一種能夠提氫的礦粉快速還原系統(tǒng)和方法與流程

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠提氫的礦粉快速還原系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

目前直接還原煉鐵技術(shù)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展擺脫焦煤資源的羈絆、降低能耗、減少co2排放、改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的重要發(fā)展方向。直接還原鐵是優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代品，是生產(chǎn)高品質(zhì)純凈鋼的不可短缺的鐵源原料，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)質(zhì)冷卻劑。

現(xiàn)在達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)水平或仍在繼續(xù)試驗的直接還原方法主要分為兩類：使用氣體還原劑的直接還原法和使用固體還原劑的直接還原法。其中，使用氣體還原劑的直接還原法按工藝設(shè)備來分又可分為三類，包括豎爐法、反應(yīng)罐法和流態(tài)化法。其中，豎爐法是指爐料與煤氣在爐內(nèi)逆向運動，下降的爐料逐步被煤氣加熱和還原的方法。該法以midrex法為代表，是當(dāng)前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的直接還原煉鐵法。作為原料的氧化球團(tuán)礦自爐頂加入豎爐后，依次經(jīng)過預(yù)熱、還原及冷卻三個階段。還原所得的海綿鐵，冷卻到50℃后排出爐外，以防再氧化。還原煤氣用天然氣及豎爐本身的一部分煤氣制造，先加熱到760～900℃，在豎爐還原段下部通入。爐頂煤氣回收后分別用于煤氣再生、轉(zhuǎn)化爐加熱和豎爐冷卻。此法的傳熱傳質(zhì)效率高，每噸產(chǎn)品能耗可低達(dá)2.56×10⁶千卡，產(chǎn)品質(zhì)量好，金屬化率達(dá)92%。墨西哥的hyl法是唯一的工業(yè)化反應(yīng)罐法。爐料在反應(yīng)罐中固定不動，通入熱還原煤氣依次進(jìn)行預(yù)熱、還原和冷卻，最后定期停氣，把爐料排出罐外。為了克服固定床還原煤氣利用不良的缺點，hyl法采用了4個反應(yīng)罐串聯(lián)操作，還原煤氣用天然氣制造，先在換熱式轉(zhuǎn)化爐中不充分轉(zhuǎn)化。經(jīng)過每一個反應(yīng)罐反應(yīng)后都進(jìn)行脫水、二次轉(zhuǎn)化和提溫，煤氣在1100℃的高溫下進(jìn)行還原。在停止通氣下，hyl法使用排料桿強(qiáng)制排料，因此不怕爐料粘結(jié)，操作溫度較高，雖系間斷作業(yè)，生產(chǎn)率并不低。缺點是煤氣利用差，熱耗大，產(chǎn)品質(zhì)量不均。流態(tài)化法是在流化床中用煤氣還原鐵礦粉的方法。在流態(tài)化法還原中，煤氣除用作還原劑及熱載體外，還用作散料層的流化介質(zhì)。細(xì)粒礦石料層被穿過的氣流流態(tài)化并依次被加熱、還原和冷卻。還原產(chǎn)品冷卻后壓塊保存。流態(tài)化還原有直接使用礦粉省去造塊的優(yōu)點，并且由于礦石粒度小而能加速還原。缺點是細(xì)粒礦粉甚易粘結(jié)，一般在600～700℃不高的溫度下操作，不僅還原速度不大，而且極易促成co的析碳反應(yīng)；碳素沉析過多，則妨礙正常操作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種能夠提氫的礦粉快速還原系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)可以直接使用礦粉作為原料，省去造塊工序，且該系統(tǒng)操作簡便，經(jīng)濟(jì)性能好，效益高，過程易控。

為至少解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提出了一種能夠提氫的礦粉快速還原系統(tǒng)，包括：進(jìn)料系統(tǒng)、反應(yīng)器、加熱系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，其中，所述反應(yīng)器的內(nèi)腔從上往下依次分為進(jìn)料段、還原段和錐形冷卻段，所述進(jìn)料系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)和出料系統(tǒng)分別與所述反應(yīng)器相連，所述還原氣系統(tǒng)包括：還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)和還原尾氣處理系統(tǒng)，所述還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)包括：還原氣儲罐、還原氣進(jìn)氣閥、提氫裝置、加熱裝置、風(fēng)機(jī)和布風(fēng)板，其中，所述還原氣儲罐的氣體出口經(jīng)所述還原氣進(jìn)氣閥分別與所述提氫裝置和加熱裝置的入口相連，用于分別向所述提氫裝置和加熱裝置中通入還原氣；所述提氫裝置的第一出口與所述加熱裝置的入口相連，所述提氫裝置的第二出口與所述風(fēng)機(jī)相連，用于將還原氣進(jìn)行提氫，產(chǎn)生富co氣體和氫氣；所述風(fēng)機(jī)與布風(fēng)板相連，所述布風(fēng)板位于所述錐形冷卻段，用于將所述富co氣體快速通入所述錐形冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)；所述加熱裝置與所述反應(yīng)器側(cè)壁上設(shè)置的多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口相連，用于將從所述提氫裝置通入所述加熱裝置的氫氣和從所述還原氣儲罐通入所述加熱裝置的還原氣混合加熱后，經(jīng)所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口通入所述還原段；所述還原尾氣處理系統(tǒng)分別與所述反應(yīng)器的還原尾氣出口和所述還原氣儲罐相連，用于將還原尾氣進(jìn)行處理，得到未反應(yīng)的還原氣再次通入所述還原氣儲罐中。

進(jìn)一步的，所述加熱系統(tǒng)位于所述還原段內(nèi)，包括：多根蓄熱式輻射管，每根所述蓄熱式輻射管沿豎直方向并排設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)料系統(tǒng)包括：原料倉、斗提、上插板閥、下插板閥、漏料錐和振動布料篩，其中，所述斗提分別與原料倉和反應(yīng)器相連，用于從原料倉向反應(yīng)器送料；所述上插板閥、下插板閥、漏料錐和振動布料篩從上往下依次設(shè)置于所述進(jìn)料段內(nèi)，通過所述上插板閥和下插板閥的交替開啟和關(guān)閉，對所述反應(yīng)器頂部進(jìn)料口輪流進(jìn)行封閉。

進(jìn)一步的，所述反應(yīng)器包括：多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口、還原尾氣出口和還原產(chǎn)物出口，其中，所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口沿所述反應(yīng)器的側(cè)壁圓周環(huán)布，且位于所述還原段的底部，所述還原尾氣出口位于所述反應(yīng)器的側(cè)壁上，且位于所述還原段的頂部，所述還原產(chǎn)物出口位于所述反應(yīng)器的底部。

進(jìn)一步的，所述還原段的側(cè)壁上設(shè)有與所述蓄熱式輻射管相連通的空氣入口、燃?xì)馊肟?、煙氣出口，其中，所述空氣入口和燃?xì)馊肟诰挥谒鲂顭崾捷椛涔艿南虏?，所述煙氣出口位于所述蓄熱式輻射管的上部?/p>

進(jìn)一步的，所述還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)還包括：氮氣儲罐和氮氣進(jìn)氣閥，所述氮氣儲罐經(jīng)氮氣進(jìn)氣閥與所述風(fēng)機(jī)相連，用于在還原氣進(jìn)入所述反應(yīng)器之前對整個系統(tǒng)進(jìn)行氮氣吹掃，使整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中。

進(jìn)一步的，所述還原尾氣處理系統(tǒng)包括：洗滌冷卻裝置、壓縮裝置、脫碳裝置和還原尾氣儲罐，其中，所述洗滌冷卻裝置一端與所述還原尾氣出口相連，其另一端依次與壓縮裝置和脫碳裝置順序連接，所述脫碳裝置分別與所述還原尾氣儲罐和還原氣儲罐相連，用于將還原尾氣進(jìn)行處理，分別得到的富含co2的還原尾氣通入所述還原尾氣儲罐中進(jìn)行存儲，得到的未反應(yīng)的還原氣則通入所述還原氣儲罐中與還原氣進(jìn)行混合。

進(jìn)一步的，所述出料系統(tǒng)包括：熱壓塊裝置、冷卻裝置和產(chǎn)品料倉，其中，所述熱壓塊裝置一端與所述還原產(chǎn)物出口相連，用于將粉狀還原產(chǎn)物加工為塊狀產(chǎn)物便于運輸，其另一端依次與冷卻裝置和產(chǎn)品料倉相連。

在本發(fā)明的另一方面，提出了一種利用前面所述的礦粉快速還原系統(tǒng)進(jìn)行礦粉快速還原反應(yīng)的方法，包括以下步驟：

a.打開所述氮氣進(jìn)氣閥和風(fēng)機(jī)，氮氣快速進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行空氣置換，進(jìn)而對整個系統(tǒng)進(jìn)行氮氣吹掃，使整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中；

b.當(dāng)?shù)獨獯祾咄戤吅?，設(shè)置所述反應(yīng)器中蓄熱式輻射管的溫度，通過調(diào)整通入所述蓄熱式輻射管的燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁?，實現(xiàn)精準(zhǔn)控溫；

c.當(dāng)所述反應(yīng)器內(nèi)腔溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值并穩(wěn)定后，關(guān)閉氮氣進(jìn)氣閥門，打開還原氣進(jìn)氣閥門，使還原氣體進(jìn)入反應(yīng)器還原段，之后再通過斗提將原料倉中的礦粉提升至所述反應(yīng)器的頂端落至所述上插板閥上，通過打開上插板閥，礦粉下落至所述下插板閥上，此時關(guān)閉上插板閥，打開下插板閥，使兩個插板閥之間的粉料經(jīng)由漏料錐下落至振動布料篩上，然后，關(guān)閉下插板閥，接著打開上插板閥，使堆積在上插板閥上的粉料下落至下插板閥上，循環(huán)交替開啟和關(guān)閉所述上插板閥和下插板閥，使礦粉在下落過程中反應(yīng)器處于密封狀態(tài)；一部分還原氣通入所述加熱裝置中，另一部分還原氣通入所述提氫裝置中進(jìn)行提氫，產(chǎn)生富co氣體和氫氣，所述富co氣體依次通過風(fēng)機(jī)和布風(fēng)板進(jìn)入錐形冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)，所述氫氣通入所述加熱裝置中與從還原氣儲罐進(jìn)入加熱裝置中的還原氣混合加熱為熱態(tài)還原氣，熱態(tài)還原氣經(jīng)所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口通入所述還原段與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)；

d.反應(yīng)生成的還原產(chǎn)物從所述反應(yīng)器的底部排出，并經(jīng)所述熱壓塊裝置形成塊狀產(chǎn)物，再經(jīng)冷卻裝置冷卻后送入產(chǎn)品料倉；

e.參加還原反應(yīng)后的還原尾氣從所述還原尾氣出口排出，并依次經(jīng)洗滌冷卻裝置、壓縮裝置和脫碳裝置對應(yīng)進(jìn)行冷卻除塵、壓縮、脫碳后分別得到富含co2的還原尾氣和未反應(yīng)的還原氣，得到的所述富含co2的還原尾氣通入所述還原尾氣儲罐中進(jìn)行存儲，得到的所述未反應(yīng)的還原氣則通入所述還原氣儲罐中與還原氣進(jìn)行混合。

進(jìn)一步的，在所述步驟c中，所述反應(yīng)器內(nèi)腔溫度的穩(wěn)定預(yù)設(shè)值為900-1200℃；所述錐形冷卻段中，進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)后的還原產(chǎn)物溫度降至600-900℃，還原氣體溫度預(yù)熱至300-600℃；所述加熱裝置中加熱的熱態(tài)還原氣溫度為800-1000℃。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1）本發(fā)明所述能夠提氫的礦粉快速還原系統(tǒng)可以直接使用礦粉作為原料，省去造塊工序，且該系統(tǒng)操作簡便，經(jīng)濟(jì)性能好，效益高，過程易控；

2）本發(fā)明所述還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)分為兩股還原氣分別進(jìn)入反應(yīng)器的冷卻段和還原段，其中一股還原氣進(jìn)入冷卻段之前先經(jīng)過提氫處理，得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w，得到的富一氧化碳?xì)怏w通過進(jìn)入反應(yīng)器的冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入還原段并進(jìn)行還原反應(yīng)；提氫后的得到的氫氣和另一股還原氣混合后，進(jìn)入加熱裝置變成溫度為800~1000℃的熱態(tài)還原氣，直接進(jìn)入快速還原反應(yīng)器的還原段，補(bǔ)充了反應(yīng)器內(nèi)部還原氣量，同時也使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻；另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果；

3）本發(fā)明采取了還原尾氣循環(huán)利用方法，還原尾氣經(jīng)過除塵冷卻、壓縮、脫碳后得到富含co2的還原尾氣和未反應(yīng)的還原氣，得到的所述富含co2的還原尾氣通入所述還原尾氣儲罐中進(jìn)行存儲，得到的所述未反應(yīng)的還原氣則通入所述還原氣儲罐中與還原氣進(jìn)行混合，循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)效益好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，原料倉1、斗提2、上插板閥3、下插板閥4、漏料錐5、振動布料篩6、反應(yīng)器7、還原氣二次進(jìn)風(fēng)口701、蓄熱式輻射管8、燃?xì)馊肟?、空氣入口10、煙氣出口11、布風(fēng)板12、熱壓塊裝置13、冷卻裝置14、產(chǎn)品料倉15、洗滌冷卻裝置16、壓縮裝置17、脫碳裝置18、還原尾氣儲罐19、還原氣儲罐20、氮氣儲罐21、還原氣進(jìn)氣閥22、氮氣進(jìn)氣閥23、風(fēng)機(jī)24、加熱裝置25、還原尾氣出口26、提氫裝置27、還原產(chǎn)物出口28。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。實施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明所述能夠提氫的礦粉快速還原系統(tǒng)包括：進(jìn)料系統(tǒng)、反應(yīng)器7、加熱系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，其中，所述反應(yīng)器的內(nèi)腔從上往下依次分為進(jìn)料段、還原段和錐形冷卻段，所述進(jìn)料系統(tǒng)、還原氣系統(tǒng)和出料系統(tǒng)分別與所述反應(yīng)器相連，其中，所述進(jìn)料段區(qū)域在保證礦粉下落順暢的同時，還保證在礦粉下落過程中反應(yīng)器的密封性；所述還原段區(qū)域，即為發(fā)生礦粉和還原性氣體發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)區(qū)域，由于礦粉粒徑小，氣固間傳熱條件及反應(yīng)動力學(xué)條件大大改善，還原反應(yīng)可以在數(shù)秒內(nèi)完成，實現(xiàn)了直接還原礦粉的快速生產(chǎn)過程；所述錐形冷卻段區(qū)域為剛進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)的常溫還原性氣體與熱態(tài)還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)的區(qū)域，熱態(tài)還原產(chǎn)物經(jīng)過該冷卻區(qū)域后溫度降至600-900℃，與此同時，還原性氣體被預(yù)熱至300-600℃。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述還原氣系統(tǒng)包括：還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)和還原尾氣處理系統(tǒng)，圖1為本發(fā)明礦粉快速還原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖1所示，其中，所述還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)包括：還原氣儲罐20、還原氣進(jìn)氣閥22、提氫裝置27、加熱裝置25、風(fēng)機(jī)24、布風(fēng)板12、氮氣儲罐21和氮氣進(jìn)氣閥23。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，所述氮氣儲罐經(jīng)氮氣進(jìn)氣閥與所述風(fēng)機(jī)相連，在還原氣進(jìn)入反應(yīng)器之前需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行氮氣吹掃，以保證整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中，氮氣吹掃時，關(guān)閉還原氣進(jìn)氣閥，打開氮氣進(jìn)氣閥，然后打開風(fēng)機(jī)，使氮氣儲罐中的氮氣進(jìn)入反應(yīng)器中；氮氣吹掃完畢，關(guān)閉氮氣進(jìn)氣閥，打開還原氣進(jìn)氣閥，然后打開風(fēng)機(jī)，進(jìn)行還原反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，所述還原氣儲罐的氣體出口經(jīng)所述還原氣進(jìn)氣閥分別與所述提氫裝置和加熱裝置的入口相連，將所述還原氣儲罐中的還原氣一股通入所述提氫裝置中進(jìn)行提氫，另一股通入所述加熱裝置中；所述提氫裝置的第一出口與所述加熱裝置的入口相連，所述提氫裝置的第二出口與所述風(fēng)機(jī)相連，用于將還原氣進(jìn)行提氫處理，產(chǎn)生富co氣體和氫氣；所述風(fēng)機(jī)與布風(fēng)板相連，所述布風(fēng)板位于所述錐形冷卻段，用于將所述富co氣體快速通入所述錐形冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換（由于還原產(chǎn)物與還原氣的運動方向相反）和滲碳反應(yīng)，有效提高了系統(tǒng)熱利用率，同時降低還原產(chǎn)物被氧化的風(fēng)險；所述加熱裝置與所述反應(yīng)器側(cè)壁上設(shè)置的多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口701相連，從所述提氫裝置通入所述加熱裝置的氫氣和從所述還原氣儲罐通入所述加熱裝置的另一股還原氣混合加熱為熱態(tài)還原氣后，經(jīng)所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口通入所述還原段，使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻，同時也補(bǔ)充了向上運動的還原氣量，更有利于還原反應(yīng)。另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，所述反應(yīng)器包括：多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口701、還原尾氣出口26和還原產(chǎn)物出口28，其中，所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口沿所述反應(yīng)器的側(cè)壁圓周環(huán)布，且位于所述還原段的底部，所述還原尾氣出口位于所述反應(yīng)器的側(cè)壁上，且位于所述還原段的頂部，所述還原產(chǎn)物出口位于所述反應(yīng)器的底部。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，所述還原尾氣處理系統(tǒng)包括：洗滌冷卻裝置16、壓縮裝置17、脫碳裝置18和還原尾氣儲罐19，其中，所述洗滌冷卻裝置一端與所述反應(yīng)器的還原尾氣出口相連，其另一端依次與壓縮裝置和脫碳裝置順序連接，所述脫碳裝置分別與所述還原尾氣儲罐和還原氣儲罐相連，用于將還原尾氣進(jìn)行處理，分別得到的富含co2的還原尾氣通入所述還原尾氣儲罐中進(jìn)行存儲，得到的未反應(yīng)的還原氣則通入所述還原氣儲罐中與還原氣進(jìn)行混合，實現(xiàn)再循環(huán)利用，具有經(jīng)濟(jì)效益好的特點。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，所述加熱系統(tǒng)位于所述還原段內(nèi)，包括：多根蓄熱式輻射管8，每根所述蓄熱式輻射管沿豎直方向并排設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，本發(fā)明所述還原段的側(cè)壁上設(shè)有與所述蓄熱式輻射管相連通的空氣入口10、燃?xì)馊肟?、煙氣出口11，其中，所述空氣入口和燃?xì)馊肟诰挥谒鲂顭崾捷椛涔艿南虏浚鰺煔獬隹谖挥谒鲂顭崾捷椛涔艿纳喜?，本發(fā)明所述蓄熱式輻射管可以為燃?xì)庑顭崾捷椛涔埽捶謩e經(jīng)所述燃?xì)馊肟诤涂諝馊肟谶M(jìn)入蓄熱式輻射管中的燃?xì)夂涂諝獍l(fā)生燃燒反應(yīng)，由此產(chǎn)生的熱量主要以輻射的方式將熱量傳遞給反應(yīng)器中礦粉和還原性氣體，使其發(fā)生還原反應(yīng)獲得還原產(chǎn)物。燃燒后的煙氣從所述煙氣出口排出，蓄熱式輻射管內(nèi)的燃?xì)饬鲃酉到y(tǒng)與反應(yīng)器內(nèi)的還原氣流動系統(tǒng)彼此隔絕，不會影響反應(yīng)器內(nèi)的還原過程。同時通過調(diào)節(jié)通入所述蓄熱式輻射管的燃?xì)饬髁靠梢跃_控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度場，由此可以控制反應(yīng)器內(nèi)溫度場個數(shù)以及溫度梯度，實現(xiàn)對反應(yīng)器內(nèi)還原過程的精確控溫。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，所述進(jìn)料系統(tǒng)包括：原料倉1、斗提2、上插板閥3、下插板閥4、漏料錐5和振動布料篩6，其中，所述斗提分別與原料倉和反應(yīng)器相連，用于從原料倉向反應(yīng)器送料；所述上插板閥、下插板閥、漏料錐和振動布料篩從上往下依次設(shè)置于所述進(jìn)料段內(nèi)，通過所述上插板閥和下插板閥的交替開啟和關(guān)閉，對所述反應(yīng)器頂部進(jìn)料口輪流進(jìn)行封閉，具體封閉的過程為：通過斗提將原料倉中的礦粉提升至所述反應(yīng)器的頂端落至所述上插板閥上，通過打開上插板閥，礦粉下落至所述下插板閥上，此時關(guān)閉上插板閥，打開下插板閥，使兩個插板閥之間的粉料經(jīng)由漏料錐下落至振動布料篩上，然后，關(guān)閉下插板閥，接著打開上插板閥，使堆積在上插板閥上的粉料下落至下插板閥上，循環(huán)交替開啟和關(guān)閉所述上插板閥和下插板閥，通過兩個插板閥的配合使用，使礦粉在下落過程中反應(yīng)器處于密封狀態(tài)，同時，堆積在上插板閥上的粉料進(jìn)一步加強(qiáng)了密封效果，實現(xiàn)了封閉。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當(dāng)兩個插板閥之間的礦粉在重力作用下經(jīng)過漏料錐下落至振動布料篩的過程中，布置在反應(yīng)器中的漏料錐避免了礦粉的聚集作用，保證了礦粉下落的順暢性。同時，在振動篩的振動作用下，礦粉均勻進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，進(jìn)行還原反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，所述出料系統(tǒng)包括：熱壓塊裝置13、冷卻裝置14和產(chǎn)品料倉15，其中，所述熱壓塊裝置一端與所述還原產(chǎn)物出口相連，用于將粉狀還原產(chǎn)物加工為塊狀產(chǎn)物，由此可以減小還原產(chǎn)物與空氣的接觸面積，減少還原產(chǎn)物的氧化，同時塊狀產(chǎn)物便于運輸，其另一端依次與冷卻裝置和產(chǎn)品料倉相連，經(jīng)過冷卻裝置后送至儲料倉進(jìn)行保存。

在本發(fā)明的另一方面，提出了一種利用前面所述的礦粉快速還原系統(tǒng)進(jìn)行礦粉快速還原反應(yīng)的方法，根據(jù)本發(fā)明的實施例，包括以下步驟：

a.本發(fā)明系統(tǒng)在試驗前需要進(jìn)行檢查及氣密性試驗，確認(rèn)整個系統(tǒng)具備正常生產(chǎn)條件，并保證整個管線的密封性，具體操作如下：打開所述氮氣進(jìn)氣閥23和風(fēng)機(jī)24，氮氣快速進(jìn)入反應(yīng)器7中進(jìn)行空氣置換，進(jìn)而對整個系統(tǒng)進(jìn)行氮氣吹掃，使整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中；b.當(dāng)?shù)獨獯祾咄戤吅?，設(shè)置所述反應(yīng)器中蓄熱式輻射管8的溫度，通過調(diào)整通入所述蓄熱式輻射管的燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁浚瑢崿F(xiàn)精準(zhǔn)控溫。

c.當(dāng)所述反應(yīng)器內(nèi)腔溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值900-1200℃并穩(wěn)定后，關(guān)閉氮氣進(jìn)氣閥門，打開還原氣進(jìn)氣閥門，使還原氣體進(jìn)入反應(yīng)器還原段，之后再進(jìn)行進(jìn)料。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖1所示，進(jìn)料的具體過程為：通過斗提2將原料倉1中的礦粉提升至所述反應(yīng)器7的頂端落至所述上插板閥3上，通過打開上插板閥，礦粉下落至所述下插板閥4上，此時關(guān)閉上插板閥，打開下插板閥，使兩個插板閥之間的粉料經(jīng)由漏料錐5下落至振動布料篩6上，然后，關(guān)閉下插板閥，接著打開上插板閥，使堆積在上插板閥上的粉料下落至下插板閥上，循環(huán)交替開啟和關(guān)閉所述上插板閥和下插板閥，使礦粉在下落過程中反應(yīng)器處于密封狀態(tài)；一部分還原氣通入所述加熱裝置25中，另一部分還原氣通入所述提氫裝置27中進(jìn)行提氫，產(chǎn)生富co氣體和氫氣，所述富co氣體依次通過風(fēng)機(jī)24和布風(fēng)板12進(jìn)入錐形冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)，進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)后的還原產(chǎn)物溫度降至600-900℃，還原氣體溫度預(yù)熱至300-600℃；所述氫氣通入所述加熱裝置中與從還原氣儲罐進(jìn)入加熱裝置中的還原氣混合加熱為溫度為800-1000℃的熱態(tài)還原氣，熱態(tài)還原氣經(jīng)所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口通入所述還原段與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)，使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻，同時也補(bǔ)充了向上運動的還原氣量，更有利于還原反應(yīng)。另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果。

d.反應(yīng)生成的還原產(chǎn)物從所述反應(yīng)器的底部排出，并經(jīng)所述熱壓塊裝置13形成塊狀產(chǎn)物，再經(jīng)冷卻裝置14冷卻后送入產(chǎn)品料倉15。

e.參加還原反應(yīng)后的還原尾氣從所述還原尾氣出口26排出，并依次經(jīng)洗滌冷卻裝置16、壓縮裝置17和脫碳裝置18對應(yīng)進(jìn)行冷卻除塵、壓縮、脫碳后分別得到富含co2的還原尾氣和未反應(yīng)的還原氣，得到的所述富含co2的還原尾氣通入所述還原尾氣儲罐19中進(jìn)行存儲，得到的所述未反應(yīng)的還原氣則通入所述還原氣儲罐20中與還原氣進(jìn)行混合，充分循環(huán)利用資源，具有經(jīng)濟(jì)效益好的特點。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，本發(fā)明所述礦粉的具體種類不受限制，可以為鎂、鐵礦等，本發(fā)明以鐵精礦粉對本發(fā)明所述的礦粉快速還原系統(tǒng)進(jìn)行礦粉快速還原反應(yīng)的方法進(jìn)行進(jìn)一步地闡述。

實施例1：本實施例鐵精礦粉快速還原的方法，包括以下步驟：

1）利用氮氣對整個系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，使整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中；

2）利用蓄熱式輻射管進(jìn)行加熱至950℃并穩(wěn)定后，先通入還原氣，再進(jìn)行進(jìn)料；

3）將鐵精礦粉從反應(yīng)器頂部加入，依次經(jīng)進(jìn)料段、還原段和錐形冷卻段；其中，所述鐵精礦鐵品位為65%，礦粉顆粒粒徑小于0.074mm的比例不少于80%；

4）打開所述還原氣進(jìn)氣閥通入還原氣，一部分還原氣通入所述加熱裝置中，另一部分還原氣通入所述提氫裝置中進(jìn)行提氫，產(chǎn)生體積分?jǐn)?shù)為80%的富co氣體和體積分?jǐn)?shù)為5%的氫氣，所述富co氣體依次通過風(fēng)機(jī)和布風(fēng)板進(jìn)入錐形冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)；所述氫氣通入所述加熱裝置中與從還原氣儲罐進(jìn)入加熱裝置中的還原氣混合加熱為溫度為950℃的熱態(tài)還原氣，熱態(tài)還原氣經(jīng)所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口通入所述還原段與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)，其中，所述熱態(tài)還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為30%，h2體積分?jǐn)?shù)為60%；

5）反應(yīng)產(chǎn)生的還原尾氣經(jīng)過除塵冷卻、加壓、脫碳后分別得到富含co2的還原尾氣和未反應(yīng)的還原氣，得到的所述未反應(yīng)的還原氣則送入還原氣儲罐中與新制還原氣進(jìn)行混合，得到混合還原氣，所述混合還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為55%，h2體積分?jǐn)?shù)為35%；

6）反應(yīng)產(chǎn)生的金屬化粉料經(jīng)反應(yīng)器底部排出，所述金屬化粉料鐵的金屬化率為93%。

實施例2：本實施例鐵精礦粉快速還原的方法，包括以下步驟：

1）利用氮氣對整個系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，使整個系統(tǒng)處于非氧化氣氛中；

2）利用蓄熱式輻射管進(jìn)行加熱至：上部三分之一高度范圍內(nèi)輻射管設(shè)為900℃，下部三分之二高度范圍內(nèi)輻射管溫度設(shè)為950℃并穩(wěn)定后，先通入還原氣，再進(jìn)行進(jìn)料；

3）將鐵精礦粉從反應(yīng)器頂部加入，依次經(jīng)進(jìn)料段、還原段和錐形冷卻段；其中，所述鐵精礦鐵品位為65%，礦粉顆粒粒徑小于1mm的比例不少于80%；

4）打開所述還原氣進(jìn)氣閥通入還原氣，一部分還原氣通入所述加熱裝置中，另一部分還原氣通入所述提氫裝置中進(jìn)行提氫，產(chǎn)生體積分?jǐn)?shù)為80%的富co氣體和體積分?jǐn)?shù)為5%的氫氣，所述富co氣體依次通過風(fēng)機(jī)和布風(fēng)板進(jìn)入錐形冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)；所述氫氣通入所述加熱裝置中與從還原氣儲罐進(jìn)入加熱裝置中的還原氣混合加熱為溫度為950℃的熱態(tài)還原氣，熱態(tài)還原氣經(jīng)所述多個還原氣二次進(jìn)風(fēng)口通入所述還原段與礦粉進(jìn)行還原反應(yīng)，其中，所述熱態(tài)還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為30%，h2體積分?jǐn)?shù)為60%；

5）反應(yīng)產(chǎn)生的還原尾氣經(jīng)過除塵冷卻、加壓、脫碳后分別得到富含co2的還原尾氣和未反應(yīng)的還原氣，得到的所述未反應(yīng)的還原氣則送入還原氣儲罐中與新制還原氣進(jìn)行混合，得到混合還原氣，所述混合還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為55%，h2體積分?jǐn)?shù)為35%；

6）反應(yīng)產(chǎn)生的金屬化粉料經(jīng)反應(yīng)器底部排出，所述金屬化粉料鐵的金屬化率為92%。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明所述的能夠提氫的礦粉快速還原系統(tǒng)和方法，可以直接使用礦粉作為原料，省去造塊工序，且該系統(tǒng)操作簡便，經(jīng)濟(jì)性能好，效益高，過程易控；同時，本發(fā)明所述還原氣進(jìn)氣系統(tǒng)分為兩股還原氣分別進(jìn)入反應(yīng)器的冷卻段和還原段，其中一股還原氣進(jìn)入冷卻段之前先經(jīng)過提氫處理，得到氫氣和富一氧化碳?xì)怏w，得到的富一氧化碳?xì)怏w通過進(jìn)入反應(yīng)器的冷卻段，與還原產(chǎn)物進(jìn)行逆向熱交換和滲碳反應(yīng)后向上進(jìn)入還原段并進(jìn)行還原反應(yīng)；提氫后的得到的氫氣和另一股還原氣混合后，進(jìn)入加熱裝置變成溫度為800~1000℃的熱態(tài)還原氣，直接進(jìn)入快速還原反應(yīng)器的還原段，補(bǔ)充了反應(yīng)器內(nèi)部還原氣量，同時也使得反應(yīng)器內(nèi)部氣體分布更加均勻；另外，進(jìn)入反應(yīng)器的熱態(tài)還原氣，可以直接與尚未反應(yīng)完全的礦粉繼續(xù)發(fā)生還原反應(yīng)，有利于提高還原產(chǎn)物中的金屬化率，增強(qiáng)還原效果；此外，本發(fā)明采取了還原尾氣循環(huán)利用方法，還原尾氣經(jīng)過除塵冷卻、壓縮、脫碳后得到富含co2的還原尾氣和未反應(yīng)的還原氣，得到的所述富含co2的還原尾氣通入所述還原尾氣儲罐中進(jìn)行存儲，得到的所述未反應(yīng)的還原氣則通入所述還原氣儲罐中與還原氣進(jìn)行混合，循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)效益好，金屬化率高。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。