CN107227391A - 一种矿粉快速还原系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对粉状矿石生产直接还原铁的快速还原系统，包括:快速还原反应器、加热系统、进料系统、出料系统、还原气系统，装置内温度分布均匀，采用还原尾气循环利用的方法，实现了还原气资源的循环利用，采用多层进风口，还原气分布更加均匀，进入反应器的热态还原气，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。

Description

一种矿粉快速还原系统

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种矿粉还原系统，特别涉及一种矿粉快速还原系统。

背景技术

直接还原炼铁技术是钢铁工业发展的前沿技术，是钢铁工业发展摆脱焦煤资源的羁绊、降低能耗、减少CO₂排放、改善钢铁产品结构、提高钢铁产品质量的重要发展方向。直接还原铁是优质废钢的替代品，是生产高品质纯净钢的不可短缺的铁源原料，是转炉炼钢的优质冷却剂。

现在达到工业生产水平或仍在继续试验的直接还原方法主要分为两类：使用气体还原剂的直接还原法和使用固体还原剂的直接还原法。其中，使用气体还原剂的直接还原法按工艺设备来分又可分为三类，包括竖炉法、反应罐法和流态化法。

竖炉法是指炉料与煤气在炉内逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热和还原的方法。该法以Midrex法为代表，是当前发展最快、应用最广的直接还原炼铁法。作为原料的氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却三个阶段。还原所得的海绵铁，冷却到50℃后排出炉外，以防再氧化，还原煤气用天然气及竖炉本身的一部分煤气制造，先加热到760～900℃，在竖炉还原段下部通入，炉顶煤气回收后分别用于煤气再生、转化炉加热和竖炉冷却。此法的传热传质效率高，每吨产品能耗可低达2.56×10⁶千卡，产品质量好，金属化率达92％。

墨西哥的HyL法是唯一的工业化反应罐法。炉料在反应罐中固定不动，通入热还原煤气依次进行预热、还原和冷却，最后定期停气，把炉料排出罐外。为了克服固定床还原煤气利用不良的缺点，HyL法采用了4个反应罐串联操作，还原煤气用天然气制造，先在换热式转化炉中不充分转化，经过每一个反应罐反应后都进行脱水、二次转化和提温，煤气在1100℃的高温下进行还原，在停止通气的环境下，HyL法使用排料杆强制排料，因此不怕炉料粘结，操作温度较高，虽系间断作业，生产率并不低。缺点是煤气利用差，热耗大，产品质量不均。

流态化法是在流化床中用煤气还原铁矿粉的方法。在流态化法还原中，煤气除用作还原剂及热载体外，还用作散料层的流化介质。细粒矿石料层被穿过的气流流态化并依次被加热、还原和冷却。还原产品冷却后压块保存。流态化还原有直接使用矿粉省去造块的优点，并且由于矿石粒度小而能加速还原。缺点是细粒矿粉甚易粘结，一般在600～700℃不高的温度下操作，不仅还原速度不大，而且极易促成CO的析碳反应，碳素沉析妨碍正常操作。

因此，如何设计一种适用于矿粉的、工艺简单的快速还原反应系统成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种针对粉状矿石生产直接还原铁的快速还原系统，装置内温度分布均匀，采用还原尾气循环利用的方法，实现了还原气资源的循环利用，采用多层进风口，还原气分布更加均匀，进入反应器的热态还原气，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种矿粉快速还原系统，包括：快速还原反应器、加热系统、进料系统、出料系统、还原气系统，其中：

所述进料系统设置在所述快速还原反应器进料口的上方，所述出料系统设置在所述快速还原反应器出料口的下方，所述加热系统设置在所述快速还原反应器炉的还原段内；

所述还原气系统包括：还原气处理装置、加热装置、风机、还原气储罐阀门、还原气储罐，其中，所述还原气处理装置分别与所述快速还原反应器的还原尾气出口和所述加热装置连接，所述加热装置与所述反应器侧壁上设置的还原气二次进气口连接，所述风机出气管与所述反应器还原段底部的入气口连接；

所述还原气储罐的气体出口经所述还原气储罐阀门分别与所述加热装置连接和所述风机入气管连接，用于将还原气储罐内的一部分还原气与经所述还原气处理装置处理后的还原尾气加热后，通过所述还原气二次进气口通入反应器的还原段，并将另一部分还原气通入所述反应器冷却段底部。

进一步的，所述还原气处理装置包括洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置，所述洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置依次连接，用于将还原尾气经洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置处理后送至加热装置加热。

进一步的，所述加热系统包括中心气体管和沿所述反应器高度方向布置的多层蓄热式辐射管，每层设有多根位于同一水平面上的U型蓄热式辐射管，中心气体管纵向设置于还原段的中心轴线上，所述U型蓄热式辐射管沿所述中心气体管圆周环布且与中心气体管道相连通，上下两层中的所述U型蓄热式辐射管以相对旋转角度的方式设置使得各层U型蓄热式辐射管不重叠，所述中心气管分别与快速还原反应器的空气入口、燃气入口和出烟口连接。

进一步的，所述相对旋转角度为0°-180°/n，其中n为所述每层蓄热式辐射管的数量；所述设置在中心气管上辐射管的至少为5层、每层至少设置2个U型蓄热式辐射管。

进一步的，还包括一层或多层还原气二次进风口，所述多层还原气二次进风口沿所述反应器高度方向间隔分布在所述反应器的侧壁上且位于所述还原段的底部并沿反应器周向设置；各层的所述还原气二次进风口设有多个长短不同的喷嘴，所述喷嘴沿所述反应器的侧壁圆周交替环布，用于控制还原气在所述反应器内腔中径向上的分布。

进一步的，所述进料系统包括：斗提和进料螺旋，所述斗提将原料仓中的矿粉提升至所述进料螺旋内，所述进料螺旋设置在所述快速还原反应器进料口的上方。

进一步的，所述出料系统包括热压块装置和冷却装置，所述热压块装置所述快速还原反应器出料口连接，用于将粉状还原产物变成块状还原产物，所述热压块装置与所述冷却装置连接，冷却后的还原产物被运至储料仓存储。

进一步的，还包括布风板，所述布风板设置于反应器冷却段底部，并与所述风机出气管连接，用于将气体通过布风板通入快速还原反应器冷却段底部。

进一步的，还包括氮气储罐，所述氮气储罐经氮气储罐阀门与所述风机入气管连接。

同时，本发明提供了一种矿粉快速还原系统对矿粉进行处理的方法，包括以下步骤：

a.试验前检查及气密性试验，确认整个系统具备正常生产条件，并保证整个管线的密封性；

b.氮气吹扫：关闭还原气进气阀门，打开氮气进气阀门，然后打开风机，氮气进入快速还原反应器中进行空气置换，保证整个系统处于非氧化气氛中；

c.当氮气吹扫完毕后，设置反应器中各区的辐射管温度，通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量，实现对还原过程的精确控温；

d.当反应器内各区温度达到设定值并稳定后，关闭氮气进气阀门，打开还原气进气阀门，还原气体进入反应器还原段，之后再将矿粉从反应器顶部加入，从反应器还原段底部通入经加热装置加热后的还原性气体，与矿粉进行还原反应，一部分还原气通过风机进入快速还原反应器的冷却段，对还原产物进行冷却而后上升至还原段与矿粉进行还原反应；

e.反应生成的热态还原产物从反应器底部排出，并经过热压成块装置形成块状产物，最后经过冷却后送入储料罐中进行保存；

f.参加还原反应后的还原尾气从反应器顶部排出，经过洗涤除尘冷却后，再通入所述加热装置中。

本发明的有益效果在于：

(1)实现了粉状矿石生产直接进行还原铁的快速还原，流程简单。

(1)矿粉快速还原装置横截面为圆形，相比方形装置，在矿粉均匀分布、装置加压方面有明显优势。

(2)还原气加热装置采用多层辐射管、每层辐射管设置多个U型辐射管，使装置内温度分布更加均匀。

(3)还原尾气循环利用方法，实现了还原气的循环利用。

(4)有一层或多层还原气二次进风口进入矿粉快速还原装置，配合圆形横截面矿粉快速还原装置，可使装置内还原气分布更加均匀。

(5)还原气进气系统分为两股还原气分别进入反应器的冷却段和还原段。进入冷却段的还原气与还原产物实现逆向热交换，有效提高系统热利用率，同时降低还原产物被氧化的风险；进入还原段的热态还原气使得反应器内部气体分布更加均匀，同时也补充了向上运动的还原气量，另外，进入反应器的热态还原气，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。

附图说明

图1为本发明矿粉快速还原系统整体结构示意图。

图2为本发明矿粉快速还原系统内部加热辐射管示意图。

图3为本发明矿粉快速还原系统进气管俯视图。

图4为本发明矿粉快速还原系统进气管侧视图。

其中，1原料仓、2斗提、3进料螺旋、4快速还原反应器、5蓄热式辐射管、6布风板、7风机、8还原气储罐阀门、9氮气储罐阀门、10还原气储罐、11氮气储罐、12洗涤冷却装置、13压缩装置、14脱碳装置、15热压块装置、16冷却装置、17储料仓、18燃气、19空气、20烟气、21进料口、22还原尾气出口、23加热装置 24U形辐射管、25中心气管、26第一层喷嘴、27第二层喷嘴。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种矿粉快速还原系统，图1为本发明矿粉快速还原系统整体结构示意图，如图1所示,包括：快速还原反应器4、加热系统、进料系统、出料系统、还原气系统，其中，所述进料系统设置在所述快速还原反应器进料口的上方，所述出料系统设置在所述快速还原反应器4出料口的下方，所述加热系统设置在所述快速还原反应器炉的还原段内；所述还原气系统包括：还原气处理装置、加热装置、风机7、还原气储罐阀门8、还原气储罐10，其中，所述还原气处理装置分别与所述快速还原反应器的还原尾气出口22和所述加热装置23连接，所述加热装置23与所述反应器侧壁上设置的还原气二次进气口连接，所述风机出气管与所述反应器还原段底部的入气口连接；所述还原气储罐的气体出口经所述还原气储罐阀门分别与所述加热装置连接和所述风机入气管连接，用于将还原气储罐内的一部分还原气与经所述还原气处理装置处理后的还原尾气加热后，通过所述还原气二次进气口通入反应器的还原段，并将另一部分还原气通入所述反应器冷却段底部。

由此，还原产物与进入冷却段的还原气实现逆向热交换，有效提高系统热利用率，同时降低还原产物被氧化的风险；进入还原段的热态还原气使得反应器内部气体分布更加均匀，同时也补充了向上运动的还原气量，另外，进入反应器的热态还原气，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。

根据本发明的具体实施例，如图1所示，所述还原气处理装置包括洗涤冷却装置12、压缩装置13和脱碳装置14，所述洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置依次连接，用于将还原尾气经洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置处理后送至加热装置加热。

根据本发明的具体实施例，图2为本发明矿粉快速还原系统内部加热辐射管示意图，如图2所示，所述加热系统包括中心气体管和沿所述反应器高度方向布置的多层蓄热式辐射管5，每层设有多根位于同一水平面上的U型蓄热式辐射管24，所述中心气体管纵向设置于还原段的中心轴线上，所述U型蓄热式辐射管沿所述中心气体管圆周环布且与中心气体管道相连通，需要注意的是，上下两层中的所述U型蓄热式辐射管24以相对旋转角度的方式设置使得各层U型蓄热式辐射管不重叠，所述中心气管分别与快速还原反应器的空气入口、燃气入口和出烟口连接。

根据本发明的具体实施例，U型辐射管24的在还原反应器的内的分布以保证反应器内部受热均匀为宜，优选的，所述U型辐射管的相对对旋转角度为0°-180°/n，其中n为所述每层蓄热式辐射管5的数量；所述设置在中心气管上辐射管的至少为5层、每层至少设置2个U型蓄热式辐射管。

根据本发明的具体实施例，如图3和图4所示，为了保证进入快速还原反应器内还原气分布均匀，在本发明的一些具体实施方式中，还包括一层或多层还原气二次进风口，所述多层还原气二次进风口沿所述反应器高度方向间隔分布在所述反应器的侧壁上且位于所述还原段的底部并沿反应器周向设置；需要注意的是，各层的所述还原气二次进风口设有多个长短不同的喷嘴，所述喷嘴沿所述反应器的侧壁圆周交替环布，用于控制还原气在所述反应器内腔中径向上的分布。

根据本发明的具体实施例，进料系统的选择可根据工厂车间的设施情况自行设置，例如，可采用数控中心控制的自动化进料装置，在本发明的一些具体实施方式中，所述进料系统包括：斗提2和进料螺旋3，所述斗提2将原料仓1中的矿粉提升至所述进料螺旋3内，所述进料螺旋3设置在所述快速还原反应器4进料口的上方。

根据本发明的具体实施例，经还原反应器的出料口排出得到的还原产物的用途广泛，可进行更深层次的加工，也可进行储存，在本发明的一些具体实施方式中，所述出料系统包括热压块装置15和冷却装置16，所述热压块装置所述快速还原反应器出料口连接，用于将粉状还原产物变成块状还原产物，所述热压块装置与所述冷却装置连接，冷却后的还原产物被运至储料仓17存储,运输过程中避免了还原产物的二次氧化。

相应的，快速还原反应器4横截面为圆形，可分为进料段、还原段和冷却段。相比方形横截面装置，圆形横截面装置抗压能力较强，可满足反应装置内加压的需要，其中，进料段位于反应器4顶部；还原段位于进料段和冷却段之间，冷却段呈锥形，位于反应器4底部，便于粉状物料滑落至产物出口，避免产物局部堆积。

根据本发明的具体实施例，为了使氮气和还原气在进入反应器时都能尽可能的均匀分布，在本发明的具体实施方式中，还包括布风板，所述布风板设置于反应器冷却段底部，并与所述风机出气管连接，用于将风机的气体通过布风板通入快速还原反应器冷却段底部,在还原气进入反应器之前，要对整个系统进行氮气吹扫，用于保证整个系统处于非氧化气氛中。

根据本发明的具体实施例，选用的稳定气体对整个系统进行清扫并无特定要求，优选的，考虑到价格和获取的难易程度，优选的，本发明还包括氮气储罐，所述氮气储罐经氮气储罐阀门与所述风机7入气管连接。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种的矿粉快速还原系统对矿粉进行处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.试验前检查及气密性试验，确认整个系统具备正常生产条件，并保证整个管线的密封性；

b.氮气吹扫：关闭还原气进气阀门，打开氮气进气阀门，然后打开风机，氮气进入快速还原反应器中进行空气置换，保证整个系统处于非氧化气氛中；

c.当氮气吹扫完毕后，设置反应器中各区的辐射管温度，通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量，实现对还原过程的精确控温；

d.当反应器内各区温度达到设定值并稳定后，关闭氮气进气阀门，打开还原气进气阀门，还原气体进入反应器还原段，之后再将矿粉从反应器顶部加入，从反应器还原段底部通入经加热装置加热后的还原性气体，与矿粉进行还原反应，一部分还原气通过风机进入快速还原反应器的冷却段，对还原产物进行冷却而后上升至还原段与矿粉进行还原反应；

e.反应生成的热态还原产物从反应器底部排出，并经过热压成块装置形成块状产物，最后经过冷却后送入储料罐中进行保存；

f.参加还原反应后的还原尾气从反应器顶部排出，经过洗涤除尘冷却后，再通入所述加热装置中。

实施例一

本实施例包括以下结构：

快速还原反应器：快速还原反应器4横截面为圆形，可分为进料段、还原段和冷却段，相比方形横截面装置，圆形横截面装置抗压能力较强，可满足反应装置内加压的需要。其中，进料段位于反应器4顶部；还原段位于进料段和冷却段之间，其内部沿着快速还原反应器的高度方向多层布置蓄热式辐射管5，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管5，冷却段呈锥形，位于反应器4底部，便于粉状物料滑落至产物出口，避免产物局部堆积；在反应器4的冷却段内部设置有布风板6，还原性气体由此均匀进入反应器内，与矿粉发生还原反应。另外，反应器4顶部的侧壁上还设置有还原尾气出口22，其排出管道连接洗涤塔12的进气管。

加热系统：加热系统由5层蓄热式辐射管5组成，该蓄热式辐射管可以为燃气蓄热式辐射管，即进入蓄热式辐射管中的燃气18和空气19发生燃烧反应，由此产生的热量主要以辐射的方式将热量传递给反应器4中矿粉和还原性气体，使其发生还原反应获得还原产物。燃烧后的烟气20从蓄热式辐射管排出。蓄热式辐射管内的燃气流动系统与反应器内的还原气流动系统彼此隔绝，不会影响反应器内的还原过程。通过调节通入蓄热式辐射管的燃气流量可以精确控制反应器内的温度场，由此可以控制反应器内温度场个数以及温度梯度，实现对反应器内还原过程的精确控温。每层辐射管由3个U型辐射管连接在中心气体管道上，U型辐射管在圆周上均匀排布。为使下落的矿粉分布更加均匀，上下两层辐射管可相对旋转45度。

进出料系统：进出料系统包括矿粉进料系统和还原产物出料系统两部分。原料仓1中的矿粉经过斗提2提升至位于反应器4顶部的进料螺旋3，在其作用下，矿粉由进料口21进入快速还原反应器4中。经过反应器内快速还原过程后，生成的还原产物热态出料，并在热压块装置15下由粉状变成块状产物，由此可以减小还原产物与空气的接触面积，减少还原产物的氧化。另外，块状产物便于运输，块状产物经过冷却装置16后送至储料仓17进行保存。

还原气系统：在还原气进入反应器4之前需要对整个系统进行氮气吹扫，以保证整个系统处于非氧化气氛中。氮气吹扫时，关闭还原气进气阀门8，打开氮气进气阀门9，然后打开风机7，使氮气储罐11中的氮气进入快速还原反应器4中；氮气吹扫完毕后，关闭氮气进气阀门9，打开还原气进气阀门8，还原气储罐10中的还原气分为两股分别进入快速还原反应器4中。其中，一股还原气通过风机7从布风板6均匀进入快速还原反应器4的冷却段。在冷却段，还原气与还原产物实现逆向热交换(二者运动方向相反)，还原产物温度降低，而还原气获得热量温度升高，有效提高系统热利用率，同时降低还原产物被氧化的风险；另一股还原气在加热装置23的作用下变成温度为800～1000℃的热态还原气，直接进入快速还原反应器4的还原段。需要说明的是，反应器侧壁一周环布着多个还原气的二次进风口，热态还原气由此侧向进入反应器，使得反应器内部气体分布更加均匀，同时也补充了向上运动的还原气量，更有利于还原反应。另外，进入反应器的热态还原气，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。参与反应后的还原尾气从还原尾气出口22排出，分别进入洗涤冷却装置12，压缩装置13、脱碳装置14处理后，得到未反应的还原气，经由加热装置23进入反应器7。还原气二次进风口示意见图3和图4。还原气二次进风口可设置2层，每层还原气二次进风口喷嘴设置8个，各层还原气二次进风口喷嘴长短不同，目的在于更好地控制还原气在快速还原反应装置径向上的分布。

将所述进出料系统、还原气系统与快速还原反应器连接，加热系统设置在快速还原反应器内后，进行矿粉的快速还原反应，依次进行以下步骤，得到的金属化粉料铁的金属化率为91％。

1.还原气体进入反应器还原段，然后将铁精矿从铁矿粉快速还原装置顶部加入，其中，所述铁精矿铁品位为65％，矿粉颗粒粒径小于0.074mm的比例不少于80％，铁矿粉快速还原装置中蓄热式辐射管温度设为950℃；

2.将还原尾气中经过除尘、加压、脱碳后得到的未反应还原气加热，得到900℃热态还原气，从反应器侧壁上的二次进风口进入还原段；所述未反应还原气中CO体积分数为55％，H₂体积分数为35％；

3.将一股新制还原气从铁矿粉快速还原装置底部通入，与还原产物实现逆向热交换；所述新制还原气在上升过程中受到蓄热式辐射管加热的作用升温，与下落的铁矿粉进行换热及发生还原反应，还原尾气经铁矿粉快速还原装置上部的还原尾气出口排出反应装置；所述新制反应还原气中CO体积分数为55％，H₂体积分数为35％；

4.反应生成的金属化粉料经铁矿粉快速还原装置底部排出。

实施例二

快速还原反应器：快速还原反应器4横截面为圆形，可分为进料段、还原段和冷却段，相比方形横截面装置，圆形横截面装置抗压能力较强，可满足反应装置内加压的需要。其中，进料段位于反应器4顶部；还原段位于进料段和冷却段之间，其内部沿着快速还原反应器的高度方向多层布置蓄热式辐射管5，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管5，冷却段呈锥形，位于反应器4底部，便于粉状物料滑落至产物出口，避免产物局部堆积；在反应器4的冷却段内部设置有布风板6，还原性气体由此均匀进入反应器内，与矿粉发生还原反应。另外，反应器4顶部的侧壁上还设置有还原尾气出口22，其排出管道连接洗涤塔12的进气管。

加热系统：加热系统由5层蓄热式辐射管5组成，该蓄热式辐射管可以为燃气蓄热式辐射管，即进入蓄热式辐射管中的燃气18和空气19发生燃烧反应，由此产生的热量主要以辐射的方式将热量传递给反应器4中矿粉和还原性气体，使其发生还原反应获得还原产物。燃烧后的烟气20从蓄热式辐射管排出。蓄热式辐射管内的燃气流动系统与反应器内的还原气流动系统彼此隔绝，不会影响反应器内的还原过程。通过调节通入蓄热式辐射管的燃气流量可以精确控制反应器内的温度场，由此可以控制反应器内温度场个数以及温度梯度，实现对反应器内还原过程的精确控温。每层辐射管由3个U型辐射管连接在中心气体管道上，U型辐射管在圆周上均匀排布。为使下落的矿粉分布更加均匀，上下两层辐射管可相对旋转45度。

进出料系统：进出料系统包括矿粉进料系统和还原产物出料系统两部分。原料仓1中的矿粉经过斗提2提升至位于反应器4顶部的进料螺旋3，在其作用下，矿粉由进料口21进入快速还原反应器4中。经过反应器内快速还原过程后，生成的还原产物热态出料，并在热压块装置15下由粉状变成块状产物，由此可以减小还原产物与空气的接触面积，减少还原产物的氧化。另外，块状产物便于运输。块状产物经过冷却装置16后送至储料仓17进行保存。

还原气系统：在还原气进入反应器4之前需要对整个系统进行氮气吹扫，以保证整个系统处于非氧化气氛中。氮气吹扫时，关闭还原气进气阀门8，打开氮气进气阀门9，然后打开风机7，使氮气储罐11中的氮气进入快速还原反应器4中；氮气吹扫完毕后，关闭氮气进气阀门9，打开还原气进气阀门8，还原气储罐10中的还原气分为两股分别进入快速还原反应器4中。其中，一股还原气通过风机7从布风板6均匀进入快速还原反应器4的冷却段。在冷却段，还原气与还原产物实现逆向热交换(二者运动方向相反)，还原产物温度降低，而还原气获得热量温度升高，有效提高系统热利用率，同时降低还原产物被氧化的风险；另一股还原气在加热装置23的作用下变成温度为800～1000℃的热态还原气，直接进入快速还原反应器4的还原段。需要说明的是，反应器侧壁一周环布着多个还原气的二次进风口，热态还原气由此侧向进入反应器，使得反应器内部气体分布更加均匀，同时也补充了向上运动的还原气量，更有利于还原反应。另外，进入反应器的热态还原气，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。参与反应后的还原尾气从还原尾气出口22排出，分别进入洗涤冷却装置12，压缩装置13、脱碳装置14处理后，得到未反应的还原气，经由加热装置23进入反应器7。还原气二次进风口示意见图3和图4。还原气二次进风口可设置2层，每层还原气二次进风口喷嘴设置8个，各层还原气二次进风口喷嘴长短不同，目的在于更好地控制还原气在快速还原反应装置径向上的分布。

将所述进出料系统、还原气系统与快速还原反应器连接，加热系统设置在快速还原反应器内，进行矿粉的快速还原反应，依次进行以下步骤，得到的金属化粉料金属化率为90％。

1.还原气体进入反应器还原段，然后将铁精矿从铁矿粉快速还原装置顶部加入；其中，所述铁精矿铁品位为65％，矿粉颗粒粒径小于1mm的比例不少于80％；铁矿粉快速还原装置中，上部三分之一高度范围内辐射管设为900℃，下部三分之二高度范围内辐射管温度设为950℃；

2.将还原尾气中经过除尘、加压、脱碳后得到的未反应还原气加热，得到900℃热态还原气，从反应器侧壁上的二次进风口进入还原段；所述未反应还原气中CO体积分数为55％，H2体积分数为35％；

3.将一股新制还原气从铁矿粉快速还原装置底部通入，与还原产物实现逆向热交换；所述新制还原气在上升过程中受到蓄热式辐射管加热的作用升温，与下落的铁矿粉进行换热及发生还原反应，还原尾气经铁矿粉快速还原装置上部的还原尾气出口排出反应装置；所述新制反应还原气中CO体积分数为55％，H2体积分数为35％；

4.反应生成的金属化粉料经铁矿粉快速还原装置底部排出；

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。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，或仅仅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，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种矿粉快速还原系统，其特征在于，包括：快速还原反应器、加热系统、进料系统、出料系统、还原气系统，其中：

所述进料系统设置在所述快速还原反应器进料口的上方，所述出料系统设置在所述快速还原反应器出料口的下方，所述加热系统设置在所述快速还原反应器炉的还原段内；

所述还原气系统包括：还原气处理装置、加热装置、风机、还原气储罐阀门、还原气储罐，其中，所述还原气处理装置分别与所述快速还原反应器的还原尾气出口和所述加热装置连接，所述加热装置与所述反应器侧壁上设置的还原气二次进气口连接，所述风机出气管与所述反应器还原段底部的入气口连接；

所述还原气储罐的气体出口经所述还原气储罐阀门分别与所述加热装置连接和所述风机入气管连接，用于将还原气储罐内的一部分还原气与经所述还原气处理装置处理后的还原尾气加热后，通过所述还原气二次进气口通入反应器的还原段，并将另一部分还原气通入所述反应器冷却段底部。

2.根据权利要求1所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，所述还原气处理装置包括洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置，所述洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置依次连接，用于将还原尾气经洗涤冷却装置、压缩装置和脱碳装置处理后送至加热装置加热。

3.根据权利要求1所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，所述加热系统包括中心气体管和沿所述反应器高度方向布置的多层蓄热式辐射管，每层设有多根位于同一水平面上的U型蓄热式辐射管，中心气体管纵向设置于还原段的中心轴线上，所述U型蓄热式辐射管沿所述中心气体管圆周环布且与中心气体管道相连通，上下两层中的所述U型蓄热式辐射管以相对旋转角度的方式设置使得各层U型蓄热式辐射管不重叠，所述中心气管分别与快速还原反应器的空气入口、燃气入口和出烟口连接。

4.根据权利要求3所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，所述相对旋转角度为0°-180°/n，其中n为所述每层蓄热式辐射管的数量；所述设置在中心气管上辐射管的至少为5层、每层至少设置2个U型蓄热式辐射管。

5.根据权利要求1所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，还包括一层或多层还原气二次进风口，所述多层还原气二次进风口沿所述反应器高度方向间隔分布在所述反应器的侧壁上且位于所述还原段的底部并沿反应器周向设置；各层的所述还原气二次进风口设有多个长短不同的喷嘴，所述喷嘴沿所述反应器的侧壁圆周交替环布，用于控制还原气在所述反应器内腔中径向上的分布。

6.根据权利要求1所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，所述进料系统包括：斗提和进料螺旋，所述斗提将原料仓中的矿粉提升至所述进料螺旋内，所述进料螺旋设置在所述快速还原反应器进料口的上方。

7.根据权利要求1所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，所述出料系统包括热压块装置和冷却装置，所述热压块装置所述快速还原反应器出料口连接，用于将粉状还原产物变成块状还原产物，所述热压块装置与所述冷却装置连接，冷却后的还原产物被运至储料仓存储。

8.根据权利要求1所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，还包括布风板，所述布风板设置于反应器冷却段底部，并与所述风机出气管连接，用于将气体通过布风板通入快速还原反应器冷却段底部。

9.根据权利要求1所述的矿粉快速还原系统，其特征在于，还包括氮气储罐，所述氮气储罐经氮气储罐阀门与所述风机入气管连接。

10.一种利用权利要求1-9中任一项所述的矿粉快速还原系统对矿粉进行处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.试验前检查及气密性试验，确认整个系统具备正常生产条件，并保证整个管线的密封性；

b.氮气吹扫：关闭还原气进气阀门，打开氮气进气阀门，然后打开风机，氮气进入快速还原反应器中进行空气置换，保证整个系统处于非氧化气氛中；

c.当氮气吹扫完毕后，设置反应器中各区的辐射管温度，通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量，实现对还原过程的精确控温；

d.当反应器内各区温度达到设定值并稳定后，关闭氮气进气阀门，打开还原气进气阀门，还原气体进入反应器还原段，之后再将矿粉从反应器顶部加入，从反应器还原段底部通入经加热装置加热后的还原性气体，与矿粉进行还原反应，一部分还原气通过风机进入快速还原反应器的冷却段，对还原产物进行冷却而后上升至还原段与矿粉进行还原反应；

e.反应生成的热态还原产物从反应器底部排出，并经过热压成块装置形成块状产物，最后经过冷却后送入储料罐中进行保存；

f.参加还原反应后的还原尾气从反应器顶部排出，经过洗涤除尘冷却后，再通入所述加热装置中。