CN107475475A - 处理含铁矿粉的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理含铁矿粉的系统和方法，该系统包括：预热装置，具有辐射管、含铁矿粉入口和预热含铁矿粉出口；气基竖炉，气基竖炉内自上而下限定出预热区和还原区，包括：布置在预热区的布料器；预热含铁矿粉入口；炉顶气出口；还原气入口；布置在还原区底部的导料槽；热还原铁粉出口；靠近气基竖炉的内壁布置以将导流槽底端的物料运送至布料器上的物料循环装置，该物料循环装置包括：第一驱动辊、第二驱动辊、第三驱动辊、输送带、料斗和变向导杆；冷却装置，具有热还原铁粉入口和还原铁粉出口。该系统流程简单，可直接适用于含铁矿粉的直接还原，且反应速度快、反应时间短，所得的还原铁粉金属化率高。

Description

处理含铁矿粉的系统和方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体而言，本发明涉及处理含铁矿粉的系统和方法。

背景技术

生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。气基法主要包括Midrex、HYL、PERED和流化床，煤基法以回转窑和转底炉法为主。约80％的直接还原铁是通过气基法生产，以MIDREX法和HYL法为主。

气基法直接还原技术在天然气丰富的地区得到了广泛的工业应用，近年来随着煤制气作还原剂技术的开发利用，气基竖炉直接还原技术在我国引起了广泛的关注。为了保证直接还原铁产品的品质，直接还原工艺对含铁原料，特别是对直接入炉铁矿球团的要求极为苛刻，不仅要求必须有足够高的强度，还必须具有良好的透气性和还原性，且矿料在竖炉内一般设置为堆积状态，因气体在堆积状态的矿料中的扩散较慢，充分还原需6h左右，加上其还原、冷却均在炉体内进行，进一步延长了工序时间且还会导致炉内温度与气体成分控制不便。

现有流化床工艺常用的为Fior流态法，其使用0.25～4mm范围的矿料，矿料在流化床上处于悬浮状态，增加了与还原气体接触的面积，但由于矿石颗粒仍较粗，仅在一定程度上减少了还原时间，且细粒矿粉易逸出、气体利用率低。为解决这些问题，一般采用多个流化床串联使用，以增加矿石和还原气体的接触时间来提高气体利用率，这样使工艺变得复杂。

上述多种工艺系统中，为使还原气体达到使用要求，还需要设置多个气体加热、冷却装置，这不仅增加了设备投资，还使工艺体系变得复杂。且上述还原工艺还原温度低，铁晶粒长大困难，磨选分离难度大。

由此可见，目前的直接还原炼铁技术普遍存在还原效率低，工艺设备复杂等问题。因此，亟需一种还原效率高、工艺简单且有利于提高金属化率的技术。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理含铁矿粉的系统和方法。该系统流程简单，可直接适用于含铁矿粉的直接还原，且反应速度快、反应时间短，所得的还原铁粉金属化率高。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理含铁矿粉的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：

预热装置，所述预热装置具有辐射管、含铁矿粉入口和预热含铁矿粉出口；

气基竖炉，所述气基竖炉内自上而下限定出预热区和还原区，所述气基竖炉包括：

布料器，所述布料器布置在所述预热区；

预热含铁矿粉入口，所述预热含铁矿粉入口布置在所述预热区且位于所述布料器的上方，所述预热含铁矿粉入口与所述预热含铁矿粉出口相连；

炉顶气出口，所述炉顶气出口布置在所述预热区；

还原气入口，所述还原气入口布置在所述还原区；

导料槽，所述导料槽倾斜布置在所述还原区的底部；

热还原铁粉出口，所述热还原铁粉出口布置在所述还原区且靠近所述导料槽底端；

物料循环装置，所述物料循环装置靠近所述气基竖炉的内壁布置以将所述导料槽底端的物料运送至所述布料器上，所述物料循环装置包括：

第一驱动辊；

第二驱动辊，所述第一驱动辊与所述第二驱动辊沿上下方向间隔开布置；

第三驱动辊，所述第三驱动辊与所述第一驱动辊沿水平方向间隔开布置，并且所述第三驱动辊位于所述布料器上方；

输送带，所述输送带为环形且套设在所述第一驱动辊、所述第二驱动辊和所述第三驱动辊外部；

料斗，所述料斗布置在所述输送带上；

变向导杆，所述变向导杆布置在靠近所述布料器的所述输送带的外部以避让所述布料器；

冷却装置，所述冷却装置具有热还原铁粉入口和还原铁粉出口，所述热还原铁粉入口与所述热还原铁粉出口相连。

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的系统在气基竖炉中布置物料循环装置，使得经预热炉预热含铁矿粉经气基竖炉上的预热含铁矿粉入口进入气基竖炉内，在布料器的作用下均匀分散，与气基竖炉底部侧壁供给的还原气逆向接触发生还原反应，反应后物料落到气基竖炉底部的导料槽中，在导料槽的作用下，金属化不完全的含铁矿粉可集中到物料循环装置下端，物料循环装置在第一驱动辊、第二驱动辊、第三驱动辊、输送带和变向导杆的作用下，由料斗将金属化不完全的含铁矿粉送至布料器上进一步还原，如此反复，直到得到满足要求的高金属化率还原铁粉，再经冷却装置冷却后出料，从而保证得到还原铁粉具有较高的金属化率，具有较高的经济效益。

另外，根据本发明上述实施例的处理含铁矿粉的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述物料循环装置包括多个所述料斗，所述多个料斗在所述输送带的外部间隔布置。由此，有利于实现含铁矿粉的多次循环还原反应。

在本发明的一些实施例中，上述处理含铁矿粉的系统进一步包括：除尘器，所述除尘器具有炉顶气入口、除尘气出口和粉尘出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述除尘气出口与所述辐射管相连。由此，可以实现炉顶气的资源化利用。

在本发明的一些实施例中，上述处理含铁矿粉的系统进一步包括：压块装置，所述压块装置具有还原铁粉入口和还原铁块出口，所述还原铁粉入口与所述还原铁粉出口相连。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用上述处理含铁矿粉的系统处理含铁矿粉的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将含铁矿粉供给至所述预热装置中在辐射管作用下进行预热处理，以便得到预热含铁矿粉；

(2)将所述预热含铁矿粉供给至所述气基竖炉中进行预热后在还原气作用下进行还原处理，所得反应后物料在所述物料循环装置下继续输送至所述布料器上，以便得到炉顶气和热还原铁粉；

(3)将所述热还原铁粉供给至所述冷却装置中进行冷却处理，以便得到还原铁粉。

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的方法通过在气基竖炉中布置物料循环装置，使得经预热炉预热含铁矿粉经气基竖炉上的预热含铁矿粉入口进入气基竖炉内，在布料器的作用下均匀分散，与气基竖炉底部侧壁供给的还原气逆向接触发生还原反应，反应后物料落到气基竖炉底部的导料槽中，在导料槽的作用下，金属化不完全的含铁矿粉可集中到物料循环装置下端，物料循环装置在第一驱动辊、第二驱动辊、第三驱动辊、输送带和变向导杆的作用下，由料斗将金属化不完全的含铁矿粉送至布料器上进一步还原，如此反复，直到得到满足要求的高金属化率还原铁粉，再经冷却装置冷却后出料，从而保证得到还原铁粉具有较高的金属化率，具有较高的经济效益。

另外，根据本发明上述实施例的处理含铁矿粉的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，上述处理含铁矿粉的方法进一步包括：(4)将步骤(2)中得到的所述炉顶气供给所述除尘器中进行除尘处理，以便得到除尘后气和粉尘，并将所述除尘后气供给至步骤(1)中的所述辐射管作为换热介质使用。由此，可以实现炉顶气的资源化利用。

在本发明的一些实施例中，上述处理含铁矿粉的方法进一步包括：(5)将步骤(3)中得到的所述还原铁粉供给所述压块装置中进行压块处理，以便得到还原铁块。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述含铁矿粉中粒径低于200目的占比不低于50％。由此，有利于提高含铁矿粉的还原效率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原气的温度为800-1000摄氏度，流量为1200-1500Nm³/t。由此，可进一步提高含铁矿粉的还原效率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述还原气中一氧化碳和氢气的总含量占比不低于75vt％。由此，可进一步提高含铁矿粉的还原效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的处理含铁矿粉的系统结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的气基竖炉中变向导杆的侧视图；

图3是根据本发明再一个实施例的气基竖炉中变向导杆的俯视图；

图4是根据本发明再一个实施例的处理含铁矿粉的系统结构示意图；

图5是根据本发明又一个实施例的处理含铁矿粉的系统结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的处理含铁矿粉的方法流程示意图；

图7是根据本发明再一个实施例的处理含铁矿粉的方法流程示意图；

图8是根据本发明又一个实施例的处理含铁矿粉的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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，除非另有明确的限定。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。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理含铁矿粉的系统，根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：预热装置100、气基竖炉200和冷却装置300。

根据本发明的实施例，预热装置100具有辐射管11、含铁矿粉入口101和预热含铁矿粉出口102，且适于将含铁矿粉在辐射管作用下进行预热处理，以便得到预热含铁矿粉。发明人发现，通过在将含铁矿粉送至气基竖炉还原之前在辐射管的作用下进行预热，有利于减轻气基竖炉的负担，同时提高含铁矿粉在气基竖炉内的还原效率。具体的，预热装置中以向辐射管中供给换热介质的形式实现对含铁矿粉的预热。

根据本发明的一个实施例，含铁矿粉中粒径低于200目的占比可以不低于50％。发明人发现，若含铁矿粉的粒径过大，则其比表面积减小，在预热装置内的预热效率降低，同时与还原气的接触面积减小，预热含铁矿粉在气基竖炉内与还原气发生还原反应的效率降低，气基竖炉的能耗增加。

根据本发明的实施例，气基竖炉200内自上而下限定出预热区210和还原区220，并且气基竖炉200包括：布料器21、导料槽22、物料循环装置23、预热含铁矿粉入口201、炉顶气出口202、还原气入口203和热还原铁粉出口204，且适于将预热含铁矿粉进行预热后在还原气作用下进行还原处理，所得反应后物料在物料循环装置下继续输送至布料器上，以便得到炉顶气和热还原铁粉。

根据本发明的一个实施例，布料器21布置在预热区210，且适于对预热含铁矿粉和金属化不完全的含铁矿粉进行布料，提高预热含铁矿粉和金属化不完全的含铁矿粉与还原气的接触面积，进而提高预热含铁矿粉的还原效率。

根据本发明的再一个实施例，预热含铁矿粉入口201布置在预热区210且位于布料器21的上方，预热含铁矿粉入口201与预热含铁矿粉出口102相连，且适于向上述预热装置中得到的预热含铁矿粉供给至气基竖炉中。具体的，预热含铁矿粉入口可以布置在气基竖炉的顶部。

根据本发明的又一个实施例，炉顶气出口202布置在预热区210，且适于将预热含铁矿粉与还原气反应后所得的炉顶气输出气基竖炉，以保证生产工艺的顺行。具体的，炉顶气出口可以布置在气基竖炉的顶部。

根据本发明的又一个实施例，还原气入口203布置在还原区220，且适于为气基竖炉提供还原气，使其与预热含铁矿粉或金属化不完全的含铁矿粉逆向接触，在高温下实现对预热含铁矿粉的还原或对金属化不完全的含铁矿粉的进一步还原。具体的，还原气入口可以布置在还原区底部的侧壁上。

根据本发明的又一个实施例，还原气的温度可以为800-1000摄氏度，流量可以为1200-1500Nm³/t。发明人发现，若还原气温度过高，首先对气基竖炉内壁材质要求更高，增大设备投资成本，其次竖炉内预热含铁矿粉会发生粘接，不利于出料；而若还原气温度过低，将造成气基竖炉内温度过低，单次还原后得到的还原产物品质差，金属化率低，进而显著提高金属化不完全的含铁矿粉的还原次数，能耗将大大增加；若还原气流量过大，会增大生产成本；而若还原气流量过小，还原产物品质差，金属化率低，同样也会提高金属化不完全的含铁矿粉的还原次数，增加能耗。

根据本发明的又一个实施例，还原气中一氧化碳和氢气的总含量占比可以不低于75vt％。发明人发现，若还原气中一氧化碳与氢气的总含量的占比过低，则预热含铁矿粉在气基竖炉内的还原度降低，不利于提高热还原铁粉中的金属化率。具体的，一氧化碳与氢气的体积比为(0.22～1.00)：1。

根据本发明的又一个实施例，导料槽22倾斜布置在还原区220的底部，且适于将从布料器下降的金属化不完全的金属含铁矿粉或热还原铁粉与还原气接触反应后的物料收集到物料循环装置底部，进而经物料循环装置可以将金属化不完全的含铁矿粉送至布料器进行布料，使得金属化不完全的含铁矿粉进一步与还原气接触，得到进一步还原，如此循环往复，直到得到满足要求的高金属化率的还原铁粉，所得的热还原铁粉经热还原铁粉出口排出气基竖炉。

根据本发明的又一个实施例，热还原铁粉出口204布置在还原区220且靠近导料槽22底端，且适于将满足要求的高金属化率热还原铁粉输出气基竖炉，以保证生产的顺行。

根据本发明又一个实施例，物料循环装置23靠近气基竖炉200的内壁布置以将导料槽22底端的物料运送至布料器21上，物料循环装置包括：第一驱动辊231、第二驱动辊232、第三驱动辊233、输送带234、料斗235、变向导杆236，且适于在第一驱动辊、第二驱动辊、第三驱动辊和输送带的带动下，将金属化率不完全的含铁矿粉，经料斗输送至布料器上部，再在变向导杆和重力的作用下，将上述金属化不完全的含铁矿粉再次送至布料器中进行布料，进而实现进一步与还原气发生还原反应，如此，实现了在单一设备内含铁矿粉的多次还原，有利于得到满足要求的高金属化率的还原铁粉。

根据本发明的一个具体实施例，第一驱动辊231与第二驱动辊232沿上下方向间隔开布置，具体的，第一驱动辊与第二驱动辊的中心连线在竖直方向上平行于气基竖炉的内壁，由此，有利于保持料斗内金属化不完全的含铁矿粉的平稳输送，同时可节约输送带的材料成本、减少物料循环装置的空间占用。

根据本发明的再一个具体实施例，第三驱动辊233与第一驱动辊231沿水平方向间隔开布置，并且第三驱动辊233位于布料器21上方，具体的，第三驱动辊与第一驱动辊的中心连线在水平方向上平行于布料器，且第三驱动辊与第一驱动辊在水平方向上具有一段距离，并位于布料器上部。由此，在第一、第二和第三驱动辊的作用下可以将还原区底部的未反应完全的含铁矿粉运送至预热区中的布料器，经布料器布料后与还原气逆向接触再次发生还原反应，从而得到品位高的还原铁粉。

根据本发明的又一个具体实施例，输送带234为环形且套设在第一驱动辊231、第二驱动辊232和第三驱动辊233外部，且输送带与第一驱动辊、第二驱动辊和第三驱动辊为活动连接，在第一驱动辊、第二驱动辊和第三驱动辊的带动下，输送带可实现上下运动。

根据本发明的又一个具体实施例，料斗235布置在输送带234上，在输送带的带动下，料斗在运动至导流槽底部，部分金属化不完全的含铁矿粉从料斗敞口端装入料斗，随着输送带的运动，料斗被提升至第一驱动辊和第三驱动辊附近，此时料斗呈水平放置，在经过第三驱动辊时，在重力作用下，料斗内的金属化不完全的含铁矿粉开始向下倾倒进入布料器，重新返回还原流程。

根据本发明的又一个具体实施例，物料循环装置23包括多个料斗235，多个料斗235在输送带234的外部间隔布置。由此，有利于提高气基竖炉内金属化不完全的含铁矿粉的还原效率。具体的，多个料斗可以在输送带上间隔均匀布置。

根据本发明的又一个具体实施例，参考图1-3，变向导杆236布置在靠近布料器21的输送带234的外部以避让布料器21，且变向导杆与输送带的接触部位为卡槽式结构，可避免变向导杆与料斗接触而阻碍料斗的运动，同时变向导杆位于第三驱动辊的左下方，可引导输送带改变运动方向，避免料斗与布料器发生碰撞。

具体的，预热含铁矿粉经预热后含铁矿粉入口送至预热区，经布料器布料预热后下落至还原区，与还原区底部侧壁供给的还原气逆向接触发生还原反应，得到炉顶气和热还原铁粉，其中，当预热含铁矿粉在与还原气一次还原过后若金属化率仍达不到要求，可在物料循环装置的作用下将导料槽底部的金属化不完全的含铁矿粉再次送至布料器，进而实现含铁矿粉与还原气的多次还原反应，得到金属化率满足要求的热还原铁粉。发明人发现，该系统通过预热后的预热含铁矿粉直接送至气基竖炉进行还原，反应速度快，且省却了氧化球团制备工序，简化了工艺流程；另外在气基竖炉内通过布置物料循环装置，可实现预热含铁矿粉与还原气发生多次还原反应，显著减少工艺的设备投入，同时可按照需求生产不同金属化率的还原铁粉，显著增加了工艺的实用性。

根据本发明的实施例，冷却装置300具有热还原铁粉入口301和还原铁粉出口302，热还原铁粉入口301与热还原铁粉出口204相连，且适于将热还原铁粉进行冷却处理，以便得到还原铁粉。需要说明的是，此处经冷却后所得到的还原铁粉的具体温度可根据后续工艺的实际需要进行选择。

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的系统通过在气基竖炉中布置物料循环装置，使得经预热炉预热含铁矿粉经气基竖炉上的预热含铁矿粉入口进入气基竖炉内，在布料器的作用下均匀分散，与气基竖炉底部侧壁供给的还原气逆向接触发生还原反应，反应后物料落到气基竖炉底部的导料槽中，在导料槽的作用下，金属化不完全的含铁矿粉可集中到物料循环装置下端，物料循环装置在第一驱动辊、第二驱动辊、第三驱动辊、输送带和变向导杆的作用下，由料斗将金属化不完全的含铁矿粉送至布料器上进一步还原，如此反复，直到得到满足要求的高金属化率还原铁粉，再经冷却装置冷却后出料，从而保证得到还原铁粉具有较高的金属化率，具有较高的经济效益。

根据本发明的实施例，参考图4，上述处理含铁矿粉的系统进一步包括：除尘器400。

根据本发明的实施例，除尘器400具有炉顶气入口401、除尘气出口402和粉尘出口403，炉顶气入口401与炉顶气出口202相连，除尘气出口402与辐射管11相连，且适于将气基竖炉中得到的炉顶气进行除尘处理，以便得到除尘后气和粉尘，并将除尘后气供给至预热装置中的辐射管作为换热介质使用。由此，有利于充分利用炉顶气的显热，提高系统的热利用率，节约能耗。

根据本发明的实施例，参考图5，上述处理含铁矿粉的系统进一步包括：压块装置500。

根据本发明的实施例，压块装置500具有还原铁粉入口501和还原铁块出口502，还原铁粉入口501与还原铁粉出口302相连，且适于将冷却装置中得到的还原铁粉进行压块处理，以便得到还原铁块。

根据本发明的实施例，上述处理含铁矿粉的系统至少具有下列所述的优点之一：

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的系统，该系统反应速度快、反应时间短，且所得的还原铁粉金属化率较高；

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的系统，通过将气基竖炉产生的炉顶气经除尘后返回至预热装置作为辐射管的热源，实现了炉顶气显热的充分利用；

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的系统，整个工艺流程简单、成本较低，无需制备氧化球团等的设备和工序，同时对含铁矿粉的粒度具有较强的适应性；

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的系统，气基竖炉内的物料循环装置可使含铁矿粉进行多次循环还原反应，且操作简单，易于得到高金属化率的还原铁粉。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用上述处理含铁矿粉的系统处理含铁矿粉的方法，根据本发明的实施例，参考图6，该方法包括：

S100：将含铁矿粉供给至预热装置中在辐射管作用下进行预热处理

该步骤中，将含铁矿粉供给至预热装置中在辐射管作用下进行预热处理，以便得到预热含铁矿粉。发明人发现，通过在将含铁矿粉送至气基竖炉还原之前在辐射管的作用下进行预热，有利于减轻气基竖炉的负担，同时提高含铁矿粉在气基竖炉内的还原效率。具体的，预热装置中以向辐射管中供给换热介质的形式实现对含铁矿粉的预热。

根据本发明的一个实施例，含铁矿粉中粒径低于200目的占比可以不低于50％。发明人发现，若含铁矿粉的粒径过大，则其比表面积减小，在预热装置内的预热效率降低，同时与还原气的接触面积减小，预热含铁矿粉在气基竖炉内与还原气发生还原反应的效率降低，气基竖炉的能耗增加。

S200：将预热含铁矿粉供给至气基竖炉中进行预热后在还原气作用下进行还原处理，所得反应后物料在物料循环装置下继续输送至布料器上

该步骤中，将预热含铁矿粉供给至气基竖炉中进行预热后在还原气作用下进行还原处理，所得反应后物料在物料循环装置下继续输送至布料器上，以便得到炉顶气和热还原铁粉。具体的，预热含铁矿粉经预热后含铁矿粉入口送至预热区，经布料器布料预热后下落至还原区，与还原区底部侧壁供给的还原气逆向接触发生还原反应，得到炉顶气和热还原铁粉，其中，当预热含铁矿粉在与还原气一次还原过后若金属化率仍达不到要求，可在物料循环装置的作用下将导料槽底部的金属化不完全的含铁矿粉再次送至布料器，进而实现含铁矿粉与还原气的多次还原反应，得到金属化率满足要求的热还原铁粉。发明人发现，该系统通过预热后的预热含铁矿粉直接送至气基竖炉进行还原，反应速度快，且省却了氧化球团制备工序，简化了工艺流程；另外在气基竖炉内通过布置物料循环装置，可实现预热含铁矿粉与还原气发生多次还原反应，显著减少工艺的设备投入，同时可按照需求生产不同金属化率的还原铁粉，显著增加了工艺的实用性。

根据本发明的一个实施例，还原气的温度可以为800-1000摄氏度，流量可以为1200-1500Nm³/t。发明人发现，若还原气温度过高，首先对气基竖炉内壁材质要求更高，增大设备投资成本，其次竖炉内预热含铁矿粉会发生粘接，不利于出料；而若还原气温度过低，将造成气基竖炉内温度过低，单次还原后得到的还原产物品质差，金属化率低，进而显著提高金属化不完全的含铁矿粉的还原次数，能耗将大大增加；若还原气流量过大，会增大生产成本；而若还原气流量过小，还原产物品质差，金属化率低，同样也会提高金属化不完全的含铁矿粉的还原次数，增加能耗。

根据本发明的再一个实施例，还原气中一氧化碳和氢气的总含量占比可以不低于75vt％。发明人发现，若还原气中一氧化碳与氢气的总含量的占比过低，则预热含铁矿粉在气基竖炉内的还原度降低，不利于提高热还原铁粉中的金属化率。具体的，一氧化碳与氢气的体积比为(0.22～1.00)：1。

S300：将热还原铁粉供给至冷却装置中进行冷却处理

该步骤中，将热还原铁粉供给至冷却装置中进行冷却处理，以便得到还原铁粉。需要说明的是，此处经冷却后所得到的还原铁粉的具体温度可根据后续工艺的实际需要进行选择。

根据本发明实施例的处理含铁矿粉的方法通过在气基竖炉中布置物料循环装置，使得经预热炉预热含铁矿粉经气基竖炉上的预热含铁矿粉入口进入气基竖炉内，在布料器的作用下均匀分散，与气基竖炉底部侧壁供给的还原气逆向接触发生还原反应，反应后物料落到气基竖炉底部的导料槽中，在导料槽的作用下，金属化不完全的含铁矿粉可集中到物料循环装置下端，物料循环装置在第一驱动辊、第二驱动辊、第三驱动辊、输送带和变向导杆的作用下，由料斗将金属化不完全的含铁矿粉送至布料器上进一步还原，如此反复，直到得到满足要求的高金属化率还原铁粉，再经冷却装置冷却后出料，从而保证得到还原铁粉具有较高的金属化率，具有较高的经济效益。

根据本发明的实施例，参考图7，上述处理含铁矿粉的方法进一步包括：

S400：将S200中得到的炉顶气供给除尘器中进行除尘处理

该步骤中，将S200中得到的炉顶气供给除尘器中进行除尘处理，以便得到除尘后气和粉尘，并将除尘后气供给至S100中的辐射管作为换热介质使用。由此，有利于充分利用炉顶气的显热，提高系统的热利用率，节约能耗。

根据本发明的实施例，参考图8，上述处理含铁矿粉的方法进一步包括：

S500：将S300中得到的还原铁粉供给压块装置中进行压块处理

该步骤中，将S300中得到的还原铁粉供给压块装置中进行压块处理，以便得到还原铁块。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将粒径低于200目占80％以上的含铁矿粉送入竖炉车间，吊运至竖炉炉顶料仓，经预热仓内的辐射管预热后，由下料管连续下料至气基竖炉布料器，同时气基竖炉内还原气从还原段下部输入，还原气温度950摄氏度，气量1300Nm³/t-直接还原铁，还原气中CO和H₂的总体积占比大于90％，下降的预热含铁矿粉与上升的还原气发生还原反应生成金属化不完全的含铁矿粉，并通过导料槽汇聚至物料循环装置的下部，由物料循环装置将部分金属化不完全的含铁矿粉传送至竖炉顶部，在重力作用下从料斗进入布料器，而后再次与还原气发生还原反应，如此进行3次循环反应，得到金属化率91％的热还原铁粉。期间产生的炉顶气送至除尘器除尘，并将除尘后所得的除尘气送至预热仓中的辐射管作为热源使用。热还原铁粉经冷却段冷却至650摄氏度左右压缩成块(HBI)，送入下一工序或作为还原铁块成品外销。

实施例2

将粒径低于200目占90％以上的含铁矿粉送入竖炉车间，吊运至竖炉炉顶料仓，经预热仓内的辐射管预热后，由下料管连续下料至气基竖炉布料器，同时气基竖炉内还原气从还原段下部输入，还原气温度900摄氏度，气量1400Nm³/t-直接还原铁，还原气中CO和H₂的总体积占比大于80％，下降的预热含铁矿粉与上升的还原气发生还原反应生成金属化不完全的含铁矿粉，并通过导料槽汇聚至物料循环装置的下部，由物料循环装置将部分金属化不完全的含铁矿粉传送至竖炉顶部，在重力作用下从料斗进入布料器，而后再次与还原气发生还原反应，如此进行6次循环反应，得到金属化率93％的热还原铁粉。期间产生的炉顶气送至除尘器除尘，并将除尘后所得的除尘气送至预热仓中的辐射管作为热源使用。热还原铁粉经冷却段冷却至650摄氏度左右压缩成块(HBI)，送入下一工序或作为还原铁块成品外销。

对比例1

气基法的典型代表是Midrex法，是目前最完善、出产能力最强、使用最普遍的直接还原炼铁法。某工厂的工艺路线及操作参数如下：

还原气原料为天然气，经催化重整后，还原气中CO和H₂的总体积占比85％，CO与H₂的体积比为1.25：1，还原气温度为950摄氏度，还原气从竖炉的下部区域通入竖炉内，原料的铁品位为63％，粒度为6～19mm，进入竖炉的氧化球团块矿混配矿中粒径小于5mm的占比不大于5％，还原反应温度为800摄氏度左右，物料在炉内完成加热和还原，整个过程需持续5～6h，完成还原的矿料在冷却区域内通过循环冷煤气冷却至常温后从卸料口排出，得到的产品的金属化率为90％～93％，炉顶气一部分用于重整炉加热系统的燃料使用，一部分经净化后回重整炉循环制气。

结合实施例1-2和对比例1可知，在得到同样金属化率的直接还原铁的情况下，采用本发明的技术方案反应速度快、反应时间短；实现了炉顶气显热的充分利用；工艺流程简单、成本较低，无需制备氧化球团等的设备和工序，同时对含铁矿粉的粒度具有较强的适应性。

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须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。

Claims (10)

1.一种处理含铁矿粉的系统，其特征在于，包括：

预热装置，所述预热装置具有辐射管、含铁矿粉入口和预热含铁矿粉出口；

气基竖炉，所述气基竖炉内自上而下限定出预热区和还原区，所述气基竖炉包括：

布料器，所述布料器布置在所述预热区；

预热含铁矿粉入口，所述预热含铁矿粉入口布置在所述预热区且位于所述布料器的上方，所述预热含铁矿粉入口与所述预热含铁矿粉出口相连；

炉顶气出口，所述炉顶气出口布置在所述预热区；

还原气入口，所述还原气入口布置在所述还原区；

导料槽，所述导料槽倾斜布置在所述还原区的底部；

热还原铁粉出口，所述热还原铁粉出口布置在所述还原区且靠近所述导料槽底端；

物料循环装置，所述物料循环装置靠近所述气基竖炉的内壁布置以将所述导料槽底端的物料运送至所述布料器上，所述物料循环装置包括：

第一驱动辊；

第二驱动辊，所述第一驱动辊与所述第二驱动辊沿上下方向间隔开布置；

第三驱动辊，所述第三驱动辊与所述第一驱动辊沿水平方向间隔开布置，并且所述第三驱动辊位于所述布料器上方；

输送带，所述输送带为环形且套设在所述第一驱动辊、所述第二驱动辊和所述第三驱动辊外部；

料斗，所述料斗布置在所述输送带上；

变向导杆，所述变向导杆布置在靠近所述布料器的所述输送带的外部以避让所述布料器；

冷却装置，所述冷却装置具有热还原铁粉入口和还原铁粉出口，所述热还原铁粉入口与所述热还原铁粉出口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物料循环装置包括多个所述料斗，所述多个料斗在所述输送带的外部间隔布置。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，进一步包括：

除尘器，所述除尘器具有炉顶气入口、除尘气出口和粉尘出口，所述炉顶气入口与所述炉顶气出口相连，所述除尘气出口与所述辐射管相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，进一步包括：

压块装置，所述压块装置具有还原铁粉入口和还原铁块出口，所述还原铁粉入口与所述还原铁粉出口相连。

5.一种采用权利要求1-4中任一项所述的系统处理含铁矿粉的方法，其特征在于，包括：

(1)将含铁矿粉供给至所述预热装置中在辐射管作用下进行预热处理，以便得到预热含铁矿粉；

(2)将所述预热含铁矿粉供给至所述气基竖炉中进行预热后在还原气作用下进行还原处理，所得反应后物料在所述物料循环装置下继续输送至所述布料器上，以便得到炉顶气和热还原铁粉；

(3)将所述热还原铁粉供给至所述冷却装置中进行冷却处理，以便得到还原铁粉。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(4)将步骤(2)中得到的所述炉顶气供给所述除尘器中进行除尘处理，以便得到除尘后气和粉尘，并将所述除尘后气供给至步骤(1)中的所述辐射管作为换热介质使用。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：

(5)将步骤(3)中得到的所述还原铁粉供给所述压块装置中进行压块处理，以便得到还原铁块。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述含铁矿粉中粒径低于200目的占比不低于50％。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述还原气的温度为800-1000摄氏度，流量为1200-1500Nm³/t。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述还原气中一氧化碳和氢气的总含量占比不低于75vt％。