本实用新型属于冶金设备技术领域，具体地，涉及一种还原竖炉。
背景技术：
我国是钢铁生产大国，2015年我国大陆粗钢产量为8.04亿吨，占全球总产量49.5％。但是钢铁产业结构不合理，铁钢比高、电炉钢比例小，部分特殊的钢材品种还需进口，炼钢工艺以高炉炼铁-转炉炼钢的长流程为主，能源资源消耗大、生产成本高，经济效益差，已经越来越不适应行业的发展，遭到陆续的淘汰，当前直接还原铁技术在冶炼行业中得到了较快的发展，获得了较普遍的应用，目前直接还原铁技术所使用的冶炼炉为隧道窑、转底炉等。隧道窑、转底炉由于结构上的缺陷，在使用过程中也存在一些问题，即：单条生产线产量小、生产率低、污染严重和直接还原铁品位低等。
气基竖炉直接还原工艺主要有Midrex和HYL，采用天然气重整方法制取还原气，进而还原铁矿石。两种工艺竖炉都属于对流式移动床，由还原段和冷却段两大部分组成。矿石装入竖炉内在下降过程中先被预热，随后铁矿石进行还原反应，形成海绵铁后进入冷却段。海绵铁进入冷却段在冷却气流中冷却至接近环境温度后，通过底部排料装置排出炉外。由于现有工艺中还原段与冷却段并不存在严格意义上的界线划分，冷却气抽气装置与还原气喷嘴相隔距离小，导致冷却气在冷却段上部没有被及时抽出而进入还原段，不仅降低还原气中有效气的含量而且增加还原气的氧化度，最终会影响海绵铁的金属化率以及吨铁还原气消耗量。现有技术中，冷却段是炉内构造最复杂的区域，炉内设置冷却气收集罩、冷却气分配器等复杂结构，容易发生堵塞问题，而且炉内设备难于进行维修，降低设备年工作日。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了解决在气基竖炉直接还原炼铁技术中，竖炉内还原段与冷却段相互连通，导致少量冷却气进入还原段，降低了还原气中有效气成分及增加了气体消耗的问题，同时解决冷却气抽气装置易堵的问题。
本实用新型提供的还原竖炉，包括还原段、还原气进气装置、供料管、冷却气进气装置、冷却气排出装置和冷却罐；
所述还原气进气装置包括还原气围管和还原气喷嘴，所述还原气围管与所述还原气喷嘴相连，所述还原气喷嘴均匀地设置在所述还原段的同一水平位置上；
所述供料管分别与所述还原段和所述冷却罐相连，所述供料管插入所述冷却罐；
所述冷却罐是内衬耐火材料的圆柱状容器，设有锥形底部和下料管道；
所述冷却气进气装置包括进气围管和进气喷嘴，所述进气围管与所述进气喷嘴相连，所述进气喷嘴均匀地设置在所述锥形底部的同一水平位置上；
所述冷却气排出装置包括排气围管和排出口，所述排气围管与所述排出口相连，所述排出口均匀地设置在所述冷却罐上部的同一水平位置上。
在本实用新型的一些实施例中，所述还原竖炉还包括洗涤器和压缩机，所述洗涤器分别与所述冷却气排出装置的排气围管和所述压缩机相连，所述压缩机还与所述冷却气进气装置的进气围管相连。
在本实用新型的一些实施例中，所述供料管的上部安装有排料装置。
在本实用新型的一些实施例中，所述还原竖炉还包括螺旋出料机，所述螺旋出料机与所述冷却罐的下料管道相连。
在本实用新型的一些实施例中，所述供料管的直径为0.8m-1.5m、长度为1m-3m。
在本实用新型的一些实施例中，所述供料管插入所述冷却罐的深度为0.2m-0.5m。
在本实用新型的一些实施例中，所述供料管与所述冷却罐的罐壁之间设有伞型挡料板，所述伞型挡料板上设有圆孔。
在本实用新型的一些实施例中，所述伞型挡料板采用高温不锈钢材料制作。
在本实用新型的一些实施例中，所述圆孔的直径为1mm-2mm，数量为100-2000个。
在本实用新型的一些实施例中，所述冷却气进气装置的进气喷嘴和所述冷却气排出装置的排出口分别有10-30个。
本实用新型通过在竖炉下部设置冷却罐，将竖炉还原段与冷却段分为两个装置，中间通过供料管连通，由于炉料料柱阻力，防止冷却气进入还原段影响还原反应。
本实用新型根据物料物理特性，冷却罐上部形成一个无料空间，防止出气口被堵塞，保证了炉料冷却顺利进行。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的一种还原竖炉的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
图1所示为本实用新型优选的还原竖炉，包括还原段1、还原气进气装置2、供料管3、冷却气进气装置4、冷却气排出装置5、冷却罐6、洗涤器7、压缩机8和螺旋出料机9。
还原气进气装置2包括还原气围管和还原气喷嘴，还原气围管与还原气喷嘴相连，还原气喷嘴均匀地设置在还原段1的同一水平位置上。
供料管3分别与还原段1和冷却罐6相连，供料管插入冷却罐6。供料管3的上部安装有排料装置31，排料装置31的作用是为了促使热态海绵铁能够顺利进入冷却罐6，在本实用新型其他实施例中，也可不设置排料装置31。
在本实用新型优选的实施例中，供料管的直径为0.8m-1.5m、长度为1m-3m，在该直径和该长度下，热态海绵铁能够顺利进入冷却罐6中，而且物料柱可阻止冷却气进入还原段1及还原气进入冷却罐6。进一步地，通过使竖炉还原段1下部和冷却罐6的压力均为0.05MPa-0.08MPa，保证竖炉还原段1和冷却罐6无压差，能有效阻止冷却气进入上部竖炉还原段1及还原气进入冷却罐6。由于炉料只能分布在供料管3末端下方，并形成一定坡角，冷却气的排出口与炉料之间会形成无料空间，有效防止炉料进入冷却气排出口而堵塞。
在本实用新型优选的实施例中，供料管3插入冷却罐6的深度为0.2m-0.5m，更优选的为0.3m，可有效可阻止冷却气进入还原段1及还原气进入冷却罐6。
冷却罐6是内衬耐火材料的圆柱状容器，设有锥形底部和下料管道。
在本实用新型优选的实施例中，供料管3与冷却罐6的罐壁之间设有伞型挡料板，伞型挡料板上设有圆孔。伞型挡料板用于防止意外状况下大颗粒物料堵塞冷却气排出口。进一步优选地，圆孔的直径为1mm-2mm，圆孔的数量为100-2000个，可更好的防止大颗粒物料堵塞冷却气排出口。伞型挡料板优选采用高温不锈钢材料制作。
冷却气进气装置4包括进气围管和进气喷嘴，进气围管与进气喷嘴相连，进气喷嘴均匀地设置在锥形底部的同一水平位置上。
冷却气排出装置5包括排气围管和排出口，排气围管与排出口相连，排出口均匀地设置在冷却罐6上部的同一水平位置上。冷却罐6设有下料管道61。
在本实用新型优选的实施例中，冷却气进气装置4的进气喷嘴和冷却气排出装置5的排出口分别有10-30个。
洗涤器7分别与冷却气排出装置5的排气围管和压缩机8相连，压缩机8还与冷却气进气装置4的进气围管相连。
螺旋出料机9与冷却罐6的下料管道61相连。
需要说明的是，在本实用新型其他实施例中可不包括洗涤器7、压缩机8和螺旋出料机9，根据实际工艺的需要进行配置即可。
炉料由竖炉顶部加入，进入竖炉的还原段1，还原气由还原气进气装置2的还原气围管和还原气喷嘴，进入竖炉，并经炉顶排出炉外，在还原段1内形成自下而上的气流。矿石在这股还原气流中完成预热和还原过程。还原完成后的海绵铁在重力作用下向下经供料管3进入冷却罐6。
如图所示，冷却罐6为一个竖式的、耐火材料内衬的容器，该容器有一锥形底部和一下料管道。在该容器中，物料在重力作用下流动，而在下料管道61终端安装螺旋出料机9，可以控制物料出料速度。冷却罐所需的冷却气由该容器锥形底部的冷却气进气装置4的进气围管与进气喷嘴喷入罐内，冷却高温块状炉料，再经由冷却气排出装置5的排气围管和排出口排出罐外。含有烟尘的高温冷却气体经洗涤器7降温除尘后全部压缩送至冷却罐6循环利用。本实用新型优选的冷却气为N2。
本实用新型中，还原气进气装置2的还原气喷嘴、冷却气进气装置4的进气喷嘴、冷却气排出装置5的排出口都优选为按圆周设置，即围绕着炉壁组成的圆对称设置。
经冷却后的海绵铁经下料管道61至螺旋出料机9，通过控制螺旋出料机9可控制下料速度，进而控制竖炉总的生产能力，冷却气流量根据总的生产能力而定。可以调节下料管的长度和直径以使物料柱阻止冷却气体的流出。排出的海绵铁经装料小车运走。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述实用新型内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。
实施例
本实施例采用图1所示的还原竖炉处理铁精矿氧化球团。
粒度为8mm-20mm的铁精矿氧化球团由竖炉顶部加入炉内，在还原段1内完成预热和还原过程，其中高温还原气由还原气进气装置2喷入竖炉。还原后形成的高温海绵铁球团经竖炉下部供料管3进入冷却罐6，供料管3高度为2m、直径为1m，插入冷却罐6的深度为0.3m，且供料管3内始终装有球团物料，球团均匀地被分布在冷却罐6周围，并形成一定物料坡角，冷却罐6内料面上部则形成一个无料空间，冷却气排出装置5布置于冷却罐6的顶部，可以防止球状海绵铁进入冷却气的排出口而发生堵塞问题，保证冷却气能够顺利排出冷却罐6。
在洗涤器7中，高温冷却气经降温除尘至常温后，由压缩机8加压后通过冷却气进气装置4喷入冷却罐6内，在上升过程中对高温海绵铁球团进行冷却降温。形成的含有烟尘的450℃的高温冷却气体经冷却气排出装置5排出冷却罐6外，再经洗涤器7降温除尘循环利用。冷却降温至60℃的海绵铁球团通过下料管道61至冷却罐螺旋出料机9处，由冷却罐螺旋出料机9控制出料速度，排出海绵铁球团由装料小车运出。
该竖炉还原段1下部及冷却罐6气体压力相等，均为0.06MPa，保证竖炉还原段1下部和冷却罐6无压差，阻止冷却气进入上部竖炉还原段1及还原气进入冷却罐6。本实施例冷却气采用N2冷却，低压操作，可避免冷却罐内冷却气通过下料管道排出，提高冷却气循环利用率，降低生产成本。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。