矿粉还原反应系统的利记博彩app

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种矿粉还原反应系统。

背景技术：

众所周知，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。

竖炉法是一种指炉料与煤气在炉内逆向运动、使得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。midrex法的具体工作过程为：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，所述海绵铁冷却到50℃后排出炉外，以防再氧化；其中，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，而后，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。因此，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％。专利文献cn201110282924.1公开了一种气基还原竖炉生产直接还原铁的方法及装置，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。但是，该工艺存在一些缺陷：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。

墨西哥的hyl法是唯一的工业化反应罐法，其具体的工作过程如下：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。此外，为了克服常规的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，并且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；而且，在停止通气下，hyl法使用排料杆强制排料。因此，该方法具有以下优点：不怕炉料粘结，操作温度较高，虽系间断作业，生产率并不低。但是，该方法仍存在以下缺点：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，具体的工作过程如下：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，得到还原产品冷却后压块保存；其中，煤气除用作还原剂及热载体外，还用作散料层的流化介质。因此，该方法具有以下优点：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。但是，该方法仍存在以下缺点：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。

技术实现要素：

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，本发明提出一种矿粉还原反应系统，所述矿粉还原反应系统具有结构简单、还原率高的优点。

根据本发明实施例的矿粉还原反应系统，包括：还原反应器，所述还原反应器包括彼此连通的进料段、还原段和冷却段，所述还原段位于所述进料段的下方并与所述进料段连通，所述冷却段设于所述还原段下方并与所述还原段连通，所述进料段的顶部设有进料口，所述冷却段的底部设有出料口，所述进料段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段连通，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段连通；加热系统，所述加热系统位于所述还原段内，包括多个蓄热式辐射管，所述蓄热式辐射管的两端分别设有燃烧器,以用于产生使反应器中矿粉和还原气体进行还原反应的热量；和布风管，所述布风管设于所述还原段内且位于所述加热系统的下方，与所述还原气入口连接，所述布风管具有多个喷嘴，所述喷嘴被布置成使还原气遍布整个还原段。

根据本发明实施例的矿粉还原反应系统，通过将布风管设置在加热系统的下方，矿粉可以在重力作用下从顶部下落至底部，矿粉在下落的过程中可以与逆向流动的还原气体发生还原反应，不仅可以使还原气在反应区内路径最长，提高还原气体的利用效率，而且避免了还原气体进入反应区还需二次升温的问题，提高了反应速率，加快了矿粉的还原。

根据本发明的一些实施例，所述布风管包括：第一管体；和第二管体，所述第二管体与所述第一管体连通，所述第一管体和所述第二管体中的至少一个上具有所述喷嘴。由此，可以扩大喷嘴的安装区域，从而可以提高还原气体的喷射速率，进而可以提高矿粉与还原气体的反应速率。

在本发明的一些实施例中，所述第二管体的中部与所述第一管体连接且连通。由此，可以提高第一管体与第二管体相对于加热系统底部的分布均匀性，

在本发明的一些示例中，所述第二管体为多个，多个所述第二管体沿所述第一管体的长度方向间隔分布。由此，可以扩大喷嘴的安装区域。

在本发明的一些实施例中，所述布风管还包括：第三管体，所述第三管体呈环状，所述第一管体和所述第二管体中的至少一个与所述第三管体连通。由此，可以扩大喷嘴的安装区域。由此，可以提高喷嘴的安装区域及分布均匀性、美观性。

进一步地，至少一个所述喷嘴位于所述第三管体。由此，还原气体可以从环状第三管体的喷嘴喷出，利于靠近还原反应器侧壁的矿粉发生还原反应。

根据本发明的一些实施例，所述喷嘴沿所述布风管的长度方向间隔分布。由此，可以均衡喷嘴在布风管上的设置，使得喷嘴分布更均匀。

根据本发明的又一些实施例，所述喷嘴沿所述布风管的周向方向间隔分布。由此，可以均衡喷嘴在布风管上的设置，使得喷嘴分布更均匀。

根据本发明的再一些实施例，所述多个蓄热式辐射管，沿竖直方向并排设置在所述还原段内；所述还原段的侧壁上设有与所述蓄热式辐射管相连通的燃气入口、空气入口和烟气出口。由此，可以使得蓄热式辐射管持续放热。

根据本发明的一些示例，还包括：还原尾气储罐，所述还原尾气储罐与所述还原反应器连接。由此，可以实现对还原尾气的分离，减少废气排放，对环境友好。

附图说明

本发明的上述和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是根据本发明实施例的矿粉还原反应系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的矿粉还原反应系统中一个实施例的布风管的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的矿粉还原反应系统中又一个实施例的布风管的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的矿粉还原反应系统中另一个实施例的布风管的结构示意图。

附图标记：

矿粉还原反应系统1，

还原反应器10，

进料斗110，上插板阀120，下插板阀130，漏料锥140，振动布料筛150，

燃气入口210，烟气出口230，还原尾气出口240，

水冷壁310，出料螺旋320，冷却水进口330，冷却水出口340，

还原产物出口410，

加热系统20，蓄热式辐射管21，

布风管30，第一管体31，第二管体32，第三管体33，喷嘴34，还原气进口35，

原料仓2，

提升装置3，斗提3a。

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，仅用于解释本发明，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“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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。此外，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照图1-图4详细论述本发明实施例的矿粉还原反应系统1。

根据本发明实施例的矿粉还原反应系统1，包括还原反应器10、加热系统20、布风管30和还原尾气储罐。

具体而言，如图1所示，还原反应器10具有还原段，加热系统20可以位于还原段内，加热系统20可以用于产生使还原反应器10中矿粉和还原气体进行还原反应的热量，布风管30可以具有多个喷嘴34，布风管30可以设于还原段内且位于加热系统20的下方，以向还原段送气。

可以理解的是，还原反应器10中的还原段用于为矿粉和还原气体的还原反应提供空间，加热系统20可以提高还原段中的温度，从而可以为还原反应的进行提供有利条件。布风管30可以位于加热系统20的下方，还原气体可以通过布风管30上设有的多个喷嘴34向还原段内喷射还原气体。

根据本发明实施例的矿粉还原反应系统1，通过将布风管30设置在加热系统20的下方，矿粉可以在重力作用下从顶部下落至底部，矿粉在下落的过程中可以与逆向流动的还原气体发生还原反应，不仅可以使还原气体在反应区内路径最长，提高还原气体的利用效率，而且避免了还原气体进入反应区还需二次升温的问题，提高了反应速率，加快了矿粉的还原。

如图2-图4所示，根据本发明的一些实施例，布风管30可以包括第一管体31和第二管体32，第二管体32与第一管体31连通，第一管体31和第二管体32中的至少一个上具有喷嘴34。可以理解的是，第一管体31上可以设有喷嘴34，第二管体32上也可以设有喷嘴34，或是，第一管体31和第二管体32上均设有喷嘴34。还原气体可以流经第二管体32和\或第一管体31，再从喷嘴34喷射出，喷嘴34被布置成使还原气遍布整个还原段。由此，可以扩大喷嘴34的安装区域，从而可以提高还原气体的喷射速率，进而可以提高矿粉与还原气体的反应速率。

如图2-图4所示，在本发明的一些实施例中，第二管体32的中部可以与第一管体31连接且连通。可以理解的是，第一管体31与第二管体32可以交叉分布，例如，在本发明的一些示例中，第二管体32可以与第一管体31形成十字形(如图2所示)、叉形或是t形等形状。由此，可以提高第一管体31与第二管体32相对于加热系统20底部的分布均匀性，从而可以提高喷嘴34的分布均匀性，进而可以提高还原气体流经加热系统20的分布均匀性，使得矿粉与还原气体的还原反应更充分。

如图4所示，在本发明的一些示例中，第二管体32可以为多个，多个第二管体32沿第一管体31的长度方向间隔分布。例如，在本发明的一个示例中，如图4所示，多个第二管体32均为圆柱条状，且多个第二管体32的长度不一，第一管体31为圆柱条状，多个第二管体32沿第一管体31的长度方向等距间隔分布，且多个第二管体32均与第一管体31垂直，从第一管体31的中间到两端的方向上，第二管体32的长度逐渐递减。由此，可以提高喷嘴34的安装区域。进一步地，多个第二管体32可以与第一管体31均连通。

如图3所示，在本发明的一些实施例中，布风管30还可以包括第三管体33，第三管体33呈环状，第一管体31和第二管体32中的至少一个与第三管体33连通。可以理解的是，第一管体31可以与第三管体33连通，第二管体32也可以与第三管体33连通，或是，第一管体31和第二管体32中均与第三管体33连通。例如，如图3所示，第二管体32与第一管体31形成十字形，且第二管体32与第一管体31连接且连通，第二管体32与第一管体31均位于第三管体33的环状内，第一管体31的两端与第三管体33连接且连通，第二管体32的两端与第三管体33连接且连通。由此，可以提高喷嘴34的安装区域及分布均匀性、美观性。进一步地，至少一个喷嘴34位于第三管体33。可以理解的是，第三管体33可以设有喷嘴34。更进一步地，第三管体33上可以设有多个喷嘴34，且多个喷嘴34在第三管体33上均匀间隔分布。

如图2-图4所示，根据本发明的一些实施例，喷嘴34可以沿布风管30的长度方向间隔分布。例如，布风管30可以为长方形，多个喷嘴34可以沿布风管30的长度方向间隔分布。根据本发明的另一些实施例，喷嘴34可以沿布风管30的周向方向间隔分布。例如，布风管30可以为圆形，多个喷嘴34可以沿布风管30的周向方向间隔分布。由此，可以均衡喷嘴34在布风管30上的设置，使得喷嘴34分布更均匀，从而使还原气体在还原反应器内的分布更加均匀，进一步提高还原效果。

根据本发明的又一些实施例，加热系统20可以包括多个蓄热式辐射管21，每个蓄热式辐射管21可以沿竖直方向并排设置在还原段内。还原段的侧壁上设有与蓄热式辐射管21相连通的燃气入口210、空气入口和烟气出口230。

可以理解的是，加热系统20可以通过多个蓄热式辐射管21实现加热，多个蓄热式辐射管21可以安装在还原段的内侧壁上，且多个蓄热式辐射管21的长度延伸方向可以与还原段的长度延伸方向一致，还原段的侧壁上可以设有燃气入口210、空气入口和烟气出口230，且燃气入口210、空气入口和烟气出口230均与蓄热式辐射管21相连通。燃气可以通过燃气入口210进入多个蓄热式辐射管21，空气可以通过空气入口进入多个蓄热式辐射管21，进入蓄热式辐射管21内的燃气和空气可以相互作用放出热量，并生成烟气，烟气可以从烟气出口230流出还原段。

根据本发明的一些示例，矿粉还原反应系统1还包括还原尾气储罐，还原尾气储罐可以与还原反应器10连接。还原尾气储罐可以实现对还原尾气的分离，得到未反应的还原气体，未反应的还原气体与新的还原气体进行混合处理，以对还原反应器10的还原气体资源进行储备，以保证还原尾气的循环利用，可以减轻整个系统中尾气处理设备的负担，有效降低直接还原工艺的能耗；而将分离得到的参与反应的还原气体，通入到还原尾气储罐中进行储存，减少废气排放，对环境友好。

下面参照图1-图4详细论述本发明一个实施例的矿粉还原反应系统1。

如图1所示，矿粉还原反应系统1包括还原反应器10、加热系统20、布风管30和还原尾气储罐。其中，还原反应器10自上至下依次设置有进料段、还原段、冷却段和出料段。

具体而言，如图1所示，进料段位于还原反应器10的顶部，用于将矿粉添加到还原反应器10中进行还原处理。进料段从上往下依次包括进料斗110、上插板阀120、下插板阀130、漏料锥140和振动布料筛150，通过上插板阀120和下插板阀130的交替开启和关闭，对还原反应器10进行料封。由此，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的密封性。

如图1所示，原料仓2中的矿粉经过提升装置3上设有的斗提3a提升至还原反应器10的顶部，由此进入还原反应器10的进料斗110中，并堆积在此。打开上插板阀120，堆积在进料斗110中的矿粉下落至下插板阀130上，然后，关闭上插板阀120，接着打开下插板阀130，使上插板阀120和下插板阀130之间的矿粉穿过漏料锥140、下落至振动布料筛150上。然后，关闭下插板阀130，接着打开上插板阀120，使堆积在上插板阀120上的矿粉下落至下插板阀130上，如此反复。

由此，可以通过上插板阀120和下插板阀130的配合使用，保证矿粉在下落过程中，还原反应器10自始至终处于密封状态。另外，堆积在进料斗110中的矿粉进一步加强了密封效果，实现了料封。当上插板阀120和下插板阀130之间的矿粉在重力作用下经过漏料锥140下落至振动布料筛150的过程中，布置在还原反应器10中的漏料锥140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150的振动作用下，矿粉可以均匀进入还原反应器10内部。

如图1所示，还原段位于还原反应器10的中部，用于将矿粉进行直接还原，得到还原产物和还原尾气。还原段中设有加热系统20，加热系统20可以通过多个蓄热式辐射管21实现加热，多个蓄热式辐射管21可以安装在还原段的内侧壁上，且多个蓄热式辐射管21的长度延伸方向可以与还原段的长度延伸方向一致。蓄热式辐射管21在管体两端可以分别设置有燃烧器，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21整体温度均匀。例如，单根蓄热式辐射管21上的温度差不大于30℃。在还原反应器10内部，多根蓄热式辐射管21沿竖直方向间隔分布。如此，可以保证各区域温度分布均匀。

如图1所示，还原段的侧壁上可以设有燃气入口210、空气入口和烟气出口230，且燃气入口210、空气入口和烟气出口230均与蓄热式辐射管21相连通。燃气可以通过燃气入口210进入多个蓄热式辐射管21，空气可以通过空气入口进入多个蓄热式辐射管21，进入蓄热式辐射管21内的燃气和空气可以相互作用放出热量，从而可以为还原反应的进行提供有利的温度条件，同时还生成烟气，烟气可以从烟气出口230流出还原段。

在加热系统20的作用下，还原段温度较高(900℃～1200℃)，可以为还原反应的进行提供有利条件。矿粉与还原气体的反应机理可以为：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。

如图1-图4所示，布风管30可以设于还原段内且位于加热系统20的下方，布风管30包括第一管体31、第二管体32和第三管体33，第二管体32与第一管体31形成十字形，且第二管体32与第一管体31连接且连通，第二管体32与第一管体31均位于第三管体33的环状内，第一管体31的两端与第三管体33连接且连通，第二管体32的两端与第三管体33连接且连通。第一管体31上设有多个喷嘴34，多个喷嘴34沿着第一管体31的长度方向均匀排布，同理，第二管体32上也设有多个喷嘴34，多个喷嘴34沿着第二管体32的长度方向均匀排布，第三管体33上也设有多个喷嘴34，多个喷嘴34沿着第三管体33内侧壁的周向方向均匀排布。

还原气进口35的一端连接到第一管体31和第二管体32的连接处，且与第一管体31和第二管体32均连通，还原气进口35的另一端穿过还原段的外侧壁连接到外界。需要说明的是，这里所提到的“外界”可以是为还原段提供还原气体的结构。还原气体可以通过还原气进口35流经第一管体31、第二管体32和第三管体33，再通过多个喷嘴34向还原段内喷射还原气体。

如图1所示，还原尾气出口240可以设置在还原反应器10顶部的侧壁上，还原尾气出口240可以与还原尾气储罐连通。还原尾气储罐可以实现对还原尾气的分离，得到未反应的还原气体作为还原反应器10的还原气体资源进行储备，以保证还原尾气的循环利用，可以减轻整个系统中尾气处理设备的负担，有效降低直接还原工艺的能耗；而将分离得到的参与反应的还原气体，通入到还原尾气储罐中进行储存，减少废气排放，对环境友好。

将还原尾气出口240设置在在还原反应器10的上部，这样设置的好处是：反应完的还原尾气温度较高，可以与从振动布料筛150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可以从还原尾气出口240离开还原反应器10。

如图1所示，冷却段可以位于还原反应器10的底部，用于对得到的还原产物进行冷却处理。冷却区炉壳设有水冷壁310，用来冷却高温还原产物。还原段与冷却段在位置上是上下衔接的关系，热态还原产物由还原段向下进入冷却段，温度降至常温。水冷壁310是水冷区域的重要部件，分布在反应器底端四周，水冷壁310包括冷却水进口330和冷却水出口340，冷却水出口340位于冷却水进口330的上方(如图1所示的上)，水或蒸汽可以从冷却水进口330进入水冷壁310，并与还原产物作用、吸收还原反应器10内还原产物的热量后，从冷却水出口340流出，可以实现还原产物的降温。最后，冷却后的还原产物经出料螺旋320排出。

如图1所示，出料段，还原产物经过冷却段，在出料螺旋320的作用下从设置在出料段底部的还原产物出口410离开反应器。

实施例一：本实施例铁矿粉快速还原方法，包括以下步骤：

1)将铁精矿从铁矿粉快速还原装置顶部加入；

2)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％；

3)铁矿粉快速还原装置反应区辐射管温度设为950℃；

4)将高温还原气从铁矿粉快速还原装置还原气入口通入，与铁精矿进行还原反应；

5)所述还原气中co体积分数为80％，h2体积分数为15％；

6)所述还原气温度为900℃；

7)所述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；

8)反应生成的金属化粉料经铁矿粉快速还原装置底部排出；

9)所述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)将铁精矿从铁矿粉快速还原装置顶部加入；

2)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％；

3)铁矿粉快速还原装置还原区辐射管温度设为950℃；

4)将高温还原气从铁矿粉快速还原装置还原气入口通入，与铁精矿进行还原反应；

5)所述还原气中co体积分数为60％，h2体积分数为30％；

6)所述还原气温度为950℃；

7)所述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；

8)反应生成的金属化粉料经铁矿粉快速还原装置底部排出；

9)所述金属化粉料金属化率为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发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。