礦粉直接還原裝置的製作方法
2023-12-12 19:04:37 1
本發明涉及冶金設備領域，尤其涉及一種礦粉直接還原裝置。
背景技術：
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和轉爐煉鋼的優質冷卻劑。
現在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，分別是豎爐法、反應罐法和流態化法。
豎爐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。該法以midrex法為代表，是當前發展最快、應用最廣的直接還原煉鐵法。作為原料的氧化球團礦自爐頂加入豎爐後，依次經過預熱、還原和冷卻三個階段。還原所得的海綿鐵，冷卻到50℃後排出爐外，以防再氧化。還原煤氣用天然氣及豎爐本身的一部分煤氣製造，加熱到760～900℃，在豎爐還原區下部通入。爐頂煤氣回收後分別用於煤氣再生、轉化爐加熱和豎爐冷卻。此法的傳熱傳質效率高，每噸產品能耗可低達2.56×106千卡，產品質量好，金屬化率達92％。
墨西哥的hyl法是唯一的工業化反應罐法。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。為了克服固定床還原煤氣利用不良的缺點，hyl法採用了4個反應罐串聯操作，還原煤氣用天然氣製造，先在換熱式轉化爐中不充分轉化。經過每一個反應罐反應後都進行脫水、二次轉化和提溫，煤氣在1100℃的高溫下進行還原。在停止通氣下，hyl法使用排料杆強制排料，因此不怕爐料粘結，操作溫度較高，雖然hyl法為間斷作業，但是生產率並不低。缺點是煤氣利用差，熱耗大，產品質量不均。
流態化法是在流化床中用煤氣還原鐵礦粉的方法。在流態化法還原中，煤氣除用作還原劑及熱載體外，還用作散料層的流化介質。細粒礦石料層被穿過的氣流流態化並依次被加熱、還原和冷卻。還原產品冷卻後壓塊保存。流態化還原有直接使用礦粉省去造塊的優點，並且由於礦石粒度小而能加速還原。缺點是細粒礦粉甚易粘結，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，碳素沉析過多，則妨礙正常操作。
現有技術提供了一種氣基還原豎爐生產直接還原鐵的方法及裝置，該技術採用煤制還原氣和焦爐煤氣結合供給豎爐生產直接還原鐵。該工藝只能處理塊狀物料，不能直接處理粉狀鐵礦石。處理粉狀鐵礦石時需要造塊，該工序繁瑣且耗能耗水，經濟性差。
現有技術還提供了一種流化床還原粉狀鐵礦石的系統和方法，該發明通過高氣速操作加快鐵礦石還原速度並同時大幅提高單位截面流化床的氣體處理能力，通過還原煤氣並聯降低通過單級流化床的氣量，通過還原煤氣串-並聯操作提高煤氣的利用率，實現在近常壓下粉狀鐵礦石在流化床內的高效還原。該工藝流程太複雜，對於單個流化床而言，需要調節氣體流速來控制床內鐵礦石粉的流態化情況及反應過程。同時，調節氣體流速的難度較大。而對於鐵礦石粉在床內的流動過程而言，一旦氣速沒有調節在合理範圍內，極易出現「粘結失流」現象，進而導致生產停工。
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直接還原裝置，所述礦粉直接還原裝置使用礦粉作為原料，還原速率較高，還原均衡度較好。
根據本發明實施例的礦粉直接還原裝置，包括：反應器本體，所述反應器本體包括彼此連通的進料區、還原區和冷卻區，所述還原區位於所述進料區的下方並與所述進料區連通，所述冷卻區設於所述還原區下方並與所述還原區連通，所述進料區的頂部設有進料口，所述冷卻區的底部設有出料口，所述進料區的下方設有還原尾氣出口，在所述出料口之上設有還原氣入口，所述進料口與所述進料區連通，所述還原尾氣出口、所述還原氣入口和所述出料口均與所述還原區連通；加熱系統，所述加熱系統包括設在所述還原區內的蓄熱式輻射管，所述蓄熱式輻射管的兩端分別設有燃燒器；布風管，所述布風管與所述還原氣入口相連，所述布風管設在所述蓄熱式輻射管下方，沿所述反應器的內壁周向設置，所述蓄熱式輻射管的下端與所述布風管之間的豎直距離佔所述還原區高度的0.1-0.3，所述布風管上設有多個噴嘴。
本發明的具體實施例中，所述還原區的高度是指所述布風管與所述還原尾氣出口之間的豎直距離。
根據本發明實施例的礦粉直接還原裝置，由於在反應器本體中設置了蓄熱式輻射管直接加熱，實現了在反應器本體內部對還原氣和粉狀物料加熱後快速還原，提高了礦粉的還原速率，簡化了工藝流程，降低了能量損耗，且提升了物料還原的均衡度。通過布風管上的多個噴嘴噴出還原氣體，可以使得進入反應器本體的還原氣相對均勻。
將輻射管下端與布風管之間的豎直距離佔布風管與還原尾氣出口之間距離的0.1-0.3，是因為，礦粉下落過程中受還原氣氣流影響在所述還原區的呈一個分布情況，這樣設置，可以使輻射管加熱形成的溫度場與礦粉的分布情況相適應，從而有利於礦粉被充分還原。
在一些實施例中，輻射管距反應器內壁面水平距離為反應器直徑的0.05-0.2。調節輻射管距邊壁距離，可以使還原氣迅速受熱，從而使礦粉尤其邊壁附近的礦粉更加充分地被還原氣還原。
在一些實施例中，所述布風管沿所述反應器高度方向設置多層。
具體地，每層所述布風管均分布在同一水平面上。
具體地，所述布風管為一條圓形管道。
具體地，所述布風管為呈圓形分布的多個弧形管道。
可選地，所述噴嘴與所述反應器本體的截面圓周垂直中心線成15°-75°的夾角。
在一些實施例中，所述蓄熱式輻射管為多個，多個所述蓄熱式輻射管在所述還原區內水平排布或者豎向排布。
具體地，所述蓄熱式輻射管為多個且水平間隔開設置，每個所述蓄熱式輻射管均沿豎向設置，多個所述蓄熱式輻射管的頂部的進出管相連通，多個所述蓄熱式輻射管的底部的進出管相連通。
在一些實施例中，所述進料區頂部設有進料鬥，所述進料鬥的橫截面向下逐漸減小，以在進料時可形成料封。
在一些實施例中，所述進料區內設有沿高度方向間隔開分布的多個插板閥。進料時相鄰兩個所述插板閥交替開閉。
具體地，所述多個插板閥的下方設有漏料錐和振動布料篩。
在一些實施例中，所述冷卻區包括風冷區和水冷區，所述風冷區鄰近所述還原區設置且物料由還原性氣體散熱風冷，所述水冷區位於所述風冷區的下方，所述水冷區的管壁為水冷壁。
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是本發明實施例的礦粉直接還原裝置的整體結構示意圖。
圖2是本發明實施例的一種布風管的排布方式示意圖。
圖3是本發明實施例的另一種布風管的排布方式示意圖。
附圖標記：
礦粉直接還原裝置100、
反應器本體1、進料區11、還原區12、冷卻區13、風冷區131、水冷區132、出料區14、
進出料系統2、進料部21、第一插板閥211、第二插板閥212、漏料錐213、振動布料篩214、進料鬥215、出料部22、
還原氣系統3、進氣部31、布風管311、噴嘴312、還原氣進口313、出氣部32、
加熱系統4、蓄熱式輻射管41、進出管42、
水冷壁5、原料倉6、鬥提7、出料螺旋8。
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。
下面參考圖1-圖3描述根據本發明實施例的礦粉直接還原裝置100。
如圖1所示，根據本發明實施例的礦粉直接還原裝置100，包括反應器本體1、進出料系統2、還原氣系統3和加熱系統4。
反應器本體1自上而下限定出彼此連通的進料區11、還原區12、冷卻區13和出料區14，具體而言，還原區12位於進料區11的下方並與進料區11連通，冷卻區13設於還原區12下方並與還原區12連通，進料區11的頂部設有進料口，冷卻區13的底部設有出料口，進料區11的下方設有還原尾氣出口313，在出料口之上設有還原氣入口313，進料口與進料區11連通，還原尾氣出口、還原氣入口313和出料口均與還原區12連通。
進出料系統2包括進料部21和出料部22，進料部21設在進料區11，出料部22與出料區14相連。還原氣系統3包括進氣部31和出氣部32，進氣部31用於向反應器本體1內輸入還原性氣體，進氣部31具有在還原區12內不同高度設置的多個還原氣進口313，出氣部32用於將還原尾氣排出反應器本體1。加熱系統4包括設在還原區12內的蓄熱式輻射管41，蓄熱式輻射管41內設有燃燒器(圖未示出)，蓄熱式輻射管41的兩端還設有伸出反應器本體1的進出管42，其中一個進出管42用於供氣，另一個進出管42用於排出煙氣。
可以理解的是，物料從進料區11進入反應器本體1，在重力的作用下自上而下運動，還原氣由從進氣部31進入爐體，自下而上運動。在蓄熱式輻射管41的加熱下，還原氣與物料發生還原反應，反應完成後，物料從反應器本體1下方的出料口經冷卻後離開反應器本體1，還原尾氣從反應器本體1上方的廢氣出口離開反應器本體1。
另外，蓄熱式輻射管41的結構具有儲蓄熱量，對通入的燃氣可預熱的作用，利用蓄熱式輻射管41可保證通入的燃氣可迅速進入最佳燃燒狀態，從而燃燒更加充分。
由反應過程可知，由於物料是在自身重力的作用下在反應器本體1中運動，因此物料的形態既可以是塊狀也可以是粉狀，因此本發明實施例的礦粉直接還原裝置100的原料可以採用粉狀的物料，利用粉狀的物料可以使得還原反應進行的較為徹底，提高了物料的還原均衡度，同時還能避免工序繁瑣的造塊流程。
該裝置針對的礦粉，礦粉的顆粒粒徑可大於1mm，且小於10mm。
由反應過程可知，還原尾氣在反應完成後從反應器本體1上方的出氣部32離開反應器本體1，在還原尾氣離開反應器本體1之前還具有較高的溫度，而進料區11內物料還在持續的下落，因此具有一定溫度的還原尾氣能夠起到預熱物料的作用。由此，提高了加熱系統4產生的熱量的利用率，節約了能源。
由反應過程可知，本發明實施例的礦粉直接還原裝置100是在反應器本體1內進行還原氣和物料的加熱，由於礦粉的粒徑較小，使用直接加熱的方式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加熱再通入反應器本體1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直接還原裝置100，由於在反應器本體1中設置了蓄熱式輻射管41，實現了在反應器本體1內部對還原氣和粉狀物料加熱並且進行還原反應，該裝置可以直接使用礦粉省去造塊工序，簡化直接還原礦粉的工藝流程；由於礦粉粒度小，與還原氣體接觸面積大，二者間的化學反應速率加快，可增加原料處理量；同時該裝置的操作簡便，過程易控；另外，該裝置採用多水平噴嘴的結構，可以調節還原區12內還原氣量、氣體成分及氣體溫度分布，解決了還原氣分布不均帶來的礦粉還原速率慢、還原不均衡等問題；另外，由蓄熱式輻射管41進行加熱，降低了能量損耗，且提升了物料還原的均衡度。
在一些實施例中，進料部21包括設置在進料區11頂部的進料鬥215，進料鬥215的橫截面向下逐漸減小以在進料時可形成料封。由此，可以防止外界空氣進入反應器本體1氧化物料。
在一些實施例中，進料部21包括沿高度方向間隔開分布的多個插板閥，進料時相鄰兩個插板閥交替開閉。
具體地，如圖1所示，進料區11內設有兩個插板閥，上方的插板閥為第一插板閥211，下方的插板閥為第二插板閥212。
可以理解的是，物料落在進料鬥215中，首先落在第一插板閥211上，此時打開第一插板閥211，關閉第二插板閥212。使得物料從第一插板閥211落入第二插板閥212上，當物料完全落在第二插板閥212上時，先關閉第一插板閥211，再打開第二插板閥212使得物料進入反應器本體1。有上述的分析過程可以看出，進料時相鄰兩個插板閥交替開閉可以實現進料過程中物料始終處於密閉狀態，實現了料封。
具體地，進料部21包括設置在多個插板閥下方的漏料錐213和振動布料篩214。
可以理解的是，當礦粉在重力作用下落時，布置漏料錐213能避免礦粉的聚集作用，保證了礦粉下落的順暢性，同時，在振動布料篩214的振動作用下，礦粉能夠更為均勻地落入反應器本體1內部。
在一些實施例中，蓄熱式輻射管41為多個，多個蓄熱式輻射管41在還原區12內水平排布或者豎向排布。設置多個蓄熱式輻射管41能夠提高熱量供給，使得還原反應進行的更為徹底。
在一些實施例中，在輻射管的上部、下部或者中部安裝支架將輻射管固定在反應器內壁面上。輻射管距反應器內壁面水平距離為反應器直徑的0.05～0.2，輻射管下端與布風管之間的豎直距離佔所述布風管與所述還原尾氣出口之間距離的的0.1～0.3。
在一些實施例中，蓄熱式輻射管41的兩端分別設有燃燒器(圖未示出)，兩個燃燒器交替點火燃燒。
可以理解的是，當蓄熱式輻射管41在管體兩端分別設置有燃燒器時，在一端燃燒器燃燒產生的火焰在噴出時形成溫度梯度，即，從燃燒器向外溫度逐漸降低。類似的是，在另一端燃燒器燃燒產生的火焰在噴出時也形成溫度梯度。當兩端的燃燒器交替進行燃燒時，所形成的兩個溫度梯度疊加，使得整個蓄熱式輻射管41整體溫度均勻。由此，礦粉能夠實現均勻的加熱，提高了還原反應的均勻度。
可選地，蓄熱式輻射管41為多個且水平間隔開設置，每個蓄熱式輻射管41均沿豎向設置，多個蓄熱式輻射管41的頂部的進出管42相連通，多個蓄熱式輻射管41的底部的進出管42相連通。由此，多個蓄熱式輻射管41能夠實現統一通氣和排氣，不用對應每一個蓄熱式輻射管41均設置一個燃氣進口和煙氣出口，簡化了加熱系統4的結構。
這裡需要說明的是，用戶可以調整蓄熱式輻射管41在水平方向和/或豎直方向上的個數、蓄熱式輻射管41的層數、蓄熱式輻射管41彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向)或者各蓄熱式輻射管41本身的溫度來調節反應器本體1內部的溫度場分布，保證還原區12的各區域溫度均勻分布。
在一些實施例中，如圖2和圖3所示，進氣部31包括設在還原區12內的布風管311，布風管311沿還原區12的內周壁設置，布風管311上設有多個噴嘴312。可以理解的是，還原氣先經過還原氣進口313進入布風管311內，在經過布風管311的噴嘴312進入反應器本體1，由於布風管311沿還原區12的內周壁周向設置，因此當還原氣進入布風管311時，還原氣可以在布風管311中擴散後進入反應器本體1，這樣可以使得進入反應器本體1的還原氣相對均勻。
具體地，還原區12內設置有沿高度方向間隔開排布的多層布風管311，每層布風管311均分布在同一水平面上，每層中，單個布風管311可以是弧形管道，弧形管道可以有多個，每層的多個弧形管道呈圓形分布。
可選地，如圖2所示，當多個弧形管道的布風管311首尾相連形成一條布風管時，僅需要布置一個還原氣進口313即可，且優選地，噴嘴312的數量大於等於六個。
可選地，如圖3所示，當每層的多個弧形管道的布風管311呈圓形分布時，需要布置的還原氣進口313個數與弧形管道的個數相同，也就是說對應每一個弧形管道設置一個還原氣進口313。優選地，每個弧形管道上沿弧度方向設置的噴嘴312數量大於等於兩個。
需要說明的是，無論布風管311為一條管道還是包括呈圓形分布的多個弧形管道。當兩個噴嘴312相對布風管311軸線對稱時，容易產生對衝現象，對衝現象會對還原反應產生不利的影響，因此可以將噴嘴312與反應器本體1截面圓周垂直中心線成15-75°布置。
當然，布風管311還可以有多種排列方式，例如形成為螺旋形或「z」形布置在還原區12內。
又例如，沿反應器本體1高度方向可以設置多個還原氣進口313及相應的布風管311，相鄰高度的還原氣進口313和布風管311可以按照前文所述的任何形式設置。
在一些實施例中，冷卻區13包括風冷區131和水冷區132，風冷區131鄰近還原區12設置且物料由還原性氣體散熱風冷，水冷區132位於風冷區131的下方，水冷區132的管壁為水冷壁5，即水冷壁5處設置有水冷管。
可以理解的是，風冷區131與水冷區132在位置上是上下銜接的關係，熱態還原產物先由還原區12向下進入風冷區131，溫度較高的還原產物將熱量傳遞給剛進入反應器內的常溫還原性氣體，實現了還原性氣體的預熱，隨後還原氣進入還原區12參與還原反應。還原產物再繼續向下進入水冷區132，從而完成冷卻過程。
水冷壁5分布在反應器本體1底端四周，內部為流動的水或蒸汽，其作用是吸收爐膛中還原產物的熱量，實現還原產物的二次降溫。風冷後的還原產物經過水冷區132域後溫度降至常溫。最後，冷卻後的還原產物經出料區14排出。
下面參考圖1-圖3描述本發明一個具體實施例的礦粉直接還原裝置100。
如圖1所示，本實施例中的礦粉直接還原裝置100包括反應器本體1、加熱系統2、進出料系統2、還原氣系統4。
反應器本體1內限定出礦粉與還原氣體的反應空間，自上而下可依次劃分成進料區11、還原區12、冷卻區13、出料區14。相鄰區域為貫通式連接，並無物理隔離裝置。
進料區11中設置有進料鬥215、兩個插板閥、漏料錐213和振動布料篩214，該區域在保證礦粉下落順暢的同時，還要保證在礦粉下落過程中反應器本體1的密封性。原料倉6中的礦粉經過鬥提7提升至反應器本體1頂部，由此進入快速還原反應器本體1的進料鬥215中，並堆積在此。打開第一插板閥211，堆積在進料鬥中的礦粉下落至第二插板閥212上，然後，關閉第一插板閥211，接著打開第二插板閥212，使兩個插板閥之間的粉料下落至振動布料篩214上；然後，關閉第二插板閥212，接著打開第一插板閥211，使堆積在第一插板閥211上的粉料下落至第二插板閥212上。如此反覆。兩個插板閥的配合使用，保證了粉料在下落過程中反應器本體1自始至終處於密封狀態。另外，堆積在進料鬥215中的粉料進一步加強了密封效果，實現了「料封」。當兩個插板閥之間的礦粉在重力作用下經過漏料錐213下落至振動布料篩214的過程中，布置在反應器本體1中的漏料錐213避免了礦粉的聚集作用，保證了礦粉下落的順暢性。同時，在振動布料篩214的振動作用下，礦粉均勻進入反應器本體1內部。
還原區12即為礦粉和還原性氣體發生化學反應的區域。在加熱系統2的作用下，還原區12內爐膛溫度較高(900-1200℃)，為還原反應的進行提供有利條件。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。
加熱系統4由多根蓄熱式輻射管41組成，為反應器本體1中的還原反應提供熱源。蓄熱式輻射管在管體兩端分別設置有燃燒器(圖未示出)，在一端燃燒器燃燒產生的火焰在噴出時形成溫度梯度，即，從燃燒器向外溫度逐漸降低。類似的是，在另一端燃燒器燃燒產生的火焰在噴出時也形成溫度梯度。當兩端的燃燒器交替進行燃燒時，所形成的兩個溫度梯度疊加，使得整個蓄熱式輻射管41整體溫度均勻。例如，單根蓄熱式輻射管41上的溫度差不大於30℃。在反應器本體1內部，多根蓄熱式輻射管41沿豎直方向間隔分布。如此，可以保證各區域溫度分布均勻。溫度場的溫度可通過多種方式調節，例如，調整蓄熱式輻射管41在水平方向和/或豎直方向上的個數、蓄熱式輻射管41的層數、蓄熱式輻射管41彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向)和各蓄熱式輻射管41本身的溫度等等。
還原氣系統3包括進氣部31和出氣部32，進氣部31包括多個還原氣進口313和多個布風管311。還原氣向上運動，最後從設置在反應器本體1側壁上的出氣部32離開反應器本體1，與礦粉在反應器本體1內的運動方向正好相反。在還原區12的頂部，反應完的還原尾氣溫度較高，與從振動布料篩314上下落的礦粉逆向接觸，還原尾氣將熱量傳遞給常溫礦粉，實現了礦粉的預熱。最後降溫後的還原尾氣從出氣部32離開反應器本體1。
如圖2、圖3所示，還原氣進口313布置在反應器本體1側壁上，還原氣進口管穿過反應器本體1與布風管311相連，布風管311位於反應器本體1側壁附近，布風管311上設有多個噴嘴312，還原氣經還原氣進口313進入布風管311內，再經布風管311上的噴嘴312均勻噴入反應器本體1內。布風管311結構如圖所示，還原氣進口313和布風管311可以設置一個或多個，優選數量為1-6個，當設置一個還原氣進口313和一個布風管311時，布風管311俯視圖為圓環形，圓周角度為360度，沿圓周方向設置多個噴嘴312，噴嘴312的數量大於等於六個，當設置一個以上還原氣進口313和布風管311時，布風管311俯視圖為弧形，弧形為一定角度的圓周，圓周角度根據布風管311個數設定，圓周角度≤360°/布風管311的個數，沿弧度方向設置多個噴嘴312，噴嘴312的數量大於等於兩個，為了防止噴嘴312產生對衝，噴嘴312與反應器本體1截面圓周垂直中心線成15°-75°角。
此外，沿反應器本體1高度方向可以設置多個還原氣進口313及相應的布風管311，相鄰高度的還原氣進口313和布風管311可以按照圖2的形式任意設置。將還原氣進口313設置在反應器本體1側壁上，可以調節側壁附近的溫度、還原氣流量及成分，有利於側壁的礦粉向中心位置靠攏，加快側壁附近礦粉的還原，避免了中心礦粉還原速率快，邊壁還原速率慢的問題。
採用將多個還原氣進口313沿豎直方向布置，並且根據多個還原氣進口313的分布布置相應布風管311的結構，目的是調節還原區12內還原氣量及成分分布、氣體溫度分布，使礦粉還原更加高效、均衡。例如，若還原區12側壁處礦粉還原較慢，則可通過調節多個還原氣進口313通入的氣量及布風管311位置，使還原氣更多地分布在還原區12側壁附近，同時可以調節還原氣溫度，使還原區12側壁附近氣體溫度升高，這些舉措均有利於加快礦粉還原。還原氣進口313不僅僅限於設置在反應器本體1的冷卻區13、還原區12的下部、還原區12的中部。還原氣進口313的位置可以為了實現還原區12內還原氣量及成分分布、氣體溫度分布靈活調節。
冷卻區13包括兩部分，一部分為反應生成的熱態還原產物與剛進入反應器本體1內的常溫還原性氣體之間的換熱區域，以下簡稱「風冷區131」，另一部分為風冷後的還原產物經過水冷壁5時的換熱區域，以下簡稱「水冷區132」。風冷區131與水冷區132在位置上是上下銜接的關係，熱態還原產物先由還原區12向下進入風冷區131，溫度較高的還原產物將熱量傳遞給剛進入反應器本體1內的常溫還原性氣體，實現了還原性氣體的預熱，預熱後的還原性氣體溫度可達到300-600℃，熱態還原產物經過風冷區131後溫度降至600-900℃，隨後還原氣進入還原區12參與還原反應。還原產物再繼續向下進入水冷區132，從而完成冷卻過程。水冷壁5是水冷區132的重要部件，分布在反應器本體1底端四周，內部為流動的水或蒸汽，其作用是吸收爐膛中還原產物的熱量，實現還原產物的二次降溫。風冷後的還原產物經過水冷區132後溫度降至常溫。最後，冷卻後的還原產物經出料螺旋8排出。
還原產物經過冷卻區13，在出料螺旋8的作用下從設置在出料區14的底部的出料部22離開反應器本體1。
本發明提供了一種針對粉狀礦石生產直接還原鐵的快速還原裝置及方法。
該實施例的礦粉直接還原裝置100，內部採用蓄熱式輻射管41作為熱源，通過調節其溫度可以方便地控制爐內溫度，裝置操作簡單，可以靈活調整爐內溫度範圍。
與氣基豎爐相比，該裝置可以處理粉狀物料。由於粉狀物料粒徑小，與還原氣體接觸面積大，二者間的傳熱和化學反應速率加快，增加原料處理量。另外，礦粉直接還原裝置100採用蓄熱式輻射管41作為熱源，加熱效率高。
在反應器本體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，礦粉直接還原裝置100隻需控制反應器本體1內的溫度，操作簡單，同時可避免流態化還原方法中「粘結失流」現象造成的停工。
本實施例的還原氣採用多水平還原氣進口313並設置相應的布風管311，可以調節還原區12內還原氣量、氣體成分及氣體溫度分布，使礦粉還原更加高效、均衡。
下面描述兩個利用本發明實施例的礦粉直接還原裝置進行還原的具體示例。
實施例一：本實施例鐵礦粉快速還原方法，包括以下步驟：
(1)、將鐵精礦從礦粉直接還原裝置加入反應器本體1；
(2)、鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小於0.074mm的比例不少於80％；
(3)、鐵礦粉快速還原裝置還原區12的蓄熱式輻射管41溫度設為950℃；
(4)、將常溫還原氣從鐵礦粉快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進行還原反應；
(5)、還原氣中co體積分數為80％，h2體積分數為15％；
(6)、還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管41加熱的作用升溫，與下落的鐵礦粉進行換熱及發生還原反應，還原尾氣經鐵礦粉快速還原裝置上部的出氣部32排出反應裝置；
(7)、反應生成的金屬化粉料經鐵礦粉快速還原裝置底部排出；
(8)、金屬化粉料鐵的金屬化率為95％。
實施例二：本實施例鐵礦粉快速還原方法，包括以下步驟：
(1)、將鐵精礦從礦粉直接還原裝置加入反應器本體1；
(2)、鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小於1mm的比例不少於80％；
(3)、鐵礦粉快速還原裝置還原區12的蓄熱式輻射管41溫度設為950℃；
(4)、將常溫還原氣從鐵礦粉快速還原裝置底部通入，與鐵精礦進行還原反應；
(5)、還原氣中co體積分數為60％，h2體積分數為30％；
(6)、還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管41加熱的作用升溫，與下落的鐵礦粉進行換熱及發生還原反應，還原尾氣經鐵礦粉快速還原裝置上部的出氣部32排出反應裝置；
(7)、反應生成的金屬化粉料經鐵礦粉快速還原裝置底部排出；
(8)、金屬化粉料鐵的金屬化率為95％。
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。