礦粉還原系統的製作方法
2023-09-18 04:28:30
本發明涉及冶金技術領域，尤其是涉及一種礦粉還原系統。
背景技術：
相關技術中，直接還原煉鐵技術是鋼鐵工業發展的前沿技術，是鋼鐵工業發展擺脫焦煤資源的羈絆、降低能耗、減少co2排放、改善鋼鐵產品結構、提高鋼鐵產品質量的重要發展方向。直接還原鐵是優質廢鋼的替代品，是生產高品質純淨鋼的不可短缺的鐵源原料，是轉爐煉鋼的優質冷卻劑。
目前，達到工業生產水平或仍在繼續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備來分又可分為三類，包括豎爐法、反應罐法和流態化法。
豎爐法(例如midrex法)是指爐料與煤氣在爐內逆向運動，下降的爐料逐步被煤氣加熱和還原的方法。然而，豎爐法只能處理塊狀物料，不能直接處理粉狀鐵礦石，處理粉狀鐵礦石時需要造塊，存在工序繁瑣且耗能耗水，經濟性差的缺點；反應罐法(例如墨西哥的hyl法)是指爐料在反應罐中固定不動，通入熱還原煤氣依次進行預熱、還原和冷卻，最後定期停氣，把爐料排出罐外，然而，反應罐法存在煤氣利用差，熱耗大，產品質量不均的缺點；流態化法是在流化床中用煤氣還原鐵礦粉的方法，流態化法生成過程中，細粒礦粉甚易粘結，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，妨礙正常操作。因此，如何設計出一種降低能耗、提高還原氣利用率的礦粉還原系統，成為目前亟需解決的難題。
技術實現要素：
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種礦粉還原系統，所述礦粉還原系統的礦粉能與還原氣充分接觸，能耗低且還原氣利用率高且操作簡單，運行過程易於控制。
根據本發明實施例的礦粉還原系統，包括：反應器，所述反應器包括進料段、還原段和冷卻段，所述還原段位於所述進料段的下方並與所述進料段連通，所述冷卻段設於所述還原段下方並與所述還原段連通，所述進料段的頂部設有進料口，所述冷卻段的底部設有出料口，所述反應器的側壁上設有還原尾氣出口和還原氣入口，所述還原尾氣出口和所述還原氣入口在上下方向上間隔設置在所述進料口和所述出料口之間，且所述還原尾氣出口和所述還原氣入口均與所述還原段連通；加熱裝置，所述加熱裝置設在所述還原段內，並包括多個蓄熱式輻射管，所述蓄熱式輻射管的兩端分別設有燃燒器；氣體分布器，所述氣體分布器設在所述進料段內，位於所述進料口之下，所述氣體分布器具有氣體進口和開口朝上的氣體出口，所述氣體進口和所述氣體出口連通，所述氣體分布器被構造成將所述進料段內下落的礦粉吹散以使所述礦粉分散地落入所述還原段。
根據本發明實施例的礦粉還原系統，通過在反應器內設置氣體分布器，可以通過氣體分布器將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應速率，提高了還原氣體的利用率和系統熱量的利用率，提高了礦粉還原系統的生產效率且降低了礦粉還原系統的能耗。同時通過將進料口、還原尾氣出口、還原氣入口和出料口從上至下依次間隔設置在反應器上，可以充分利用礦粉還原系統中的熱量，提供了熱利用率，降低了能耗和運行成本。
根據本發明的一些實施例，所述氣體分布器包括：主流道，所述主流道上設有所述氣體進口；和多個分流道，每個所述分流道與所述主流道連通，每個所述分流道上設有至少一個所述氣體出口。
根據本發明的一些具體實施例，所述主流道沿水平方向延伸，多個所述分流道在所述主流道的長度方向上間隔設置，每個所述分流道在所述主流道的寬度方向上貫穿所述主流道且每個所述分流道被所述主流道平分為兩段。
根據本發明的一些進一步實施例，至少一個所述氣體出口處設有出氣管，所述出氣管的上端設有防堵部，所述防堵部的橫截面積在從下至上的方向上逐漸減小。
具體地，所述防堵部形成為圓錐體形狀，所述防堵部的母線與其中心線之間的夾角α滿足：30°≤α≤60°。
根據本發明的一些實施例，所述分流道的長度為l，所述分流道上的所述氣體出口的總面積為s，所述l和s的比值滿足：8≤l/s≤10。
根據本發明的一些實施例，相鄰兩個所述分流道之間的間距d滿足：80mm≤d≤120mm。
根據本發明的一些進一步實施例，所述冷卻段包括：風冷段，所述風冷段的側壁上設有所述還原氣入口，所述風冷段內設有與所述還原氣入口連通的布風板；和水冷段，所述水冷段位於所述風冷段的下方，所述水冷段的側壁上設有水冷壁。
進一步地，所述反應器還包括：插板閥，所述插板閥設在所述進料段內且位於所述氣體分布器的上方，所述插板閥包括在上下方向上間隔設置的多個子插板閥，進料時，相鄰的兩個所述子插板閥交替開啟和關閉以對所述反應器進行料封。
根據本發明的一些進一步實施例，所述反應器還包括布料件，所述布料件設在所述插板閥和所述氣體分布器之間，所述布料件上設有多個間隔設置的布料孔。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是根據本發明實施例的礦粉還原系統的結構示意圖。
圖2是根據本發明實施例的氣體分布器的俯視圖；
圖3是根據本發明實施例的氣體分布器的分流道的俯視圖；
圖4是根據本發明實施例的氣體分布器的分流道的側視圖。
附圖標記：
礦粉還原系統100，
反應器1，進料段11，還原段12，冷卻段13，風冷段131，水冷段132，水冷壁1321，流體入口1322，流體出口1323，
進料口141，還原尾氣出口142，還原氣入口143，出料口144，燃氣入口145，煙氣出口146，
氣體分布器2，主流道21，氣體進口210，分流道22，氣體出口220，出氣管221，防堵部2211，
上插板閥31，下插板閥32，
布料件4，
蓄熱式輻射管5，
原料倉61，鬥提62，螺旋出料機63。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，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，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
下面參考圖1-圖4描述根據本發明實施例的礦粉還原系統100。其中，礦粉的顆粒粒徑可以在0.05mm～10mm之間，礦粉還原系統100可以對上述礦粉進行快速還原。例如，可以將礦粉直接還原煉鐵等。
如圖1所示，根據本發明一個實施例的礦粉還原系統100包括：反應器1、加熱裝置和氣體分布器2。
具體地，反應器1包括彼此連通的進料段11、還原段12和冷卻段13，還原段12位於進料段11的下方並與進料段11連通，冷卻段13設於還原段12下方並與還原段12連通。參照圖1，進料段11、還原段12和冷卻段13在上下方向上依次設置且彼此連通。
進料段11的頂部設有進料口141，冷卻段13的底部設有出料口144，反應器1的側壁上設有還原尾氣出口142和還原氣入口143，還原尾氣出口142和還原氣入口143在上下方向上間隔設置在進料口141和出料口144之間，進料口141與進料段11連通，還原尾氣出口142、還原氣入口143和出料口144均與還原段12連通。
參照圖1，進料段11內限定出進料鬥，還原段12內限定出還原腔室，進料口141與進料鬥連通。可選地，進料鬥可以形成為自上而下橫截面積逐漸減小的形狀。還原尾氣出口142可以形成在還原段12的上部或者進料段11的下部，還原氣入口143可以形成在還原段12的下部或者形成在冷卻段13上。加熱裝置設在還原段12內以對還原段12內的還原反應提供熱量，為還原反應的進行提供有利條件。還原段12內的具體溫度可以根據具體的還原反應調整。例如，在本發明的一個具體實施例中，加熱裝置可以將還原腔室內的溫度加熱至900℃～1200℃。與礦粉發生還原反應的還原氣體可以從還原氣入口143通入反應器1內，反應後的還原尾氣可以從還原尾氣出口142排到反應器1外，礦粉還原系統100中得到的還原產物在重力的作用下落到冷卻段13內時，可以在冷卻段13內冷卻降溫。
例如，在圖1的示例中，進料口141可以形成在反應器1的頂部，出料口144可以形成在反應器1的底部，還原氣入口143和還原尾氣出口142形成在反應器1的側壁上，且還原氣入口143位於加熱裝置的下方，還原尾氣出口142位於加熱裝置的上方。可選地，還原氣體可以為co和h2的混合物，礦粉與還原氣體的還原反應機理為：mexoy+co→me+co2，mexoy+h2→me+h2o。
由此，還原氣體通過還原氣入口143進入到反應器1內並上升，可以與下落的礦粉逆向接觸，使得礦粉與還原氣體可以在還原段12內充分接觸，從而可以使得礦粉與還原氣體充分發生反應，提高了還原氣體的利用率，降低了能耗。反應完成後，生成的還原產物通過出料口144排出反應器1，高溫的還原尾氣通過還原尾氣出口142排出反應器1。
同時，由於還原尾氣出口142位於加熱裝置的上方，反應後的高溫還原尾氣流向還原尾氣出口142時會與從進料段11下落的礦粉(即未與還原氣體發生反應的礦粉)接觸，從而高溫的還原尾氣可以與上述礦粉進行換熱，通過還原尾氣對礦粉進行預熱，有利於減少礦粉反應前的升溫時間且提高了系統熱量的利用率，降低了礦粉還原系統100的能耗，進而縮短了還原反應的整體時間，提高了生產效率，降低了生產成本。
此外，由於出料口144位於還原氣入口143的下方，從而還原反應生成的還原產物在下落過程中會與通入還原段12內的還原氣體接觸並換熱，使得還原產物的溫度降低、上升的還原氣體的溫度升高，可實現還原氣體的預熱及還原產物的降溫，降低了還原產物被氧化的風險，保證了還原產物的穩定性，進一步地減少了還原氣體反應前的升溫時間，提高了熱量的利用率，降低了礦粉還原系統100的能耗，進而進一步地縮短了還原反應的整體時間，提高了生產效率，降低了生產成本。
具體地，加熱裝置包括多個蓄熱式輻射管5，多個蓄熱式輻射管5在水平方向或豎直方向相互間隔設置，蓄熱式輻射管5的兩端分別設有燃燒器，兩個燃燒器交替點火燃燒，還原段12的側壁上設有與蓄熱式輻射管5相連通的燃氣入口145和煙氣出口146。
例如，在圖1的示例中，多個蓄熱式輻射管5在豎直方向上間隔設置，燃燒器分別設置在蓄熱式輻射管5的上端和下端。其中，蓄熱式輻射管5工作時，其中一端(例如，圖1中的上端)的燃燒器燃燒產生的火焰在噴出時形成溫度梯度(例如，自上而下蓄熱式輻射管5內的溫度逐漸降低)。類似地，在另一端(例如，圖1中的下端)燃燒器燃燒產生的火焰在噴出時也形成溫度梯度(例如，自下而上蓄熱式輻射管5內的溫度逐漸降低)。當兩端的燃燒器交替進行燃燒時，形成的兩個溫度梯度疊加，使得整個蓄熱式輻射管5整體溫度分布均勻，且提高了礦粉還原系統100的加熱效率。
具體地，單根蓄熱式輻射管58上的溫度差可以不高於30℃。由此，有效地保證了還原段12內各區域溫度分布均勻，保證了還原反應的穩定性。
其中，在反應器1內部，多根蓄熱式輻射管5的排布方式可以根據實際需要調整設計。同時，可以通過調整蓄熱式輻射管5在水平方向和/或豎直方向上的個數、蓄熱式輻射管5的層數、蓄熱式輻射管5彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向)來控制加熱裝置的整體溫度。當然，也可以通過控制每個蓄熱式輻射管5的溫度來控制加熱裝置的整體溫度。操作簡單，且可以靈活控制、調節爐內溫度範圍。
氣體分布器2設在進料段11內，位於進料口141之下。氣體分布器2具有氣體進口210和開口朝上的氣體出口220，氣體進口210和氣體出口220連通，氣體分布器2被構造成將進料段11內下落的礦粉吹散以使礦粉分散地落入還原段12。氣體進口210可以與吹散氣源連通。吹散氣體可以為還原性氣體或者惰性氣體。其中，當吹散氣體為還原性氣體時，吹散氣體優選為與礦粉發生還原反應的還原氣體的成分相同。具體地，氣體進口210的開口朝向正上方或者傾斜向上。由此，氣流可以與礦粉逆流接觸，從而可以打散下落的礦粉。
例如，礦粉通過進料口141進入進料段11後，在自身重力的作用下下落，在下落過程中，氣體出口220處的氣體可以將下落的礦粉吹散，使得礦粉分散地下落至還原段12內。可選地，氣體分布器2可以將進料段11內下落的礦粉均勻吹散以使礦粉均勻地散落至還原段12內。
由此，可以通過氣體分布器2將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應速率和還原氣體的利用率，提高了礦粉還原系統100的生產效率且降低了礦粉還原系統100的能耗。另外，由於礦粉的粒徑較小，比表面積大，礦粉與還原氣體之間的反應速率大，同時採用直接加熱的方式使氣固間傳熱條件及反應動力學條件大大改善，還原反應可以在數秒內就完成。這種直接加熱方式相比先將還原氣體加熱再通入還原腔室的方式，還原反應速率較快，熱量的利用率高且安全性較好。
根據本發明實施例的礦粉還原系統100，通過在反應器1內設置氣體分布器2，可以通過氣體分布器2將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應速率，提高了還原氣體的利用率和系統熱量的利用率，提高了礦粉還原系統100的生產效率且降低了礦粉還原系統100的能耗。同時通過將進料口141、還原尾氣出口142、還原氣入口143和出料口144從上至下依次間隔設置在反應器1上，可以充分利用礦粉還原系統100中的熱量，提供了熱利用率，降低了能耗和運行成本。
此外，與現有技術相比，本發明實施例的礦粉還原系統100可以處理粉狀物料、直接對礦粉進行還原，一方面，省去工序繁瑣的造塊流程；另一方面，由於粉狀物料粒徑小，與還原氣體接觸面積大，二者間的傳熱、傳質和反應速率加快，礦粉的處理量顯著增大，且可以使還原反應進行的較為徹底，提高了還原均衡度；再一方面，在反應器1內，礦粉僅在重力作用下從頂部下落至底部，在下落的過程中與逆向流動的氣體發生還原反應，與還原流化床相比，本發明實施例中的礦粉還原系統100隻需控制反應器1內的溫度，操作簡單，且可以避免流態化還原方法中「粘結失流」現象造成的停工。
根據本發明的一些實施例，氣體分布器2包括：主流道21和多個分流道22，主流道21上設有氣體進口210，每個分流道22與主流道21連通，每個分流道22上設有至少一個氣體出口220。例如，參照1並結合圖2，在本發明的一些具體實施例中，主流道21沿水平方向延伸，具體地，主流道21可以形成為沿反應器1的徑向延伸的長條形流道，氣體出口220可以為兩個且分別形成在主流道21的長度方向的兩端。多個分流道22在主流道21的長度方向上間隔設置，每個分流道22在主流道21的寬度方向上貫穿主流道21且每個分流道22被主流道21平分為兩段。由此，可以使得氣體出口220的分布均勻，從而可以保證礦粉在下落過程中被氣體出口220處的氣流均勻吹散，使得礦粉在反應器1的橫截面上均勻分布下落。
可以理解的是，在本發明的另一些實施例中，多個分流道22也可以呈輻射狀分布，其具體布置方式可以根據氣體分布器2和反應器1的規格型號調整設計，本發明對此不作具體限定。
可選地，每個分流道22上相鄰的兩個氣體出口220之間的間距可以相等，多個分流道22的長度可以相等也可以不等。例如，在圖2的示例中，靠近主流道21兩端的分流道22長度小於靠近主流道21中心的分流道22長度，相應地，靠近主流道21兩端的氣體出口220的數量小於靠近主流道21中心的氣體出口220的數量。也就是說，靠近反應器1中心的位置處氣體出口220的布置相對集中。由於礦粉在下落過程中，靠近反應器1中心的物料的量較大，這樣可以提高氣體分布器2的吹散效果。
具體地，參照圖2，分流道22的數量為11個，在從左向右的方向上，分流道22上的氣體出口220的數量分別為4、8、10、10、12、12、12、10、10、8、4。氣體分布器2形成為中心對稱結構。
例如，氣體先通過氣體進口210進入氣體分布器2的主流道21，再由主流道21進入分流道22。分流道22內的氣體在沿程流動中，通過氣體出口220將氣體吹向氣體分布器2的上方，與礦粉逆流接觸，將下落的礦粉吹散。
根據本發明的一些進一步實施例，至少一個氣體出口220處設有出氣管221，出氣管221的上端設有防堵部2211，防堵部2211的橫截面積在從下至上的方向上逐漸減小。也就是說，可以在其中一部分氣體出口220上設置出氣管221，也可以在每個氣體出口220處均設置出氣管221，通過出氣管221將氣體吹向下落的礦粉。參照圖4，出氣管221沿上下方向延伸，防堵部2211的頂部設有開口。由此，可以增大氣體流出出氣管221的流速，增大氣流的衝擊力，有效地防止下落的礦粉堵塞氣體出口220。
可選地，防堵部2211形成為圓錐體形狀，防堵部2211的母線與其中心線之間的夾角α滿足：30°≤α≤60°。例如，夾角α可以滿足：α＝30°、α＝45°、α＝60°等。由此，可以使得吹散的礦粉順利下落，且可以進一步地防止礦粉堵塞氣體出口220，提高了礦粉還原系統100的可靠性。
根據本發明的一些實施例，分流道22的長度為l，分流道22上的氣體出口220的總面積為s，l和s的比值滿足：8≤l/s≤10。由此，可以保證氣流能將下落的礦粉打散，同時可以保證分流道22的結構強度，進一步地提高了礦粉還原系統100的可靠性。
根據本發明的一些實施例，相鄰兩個分流道22之間的間距d滿足：80mm≤d≤120mm。其具體數值可以根據反應器1的規格型號調整設計。例如，相鄰兩個分流道22之間的間距d可以進一步滿足：d＝80mm、d＝100mm、d＝120mm等。
根據本發明的一些進一步實施例，參照圖1，冷卻段13包括：風冷段131和水冷段132，風冷段131的側壁上設有還原氣入口143，風冷段131內設有與還原氣入口143連通的布風板，水冷段132位於風冷段131的下方，水冷段132的側壁上設有水冷壁1321。風冷段131和水冷段132依次對得到的還原產物進行冷卻處理。
參照圖1，風冷段131與還原段12連通，水冷段132與風冷段131連通，其中，風冷段131的橫截面積自上而下逐漸減小，出料口144形成在水冷段132的下端。布風板上具有開口向上的布氣孔，從還原氣入口143進入的還原氣體，在布風板的作用下均勻地進入反應器1內部。水冷壁1321可以設在水冷段132的外周壁或者內周壁上，也可以同時設置在水冷段132的外周壁和內周壁上。水冷壁1321內具有流動的水或蒸汽。
具體地，水冷壁1321包括流體入口1322和流體出口1323。由此，水或者水蒸汽通過流體入口1322進入水冷壁1321內部，然後從流體出口13232流出水冷壁1321，進而實現水冷壁1321的冷卻降溫功能。
例如，熱態還原產物先由還原段12向下進入風冷段131，溫度較高的還原產物將熱量傳遞給剛進入反應器1內的常溫還原氣體，實現了還原性氣體的預熱和還原產物的初步降溫，得到預加熱的還原氣體和初步冷卻的還原產物。預熱後的還原性氣體溫度可達到300～600℃，初步降溫的還原產物溫度可以降至600～900℃。由此，風冷段131的換熱處理，既實現了對熱態還原產物的初步冷卻，又有利於預熱後的還原氣體進入還原段12後快速升溫並反應，充分利用了還原產物的熱量，減少生產過程的能量消耗，降低生產成本。
接著，初步冷卻的還原產物由於自身重力不斷下落進入水冷段132，通過水冷壁1321吸收還原產物的熱量，進行二次冷卻處理，風冷後的還原產物經過水冷區域後溫度降至常溫，預加熱的還原氣體不斷自由上升，進入到還原段12對礦粉進行還原反應。由此，降低了礦粉還原系統100的熱損耗，且提高了還原產物的穩定性。
進一步地，反應器1還包括：插板閥，插板閥設在進料段11內且位於氣體分布器2的上方，插板閥包括在上下方向上間隔設置的多個子插板閥，進料時，相鄰的兩個子插板閥交替開啟和關閉以對反應器1進行料封。
具體地，插板閥可以包括在上下方向上間隔設置的兩個子插板閥，上方的子插板閥為上插板閥31，下方的子插板閥為下插板閥32。
例如，進料時，可以先打開上插板閥31，礦粉經由進料口141下落至下插板閥32上，然後，關閉上插板閥31，打開下插板閥32，使兩個插板閥之間的粉料依次經氣體分布器2下落至還原段12，接著，關閉下插板閥32，打開上插板閥31使堆積在上插板閥31上的粉料下落至下插板閥32上，如此反覆進行進料，通過上插板閥31和下插板閥32的交替配合使用，保證了粉料在下落過程中反應器1自始至終處於密封狀態，保證了還原反應的順利進行，而且在一定程度上避免了熱量流失，進而提高礦粉還原系統100的工作效率。
根據本發明的一些進一步實施例，反應器1還包括布料件4，布料件4設在插板閥和氣體分布器2之間，布料件4上設有多個間隔設置的布料孔。具體地，布料件4可以為布料板、漏料錐、振動篩中的任意一個，或者布料件4可以為布料板、漏料錐、振動篩中的任意兩個的組合，或者布料件4可以為從上至下依次間隔設置的布料板、漏料錐、振動篩。由此，兩個插板閥之間的粉料可以先經布料件4下落至還原段12，通過布料件4初步分散下落的礦粉，然後再通過氣體分布器2吹散從布料件4下落的礦粉，從而有效地提高了氣體分布器2的吹散效果，且可以避免礦粉堵塞氣體出口220。
根據本發明的一些具體實施例，礦粉還原系統100還包括進料系統和出料系統，進料系統包括原料倉61和鬥提62，其中，鬥提62的一端(例如，圖1中的下端)與原料倉61連通，另一端(例如，圖1中的上端)與進料口141連通。例如，鬥提62可以傾斜向上延伸。由此，可以通過鬥提62將原料倉61內的礦粉運送至反應器1內。
出料系統包括螺旋出料機63，螺旋出料機63設在出料口144處。從而可以方便地將還原產物輸送至反應器1的外部。
根據本發明實施例的礦粉還原系統100，加快了還原反應速率，提高了還原氣體的利用率和系統熱量的利用率，提高了礦粉還原系統100的生產效率且降低了礦粉還原系統100的能耗。
根據本發明實施例的礦粉還原系統100的還原方法，礦粉還原系統100為根據本發明上述實施例的礦粉還原系統100，還原方法包括如下步驟：
通過還原氣入口143向還原段12內通入還原氣體，控制加熱裝置工作以對還原段12內的還原反應提供熱量；
向進料段11加入礦粉；
向氣體分布器2內通入吹散氣體，從氣體出口220流出的氣體將進料段11內下落的礦粉吹散以使礦粉分散地落入還原段12內與還原氣體發生還原反應；
礦粉與還原氣體發生反應生成的還原產物從出料口144排出，反應後的還原氣體從還原尾氣出口142排出。
根據本發明實施例的礦粉還原系統100的還原方法，可以通過氣體分布器2將礦粉充分打散，從而可以有效地增大礦粉與還原氣體的接觸面積，加快了還原反應速率，提高了還原氣體的利用率和系統熱量的利用率，提高了礦粉還原系統100的生產效率且降低了礦粉還原系統100的能耗。同時，還原方法操作簡單，運行過程易於控制。
下面參照圖1-圖4描述根據本發明實施例的礦粉還原系統100的操作方法。
1)礦粉經由反應器1頂部的進料段11添加到反應器1中。首先，打開上插板閥31，礦粉經由進料口141下落至下插板閥32上，然後，關閉上插板閥31，打開下插板閥32，使兩個插板閥之間的粉料經由布料件4下落，向氣體分布器2內通入吹散氣體，從氣體出口220流出的氣體將進料段11內下落的礦粉吹散以使礦粉分散地落入還原段12內與還原氣體發生還原反應；接著，關閉下插板閥32，打開上插板閥31使堆積在上插板閥31上的粉料下落至下插板閥32上，如此反覆進行進料，通過上插板閥31和下插板閥32的交替配合使用，保證了粉料在下落過程中反應器1自始至終處於密封狀態。
2)礦粉在反應器1中部的還原段12進行還原處理。在加熱裝置的加熱作用下，還原段12內爐膛溫度較高(優選的，還原段12的爐膛被加熱系統加熱至900-1200℃)，為還原反應的進行提供有利條件。礦粉下落到還原段12，還原氣體經由冷卻段13進行預加熱(還原氣體被預熱至300-600℃)後自由上升到還原段12，兩者以對流的方式發生衝擊碰撞，充分接觸，發生化學反應，得到還原產物和還原尾氣；得到的還原產物由於自身重力不斷下落，經由還原段12的底部排放到冷卻段13進行冷卻處理；得到的還原尾氣不斷自由上升，經由還原段12的頂部排出，然後經由位於反應器1頂部側壁的還原尾氣出口142排放到洗滌冷卻裝置中。其中，礦粉與還原性氣體的反應機理為：mexoy+co→me+co2，mexoy+h2→me+h2o。由於礦粉粒徑小，氣固間傳熱條件及反應動力學條件大大改善，還原反應可以在數秒內完成，實現了直接還原鐵的快速生產過程。
3)礦粉在反應器1底部的冷卻段13進行冷卻處理。還原段12得到的還原產物為熱態還原產物，首先，進入風冷段131進行初步降溫處理，即所述熱態還原產物與剛經由布風板均勻進入反應器1內的常溫還原氣體之間進行換熱，使得熱態還原產物的溫度降至600-900℃，與此同時，還原氣體被預熱至300-600℃；然後，經由初步降溫處理的還原產物進入水冷段132進行二次降溫處理，即經由初步降溫處理的還原產物經過水冷壁1321時的換熱處理，使得分布在反應器1底端四周的水冷壁1321能夠有效地吸收爐膛中還原產物的熱量，得到溫度降至常溫的還原產物，實現還原產物的二次降溫。得到的常溫還原產物經由反應器1的出料口144排出。
下面描述利用本發明實施例中礦粉還原系統100對鐵礦粉進行還原反應條件和具體步驟：
實施例一：
物料：鐵精礦鐵品位為65％，鐵礦粉顆粒粒徑小於0.074mm的比例不少於80％；
還原氣體中co體積分數為80％，h2體積分數為15％。
反應條件：鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置反應區輻射管溫度設為950℃。
還原方法的步驟：
將鐵精礦從進料口141加入反應器1；
將惰性氣體通入氣體分布器2；
將常溫還原氣體從鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進行還原反應；
還原氣在上升過程中被蓄熱式輻射管5加熱升溫，與下落的鐵礦粉進行換熱及發生還原反應，還原尾氣經鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置上部的還原尾氣出口142排出反應器1；
反應生成的金屬化粉料經出料口144排出。
產物：金屬化率為95％的金屬化粉料鐵。
實施例二：
物料：所述鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小於1mm的比例不少於80％；還原氣體中co體積分數為60％，h2體積分數為30％；
反應條件：鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置反應區輻射管溫度設為950℃。
還原方法的步驟：
將鐵精礦從進料口141加入反應器1；
將惰性氣體通入氣體分布器2；
將常溫還原氣體從鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進行還原反應；
還原氣在上升過程中被蓄熱式輻射管5加熱升溫，與下落的鐵礦粉進行換熱及發生還原反應，還原尾氣經鐵礦粉蓄熱式快速還原裝置上部的還原尾氣出口142排出反應器1；
反應生成的金屬化粉料經出料口144排出。
產物：金屬化率為95％的金屬化粉料鐵。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示意性實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。