CN112301178A - 一种金属氧化物粉矿气基还原的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属氧化物粉矿气基还原的装置，按照工艺顺序依次包括氧化焙烧系统、气基预还原系统和气基深度还原系统；其还包括分子筛变压吸附系统、纯氢隔焰换热加热炉系统和除尘排烟系统。本发明装置经分子筛变压吸附装置，分离出CO和H₂，先采用CO煤气对粉状矿氧化焙烧加热后，具有900～1000℃显热的粉状矿经过沸腾预还原炉，与隔焰换热加热了的H₂进行气固沸腾式的充分接触和还原反应，再进行气固沸腾深度还原炉再与温热的H₂进行沸腾式充分深度还原反应，利用粉矿的高温显热在逐渐降温的过程中，深度还原出优质还原铁(DRI)产品。本发明还包括使用上述装置进行金属氧化物粉矿气基还原的方法。

Description

一种金属氧化物粉矿气基还原的装置和方法

技术领域

本发明属于冶金装备和技术领域，具体涉及一种金属氧化物粉矿气基还原的装置和方法。

背景技术

根据工业统计资料和权威专家认定：冶炼直接还原铁吨产品CO₂排放量为800kg；高炉冶炼铁CO₂排放量为1600kg，因此，非高炉炼铁(直接还原铁)的CO₂排放量可减少50％。而如今的中国又是世界钢产能第一大国，2018 年我国钢铁产量占到了全亚洲的73.8％，全球产量的51.3％，高炉炼铁成为主导，而直接还原铁的产量不到世界总产量的1％。因此，我国的钢铁冶金领域发展非高炉炼铁势在必行。

国家产业政策很早就明文规定，鼓励大力开发、建设直接还原铁(DRI)、熔融还原铁等非焦炼铁项目；鼓励开各种难选铁矿、共(伴)生复合铁矿、冶金固废等含铁物料的综合利用和开发。这只是减少我国碳排放政策方面的要求，距离实现哥本哈根和巴黎世界气候大会上的承诺还相差甚远。

如今，我国年还原铁的产量不到50万吨，还仅是煤基隧道窑法生产的，存在产能低、成本高、污染重等问题，其它工艺技术和装备技术也存在很多问题。而我国又是非焦煤资源丰富地区，大力发展以煤基还原铁及其延伸的、符合我国国情的先进还原装备和技术才是当务之急的关键，这也应该是国策。

采用纯H₂气基还原铁方法，具有更加环保、产品优良的特点。

目前的煤基还原铁法和气基还原铁法，均采用铁矿粉造球，然后再用于直接还原，存在流程长、工序繁琐等问题，而且，昂贵的制氢成本，使纯氢气基还原法生产的DRI，让市场无法接受其价格，因此，在我国推广气基还原铁工艺技术目前还难以实现。

因此，渴望获得符合中国国情的一种可直接采用粉状矿和成本低廉的还原气体，快速、环保的还原生产出优质DRI产品方法。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种金属氧化物粉矿的装置和方法。

本发明是将铁矿粉、氧化铜矿粉、红土镍矿粉、低贫锰矿粉等氧化物粉状矿，采用焦炉煤气、水煤气、低阶煤热解气化等混合性还原气体，经分子筛变压吸附装置，分离出CO和H₂二种不同特点的可燃和还原气体，先采用 CO煤气对粉状矿氧化焙烧加热后，具有900～1000℃显热的粉状矿经过沸腾预还原炉，与隔焰换热加热了的H₂进行气固沸腾式的充分接触和还原反应，再进行沸腾深度还原炉再与温热的H₂进行沸腾式充分深度还原反应，利用粉矿的高温显热在逐渐降温的过程中深度还原出品位TFe≥90％、ηFe90～99％优质还原铁(DRI)产品的一种气基还原装置和方法。

本发明是直接采用氧化物粉状矿，无需再配料、混碾、制球、烘干、烧结，而是直接利用粉状矿和低廉的混合还原气体经变压吸附分离，采用气基还原法获得优质的DRI产品。本发明是一种符合我国国情、真正意义的短流程还原铁装置和方法。

具体技术方案如下：

本发明的目的之一是提供一种金属氧化物粉矿气基还原的装置。

一种铁矿粉气基还原的装置，按照工艺顺序依次包括氧化焙烧系统、气基预还原系统和气基深度还原系统；其还包括分子筛变压吸附系统、纯氢隔焰换热加热炉系统和除尘排烟系统；

所述的氧化焙烧系统包括CO煤气燃烧器；所述的的氧化焙烧系统开设排烟口；

所述的气基预还原系统包括预还原炉筒体，所述的预还原炉筒体的内腔从上至下依次通过两个沸腾筛板A和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅰ、沸腾反应室Ⅱ、沸腾反应室Ⅲ和高温还原气体鼓风室；所述的预还原炉筒体外设置加热保温室；所述的预还原炉筒体上的进料口连通高温受料斗，出料口设置落料管A；所述的预还原炉筒体的高温还原气体鼓风室设置高温氢气给风口，沸腾反应室Ⅰ设置还原尾气出口A；所述的加热保温室上设置热烟气给风口和热烟气出口；

所述的气基深度还原系统包括深度还原炉筒体，所述的深度还原炉筒体的内腔从上至下依次通过一个沸腾筛板B和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅳ、沸腾反应室V和温热还原气体鼓风室；所述的深度还原炉筒体的进料口与预还原炉筒体的落料管A连通，所述的深度还原炉筒体的出料口设置落料管B；所述的深度还原炉筒体的温热还原气体鼓风室设置温热氢气进口，所述的沸腾反应室Ⅳ连通集气箱；

预还原炉筒体与深度还原炉筒体中的沸腾鼓风板上均设置多个风帽，所述的风帽下端设置进风口，上端设置多个喷气孔；

所述的纯氢隔焰换热加热炉系统包括CO燃烧烧嘴，其用于氢气的加热；所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的氢气出口通向高温氢气给风口和温热氢气进口，为气基预还原系统和气基深度还原系统提供所需温度的氢气；

所述的氧化焙烧系统的排烟口通过管道通向加热保温室的热烟气给风口；

所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的热烟气通过管道通向加热保温室的热烟气给风口；

所述的热烟气出口通过管路连接除尘排烟系统。

使用本装置时，将氧化物物料(如铁矿粉)采用CO煤气燃烧器在氧化焙烧系统内被加热到900～1000℃后，落入预还原炉筒体内进行还原处理；物料落入沸腾反应室Ⅰ内，再慢慢落入沸腾反应室Ⅱ内，再继续落入沸腾鼓风板上的沸腾反应室Ⅲ内；被纯氢隔焰换热加热炉系统加热到750～850℃的纯H₂(高温换热管部分)经高温纯H₂出口和高温H₂进口进入到高温还原气体鼓风室，经沸腾鼓风板上的还原气风帽，使沸腾反应室Ⅲ的物料呈沸腾状态；高温H₂再通过两个沸腾筛板A的筛孔，使沸腾反应室Ⅰ和沸腾反应室Ⅱ也处于沸腾状态，粉料也逐渐通过筛孔慢慢落入沸腾反应室Ⅲ内。整个过程物料与H₂的气固态接触非常充分，还原反应也非常激烈，其结构非常利于还原反应。加热保温室中通入氧化焙烧系统和纯氢隔焰换热加热炉系统的700～ 800℃的高温烟气，为预还原炉筒体进行加温和保温。

气基预还原系统内的物料经过多次、多处沸腾状态下，并使窑炉均恒保持在700～850℃的温度，高温H₂与物料进行充分接触和还原反应，气基预还原系统的结构非常合理和科学，完全满足纯H₂气基还原的动力学和热力学的要求，并充分利用了余热，使气基预还原系统物料的温度由850～1000℃，在反应和运动中，达到出口时，随物料还原率的提高，温度也逐渐降低到 700℃，整个温度曲线呈下行斜线状态，称为：降温还原。

气基预还原系统排出的还原铁(DRI)温度在680～700℃，并不能直接在空气中冷却，为了防止其还原程度不足和与空气接触再氧化，本发明又增加了气基深度还原系统，使温度在680～700℃的DRI在保护降温的同时，再进行深度还原。

由于温度680～700℃的DRI比570℃还高出100℃以上的温度，与纯H₂依然有比较强烈的反应，为了进一步保护降低DRI的温度，再进一步使DRI 深度还原。DRI进入深度还原炉筒体中沸腾筛板B上的沸腾反应室Ⅳ，再通过沸腾筛板B的筛孔，继续落入沸腾鼓风板上的沸腾反应室V。

600～680℃(中温换热管部分)的温热纯H₂从温热纯H₂出口经过温热 H₂进口打入温热还原气体鼓风室，穿过沸腾鼓风板的还原气风帽，使沸腾反应室V形成沸腾状态，温热纯H₂再穿过沸腾筛板B的筛孔，也同时使沸腾反应室Ⅳ形成沸腾状态，使DRI物料与温热纯H₂充分接触并进行深度还原。

还原后的尾气进入分子筛变压吸附系统进行再处理。

本发明适合一切铁矿粉、锰矿、氧化铜矿、红土镍矿、含铁除尘灰、含锌铁矿等，细度在100～500目的粉状氧化矿，进行气基预还原和气基深度还原；无需将粉状矿进行配料、混碾、制球、烘干和烧结应用。本发明直接采用粉状氧化物矿粉直接还原，无需造块，减少工序、也减少了设备投资和运行成本。

进一步，所述的分子筛变压吸附系统通过管路连接还原尾气出口A和集气箱上开设的还原尾气出口B，接受其相应系统产生的还原尾气，将其分离提纯；所述的分子筛变压吸附系统的CO煤气出口通过管路通向CO煤气燃烧器和CO燃烧烧嘴；所述的分子筛变压吸附系统的纯H₂出口通向纯氢隔焰换热加热炉系统。

本发明采用焦炉煤气、水煤气、低阶煤热解气化等混合性还原气体，而不是采用昂贵的天然气裂解。分子筛变压吸附系统将混合性还原气体分离出 CO煤气和纯H₂二种不同特点的可燃和还原气体及N₂和CO₂等废气。CO气体可用于氧化焙烧系统的燃烧器加热焙烧矿粉，还用于纯氢隔焰换热加热炉系统隔焰加热H₂；加热的H₂作为还原剂使用，还原尾气经脱水洗涤除尘、干燥后再进入分子筛变压吸附系统装置再进行提纯分离出其它非氢气体。

因此，本发明虽然为典型的气基还原方法，但物料(粉矿和还原剂H₂) 的加热却使用的是CO气体或高温烟气，加热使其提高显热，热态的H₂只用于金属氧化物的化学反应所需要的还原剂部分，使整个还原系统相对减少了大量的纯H₂能源使用量，也充分利用了高温烟气的余热。

再进一步，所述的还原尾气出口A和还原尾气出口B均连接脱水洗涤脱硫除尘装置，再通向分子筛变压吸附系统。还原尾气经脱水洗涤、脱硫、除尘后，再进入分子筛变压吸附系统装置再进行提纯，脱除的水及杂质从脱水洗涤脱硫除尘装置的排水口排出。

进一步，所述的纯氢隔焰换热加热炉系统包括纯氢气加热管，所述纯氢气加热管设置于加热炉加热室内；所述的加热炉加热室设置CO燃烧烧嘴。

进一步，所述的除尘排烟系统按照工艺顺序依次包括旋风除尘器和布袋除尘器。

进一步，所述的预还原炉筒体内的沸腾筛板A和沸腾鼓风板的底部均设置多个通气支撑管，所述的通气支撑管与预还原炉筒体的炉壳连接，并连通加热保温室。

通气支撑管对沸腾筛板A和沸腾鼓风板起到支撑作用；同时，通气支撑管与加热保温室相通，热烟气也利用对流通过通气支撑管将热量辐射给沸腾筛板A和沸腾鼓风板上的物料，加快其还原反应。

进一步，所述的深度还原炉筒体内的沸腾筛板B和沸腾鼓风板的底部均设置多个连接于深度还原炉筒体的支撑管，以加强沸腾筛板B和沸腾鼓风板的强度。

进一步，所述的沸腾鼓风板的上端设置多道挡料板，所述的挡料板的高度朝向出料的方向依次降低。挡板的设置便于阻挡物料，增加反应时间。

进一步，沸腾筛板A和沸腾筛板B的筛孔直径优选为￠6～12mm，筛孔的数量和直径大小的确定，要计算其总面积，其总面积要与还原纯H₂风量的压力和流速相当，每个筛孔的流速要达到1.5m/s以上。

进一步，所述的风帽包括下端的一个进风口和上端的三个喷气孔，使氢气从鼓风室进入，喷向沸腾反应室。喷气孔的直径优选为￠4～6mm，喷气孔的数量和直径大小的确定，要计算其总面积，其总面积要与还原纯H₂风量的压力和流速相当，每个筛孔的流速要达到2.0m/s以上。

进一步，所述的加热保温室与深度还原炉筒体的底部均设置底座，所述的底座一端连接活动轴，另一端底部设置液压缸。所述的活动轴的端部固定于装置的支撑件。

上述设置可调整气基预还原系统装置的角度，使其安装角度为-1°～ 2°(底座的出料端向下倾斜的角度)，可以有效控制还原物料还原反应的时间、还原率及产量等指标。在气基预还原系统中，使其还原时间达到1～ 2h，还原率达到92～98％。在气基深度还原系统中，使其还原时间达到0.4～ 0.6h，使其还原率达到93～99.5％，同时，也将680～700℃温度的还原铁(DRI) 降到580～600℃，用于热锻压部件或压块等应用。

再进一步，所述的预还原炉筒体通过支撑筋板支撑于底座之上。

进一步，所述的加热保温室与还原炉筒体的外部设置保温棉层。

进一步，预还原炉筒体内材料材质为310S或314耐热不锈钢焊接加工。

进一步，深度还原炉筒体内材料材质为304或316L耐热不锈钢焊接加工。

各管路气体的流动方向通过风机控制。

本发明的目的还包括提供使用上述装置进行金属氧化物粉矿气基还原的方法，其包括如下步骤：

S1.将氧化物物料在氧化焙烧系统内被加热到900～1000℃；

S2.将加热到750～850℃(高温换热管部分)的纯H₂通入预还原炉筒体的高温氢气给风口；将氧化焙烧系统和纯氢隔焰换热加热炉系统的700～800℃的高温烟气通向加热保温室的热烟气给风口，为预还原炉筒体进行加温和保温；将步骤S1获得的物料投入预还原炉筒体，预还原时间1～2h；

S3.将600～680℃(中温换热管部分)的纯氢气通入深度还原炉筒体的温热氢气进口；使步骤S2获得的物料进入深度还原炉筒体，深度还原时间 0.4～0.6h。

其中，氧化焙烧系统可以是回转窑，也可以是氧化沸腾炉及其它氧化焙烧炉。

其中，所述的氧化物物料为铁矿粉、锰矿、氧化铜矿、红土镍矿、含铁除尘灰、含锌铁矿等，细度在100～500目的粉状氧化矿。

本发明中，粉状矿直接采用还原速度较慢、多余的CO煤气，先对金属氧化物粉矿进行氧化焙烧加热，获得900～1000℃的显热，在后续工序中再充分利用其显热。

本发明为纯H₂气基还原法，还原速度快，而且气基预还原系统和气基深度还原系统的结构特殊，使物料的还原气氛充分，接触反应也充分，加上还原温度和还原时间可控，物料又呈粉状，因此，其还原率最高可达到99.5％。

在整个还原过程中，氧化物料被氧化焙烧加热到900～1000℃，再进行保温和逐渐降温到600℃的过程中，完成预还原和深度还原，获得优质DRI 产品。整个还原过程，还原温度曲线是呈一条向下的斜线状态，而不是呈向上斜线或水平直线状态。氧化物料在降温过程中完成还原，具有还原温度低，速度快的优点，更加节能，使余热得到充分、综合利用。

本发明是将焦炉煤气、水煤气、低阶煤热解气化等混合性还原气体，经分子筛变压吸附系统获得纯H₂，再采用CO气体隔焰加热后作为气基还原剂使用。由于在570℃以上时，H₂的还原速度是CO还原速度的5倍以上；并且，本发明是采用的粉状矿进行还原，矿的细度很细；再加上本发明的气基预还原系统和气基深度还原系统的结构特殊，被还原的氧化物料与H₂呈沸腾状态、充分接触和反应，因此，本发明的还原时间很短，还原时间仅有1～2h 的时间。

进一步，步骤S2和S3中通入的氢气加压到14～20Kpa。

进一步，预还原炉筒体与深度还原炉筒体的安装的角度为-1°～2°(底座的活动轴端向下倾斜的角度)，用于控制还原的时间。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用粉状矿直接还原。本发明适合一切铁矿粉、锰矿、氧化铜矿、红土镍矿、含铁除尘灰、含锌铁矿等，细度在100～500目的粉状氧化矿，无需将粉状矿进行配料、混碾、制球、烘干和烧结应用。

2、本发明的气基还原成本低廉。本发明采用焦炉煤气、水煤气、低阶煤热解气化等混合性还原气体进行分离获得CO和纯氢气，供给装置使用。也可以采用电解水制氢及天然气或甲醇高温热解制氢等方法，获得纯氢气。

本发明虽然为典型的气基还原方法，但物料(粉矿和还原剂H₂)的加热却使用的是CO气体或高温烟气，温热的纯H₂只用于还原剂，使整个还原系统相对减少了大量的纯H₂能源使用量，也充分利用了高温烟气的余热。

直接采用粉状氧化物矿粉直接还原，无需造块，减少工序、也减少了设备投资和运行成本。

3、粉矿采用CO煤气进行氧化焙烧获得显热。粉状矿直接采用还原速度较慢、多余的CO煤气，先对金属氧化物粉矿进行氧化焙烧加热，获得900～ 1000℃的显热，在后续工序中再充分利用其显热。

4、本发明的还原温度是逐渐降低的过程中完成的，最高才达到1000℃，具有还原温度低，速度快的优点，更加节能，使余热得到充分、综合利用。

5、本发明还原速度快、还原率高。本发明的气基预还原沸腾炉结构合理，还原反应充分；气基深度还原沸腾炉在物料降温过程中，完成深度还原反应。本发明中作为气基还原剂的氢气被加热到600～680℃和750～850℃两部分。由于在570℃以上时，H₂的还原速度，是CO还原速度的5倍以上；并且，本发明是采用的粉状矿进行还原，矿的细度很细；再加上本发明被还原的氧化物料与H₂呈沸腾状态、气固态充分接触和反应，因此，本发明的还原时间很短，还原时间仅有1～2h的时间。此外，本发明的还原温度和还原时间可控。因此，本发明还原率最高可达到99.5％。

6、本发明获得的还原铁粉末可替代二次还原粉。粉末冶金还原铁粉末是经过一次还原铁锭，经破碎、保护细磨、筛分后，再采用网带窑进行氢气二次还原后，再破碎、保护细磨和筛分后，才能制件应用。而本发明本身就是粉矿纯氢气基还原，获得的还原铁仍然是粉状的，而且是低温深度还原，并获得还原率最高99.5％的多气孔率、低松状密度，没有经过破碎而形成的低应力、退了火、脱了碳的高品位、高还原率的优质还原铁粉末，各项指标完全优于和替代二次还原铁粉末。

附图说明

图1具体实施方式的总流程示意图；

图2为具体实施方式中的氧化焙烧回转窑的结构示意图；

图3为具体实施方式中的气基预还原系统结构示意图；

图4为图3中A-A端面的结构示意图；

图5为具体实施方式中的气基深度还原系统结构示意图；

图6为图5中B-B端面的结构示意图；

图7为具体实施方式中的风帽的主视剖面结构示意图；

图8为具体实施方式中的风帽的俯视结构示意图；

图9为具体实施方式中的风帽的俯视剖面结构示意图；

图中：1、氧化焙烧系统；101、CO煤气燃烧器；102、加料斗；103、进料管；104、窑尾罩；105、排烟口；106、窑尾托圈；107、窑头托圈；108、窑头罩；109、高温料出口；

2、气基预还原系统；201、预还原炉筒体；202、沸腾筛板A；203、沸腾鼓风板A；204、沸腾反应室Ⅰ；205、沸腾反应室Ⅱ；206、沸腾反应室Ⅲ； 207、高温还原气体鼓风室；208、风帽A；209、挡料板A；210、高温受料斗；211、通气支撑管；212、高温氢气给风口；213、还原尾气出口A；214、落料管A；215、加热保温室；216、热烟气给风口；217、热烟气出口；218、底座A；219、液压缸A；220、活动轴A；221、锁气阀A；222、金属软管A； 223、支撑筋板；224、保温棉层A；225、锁气阀B；226、金属软管B；227、脱水洗涤脱硫除尘装置A；

3、气基深度还原系统；301、深度还原炉筒体；302、沸腾筛板B；303、沸腾鼓风板B；304、沸腾反应室Ⅳ；305、沸腾反应室V；306、温热还原气体鼓风室；307、风帽B；308、挡料板B；309、支撑管；310、温热氢气进口；311、落料管B；312、集气箱；313、还原尾气出口B；314、底座B；315、液压缸B；316、活动轴B；317、锁气阀B；318、保温棉层B；319、脱水洗涤脱硫除尘装置B；

4、分子筛变压吸附系统；401、还原尾气回收管进口；402、纯氢气出口；403、CO煤气出口；404、混合气体入口；405、纯氢加压风机；406、N₂和CO₂出口；

501、加热炉加热室；502、纯氢气加热管；503、温热纯氢气出口；504、高温纯氢气出口；505、CO燃烧烧嘴；

601、旋风除尘器；602、布袋除尘器；603、主抽引风机；604、烟囱；

701、还原炉尾气回收总管路；702、加压风机；703、废烟气管路；704、氢气加热炉烟气管路；705、鼓风机；706、焙烧窑炉烟气管路；

8、混合性还原气体。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种金属氧化物粉矿气基还原的装置，按照工艺顺序依次包括氧化焙烧系统1、气基预还原系统2和气基深度还原系统3；其还包括分子筛变压吸附系统4、纯氢隔焰换热加热炉系统和除尘排烟系统；

所述的氧化焙烧系统1包括CO煤气燃烧器101；其进料端设置窑尾罩 104，出料端设置窑头罩108；窑身通过窑尾托圈106和窑头托圈107支撑；所述的窑尾罩104上通过进料管103连接加料斗102；所述的窑尾罩104上开设排烟口105；所述的窑头罩108设置高温料出口109。

所述的气基预还原系统2包括预还原炉筒体201，所述的预还原炉筒体 201的内腔从上至下依次通过两个沸腾筛板A 202和一个沸腾鼓风板A 203 分隔为沸腾反应室Ⅰ204、沸腾反应室Ⅱ205、沸腾反应室Ⅲ206和高温还原气体鼓风室207；

沸腾鼓风板A 203上设置多个风帽A 208,风帽A 208的进风口在下，喷气孔在上；

所述的沸腾鼓风板A 203的上端设置多道挡料板A 209，所述的挡料板 A 209的高度朝向出料的方向依次降低；

沸腾筛板A 202和沸腾鼓风板A 203的底部均设置多个通气支撑管211 所述的通气支撑管211与预还原炉筒体201的炉壳连接，并连通加热保温室 215；

所述的预还原炉筒体201外设置加热保温室215,加热保温室215外设置保温棉层A224；

所述的预还原炉筒体201的进料口通过金属软管A 222连通高温受料斗 210，所述的高温受料斗210设置锁气阀A 221；所述的预还原炉筒体201 的出料口设置落料管A 214，所述的落料管A 214通过金属软管B 226连通深度还原炉筒体301的进料口，所述的落料管A214设置锁气阀B 225；

所述的高温还原气体鼓风室207设置高温氢气给风口212，沸腾反应室Ⅰ204设置还原尾气出口A 213；所述的加热保温室215设置热烟气给风口 216和热烟气出口217；所述的还原尾气出口A 213连接脱水洗涤脱硫除尘装置A 227的进气口；

所述的加热保温室215的底部设置底座A 218，所述的底座A 218一端连接活动轴A220，另一端底部设置液压缸A 219；所述的预还原炉筒体210 通过支撑筋板223支撑于底座A 218。

所述的气基深度还原系统3包括深度还原炉筒体301，所述的深度还原炉筒体301的内腔从上至下依次通过一个沸腾筛板B 302和一个沸腾鼓风板 B 303分隔为沸腾反应室Ⅳ304、沸腾反应室V 305和温热还原气体鼓风室 306；

沸腾鼓风板B 303上设置多个风帽B 307,风帽B 307的进风口在下，喷气孔在上；

所述的沸腾鼓风板B 303的上端设置多道挡料板B 308，所述的挡料板 B 308的高度朝向出料的方向依次降低；

沸腾筛板B 302和沸腾鼓风板B 303的底部均设置多个连接于深度还原炉筒体的支撑管309；

所述的深度还原炉筒体301外设置保温棉层B 318；

所述的深度还原炉筒体301的进料口与落料管A 214连通，所述的深度还原炉筒体301的出料口设置落料管B 311,所述的落料管B 311设置锁气阀 B 317；

所述的深度还原炉筒体301的温热还原气体鼓风室306设置温热氢气进口310，所述的沸腾反应室Ⅳ304连通集气箱312；所述的集气箱312连通还原尾气出口B 313；所述的还原尾气出口B 313连接脱水洗涤脱硫除尘装置 B 319的进气口。；

所述的深度还原炉筒体301的底部设置底座B 315，所述的底座B 315 一端连接活动轴B 317，另一端底部设置液压缸B 316；

所述的纯氢隔焰换热加热炉系统所述的纯氢隔焰换热加热炉系统包括纯氢气加热管502，所述纯氢气加热管502设置于加热炉加热室501内；所述的加热炉加热室501设置CO燃烧烧嘴505；所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的高温换热管部分的高温纯氢气出口504通过管路通向高温氢气给风口 212，中温换热管部分的温热纯氢气出503通过管路通向温热氢气进口310；

所述的分子筛变压吸附系统4的还原尾气回收管进口401通过还原炉尾气回收管路701连接脱水洗涤脱硫除尘装置A 227和脱水洗涤脱硫除尘装置 B 319的出气口，脱水洗涤脱硫除尘装置A 227和脱水洗涤脱硫除尘装置B 319 的出气口处均设置加压风机702；混合性还原气体8从分子筛变压吸附系统 4的混合气体入口404进入；

所述的分子筛变压吸附系统4的CO煤气出口403通过管路通向CO煤气燃烧器101和CO燃烧烧嘴505；所述的分子筛变压吸附系统4的纯H₂出口 402通向纯氢隔焰换热加热炉系统；所述的分子筛变压吸附系统4产生的N₂和CO₂从N₂和CO₂出口406排出；

所述的除尘排烟系统按照工艺顺序依次包括旋风除尘器601和布袋除尘器602，布袋除尘器602通过主抽引风机603通向烟囱604。

所述的热烟气出口217通过废烟气管路703连接除尘排烟系统；

纯氢隔焰换热加热炉系统的烟气出口通过氢气加热炉烟气管路704通向热烟气给风口216，氢气加热炉烟气管路704上设置鼓风机705；

所述的氧化焙烧系统1的排烟口105通过焙烧窑炉烟气管路706通向加热保温室215的热烟气给风口216，焙烧窑炉烟气管路706上设置鼓风机705。

上述装置规格为：直径￠1000mm×4m预还原炉筒体和直径￠800mm× 2.5m深度还原炉筒体。

使用上述装置进行铁矿粉气基还原。

采用品位TFe:66.66％、细度160～180目的辽宁北票铁精矿粉。取100kg 矿样，采用氧化焙烧系统1将其氧化焙烧，加热到980℃后，将其加入￠ 1000mm×4m预还原炉筒体201，预还原沸腾炉安装的角度调整为0.2°，将电解水获得的纯度99.9％的H₂采用气体电加热器，将H₂隔焰加热到760℃后，加压到14KPa的压力，打入预还原炉筒体201进行预还原，经过1.4h的还原时间，还原铁(DRI)的温度为719℃，取样保护冷压后，检测指标为：

再将温度719℃的DR I，密闭加入直径￠800mm×2.5m的深度还原炉筒体 301中，深度还原炉筒体301安装的角度调整为0.5°，将电解水获得的纯度99.9％的H₂，采用气体电加热器，将H₂隔焰加热到650℃后，加压到15KPa 的压力，打入深度还原炉筒体301进行深度还原和物料降温，经过0.5h的还原时间，还原铁(DRI)的温度为602℃。

取样保护冷却后检测指标见表1。

表1还原铁(DRI)主要指标

实施例2

使用实施例1中的装置进行气基还原。

采用品位TFe:71.5％、细度300～500目的辽宁建平超纯铁精矿粉。取 100kg矿样，采用氧化焙烧系统1将其氧化焙烧，加热到970℃后，将其加入￠1000mm×4m预还原炉筒体201，预还原炉筒体201安装的角度调整为 0.3°，将电解水获得的纯度99.9％的H₂，采用气体电加热器，将H₂隔焰加热到780℃后，加压到18KPa的压力，打入预还原炉筒体201进行预还原，经过1.6h的还原时间，还原铁(DRI)的温度为710℃，取样保护冷压后，检测指标为：

再将温度710℃的DR I，密闭加入直径￠800mm×2.5m的深度还原炉筒体 301中，深度还原炉筒体301安装的角度调整为0.4°，将电解水获得的纯度99.9％的H₂，采用气体电加热器，将H₂隔焰加热到660℃后，加压到15KPa 的压力，打入深度还原炉筒体301进行深度还原和物料降温，经过0.5h的还原时间，还原铁(DRI)的温度为598℃。

取样保护冷却后检测指标见表2。

表2还原铁(DRI)主要指标

实施例3

使用实施例1中的装置进行气基还原。

采用品位TFe:70.24％、细度300～400目的辽宁建平铁精矿粉。取100kg 矿样，采用氧化焙烧系统1将其氧化焙烧，加热到990℃后，将其加入￠ 1000mm×4m预还原炉筒体201，预还原炉筒体201安装的角度调整为0.25°，将电解水获得的纯度99.9％的H₂，采用气体电加热器，将H₂隔焰加热到780℃后，加压到16KPa的压力，打入预还原炉筒体201进行预还原，经过1.6h 的还原时间，还原铁(DRI)的温度为721℃，取样保护冷压后，检测指标为：

再将温度721℃的DR I，密闭加入直径￠800mm×2.5m的深度还原炉筒体 301中，深度还原炉筒体301安装的角度调整为0.35°，将电解水获得的纯度99.9％的H₂，采用气体电加热器，将H₂隔焰加热到680℃后，加压到16KPa 的压力，打入深度还原炉筒体301进行深度还原和物料降温，经过0.6h的还原时间，还原铁(DRI)的温度为612℃。

取样保护冷却后检测其指标见表3。

表3还原铁(DRI)主要指标

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属氧化物粉矿气基还原的装置，其特征在于，按照工艺顺序依次包括氧化焙烧系统(1)、气基预还原系统(2)和气基深度还原系统(3)；

其还包括分子筛变压吸附系统(4)、纯氢隔焰换热加热炉系统和除尘排烟系统；

所述的氧化焙烧系统(1)包括CO煤气燃烧器(101)；所述的氧化焙烧系统(1)开设排烟口(105)；

所述的气基预还原系统(2)包括预还原炉筒体(201)，所述的预还原炉筒体(201)的内腔从上至下依次通过两个沸腾筛板A(202)和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅰ(204)、沸腾反应室Ⅱ(205)、沸腾反应室Ⅲ(206)和高温还原气体鼓风室(207)；所述的预还原炉筒体(201)外设置加热保温室(215)；所述的预还原炉筒体(201)的进料口连通高温受料斗(210)，出料口设置落料管A(214)；所述的预还原炉筒体(201)的高温还原气体鼓风室(207)设置高温氢气给风口(212)，沸腾反应室Ⅰ(204)设置还原尾气出口A(213)；所述的加热保温室(215)上设置热烟气给风口(216)和热烟气出口(217)；

所述的气基深度还原系统(3)包括深度还原炉筒体(301)，所述的深度还原炉筒体(301)的内腔从上至下依次通过一个沸腾筛板B(302)和一个沸腾鼓风板分隔为沸腾反应室Ⅳ(304)、沸腾反应室Ⅴ(305)和温热还原气体鼓风室(306)；所述的深度还原炉筒体(301)的进料口与落料管A(214)连通，所述的深度还原炉筒体(301)的出料口设置落料管B(311)；所述的深度还原炉筒体(301)的温热还原气体鼓风室(306)设置温热氢气进口(310)，所述的沸腾反应室Ⅳ(304)连通集气箱(312)；

预还原炉筒体(201)与深度还原炉筒体(301)中的沸腾鼓风板上均设置风帽；

所述的纯氢隔焰换热加热炉系统包括CO燃烧烧嘴(505)，其用于氢气的加热；所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的氢气出口通向高温氢气给风口(212)和温热氢气进口(310)；

所述的氧化焙烧系统(1)的排烟口(105)通过管道通向加热保温室(215)的热烟气给风口(216)；

所述的纯氢隔焰换热加热炉系统的热烟气通过管道通向加热保温室(215)的热烟气给风口(216)；

所述的热烟气出口(217)通过管路连接除尘排烟系统。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的分子筛变压吸附系统(4)通过管路连接还原尾气出口A(213)和集气箱(312)上开设的还原尾气出口B(313)；所述的分子筛变压吸附系统(4)的CO煤气出口(403)通过管路通向CO煤气燃烧器(101)和CO燃烧烧嘴(505)；所述的分子筛变压吸附系统(4)的纯H₂出口通向纯氢隔焰换热加热炉系统。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的还原尾气出口A(213)和还原尾气出口B(313)均连接脱水洗涤脱硫除尘装置，再通向分子筛变压吸附系统(4)。

4.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述的除尘排烟系统按照工艺顺序依次包括旋风除尘器(601)和布袋除尘器(602)。

5.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述的预还原炉筒体(201)内的沸腾筛板A(202)和沸腾鼓风板的底部均设置多个通气支撑管(211)，所述的通气支撑管(211)与预还原炉筒体(201)的炉壳连接，并连通加热保温室(215)；所述的深度还原炉筒体(301)内的沸腾筛板B(302)和沸腾鼓风板的底部均设置多个支撑管(309)。

6.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述的沸腾鼓风板的上端设置多道挡料板，所述的挡料板的高度朝向出料的方向依次降低。

7.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述的加热保温室(215)与深度还原炉筒体(301)的底部均设置底座，所述的底座一端连接活动轴，另一端底部设置液压缸。

8.一种金属氧化物粉矿气基还原的方法，使用如权利要求1～7任一项所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将氧化物物料在氧化焙烧系统内被加热到900～1000℃；

S2.将隔焰换热加热到750～850℃的纯H₂通入预还原炉筒体的高温氢气给风口；将氧化焙烧系统和纯氢隔焰换热加热炉系统的700～800℃的高温烟气通向加热保温室的热烟气给风口，为预还原炉筒体进行加温和保温；将步骤S1获得的物料投入预还原炉筒体，预还原时间1～2h；

S3.将600～680℃的纯氢气通入深度还原炉筒体的温热氢气进口；使步骤S2获得的物料进入深度还原炉筒体，深度还原时间0.4～0.6h。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，步骤S2和S3中通入的氢气加压到14～20Kpa。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，预还原沸腾炉安装的角度为-1°～2°。

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