CN207031479U - 矿粉直接还原装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿粉直接还原装置，所述矿粉直接还原装置包括反应器本体、加热系统和布风管。反应器本体包括彼此连通的进料区、还原区和冷却区，还原区位于进料区的下方，冷却区设于还原区下方，进料区的顶部设有进料口，冷却区的底部设有出料口，进料区的下方设有还原尾气出口，在出料口之上设有还原气入口，进料口与进料区连通，还原尾气出口、还原气入口和出料口均与还原区连通。加热系统包括设在还原区内的蓄热式辐射管。布风管设在还原区内，布风管与还原气入口相连，布风管上设有多个喷嘴。根据本实用新型的矿粉直接还原装置，使进入反应器本体的还原气相对均匀，提升了物料还原的均衡度，提高了矿粉的还原速率，降低了能量损耗。

Description

矿粉直接还原装置

技术领域

本实用新型涉及冶金设备领域，尤其涉及一种矿粉直接还原装置。

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和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，分别是竖炉法、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、还原和冷却三个阶段。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，加热到760～900℃，在竖炉还原区下部通入。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，虽然HYL法为间断作业，但是生产率并不低。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，碳素沉析过多，则妨碍正常操作。

现有技术提供了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置，该技术采用煤制还原气和焦炉煤气结合供给竖炉生产直接还原铁。该工艺只能处理块状物料，不能直接处理粉状铁矿石。处理粉状铁矿石时需要造块，该工序繁琐且耗能耗水，经济性差。

现有技术还提供了一种流化床还原粉状铁矿石的系统和方法，该实用新型通过高气速操作加快铁矿石还原速度并同时大幅提高单位截面流化床的气体处理能力，通过还原煤气并联降低通过单级流化床的气量，通过还原煤气串-并联操作提高煤气的利用率，实现在近常压下粉状铁矿石在流化床内的高效还原。该工艺流程太复杂，对于单个流化床而言，需要调节气体流速来控制床内铁矿石粉的流态化情况及反应过程。同时，调节气体流速的难度较大。而对于铁矿石粉在床内的流动过程而言，一旦气速没有调节在合理范围内，极易出现“粘结失流”现象，进而导致生产停工。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种矿粉直接还原装置，所述矿粉直接还原装置使用矿粉作为原料，还原速率较高，还原均衡度较好。

根据本实用新型实施例的矿粉直接还原装置，包括：反应器本体，所述反应器本体包括彼此连通的进料区、还原区和冷却区，所述还原区位于所述进料区的下方并与所述进料区连通，所述冷却区设于所述还原区下方并与所述还原区连通，所述进料区的顶部设有进料口，所述冷却区的底部设有出料口，所述进料区的下方设有还原尾气出口，在所述出料口之上设有还原气入口，所述进料口与所述进料区连通，所述还原尾气出口、所述还原气入口和所述出料口均与所述还原区连通；加热系统，所述加热系统包括设在所述还原区内的蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管的两端分别设有燃烧器；布风管，所述布风管与所述还原气入口相连，所述布风管设在所述蓄热式辐射管下方，沿所述反应器的内壁周向设置，所述蓄热式辐射管的下端与所述布风管之间的竖直距离占所述还原区高度的0.1-0.3，所述布风管上设有多个喷嘴。

本实用新型的具体实施例中，所述还原区的高度是指所述布风管与所述还原尾气出口之间的竖直距离。

根据本实用新型实施例的矿粉直接还原装置，由于在反应器本体中设置了蓄热式辐射管直接加热，实现了在反应器本体内部对还原气和粉状物料加热后快速还原，提高了矿粉的还原速率，简化了工艺流程，降低了能量损耗，且提升了物料还原的均衡度。通过布风管上的多个喷嘴喷出还原气体，可以使得进入反应器本体的还原气相对均匀。

将辐射管下端与布风管之间的竖直距离占布风管与还原尾气出口之间距离的0.1-0.3，是因为，矿粉下落过程中受还原气气流影响在所述还原区的呈一个分布情况，这样设置，可以使辐射管加热形成的温度场与矿粉的分布情况相适应，从而有利于矿粉被充分还原。

在一些实施例中，辐射管距反应器内壁面水平距离为反应器直径的0.05-0.2。调节辐射管距边壁距离，可以使还原气迅速受热，从而使矿粉尤其边壁附近的矿粉更加充分地被还原气还原。

在一些实施例中，所述布风管沿所述反应器高度方向设置多层。

具体地，每层所述布风管均分布在同一水平面上。

具体地，所述布风管为一条圆形管道。

具体地，所述布风管为呈圆形分布的多个弧形管道。

可选地，所述喷嘴与所述反应器本体的截面圆周垂直中心线成15°-75°的夹角。

在一些实施例中，所述蓄热式辐射管为多个，多个所述蓄热式辐射管在所述还原区内水平排布或者竖向排布。

具体地，所述蓄热式辐射管为多个且水平间隔开设置，每个所述蓄热式辐射管均沿竖向设置，多个所述蓄热式辐射管的顶部的进出管相连通，多个所述蓄热式辐射管的底部的进出管相连通。

在一些实施例中，所述进料区顶部设有进料斗，所述进料斗的横截面向下逐渐减小，以在进料时可形成料封。

在一些实施例中，所述进料区内设有沿高度方向间隔开分布的多个插板阀。进料时相邻两个所述插板阀交替开闭。

具体地，所述多个插板阀的下方设有漏料锥和振动布料筛。

在一些实施例中，所述冷却区包括风冷区和水冷区，所述风冷区邻近所述还原区设置且物料由还原性气体散热风冷，所述水冷区位于所述风冷区的下方，所述水冷区的管壁为水冷壁。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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是本实用新型实施例的矿粉直接还原装置的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例的一种布风管的排布方式示意图。

图3是本实用新型实施例的另一种布风管的排布方式示意图。

附图标记：

矿粉直接还原装置100、

反应器本体1、进料区11、还原区12、冷却区13、风冷区131、水冷区132、出料区14、

进出料系统2、进料部21、第一插板阀211、第二插板阀212、漏料锥213、振动布料筛214、进料斗215、出料部22、

还原气系统3、进气部31、布风管311、喷嘴312、还原气进口313、出气部32、

加热系统4、蓄热式辐射管41、进出管42、

水冷壁5、原料仓6、斗提7、出料螺旋8。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1-图3描述根据本实用新型实施例的矿粉直接还原装置100。

如图1所示，根据本实用新型实施例的矿粉直接还原装置100，包括反应器本体1、进出料系统2、还原气系统3和加热系统4。

反应器本体1自上而下限定出彼此连通的进料区11、还原区12、冷却区13和出料区14，具体而言，还原区12位于进料区11的下方并与进料区11连通，冷却区13设于还原区12下方并与还原区12连通，进料区11的顶部设有进料口，冷却区13的底部设有出料口，进料区11的下方设有还原尾气出口313，在出料口之上设有还原气入口313，进料口与进料区11连通，还原尾气出口、还原气入口313和出料口均与还原区12连通。

进出料系统2包括进料部21和出料部22，进料部21设在进料区11，出料部22与出料区14相连。还原气系统3包括进气部31和出气部32，进气部31用于向反应器本体1内输入还原性气体，进气部31具有在还原区12内不同高度设置的多个还原气进口313，出气部32用于将还原尾气排出反应器本体1。加热系统4包括设在还原区12内的蓄热式辐射管41，蓄热式辐射管41内设有燃烧器(图未示出)，蓄热式辐射管41的两端还设有伸出反应器本体1的进出管42，其中一个进出管42用于供气，另一个进出管42用于排出烟气。

可以理解的是，物料从进料区11进入反应器本体1，在重力的作用下自上而下运动，还原气由从进气部31进入炉体，自下而上运动。在蓄热式辐射管41的加热下，还原气与物料发生还原反应，反应完成后，物料从反应器本体1下方的出料口经冷却后离开反应器本体1，还原尾气从反应器本体1上方的废气出口离开反应器本体1。

另外，蓄热式辐射管41的结构具有储蓄热量，对通入的燃气可预热的作用，利用蓄热式辐射管41可保证通入的燃气可迅速进入最佳燃烧状态，从而燃烧更加充分。

由反应过程可知，由于物料是在自身重力的作用下在反应器本体1中运动，因此物料的形态既可以是块状也可以是粉状，因此本实用新型实施例的矿粉直接还原装置100的原料可以采用粉状的物料，利用粉状的物料可以使得还原反应进行的较为彻底，提高了物料的还原均衡度，同时还能避免工序繁琐的造块流程。

该装置针对的矿粉，矿粉的颗粒粒径可大于1mm，且小于10mm。

由反应过程可知，还原尾气在反应完成后从反应器本体1上方的出气部32离开反应器本体1，在还原尾气离开反应器本体1之前还具有较高的温度，而进料区11内物料还在持续的下落，因此具有一定温度的还原尾气能够起到预热物料的作用。由此，提高了加热系统4产生的热量的利用率，节约了能源。

由反应过程可知，本实用新型实施例的矿粉直接还原装置100是在反应器本体1内进行还原气和物料的加热，由于矿粉的粒径较小，使用直接加热的方式气固间传热条件及反应动力学条件大大改善，还原反应可以在数秒内就完成。这种直接加热方式相比先将还原气加热再通入反应器本体1的方式，还原反应速率较快，热量的利用率高，且安全性较好。

根据本实用新型实施例的矿粉直接还原装置100，由于在反应器本体1中设置了蓄热式辐射管41，实现了在反应器本体1内部对还原气和粉状物料加热并且进行还原反应，该装置可以直接使用矿粉省去造块工序，简化直接还原矿粉的工艺流程；由于矿粉粒度小，与还原气体接触面积大，二者间的化学反应速率加快，可增加原料处理量；同时该装置的操作简便，过程易控；另外，该装置采用多水平喷嘴的结构，可以调节还原区12内还原气量、气体成分及气体温度分布，解决了还原气分布不均带来的矿粉还原速率慢、还原不均衡等问题；另外，由蓄热式辐射管41进行加热，降低了能量损耗，且提升了物料还原的均衡度。

在一些实施例中，进料部21包括设置在进料区11顶部的进料斗215，进料斗215的横截面向下逐渐减小以在进料时可形成料封。由此，可以防止外界空气进入反应器本体1氧化物料。

在一些实施例中，进料部21包括沿高度方向间隔开分布的多个插板阀，进料时相邻两个插板阀交替开闭。

具体地，如图1所示，进料区11内设有两个插板阀，上方的插板阀为第一插板阀211，下方的插板阀为第二插板阀212。

可以理解的是，物料落在进料斗215中，首先落在第一插板阀211上，此时打开第一插板阀211，关闭第二插板阀212。使得物料从第一插板阀211落入第二插板阀212上，当物料完全落在第二插板阀212上时，先关闭第一插板阀211，再打开第二插板阀212使得物料进入反应器本体1。有上述的分析过程可以看出，进料时相邻两个插板阀交替开闭可以实现进料过程中物料始终处于密闭状态，实现了料封。

具体地，进料部21包括设置在多个插板阀下方的漏料锥213和振动布料筛214。

可以理解的是，当矿粉在重力作用下落时，布置漏料锥213能避免矿粉的聚集作用，保证了矿粉下落的顺畅性，同时，在振动布料筛214的振动作用下，矿粉能够更为均匀地落入反应器本体1内部。

在一些实施例中，蓄热式辐射管41为多个，多个蓄热式辐射管41在还原区12内水平排布或者竖向排布。设置多个蓄热式辐射管41能够提高热量供给，使得还原反应进行的更为彻底。

在一些实施例中，在辐射管的上部、下部或者中部安装支架将辐射管固定在反应器内壁面上。辐射管距反应器内壁面水平距离为反应器直径的0.05～0.2，辐射管下端与布风管之间的竖直距离占所述布风管与所述还原尾气出口之间距离的的0.1～0.3。

在一些实施例中，蓄热式辐射管41的两端分别设有燃烧器(图未示出)，两个燃烧器交替点火燃烧。

可以理解的是，当蓄热式辐射管41在管体两端分别设置有燃烧器时，在一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷出时形成温度梯度，即，从燃烧器向外温度逐渐降低。类似的是，在另一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷出时也形成温度梯度。当两端的燃烧器交替进行燃烧时，所形成的两个温度梯度叠加，使得整个蓄热式辐射管41整体温度均匀。由此，矿粉能够实现均匀的加热，提高了还原反应的均匀度。

可选地，蓄热式辐射管41为多个且水平间隔开设置，每个蓄热式辐射管41均沿竖向设置，多个蓄热式辐射管41的顶部的进出管42相连通，多个蓄热式辐射管41的底部的进出管42相连通。由此，多个蓄热式辐射管41能够实现统一通气和排气，不用对应每一个蓄热式辐射管41均设置一个燃气进口和烟气出口，简化了加热系统4的结构。

这里需要说明的是，用户可以调整蓄热式辐射管41在水平方向和/或竖直方向上的个数、蓄热式辐射管41的层数、蓄热式辐射管41彼此之间的间距(竖直方向和/或水平方向)或者各蓄热式辐射管41本身的温度来调节反应器本体1内部的温度场分布，保证还原区12的各区域温度均匀分布。

在一些实施例中，如图2和图3所示，进气部31包括设在还原区12内的布风管311，布风管311沿还原区12的内周壁设置，布风管311上设有多个喷嘴312。可以理解的是，还原气先经过还原气进口313进入布风管311内，在经过布风管311的喷嘴312进入反应器本体1，由于布风管311沿还原区12的内周壁周向设置，因此当还原气进入布风管311时，还原气可以在布风管311中扩散后进入反应器本体1，这样可以使得进入反应器本体1的还原气相对均匀。

具体地，还原区12内设置有沿高度方向间隔开排布的多层布风管311，每层布风管311均分布在同一水平面上，每层中，单个布风管311可以是弧形管道，弧形管道可以有多个，每层的多个弧形管道呈圆形分布。

可选地，如图2所示，当多个弧形管道的布风管311首尾相连形成一条布风管时，仅需要布置一个还原气进口313即可，且优选地，喷嘴312的数量大于等于六个。

可选地，如图3所示，当每层的多个弧形管道的布风管311呈圆形分布时，需要布置的还原气进口313个数与弧形管道的个数相同，也就是说对应每一个弧形管道设置一个还原气进口313。优选地，每个弧形管道上沿弧度方向设置的喷嘴312数量大于等于两个。

需要说明的是，无论布风管311为一条管道还是包括呈圆形分布的多个弧形管道。当两个喷嘴312相对布风管311轴线对称时，容易产生对冲现象，对冲现象会对还原反应产生不利的影响，因此可以将喷嘴312与反应器本体1截面圆周垂直中心线成15-75°布置。

当然，布风管311还可以有多种排列方式，例如形成为螺旋形或“Z”形布置在还原区12内。

又例如，沿反应器本体1高度方向可以设置多个还原气进口313及相应的布风管311，相邻高度的还原气进口313和布风管311可以按照前文所述的任何形式设置。

在一些实施例中，冷却区13包括风冷区131和水冷区132，风冷区131邻近还原区12设置且物料由还原性气体散热风冷，水冷区132位于风冷区131的下方，水冷区132的管壁为水冷壁5，即水冷壁5处设置有水冷管。

可以理解的是，风冷区131与水冷区132在位置上是上下衔接的关系，热态还原产物先由还原区12向下进入风冷区131，温度较高的还原产物将热量传递给刚进入反应器内的常温还原性气体，实现了还原性气体的预热，随后还原气进入还原区12参与还原反应。还原产物再继续向下进入水冷区132，从而完成冷却过程。

水冷壁5分布在反应器本体1底端四周，内部为流动的水或蒸汽，其作用是吸收炉膛中还原产物的热量，实现还原产物的二次降温。风冷后的还原产物经过水冷区132域后温度降至常温。最后，冷却后的还原产物经出料区14排出。

下面参考图1-图3描述本实用新型一个具体实施例的矿粉直接还原装置100。

如图1所示，本实施例中的矿粉直接还原装置100包括反应器本体1、加热系统2、进出料系统2、还原气系统4。

反应器本体1内限定出矿粉与还原气体的反应空间，自上而下可依次划分成进料区11、还原区12、冷却区13、出料区14。相邻区域为贯通式连接，并无物理隔离装置。

进料区11中设置有进料斗215、两个插板阀、漏料锥213和振动布料筛214，该区域在保证矿粉下落顺畅的同时，还要保证在矿粉下落过程中反应器本体1的密封性。原料仓6中的矿粉经过斗提7提升至反应器本体1顶部，由此进入快速还原反应器本体1的进料斗215中，并堆积在此。打开第一插板阀211，堆积在进料斗中的矿粉下落至第二插板阀212上，然后，关闭第一插板阀211，接着打开第二插板阀212，使两个插板阀之间的粉料下落至振动布料筛214上；然后，关闭第二插板阀212，接着打开第一插板阀211，使堆积在第一插板阀211上的粉料下落至第二插板阀212上。如此反复。两个插板阀的配合使用，保证了粉料在下落过程中反应器本体1自始至终处于密封状态。另外，堆积在进料斗215中的粉料进一步加强了密封效果，实现了“料封”。当两个插板阀之间的矿粉在重力作用下经过漏料锥213下落至振动布料筛214的过程中，布置在反应器本体1中的漏料锥213避免了矿粉的聚集作用，保证了矿粉下落的顺畅性。同时，在振动布料筛214的振动作用下，矿粉均匀进入反应器本体1内部。

还原区12即为矿粉和还原性气体发生化学反应的区域。在加热系统2的作用下，还原区12内炉膛温度较高(900-1200℃)，为还原反应的进行提供有利条件。矿粉与还原性气体的反应机理为：MexOy+CO→Me+CO2，MexOy+H2→Me+H2O。由于矿粉粒径小，气固间传热条件及反应动力学条件大大改善，还原反应可以在数秒内完成，实现了直接还原铁的快速生产过程。

加热系统4由多根蓄热式辐射管41组成，为反应器本体1中的还原反应提供热源。蓄热式辐射管在管体两端分别设置有燃烧器(图未示出)，在一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷出时形成温度梯度，即，从燃烧器向外温度逐渐降低。类似的是，在另一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷出时也形成温度梯度。当两端的燃烧器交替进行燃烧时，所形成的两个温度梯度叠加，使得整个蓄热式辐射管41整体温度均匀。例如，单根蓄热式辐射管41上的温度差不大于30℃。在反应器本体1内部，多根蓄热式辐射管41沿竖直方向间隔分布。如此，可以保证各区域温度分布均匀。温度场的温度可通过多种方式调节，例如，调整蓄热式辐射管41在水平方向和/或竖直方向上的个数、蓄热式辐射管41的层数、蓄热式辐射管41彼此之间的间距(竖直方向和/或水平方向)和各蓄热式辐射管41本身的温度等等。

还原气系统3包括进气部31和出气部32，进气部31包括多个还原气进口313和多个布风管311。还原气向上运动，最后从设置在反应器本体1侧壁上的出气部32离开反应器本体1，与矿粉在反应器本体1内的运动方向正好相反。在还原区12的顶部，反应完的还原尾气温度较高，与从振动布料筛314上下落的矿粉逆向接触，还原尾气将热量传递给常温矿粉，实现了矿粉的预热。最后降温后的还原尾气从出气部32离开反应器本体1。

如图2、图3所示，还原气进口313布置在反应器本体1侧壁上，还原气进口管穿过反应器本体1与布风管311相连，布风管311位于反应器本体1侧壁附近，布风管311上设有多个喷嘴312，还原气经还原气进口313进入布风管311内，再经布风管311上的喷嘴312均匀喷入反应器本体1内。布风管311结构如图所示，还原气进口313和布风管311可以设置一个或多个，优选数量为1-6个，当设置一个还原气进口313和一个布风管311时，布风管311俯视图为圆环形，圆周角度为360度，沿圆周方向设置多个喷嘴312，喷嘴312的数量大于等于六个，当设置一个以上还原气进口313和布风管311时，布风管311俯视图为弧形，弧形为一定角度的圆周，圆周角度根据布风管311个数设定，圆周角度≤360°/布风管311的个数，沿弧度方向设置多个喷嘴312，喷嘴312的数量大于等于两个，为了防止喷嘴312产生对冲，喷嘴312与反应器本体1截面圆周垂直中心线成15°-75°角。

此外，沿反应器本体1高度方向可以设置多个还原气进口313及相应的布风管311，相邻高度的还原气进口313和布风管311可以按照图2的形式任意设置。将还原气进口313设置在反应器本体1侧壁上，可以调节侧壁附近的温度、还原气流量及成分，有利于侧壁的矿粉向中心位置靠拢，加快侧壁附近矿粉的还原，避免了中心矿粉还原速率快，边壁还原速率慢的问题。

采用将多个还原气进口313沿竖直方向布置，并且根据多个还原气进口313的分布布置相应布风管311的结构，目的是调节还原区12内还原气量及成分分布、气体温度分布，使矿粉还原更加高效、均衡。例如，若还原区12侧壁处矿粉还原较慢，则可通过调节多个还原气进口313通入的气量及布风管311位置，使还原气更多地分布在还原区12侧壁附近，同时可以调节还原气温度，使还原区12侧壁附近气体温度升高，这些举措均有利于加快矿粉还原。还原气进口313不仅仅限于设置在反应器本体1的冷却区13、还原区12的下部、还原区12的中部。还原气进口313的位置可以为了实现还原区12内还原气量及成分分布、气体温度分布灵活调节。

冷却区13包括两部分，一部分为反应生成的热态还原产物与刚进入反应器本体1内的常温还原性气体之间的换热区域，以下简称“风冷区131”，另一部分为风冷后的还原产物经过水冷壁5时的换热区域，以下简称“水冷区132”。风冷区131与水冷区132在位置上是上下衔接的关系，热态还原产物先由还原区12向下进入风冷区131，温度较高的还原产物将热量传递给刚进入反应器本体1内的常温还原性气体，实现了还原性气体的预热，预热后的还原性气体温度可达到300-600℃，热态还原产物经过风冷区131后温度降至600-900℃，随后还原气进入还原区12参与还原反应。还原产物再继续向下进入水冷区132，从而完成冷却过程。水冷壁5是水冷区132的重要部件，分布在反应器本体1底端四周，内部为流动的水或蒸汽，其作用是吸收炉膛中还原产物的热量，实现还原产物的二次降温。风冷后的还原产物经过水冷区132后温度降至常温。最后，冷却后的还原产物经出料螺旋8排出。

还原产物经过冷却区13，在出料螺旋8的作用下从设置在出料区14的底部的出料部22离开反应器本体1。

本实用新型提供了一种针对粉状矿石生产直接还原铁的快速还原装置及方法。

该实施例的矿粉直接还原装置100，内部采用蓄热式辐射管41作为热源，通过调节其温度可以方便地控制炉内温度，装置操作简单，可以灵活调整炉内温度范围。

与气基竖炉相比，该装置可以处理粉状物料。由于粉状物料粒径小，与还原气体接触面积大，二者间的传热和化学反应速率加快，增加原料处理量。另外，矿粉直接还原装置100采用蓄热式辐射管41作为热源，加热效率高。

在反应器本体1内，矿粉仅在重力作用下从顶部下落至底部，在下落的过程中与逆向流动的气体发生还原反应。与还原流化床相比，矿粉直接还原装置100只需控制反应器本体1内的温度，操作简单，同时可避免流态化还原方法中“粘结失流”现象造成的停工。

本实施例的还原气采用多水平还原气进口313并设置相应的布风管311，可以调节还原区12内还原气量、气体成分及气体温度分布，使矿粉还原更加高效、均衡。

下面描述两个利用本实用新型实施例的矿粉直接还原装置进行还原的具体示例。

实施例一：本实施例铁矿粉快速还原方法，包括以下步骤：

(1)、将铁精矿从矿粉直接还原装置加入反应器本体1；

(2)、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％；

(3)、铁矿粉快速还原装置还原区12的蓄热式辐射管41温度设为950℃；

(4)、将常温还原气从铁矿粉快速还原装置底部通入，与铁精矿进行还原反应；

(5)、还原气中CO体积分数为80％，H2体积分数为15％；

(6)、还原气在上升过程中受到蓄热式辐射管41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出气部32排出反应装置；

(7)、反应生成的金属化粉料经铁矿粉快速还原装置底部排出；

(8)、金属化粉料铁的金属化率为95％。

实施例二：本实施例铁矿粉快速还原方法，包括以下步骤：

(1)、将铁精矿从矿粉直接还原装置加入反应器本体1；

(2)、铁精矿铁品位为65％，矿粉颗粒粒径小于1mm的比例不少于80％；

(3)、铁矿粉快速还原装置还原区12的蓄热式辐射管41温度设为950℃；

(4)、将常温还原气从铁矿粉快速还原装置底部通入，与铁精矿进行还原反应；

(5)、还原气中CO体积分数为60％，H2体积分数为30％；

(6)、还原气在上升过程中受到蓄热式辐射管41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出气部32排出反应装置；

(7)、反应生成的金属化粉料经铁矿粉快速还原装置底部排出；

(8)、金属化粉料铁的金属化率为95％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种矿粉直接还原装置，其特征在于，包括：

反应器本体，所述反应器本体包括彼此连通的进料区、还原区和冷却区，所述还原区位于所述进料区的下方并与所述进料区连通，所述冷却区设于所述还原区下方并与所述还原区连通，所述进料区的顶部设有进料口，所述冷却区的底部设有出料口，所述进料区的下方设有还原尾气出口，在所述出料口之上设有还原气入口，所述进料口与所述进料区连通，所述还原尾气出口、所述还原气入口和所述出料口均与所述还原区连通；

加热系统，所述加热系统包括设在所述还原区内的蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管的两端分别设有燃烧器；

布风管，所述布风管与所述还原气入口相连，所述布风管设在所述蓄热式辐射管下方，沿所述反应器的内壁周向设置，所述蓄热式辐射管的下端与所述布风管之间的竖直距离占所述还原区高度的0.1-0.3，所述布风管上设有多个喷嘴。

2.根据权利要求1所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述布风管沿所述反应器高度方向设置多层。

3.根据权利要求2所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，每层所述布风管均分布在同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述布风管为一条圆形管道。

5.根据权利要求1所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述喷嘴与所述反应器本体的截面圆周垂直中心线成15°-75°的夹角。

6.根据权利要求1所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述蓄热式辐射管为多个，多个所述蓄热式辐射管在所述还原区内水平排布或者竖向排布。

7.根据权利要求2所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述布风管为呈圆形分布的多个弧形管道。

8.根据权利要求1所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述进料区内设有沿高度方向间隔开分布的多个插板阀。

9.根据权利要求8所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述多个插板阀的下方设有漏料锥和振动布料筛。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的矿粉直接还原装置，其特征在于，所述冷却区包括风冷区和水冷区，所述风冷区邻近所述还原区设置且物料由还原性气体散热风冷，所述水冷区位于所述风冷区的下方，所述水冷区的管壁为水冷壁。