收尘器280，用于收集夹在来自第三流化床炉440的第二反应炉240的消耗气体中的超细铁矿石颗粒。
第一流化床炉210包含第一扩展部分210a、第一锥形部分210b以及第一窄部分210c。第一窄部分210c带有位于其底部的第一消耗气体入口211、位于第一消耗气体入口211上方的第一气体分配器212、位于其一侧的第一铁矿石出口213以及位于其另一侧的铁矿石入口216。第一扩展部分210a和第一窄部分210c分别通过第十六管道253和第一管道251与第一旋风收尘器250相连。铁矿石入口216与第十七管道291的一端相连，第十七管道291的另一端与给料斗290相连。一消耗气体出口252设置在第一旋风收尘器250的顶端，以便最后排出消耗气体。
第二流化床炉220包括一筒形高气体速度区220A和低气体速度区220B，低气体速度区220B包含第二扩展部分220a、第二锥形部分220b以及第二窄部分220c。在高气体速度区的底端有第二消耗气体入口221，以便向其内供入来自第三旋风收尘器270的消耗气体，在其下部还有第二分配器222。低气体速度区在其底端有第六铁矿石出口227，以便排出粗铁矿石，在其下部还带有锥形气体分配器228。
此外，在第二窄部分220c下部锥形气体分配器228的下方，有通过第十二管道282与第四旋风收尘器相连的第五消耗气体入口224。最好在高气体速度区220A的上部安装一收缩翼片227a，如图6所示，以便提高气体空截面速度。而且，低气体速度区220B的第二扩展部分220a和高气体速度区220A分别通过第十八管道262和第四管道261与第二旋风收尘器260相连。
第二窄部分220c的一侧有第二铁矿石出口225，第二窄部220c通过第二管道214与第一铁矿石出口213相连。第二旋风收尘器260的上部通过第三管道215与第一消耗气体入口211相连。
第三流化床炉440的第一反应炉230是筒形。第一反应炉230有位于其底端的第三消耗气体入口231，以供入来自熔炼炉100的消耗气体，其下部还带有第三分配器232。
第一反应炉230的一侧有第三铁矿石入口234，后者通过第八管道235与熔炼炉100的上部相连，第一反应炉230通过第九管道246与第二反应炉240相连。而且，第一反应炉230的上部通过第十九管道233与第三旋风收尘器270相连。第三旋风收尘器270的上部通过第七管道与第二消耗气体入口221相连，以便消耗气体能供入第二流化床炉220。第一反应炉230与第二化床炉220的高气体速度区220A通过第二十一管道226a相连。
第三流化床炉440的第二反应炉240包含第三扩展部分240a、第三锥形部分240b以及第三窄部分240c。第三窄部分240c有位于其底端的第五消耗气体入口244，以及位于其内侧的第二锥形分配器242。
而且，第三窄部240c的一侧有第四铁矿石出口245，后者通过第十二管道249与熔炼炉100相连。第三扩展部分240a和第三窄部分240c分别通过第二十管道283和第十四管道281与第四旋风收尘器280相连。
第三窄部分240c的另一侧与第六管道226相连，后者连到第二流化床炉220的第二铁矿石出口225上，第三窄部分240c的另一侧还有第四消耗气体入口241，后者位于第二锥形分配器下方，并通过第十一管道248与熔炼炉100相连。
第十一管道248与第十管道247相连，第十管道247又与第九管道246和第十三管道271交汇，第十三管道271又与第三旋风收尘器270相连。在熔炼炉100内形成有一生铁出口101。此外，第二管道214、第六管道226、第九管道246以及第二十一管道226a最好均带有清洗气体入口P，以防止铁矿石在运输中堵塞。
在图4中，虚线代表气体流动，实线代表铁矿石流动。
另一方面，对于第一流化床炉210、第二流化床炉220的低气体流动速度区220B以及第三流化床炉440的第二反应炉240，最好在各炉的下部激活气体流化作用，并将炉子设计成上宽下窄形状，亦即上部的内径大于下部的内径，以便降低炉内的气体速度，这样能改善气体消耗速度以及防止超细铁矿石颗粒扬析。
下面描述用依据图4中的本发明的三段流化床炉式装置还原细铁矿石的方法。
从给料斗290供入的细铁矿石穿过第十七管道291进入第一流化床炉210，利用来自第二旋风收尘器260通过第三管道215和第一消耗气体入口211供入的消耗气体，使细铁矿石在沸腾流化状态下被烘干／预加热，然后通过第一铁矿石出口213和第二管道214进入第二流化床炉220中的低气体速度区220A。
靠控制通过第七管道供入的第三旋风收尘器270的消耗气体的速度，和通过第十五管道282供入的第四旋风收尘器280的消耗气体的速度，被送到第二流化床炉220的低气体流动速度区220B的下部的细铁矿石中的中等／细铁矿石颗粒保持在低气体速度区220B内，在形成铁矿石沸腾流化床时，被预还原；粗铁矿石颗粒向下移动，通过第六铁矿石出口227进入高气体速度区220A，在形成铁矿石的沸腾流化床时，被预还原。
中等／细铁矿石颗粒通过第二铁矿石出口225和第六管道226被转送到第三流化床炉440的第二反应炉240中，粗铁矿石颗粒通过第二十一铁矿石出口226a供入第三流化床炉440的第一反应炉230中。
供入第二反应炉240的中等／细铁矿石颗粒被通过第十管道247、第十一管道248和第四消耗气体入口241供入的熔炼炉100的消耗气体最后还原。供入第一反应炉230的粗铁矿石颗粒被通过第三消耗气体入口231供入的熔炼炉的消耗气体最后还原，并穿过第三铁矿石出口和第八管道235被送入熔炼炉100内。
在第二反应炉240内被最后还原的中等／细铁矿石通过第四铁矿石出口245和第十二管道249被转送到熔炼炉100。
由聚团引起的少量粗铁矿石可能包含在它在第二流化床炉220的低气体速度区被预还原的细铁矿石中，且被供入第二反应炉240中。
为使铁矿石更好的分级，聚团的大铁矿石颗粒被再一次与中等／细铁矿石颗粒分开，并通过第五铁矿石出口244循环进入第一反应炉230。
亦即，粗铁矿石和细铁矿石分别在第一反应炉230和第二反应炉240内通过熔炼炉100的气流速度不同的两消耗气体流在形成沸腾流化床时，被最后还原，并分别通过第三和第四铁矿石出口234和245排出。接着，它们在熔炼炉100内被熔炼并进一步还原成金属相，通过一热金属出口101排出生铁。
夹在来自第一流化床炉210的还原气体中的细铁矿石由第一旋风收尘器250收集，并通过第一管道251再循环到第一炉210的下部。夹在来自第二流化床炉220的还原气体中的细铁矿石由第二旋风收尘器260收集，并通过第四管道261再循环到第二炉220的高气体速度区220A。
夹在来自第一反应炉230的还原气体中的中等／细铁矿石由第三旋风收尘器270收集，并通过第十三管道271、第十管道247、第五铁矿石出口(中心出口)244和第九管道246再循环到第三反应炉230中。夹在来自第二反应炉240的还原气体中的超细铁矿石颗粒由第四旋风收尘器280收集，并再循环到第二反应炉240的下部。
在该实施例中，在第一流化床炉210、第二流化床炉220的低气体速度区220B以及第二反应炉240中的气体速度最好分别保持为各炉中铁矿石的最小流化速度的1．5倍－3．0倍，在各炉的上部的气体速度最好保持为低于铁矿石被扬析的临界速度，在第二流化床炉220的高气体流动速度区220A、第一反应炉230中的气体速度最好是粗铁矿石颗粒的最小流化速度的1．5－3．0倍。
而且，第二管道214、第六管道226、第九管道246以及第二十一管道226a最好带有用于把少量还原气体引入的清洗气体入口P，以便这些管不被堵塞。
如上所述，如图4所述的本发明的第三流化床炉采用一串联双流化床炉(第二流化床炉)，它具有两不同的反应区，在这两个反应区中气体表面流速不同，以分别对粗铁矿石和中等／细铁矿石进行预还原。这种设计是基于细铁矿石在初始阶段，亦即高温流化床还原的预加热和预还原阶段几乎被完全还原。因此，通过将粗铁矿石和中等／细铁矿石分开进行流化床还原，可改善气体消耗速率。
分离粗铁矿石和中等／细铁矿石可通过调整串联双流化床炉内的铁矿石入口(在高气体流动速度区或低气体流动速度区)的标高(高度)进行控制。
在第二串联双流化床炉的低气体速度区中已被预还原的铁矿石颗粒几乎均是中等／细尺寸，然而，少量的粗铁矿石颗粒在落入第一反应炉之前的一较短时间内可包含在流化床内。可通过调整串联双流化床炉的低气体速度区的铁矿石入口的标高，而控制在流化床内的粗颗粒的部分。粗颗粒最后被转送入第三流化床炉的第一反应炉中。
因此，在该系统中，有一段时间，尽管非常短，粗铁矿石颗粒留在第二反应炉内，之后才被转送入第一反应炉内。粗颗粒在中等／细铁矿石颗粒之间的短时间停留能防止由于细颗粒之间的粘结而出现的流态化停滞现象，而流化态停滞现象正是现有技术中的双流化床炉中常遇到的问题。
在现有技术中的双流化床炉中，通过一管道，第一反应炉的的一侧与第二反应炉的下部的一侧相连，在第一反应炉中的还原气体的速度控制得高于中等铁矿石颗粒的临界速度，以便从铁矿石中分出来供入第一反应炉的中等／细铁矿石夹在还原气体中被输送入第二反应炉中，这样中等／细铁矿石与粗铁矿石分开进行还原。
与现有技术中的双流化床炉不同，依据本发明，被预加热的铁矿石首先被送入其中具有锥形分配器的第二反应炉。控制第二反应炉中的还原气体的表面气体速度，以便只有中等／细铁矿石颗粒被流化，而粗铁矿石向下落入第一反应炉。因此，通过将粗铁矿石和中等／细铁矿石分开并在不同的沸腾流化床反应炉中分别最后还原它们，可解决现有技术中的双炉中已反应气体和未反应气体混合而引起的问题。
而且，本发明能防止第二反应炉中的粘结和流化停滞现象，这是因为在粗颗粒落入第一反应炉前有一段时间，尽管非常短，粗颗粒停在第二反应炉内，这样由细颗粒聚团产生的粗颗粒可和初始的粗颗粒一起穿过安有中心出口的锥形气体分配器排出。
很明显，本领域的熟练技术人员在不脱离本发明的宗旨或范围的前提下，能够对本发明的用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置作出各种修改和替换。因此，本发明意在覆盖落入本发明后附的权利要求和它们的等同物范围内的所有修改和替换。
下面，描述本发明的实际例子。
例1
具有表2所列的尺寸和化学组分的细铁矿石在表2－4所列的工作条件下采用图2和表1所示的还原装置被还原。
表1：流化床式还原炉的尺寸第一流化床炉
窄部分的内径：0．3m
锥形部分+窄部分的高度：4．0m
扩展部分内径：0．9m
扩展部分的高度：2．5m第二流化床炉
窄部分的内径：0．3m
锥形部分+窄部分的高度：4．0m
扩展部分的内径：0．9m
扩展部分的高度：2．5m第三流化床炉的第一反应炉
窄部分的内径：0．2m
锥形部分+窄部分的高度：5．2m第三流化床炉的第二反应炉
窄部分的内径：0．5m
锥形部分+窄部分的高度：2．7m
扩展部分的内径：0．9m
扩展部分的高度：2．3m
表2：铁矿石的工作条件铁矿石的化学组分：
T．Fe：62．36％，SiO2：5．65％，Al2O3：2．91％，
S：0．007％，P：0．065％颗粒尺寸分布：
－0．25mm：22％0．25－1．0mm：28％，1．0－5．0mm：50％加料速度：5kg／min从第三铁矿石出口出料速度：1．7kg／min从第四铁矿石出口出料速度：2．2kg／min
表3：还原气体的工作条件化学组分：CO：65％，H2：25％，CO2+H2O：10％温度：850℃左右压强：1．3kgf／cm2
表4：还原炉内表面气体速度第一流化床炉
窄部分：2．22m／s
扩展部分：0．25m／s第二流化床炉
窄部分：2．22m／s
扩展部分：0．25m／s第三流化床炉的第一反应炉：3．0m／s第三流化床炉的第二反应炉
窄部分：0．32m／s
扩展部分：0．25m／s
采用尺寸分布范围较宽的铁矿石，在上述条件下的试验结果是，平均气体利用率是30％左右，气体消耗率是1250Nm3／吨铁。而且铁的生产率相当好，因为在60分钟内即可生产出还原铁，从第三和第四铁矿石出口获得的铁的平均还原程度为90％。
通过控制气体速度和在第二反应炉内采用安有中心出口的锥形气体分配器，从已预还原的铁矿石中分出的以便供给第二反应炉的粗铁矿石与中等／细铁矿石分离开。接着，粗铁矿石转到第一反应炉，并在炉内最后还原。因此，能降低气体消耗率，因为还原需要的时间比中等／细铁矿石要长的粗铁矿石在转到第一反应炉内前，它们在通过第二反应炉时就能得到一定程度的还原。
通过在第二反应炉内采用安有中心出口的锥形气体分配器，将细铁矿石之间团聚产生的粗铁矿石和初始送入第二反应炉的粗铁矿石一起排出，本发明也能解决第二反应炉内的粘结和流态化停滞问题。
例2
具有表2所列的尺寸和化学组分的细铁矿石在表2、3和6所列的工作条件下采用图4和表5所示的还原装置还原。
表5：流化床式还原炉的尺寸第一流化床炉
窄部分的内径：0．3m
锥形部分+窄部分的高度：4．0m
扩展部分的内径：0．9m
扩展部分的高度：2．5m第二流化床炉
高气体速度区
内径：0．2m
高度：5．2m
低气体速度区
窄部分的内径：0．5m
锥形部分+窄部分的高度：2．7m
扩展部分的内径：0．9m
扩展部分的高度：2．3m第三流化床炉的第一反应炉
内径：0．2m
高度：5．2m第三流化床炉的第二反应炉
窄部分的内径：0．5m
锥形部分+窄部分的高度：2．7m
扩展部分的内径：0．9m
扩展部分的高度：2．3m
表6：表面气体速度第一流化床炉
窄部分：2．22m／s
扩展部分：0．25m／s第二流化床炉
高气体速度区：3．0m／s
低气体速度区：
窄部分：0．32m／s
扩展部分：0．25m／s第三流化床炉的第一反应炉
3．0m／s第三流化床炉的第二反应炉
窄部分：0．32m／s
扩展部分：0．25m／s
采用尺寸分布范围较宽的铁矿石，在上述条件下的试验结果如下：平均气体利用率是30％左右，气体消耗速度是1250Nm3／吨铁，与例1中测得的相同。而且，铁的生产率极好，因为在60分钟内生产出还原铁，从第三和第四铁矿石出口测得的平均还原程度是90％左右。
在第二串联双流化床炉的低气体速度区经还原并随后供给第二反应炉的铁矿石颗粒几乎均是中等／细尺寸。然而，少量的粗铁矿石能包含在流化床内，通过调整低气体速度区的铁矿石出口的标高(高度)，可将上述的少量粗铁矿石颗粒控制在最多为流化床重量的10－20％左右，随后粗铁矿石被送到(落下)第三流化床炉的第一反应炉内。
因此，在该系统中，粗铁矿石转送到第一反应炉前，有一段时间，尽管非常短，粗铁矿石颗粒在第二反应炉内。粗颗粒短时间的存在于中等／细颗粒之中，可防止由于细颗粒之间的粘结出现的流化停滞现象，该流化停滞现象是现有技术中的双流化床炉中常遇到的问题。

Claims (6)

1．一种用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置，它包含：
第一单个流化床炉，用于在沸腾流化状态烘干／预加热细铁矿石；
第一旋风收尘器，用于收集夹在来自第一流化床炉的消耗气体中的细铁矿石颗粒；
第二单个流化床炉，用于预还原已在第一流化床炉内烘干／预加热的细铁矿石；
第二旋风收尘器，用于收集夹在来自第二流化床炉的消耗气体中的细铁矿石颗粒；
第三双流化床炉，它包含用于分别最后还原已在第二流化床炉内预还原的粗铁矿石和中等／细铁矿石的第一筒形反应炉和第二反应炉；
第三旋风收尘器，用于收集夹在来自第三流化床炉的第一反应炉的消耗气体中的中等／细铁矿石颗粒；以及
第四旋风收尘器，用于收集夹在来自第三流化床炉的第二反应炉的消耗气体中的超细铁矿石颗粒；
第一流化床炉包含第一扩展部分、第一锥形部分和第一窄部分；
第一窄部分有一位于其底端的第一消耗气体入口，其还带有位于第一消耗气体入口上方的第一气体分配器，在其一侧壁还有第一铁矿石出口，
第一扩展部分和第一窄部分分别通过第十六管道和第一管道与第一旋风收尘器相连通，以及
第一窄部分通过第七管道与一给料斗相连；第二沸腾床炉包含第二扩展部分、第二锥形部分和第二窄部分，
第二窄部分有一位于其底端的第二消耗气体入口，其还带有位于第二消耗气体入口上方的第二气体分配器，在其一侧壁还有第二铁矿石出口；
第二扩展部分和第二窄部分分别通过第十八管道和第四管道与第二旋风收尘器相连通，
第二窄部分通过第二管道和第一铁矿石出口与第一窄部分相连，以及
第二旋风收尘器通过第三管道与第一消耗气体入口相连；
第三流化床炉的第一反应炉是筒形，该第一反应炉有一位于其底端的第三消耗气体入口以便向其内供入熔炼炉的消耗气体，其还带有位于其下部的第三气体分配器，其还有通过第八管道与熔炼炉的上部相连的第三铁矿石出口，其还通过第九管道与第三旋风收尘器相连，以及第三旋风收尘器的上部通过第七管道与第二消耗气体入口相连；以及
第三流化床炉的第二反应炉包含第三扩展部分、第三锥形部分和第三窄部分，
第三窄部分有位于其底端的第五铁矿石出口，在其内部还带有第四锥形分配器，在其一侧还有第四铁矿石出口，第四铁矿石出口通过第十二管道与熔炼炉相连，
第三扩展部分和第三窄部分分别通过第二十管道和第十四管道与第四旋风收尘器相连，
第三窄部分通过第六管道和第二铁矿石出口与第二流化床炉的第二窄部分相连，
第四旋风收尘器的上部通过第五管道与第七管道相连，第三窄部有位于第四锥形分配器下方的第四消耗气体入口，该第四消耗气体入口通过第十一管道与熔炼炉相连，第五铁矿石出口通过第九管道与第三流化床炉相连，第九和第十一管道与第十管道相连，以及第三旋风收尘器的下部通过第十三管道与第十管道相连。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，第五铁矿石出口内侧有一收缩翼片。
3．一种用于还原细铁矿石的三段流化床炉式装置，它包含：
第一单个流化床炉，用于在沸腾流化状态烘干／预加热细铁矿石；
第一旋风收尘器，用于收集夹在来自第一流化床炉的消耗气体中的细铁矿石颗粒；
第二单个流化床炉，用于预还原已在第一流化床炉内烘干／预加热的细铁矿石；
第二旋风收尘器，用于收集夹在来自第二流化床炉的消耗气体中的细铁矿石颗粒；
第三双流化床炉，它包含用于分别最后还原已在第二流化床炉内预还原的粗铁矿石和中等／细铁矿石的第一筒形反应炉和第二反应炉；
第三旋风收尘器，用于收集夹在来自第三流化床炉的第一反应炉的消耗气体中的中等／细铁矿石颗粒；以及
第四旋风收尘器，用于收集夹在来自第三流化床炉的第二反应炉的消耗气体中的超细铁矿石颗粒；
第一流化床炉包含第一扩展部分、第一锥形部分和第一窄部分；
第一窄部分有一位于其底端的第一消耗气体入口，其还带有位于第一消耗气体入口上方的第一气体分配器，在其一侧壁还有第一铁矿石出口，
第一扩展部分和第一窄部分分别通过第十六管道和第一管道与第一旋风收尘器相连通，以及
第一窄部分通过第七管道与一给料斗相连；
第二沸腾床炉包含第二扩展部分、第二锥形部分和第二窄部分；
第二窄部分有一位于其底端的第六消耗气体入口／铁矿石中心出口，其还带有位于第六消耗气体入口／铁矿石中心出口上方的第二锥形分配器，在其一侧壁还有第二铁矿石出口；
第二扩展部分和第二窄部分分别通过第十八管道和第四管道与第二旋风收尘器相连通，
第二窄部分通过第二管道和第一铁矿石出口与第一窄部分相连，以及
第二旋风收尘器通过第三管道与第一消耗气体入口相连，
第六消耗气体入口／铁矿石中心出口通过第五管道与第三流化床炉的第一反应炉相连，
第二窄部分有位于其一侧的第二消耗气体入口，
第三流化床炉的第一反应炉是筒形，其有与一熔炼炉相连的第三消耗气体入口，带有位于其下部的第三气体分配器，并有通过第八管道与熔炼炉的上部相连的第三铁矿石出口，其上部还通过第十九管道与第三旋风收尘器相连，第三旋风收尘器的上部通过第七管道与第六铁矿石出口相连；以及
第三流化床炉的第二反应炉包含第三扩展部分、第三锥形部分和第三窄部分，
第三窄部分有位于其底端的第五铁矿石出口，在其内部还带有第四锥形分配器，在其一侧还有第四铁矿石出口，第四铁矿石出口通过第十二管道与熔炼炉相连，
第三扩展部分和第三窄部分分别通过第二十管道和第十四管道与第四旋风收尘器相连，
第三窄部分通过第六管道和第二铁矿石出口与第二流化床炉的第二窄部分相连，以及第三旋风收尘器的下部通过第十三管道与第十管道相连。
4．如权利要求3所述的装置，其特征在于，第五和第六铁矿石出口内部均有一收缩翼片。
5．一种用于还原具有较宽的颗粒尺寸分布范围的细铁矿石的三段流化床炉式装置，它包含：
第一单个流化床炉，用于在形成一沸腾流化床时烘干／预加热细铁矿石；
第一旋风收尘器，用于收集夹在来自第一流化床炉的消耗气体中的细铁矿石颗粒；
第二串联双流化床炉，它包含一高气体速度区和低气体速度区，用来将已在第一流化床炉内烘干／预加热的尺寸分布较宽的细铁矿石分级成粗铁矿石颗粒和中等／细铁矿石颗粒，并在沸腾流化床上分别预还原它们；
第二旋风收尘器，用于收集夹在来自第二流化床炉的消耗气体中的细铁矿石；
第三双流化床炉，它包含第一筒形反应炉和第二反应炉，它们分别用于最后还原已在高气体速度区预还原的粗铁矿石颗粒和已在低气体速度区预还原的中等／细铁矿石颗粒；
第三旋风收尘器，用于收集夹在来自第三流化床炉的第一反应炉的消耗气体中的中等／细铁矿石颗粒；以及
第四旋风收尘器，用于收集夹在来自第三流化床炉的第二反应炉的消耗气体中的超细铁矿石颗粒；
第一流化床炉包含第一扩展部分、第一锥形部分和第一窄部分，第一窄部分有位于其底端的第一消耗气体入口，位于第一消耗气体入口上方的第一气体分配器以及在其一侧的第一铁矿石出口，
第一扩展部分和第一窄部分分别通过第十六管道和第一管道与第一旋风收尘器相连，以及
第一窄部分通过第七管道与一给料斗相连；
第二流化床炉包含高气体速度区和低气体速度区，后者包含第二扩展部分、第二锥形部分和第二窄部分，
高气体速度区有位于其底端的第二消耗气体入口和位于其下部内的第二分配器，
低气体速度区有位于其底端的第六铁矿石出口和位于其下部内的锥形气体分配器，
第二窄部分有位于其下部的第五消耗气体入口和第二铁矿石出口。
第二扩展部分和第二窄部分分别通过第十八管道和第四管道与第二旋风收尘器相连，
第二窄部分通过第二管道与第一窄部分相连，以及
第二旋风收尘器通过第三管道与第一消耗气体入口相连；
第三流化床炉的第一反应炉是筒形，它有位于其底端的第三消耗气体入口以便向其内供入熔炼炉的消耗气体，位于其下部的第三气体分配器，以及通过第八管道与熔炼炉上部相连的第三铁矿石出口，其还通过第十九管道与第三旋风收尘器相连，第三旋风收尘器的上部通过第七管道与第二消耗气体入口相连，以及第一反应炉通过第二十一管道与第二流化床炉的高气体速度区相连；以及
第三流化床炉的第二反应炉包含第三扩展部分、第三锥形部分和第三窄部分，
第三窄部分有位于其端部的第五铁矿石出口以及位于其内部的第四锥形分配器，通过第十二管道与熔炼炉相连的第四铁矿石出口，
第三扩展部分和第三窄部分分别通过第二十管道和第十四管道与第四旋风收尘器相连，
第三窄部分通过第六管道与第二流化床炉的第二窄部分相连，
第四旋风收尘器的上部通过第五管道与第二流化床炉的低气体速度区相连，第三窄部有位于第二锥形分配器下方并通过第十一管道与熔炼炉相连的第四消耗气体入口，第五铁矿石出口通过第九管道与第三流化床炉相连，第九和第十一管道与第十管道相连，第三旋风收尘器的下部通过第十三管道与第十管道相连。
6．如权利要求5所述的装置，其特征在于，第二流化床炉的高气体速度区的上部有一收缩翼片，以便提高气体速度。
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