用于提高组合重整/还原竖式炉中炉料均匀性的装置和方法
【专利说明】用于提高组合重整/还原竖式炉中炉料均匀性的装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请/专利要求2012年10月I日提交的题目为“用于提高组合重整/还原竖式炉中炉料均匀性的装置和方法”的美国临时专利申请号61/708，368的优先权的权益，其内容通过引用全部结合在本文中。
发明领域
[0003]本发明总体上涉及用于铁的直接还原的系统，如使用Midrex或HYL工艺等的那些。更具体地，本发明涉及用于提高组合重整/还原竖式炉中炉料均匀性的装置和方法，如在竖式炉中铁的直接还原前在没有或最小的还原气体的外部重整的情况下使用的装置和方法。
[0004]发明背景
[0005]通常，在用于铁的直接还原的竖式炉中使用的还原气体首先在竖式炉的外部(例如在重整器中)进行重整。然而，更近些时候，已经使用了零重整器、没有重整器、或无重整器的过程的趋势，这消除或本质上减少了对外部重整的需要，替代地选择了与直接还原过程结合在竖式炉本身中重整。然而，一些量的外部重整可以在竖式炉外部进行，但是这种外部重整通常是最小的并且仅用于补充对重整气体的需求。
[0006]关于这种方法的一个固有问题是在以下方面效率低:在利用外部重整构建时在竖式炉或反应器内构建均匀的炉料均匀性，从而使重整最大化并且均匀地进行直接还原。例如，通常在竖式炉中，炉料的重力提供的向下流动比其沿着侧面更快地通过竖式炉的中心。这造成了不希望的并且不一致的重整和直接还原梯度。这种问题随着竖式炉直径增加而复杂化。
[0007]在常规的直接还原系统中，使用外部重整器、独特的氧化铁进料至竖式炉顶部、多个旋转混合杆等、和/或固定流动辅助件用于竖式炉中，以消除不希望的直接还原梯度，使炉料凝集最小化等，即促进合乎需要的物理和化学特性。然而，迄今为止，此类机制还未用于重整和/或直接还原区中的零重整器、没有重整器、无重整器、或最小重整器的过程。这些机制是本发明的主题。
[0008]发明概述
[0009]在多个示例性实施方案中，本发明提供用于生产直接还原铁的组合重整/还原竖式炉，其使用一个或多个炉料均匀性提高器，如一个或多个旋转/往复式混合杆、一个或多个固定流动辅助件、一个或多个壁结构/变体、一个或多个搅拌器等，用于确保:横跨所述竖式炉中的所述炉料的宽度和遍及所述炉料的深度，所述竖式炉中的重整和还原均匀地进行。除了其他应用，本发明在高压(即大于5atm)直接还原过程中发现了最广泛的适用性。
[0010]在一个示例性实施方案中，本发明提供一种用于生产直接还原铁的组合高压重整/还原竖式炉，所述竖式炉包括:设置在所述竖式炉的内部中的一个或多个炉料均匀性提高装置；其中所述一个或多个炉料均匀性提高装置设置在所述竖式炉的内部的重整区和还原区中的一个或多个内，并且其中所述一个或多个炉料均匀性提高装置可操作用于搅动所述炉料，以使重整和还原中的一个或多个在整个所述炉料中均匀地进行。所述一个或多个炉料均匀性提高装置包括一个或多个旋转/往复式混合杆、一个或多个固定流动辅助件、一个或多个壁结构、或一个或多个搅拌器。所述一个或多个旋转/往复式混合杆包括多个当旋转时将所述炉料混合的突出结构。任选地，所述一个或多个旋转/往复式混合杆横跨所述竖式炉的宽度。所述一个或多个固定流动辅助件阻塞所述炉料的中心部经由所述竖式炉的流动，从而将其减慢。所述一个或多个炉料均匀性提高装置确保:横跨所述竖式炉中的所述炉料的宽度和遍及所述炉料的深度，所述竖式炉中的重整和还原均匀地进行。
[0011]在另一示例性实施方案中，本发明提供一种用于提供用于生产直接还原铁的组合高压重整/还原竖式炉的方法，所述方法包括:提供设置在所述竖式炉内部的一个或多个炉料均匀性提高装置；其中所述一个或多个炉料均匀性提高装置设置在所述竖式炉的内部的重整区和还原区中的一个或多个内，并且其中所述一个或多个炉料均匀性提高装置可操作用于搅动所述炉料，以使重整和还原中的一个或多个在整个所述炉料中均匀地进行。所述一个或多个炉料均匀性提高装置包括一个或多个旋转/往复式混合杆、一个或多个固定流动辅助件、一个或多个壁结构、或一个或多个搅拌器。所述一个或多个旋转/往复式混合杆包括多个当旋转时将所述炉料混合的突出结构。任选地，所述一个或多个旋转/往复式混合杆横跨所述竖式炉的宽度。所述一个或多个固定流动辅助件阻塞所述炉料的中心部经由所述竖式炉的流动，从而将其减慢。所述一个或多个炉料均匀性提高装置确保:横跨所述竖式炉中的所述炉料的宽度和遍及所述炉料的深度，所述竖式炉中的重整和还原均匀地进行。
[0012]附图简述
[0013]在本文中，通过参照多个【附图说明】并且描述了本发明，其中，根据需要，相似的附图标记用于指代相似的系统部件/方法步骤，并且其中:
[0014]图1是说明本发明的包括一个或多个炉料均匀性提高器的组合重整/还原竖式炉的一个示例性实施方案的示意图。
[0015]发明详述
[0016]再一次，在多个示例性实施方案中，本发明提供用于生产直接还原铁的组合重整/还原竖式炉，其使用一个或多个炉料均匀性提高器，如一个或多个旋转/往复式混合杆、一个或多个固定流动辅助件、一个或多个壁结构/变体、一个或多个搅拌器等，用于确保:横跨所述竖式炉中的所述炉料的宽度和遍及所述炉料的深度，所述竖式炉中的重整和还原均勾地进行。
[0017]现在具体参照图1，在一个示例性实施方案中，本发明的竖式炉10包括选择性地引入待直接还原的铁矿石粒料或团块的多个粒料或团块入口管12，以及选择性地引入待重整并且直接还原铁矿石粒料的促动气体(bustle gas)的一个或多个促动气体入口管14。此类结构对于本领域普通技术人员来说是公知的。所使用的还原气体可以来源于天然气、焦炉气、合成气等。铁矿石粒料或团块在竖式炉10中形成床或炉料16。如以上提及的，在没有本发明的教导的情况下，炉料16的向下流动可以比其沿着侧面更快地通过竖式炉10的中心，例如，产生了还原气体和直接还原铁的物理和化学特性大的差异。
[0018]优选地，为了解决这种问题，竖式炉10包括一个或多个旋转/往复式混合杆18。这些混合杆18可以包括，例如，横跨竖式炉10的全部或一部分的杆并且包括多个突出结构、凸轮等，其全部被设计为搅动炉料16。例如，竖式炉10还可以包括一个或多个支持、转向、并控制炉料16的一部分的固定流动辅助件20，从而使在其中心的流动减慢，并且作为结果，例如，在其边缘的相对流动加速。这些固定流动辅助件20可以位于整个竖式炉10中，或者集中在竖式炉10的特定部分中。基本上，固定流动辅助件20包括一个或多个任何所需几何形状的流动中断结构。竖式炉10还可以包括一个或多个促进炉料16的均匀性的壁结构(未示出)。例如，可以使用加速壁附近炉料的流动的壁几何形状，尤其是当与固定流动辅助件20 —起使用时。竖式炉10还可以包括一个或多个通过将其搅拌并且引起搅动来促进炉料16的均匀性的搅拌器(未示出)。
[0019]通常，本发明的炉料均匀性装置确保:横跨竖式炉10中的炉料的16宽度和遍及炉料16的深度，竖式炉中的重整和还原均匀地进行。这在竖式炉10的重整和直接还原区中尤其重要，这些区包括竖式炉10的上部、竖式炉10的下部、以及设置在其之间的过渡区。
[0020]应该指出的是，多个参考文献已经发表了流动辅助件和多个壁构造(参见例如US6，200, 363和US 4，886，097)，但是从未在高压、最小外部重整、直接还原系统的特定背景中，这种特定的背景带来了不同的考虑。如对于常规的直接还原系统已经指出的，实现来自料仓、加料斗、贮仓、以及其他贮藏或容纳容器的令人满意的流动的问题已经是多个研宄的主题。通常，当待处理的粒子的体积大时，依赖重力使粒子从储存物中流出。尽管已经以不同