[发明专利]一种矿粉快速还原反应系统

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种矿粉快速直接还原系统及方法。

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。因此，如何设计出一种降低能耗、提高还原气利用率的矿粉快速还原反应系统，成为目前亟需解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述难题，本发明提供了一种矿粉快速还原反应系统，针对粉状矿石生产直接还原铁；还原后的还原尾气经过洗涤除尘冷却、气体压缩、脱碳处理后，得到未反应的还原气，然后送入还原气储罐与还原气混合后进行储存，用于再次通入反应器中进行还原处理，由此，实现了还原尾气的循环再利用，避免浪费未反应的还原性气体，减少还原尾气的排放量，更绿色环保；还原气进气系统分为两股还原气分别进入反应器的冷却段和还原段，其中，进入冷却段的还原气与还原产物实现逆向热交换，有效提高系统热利用率，同时降低还原产物被氧化的风险；进入还原段的热态还原气使得反应器内部气体分布更加均匀，同时也补充了向上运动的还原气量；还原气进气系统分为两股还原气分别进行预加热处理后得到热态还原气进入反应器的还原段，可以直接与尚未反应完全的矿粉继续发生还原反应，有利于提高还原产物中的金属化率，增强还原效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：