本实用新型属于直接还原设备技术领域，具体的涉及一种连续反应直接还原装置。
背景技术：
非高炉炼铁领域，气基竖炉直接还原是最主要的一种工艺方法，MIDREX与HYLIII等工艺已经有了成熟的工业应用，但由于各地天然气原料成本不同，在天然气匮乏的地区或者天然气成本高的地区，现有的气基竖炉技术难以推广。目前众多的科研人员针对竖炉直接还原工艺进行着大量的研究，目标是利用非天然气气源或者是采用竖炉处理铁精矿氧化球团以外的含铁矿物原料。
在实验室中，经常采用固定加热炉进行直接还原的试验研究，这样的实验分析只能从理论上讨论反应进行的可能性。此类固定加热炉不能模拟实际竖炉连续进料、出料的反应过程中气体存在时的压力对反应的影响，与实际生产时的工况区别较大，研究结果只有理论意义，对工业化生产实践的参考价值较小。
另外大型化的中试级别试验能够实现反应过程连续进出料的模拟，但要设计专用的中试级别竖炉，其设备及配套系统复杂，对操作人员要求高，系统运转成本高，改造周期长且成本高，不适合对铁矿物直接还原涉及到的新气源、新矿物原料或全新工艺的开发进行实验研究。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型意在提出一种连续反应直接还原装置，在下料罐内设置多层取样小车，可模拟竖炉连续进出料的反应过程，同时取样小车可对不同时段的样品进行留样，等试验结束后，对样品进行分析。
本实用新型的目的之一是提供一种连续反应直接还原装置，包括依次连接的给料机、竖炉、出料机，还包括下料罐，所述出料机连接所述下料罐；
所述竖炉的内腔由上到下依次分为预热段、还原段和冷却段；
所述下料罐设有封闭的空腔，顶部设有进料口，底部设有出料口，侧壁上设有取样门，所述下料罐的空腔内设有多个沿纵向排列的取样小车；
所述取样小车包括车体、导轨、外杆、内杆、连杆、手柄和连接扣，所述外杆穿过所述下料罐的侧壁固定，所述外杆、内杆和连杆同轴依次由外向内套接，所述外杆的内螺纹与所述内杆的外螺纹连接，所述内杆的内螺纹与所述连杆的外螺纹连接，所述内杆的一端通过连接扣连接所述车体，所述连杆的一端连接所述手柄，所述手柄位于所述外杆的外侧，所述手柄的旋转带动带动所述连杆转动进而带动所述内杆的伸缩，所述内杆的伸缩带动所述车体沿所述导轨移动。
作为本实用新型优选的方案，所述取样小车还包括外套，所述外套固定在所述下料罐的侧壁上，所述外杆穿过所述外套固定。
本实用新型的一些实施例中，所述车体的前挡板向下延伸至所述导轨的上表面。
作为本实用新型优选的方案，所述取样小车的个数为4～10个。
作为本实用新型优选的方案，最下层的取样小车下方对应的所述下料罐的容积等于所述竖炉的冷却段的容积。
本实用新型的另一目的是提供一种利用上述连续反应直接还原装置处理物料的方法，包括以下步骤：
A、将竖炉装满物料后，向所述竖炉通往高温惰性气体同时开启竖炉的辅热单元进行预热；
B、所述竖炉内物料温度达到反应温度后向炉内通入还原气，炉内物料发生还原反应，生成还原料；同时给料机和出料机开始工作，所述竖炉连续进出料；
C、将所述还原料排出所述竖炉，通过出料机送入下料罐；
D、所述还原料落入所述下料罐时，旋转手柄使车体沿导轨移出，部分所述还原料落入所述车体，反向旋转所述手柄使所述车体移入，获得试样；多层取样小车由下向上，按照预定时间间隔依次取样；
E、物料全部进入所述竖炉后，所述给料机停止工作，所述竖炉内的还原料继续下行，直至排空；
F、将所述下料罐内的还原料排出，打开取样门，取出所述试样。
作为本实用新型优选的方案，所述竖炉料位低于竖炉还原气进气口时停止通入还原气，向所述竖炉内通入惰性气体。
本实用新型的一些实施例中，步骤D中所述预定时间间隔为1～2小时。
本实用新型的连续反应直接还原装置，可以模拟一定时间内高温、高压条件下原料连续进、出料直接还原反应过程；取样车的设置可以实现对不同反应时间段的样品随时取样的要求，并且取样操作是在实验连续进行过程中同步进行，取样不需要停止反应，不会影响直接还原过程；在下料罐内部取样，提高了操作人员的安全性，降低了由于误操作对人员带来的危险。
附图说明
图1是本实用新型实施例的连续反应直接还原装置结构示意图。
图2是本实用新型实施例的取样小车的结构示意图。
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。
本实用新型中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本实用新型的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型的目的之一是提供一种连续反应直接还原装置，包括依次连接的上料罐1、给料机2、竖炉3、出料机4和下料罐5。本实施例的装置可对物料进行连续处理，处理后的物料暂存在下料罐5内。下料罐5内设有多个取样小车6，在处理后的物料落入下料罐5时，可通过取样小车6完成取样，待物料全部处理完后，取出取样小车中的试样，用于检测分析，具备了连续进行直接还原反应，对不同时段的还原料进行取样的效果。
上料罐1为待处理物料的储存装置，竖炉3开始直接还原反应后，随着物料的下行，上料罐1内待处理的物料通过给料机2送入竖炉3内。上料罐1的出料口与给料机2的进料口通过法兰连接，上料罐1的进料口采用阀门或者盲板等形式的密封。
给料机2为竖炉3进料时的物料输送装置，给料机2的出料口通过法兰连接竖炉3的进料口。给料机2可以采用星形送料机或者螺旋送料机等多种形式。
竖炉3的内腔由上到下依次分为预热段31、还原段32和冷却段33，预热段31的顶部设有进料口，预热段31上部的侧壁上设有出气口，还原段32的下部设有还原气进气口，冷却段33的底部设有出料口。竖炉3为直接还原的炉体，物料由进料口进入竖炉，在预热段31对物料进行预热。随着物料的下行，物料进入还原段32，还原气进气口通入还原气体，对物料进行还原，还原后的气体上升，在预热段31与物料换热后，由出气口排出。还原产生的还原料进入冷却段33冷却。
竖炉可以根据预热、加热、保温等不同要求制作电加热、电辅热或内保温、外保温以及其它形式的多种外壳以达到竖炉反应过程的反应温度的要求。进气口连接还原气供气设备以引入符合竖炉直接还原反应要求的合格还原气。出气口设有压力控制阀，且连接炉顶气处理设备，使排放的炉顶气达到环保要求，或者可以有效回收利用炉顶气中存在的有价资源、能源。冷却段33需要设置水冷壁或者其它形式的间接冷却装置，使反应生成产物从还原段32下行到冷却段33后进行有效降温，一方面使还原料出料时温度满足出料机工作温度要求，另一方面保证冷却后的还原料出料后不会由于高温再次被氧化。
出料机4为竖炉出料时的输送装置，竖炉的出料口连接出料机4的进料口。出料机4可以采用星形送料机或者螺旋送料机等多种形式。竖炉冷却段33冷却的还原料由出料机4输送至下料罐5中暂存。
如图1和图2所示，下料罐5设有封闭的空腔，其顶部设有进料口，底部设有出料口，侧壁上设有取样门7，下料罐的空腔内设有多个沿纵向排列的取样小车6。出料机4的出料口连接下料罐5的进料口，两者通过法兰连接，可保证密封效果。下料罐5的出料口采用阀门或是盲板封闭，可对下料罐的排料进行控制。
图2为图1中虚线圆圈部分的局部放大图。如图2所示，取样小车6包括车体61、导轨62、外杆63、内杆64、连杆65、手柄66、连接扣67和外套68。
车体61为盒装，用于盛放样品，车体的底部设有车轮。导轨62固定在下料罐5的内壁上，车体61安装在导轨62上，可沿导轨62移动。
外杆63穿过下料罐5的侧壁固定，即外杆63固定在下料罐5的侧壁上。外杆63、内杆64和连杆65同轴依次由外向内套接，内杆64可伸缩的套入外杆63。内杆64的一端通过连接扣67连接车体61，连杆65的一端连接手柄66。连杆65连接手柄一侧可通过轴承可旋转的固定在外杆上，连杆65延伸出外杆63，使得手柄66位于外杆63的外侧，手柄66的旋转带动连杆65旋转，连杆65旋转的旋转带动内杆64的伸缩，内杆64的伸缩带动车体61沿导轨62移动。
外杆63、内杆64和连杆65的连接方式为：外杆63的内壁上设有内螺纹；内杆64的外壁上设有外螺纹，内壁上设有内螺纹；连杆65的外壁上设有外螺纹。外杆63的内螺纹与内杆64的外螺纹连接，内杆64的内螺纹与连杆65的外螺纹连接，这样就实现了外杆63、内杆64和连杆65同轴依次由外向内套接，内杆64可伸缩的套入外杆63。外杆63、内杆64和连杆65之间的螺纹连接可很好的起到密封的作用。
另一种实施方案为，连杆65与内杆的连接端(连杆的一端)设有卡柱，内杆64的内壁上设有与卡柱配合的滑槽，外壁上设有外螺纹；外杆63的内壁上设有与内杆外螺纹配合的内螺纹；连接扣67为旋转扣。连杆65旋转时，通过卡柱与滑槽的配合，带动内杆64跟随旋转，外杆63与内杆64之间为螺纹配合，内杆64在旋转时，会沿着外杆63伸缩，连杆65的卡柱在内杆64的滑槽内滑动。内杆64的伸缩带动车体61沿着导轨62移动，需收集样品时，旋转手柄66使得车体61移出，收集完成后，反向旋转手柄66使得车体61移入。
作为优选的方案，取样小车6还设有外套68，外套68固定在下料罐的侧壁上，外杆63穿过外套68固定。通过外套68固定外杆63，可对外杆63起到保护作用，保证车体61移动时，外杆63不会偏移。
本实用新型实施例中，车体的前挡板69向下延伸至导轨62的上表面。可防止还原料进入导轨62，影响车体的移动。前挡板69的上部与其上方的导轨不闭合，设有一定的间隙，使得气体可以流通，保持前挡板69两侧的压力平衡。
在下料罐的侧壁上设置的取样门7用于取样，当下料罐排空后，打开取样门7，可取出取样小车6中的试样，取出试样后关闭取样门7。
根据连续反应直接还原装置的反应时间及取样时间间隔的要求，取样小车的个数可以为4～10个，满足不同时段取样的要求。取样小车的具体个数，可以依据不同的取样次数灵活设置。
在竖炉3开始还原反应之前，首先要将竖炉的内腔填满，而开始还原反应后只有还原段32以上的物料才能进行还原反应，这就使得最开始的时候，冷却段33部分的物料不能发生还原反应，这部分物料称为死料。死料不能作为试样用于检测，所以下料罐5的最下方设计一部分空间，用于盛放死料，即最底层取样小车下方的下料罐5的容积根据死料量来设计。本实用新型实施例中，最下层的取样小车下方对应的下料罐5的容积等于竖炉的冷却段33的容积。在其他实施例中，最下层的取样小车下方对应的下料罐5的容积也可以大于竖炉的冷却段33的容积。
各个气路、连接通道、阀门配件需进行气密性处理，相关设备、配件需达到竖炉直接还原反应压力条件要求。外套68与外杆63之间与需进行密封处理。
另一方面，本实用新型实施例提供一种利用上述连续反应直接还原装置处理物料的方法，包括以下步骤：
(1)、设定竖炉的出气口压力控制阀压力至0.2～0.4MPa，将竖炉装满物料后，向竖炉通入高温惰性气体同时开启辅热单元，对物料进行预热，高温惰性气体可起到加热保护的作用。
(2)、竖炉内物料温度达到反应温度后向炉内通入还原气，炉内物料发生还原反应，生成还原料；同时给料机和出料机开始工作，给料机想竖炉连续进料，竖炉通过出料机连续出料，实现竖炉的连续进出料。
(3)、将还原料排出竖炉，通过出料机送入下料罐。
(4)、在还原料落入下料罐时，旋转手柄使车体沿导轨移出，部分还原料落入车体后，反向旋转手柄使车体移入，获得试样；多层取样小车由下向上，按照预定时间间隔依次取样，本实施例的预定时间间隔为1～2小时。
(5)、反应进行5～8小时后，物料全部进入竖炉，给料机停止工作，竖炉内的还原料继续下行，直至排空。
(6)、将下料罐内的还原料排出，打开取样门，取出试样。
作为本实用新型实施例优选的方案，料位低于竖炉还原气进气口时停止通入还原气，向竖炉内通入惰性气体，对还原料进行保护。
与大型竖炉相比，本实施例的连续反应直接还原装置构造简单，大型竖炉连续进料、出料过程需要在上、下部设置一至两个上料、下料缓冲罐，同时反应过程中进、出料操作前，需要采用氮气等保护气对料罐进行吹扫，以降低炉内还原气对环境以及人员的危害。本装置无需设置吹扫系统，以及相应配套的管路、阀门，降低了操作难度，设备复杂性与操作复杂性。整个取样过程都是在实验连续进行中进行，保证了取样的即时性，同时由下料罐内部取样，提高了操作人员的安全性，降低了由于误操作对人员带来的危险。
实施例
连续反应直接还原装置高2.2米，其中竖炉高1.4米，冷却段0.8米，还原段内径120mm，冷却段可装料15kg，竖炉总共装料25kg，上料罐容量设计为30kg，下料罐容量设计为75kg。竖炉采用本体外部电热加热，下部冷却段采用水冷壁间接水冷。最底层取样小车下方的下料罐5的容积存放15kg物料，取样小车共设置4层。处理物料的流程为：
(1)、设定竖炉的出气口压力控制阀压力至0.3MPa，将竖炉装满物料后，向竖炉通入高温惰性气体同时开启辅热单元，对物料进行预热。
(2)、竖炉内物料温度达到反应温度后向炉内通入还原气，炉内物料发生还原反应，生成还原料。同时给料机向竖炉进料，出料机开始出料，给料机的送料速度为5kg/h，出料机的出料速度为5kg/h。
(3)、首先冷却段的死料排出竖炉，之后还原料排出竖炉，通过出料机送入下料罐。
(4)、在还原料落入下料罐时，旋转手柄使车体沿导轨移出，部分还原料落入车体后，反向旋转手柄使车体移入，获得试样；多层取样小车由下向上，按照预定时间间隔依次取样，本实施例的预定时间间隔为2小时。
(5)、反应进行8小时后，物料全部进入竖炉，给料机停止工作，竖炉内的还原料继续下行，直至排空。
(6)料位低于竖炉还原气进气口时停止通入还原气，向竖炉内通入惰性气体，对还原料进行保护。
(7)、将下料罐内的还原料排出，打开取样门，将取样小车依次移出，取出试样。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。