一种煤基直接还原炉及还原方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属火法冶炼的技术领域，具体涉及一种煤基直接还原炉以及该煤基直接还原炉所采用的还原方法。
【背景技术】
[0002]目前国内外生产海绵铁的直接还原技术，根据还原剂种类，有气基和煤基两大类，气基主要有MIDREX(米德雷克斯法)、HYL(希尔法)等;煤基主要有回转窑法、转底炉法、外热反应罐法等。以上技术均存在各自的不足，气基还原技术需要优质的还原气资源作保障、还原过程难以控制、对原料要求高、投资大、运行费用高等缺点；煤基直接还原技术均存在原料要求高、能耗大、产量小、还原过程难以控制、作业率低、设备难以大型化等缺点，正是基于以上种种原因，目前世界范围内直接还原的推广受到限制，总产量也不大。
[0003]目前的煤基直接还原主要有转底炉、回转窑、隧道窑等，这些直接还原技术各自的具体缺点如下:
[0004](I)转底炉存在炉床一直在作圆周运动，炉床不断地处于升温、降温的循环过程，带来床体耐材易损坏、降低其寿命、床体结构件易变形、还原性气氛难以控制、产品金属化率低、能耗高、产量受到技术限制、难以大型化等缺点；
[0005](2)回转窑存在窑内易结圈、还原区温度难以控制、操作困难、能耗高、产品质量不稳定、还原效果差等缺点；
[0006](3)隧道窑的机械化装卸罐不稳定、人工装卸罐劳动强度很大、环保差、反应罐处于反复升温降温过程导致罐体寿命低、能耗高、产量低等缺点。
[0007]近几年新出现了一种煤基竖炉技术，专利号为CN200620095509.X，这是一种外燃管式煤基直接还原竖炉，特点是竖炉中含有若干个长圆形的各自独立的反应罐，该技术存在以下问题:
[0008](I)还原空间为一个个独立的反应罐，年产量受到严重制约，不能实现单条生产线30万吨以上的规模化生产；
[0009](2)反应罐的耐材要求高、寿命有限，造成投资大、成本高；
[0010](3)燃烧室为无规则空间，各个反应罐的温度场不均匀，导致能耗高和产品质量容易出现差异。
【发明内容】
[0011]本发明的发明目的在于，提供了一种煤基直接还原炉以及该煤基直接还原炉所采用的还原方法，该技术方案具有原料适应范围广、产品金属化率高、能耗低、产量大、能够实现规模化生产、投资低等显著优点。
[0012]本发明所采用的技术方案如下:
[0013]—种煤基直接还原炉，所述煤基直接还原炉包含至少两组由矩形的还原室和燃烧室组成的模块，所述还原室由上、下两部分组成，分别为预热段和还原段，所述煤基直接还原炉还包含设置于所述还原段下方用于连续或间断排料的排料装置。
[0014]优选地，所述预热段、所述还原段水平方向的截面均为矩形，宽度为300?600mm，长度为3000?12000mm，所述预热段、所述还原段垂直方向的截面同为矩形或梯形，所述预热段高度为3000?6000mm，所述还原段高度为4000?8000mm。
[0015]所述燃烧室由上、下两部分组成，分别为加热段和燃烧段。
[0016]优选地，所述燃烧段内设置有两个以上烧嘴。
[0017]优选地，所述加热段、燃烧段水平方向的截面均为矩形，宽度为100?400mm，长度为3000?12000mm，所述加热段、燃烧段垂直方向的截面同为矩形或梯形，高度分别为3000?6000mm、4000?8000mmD
[0018]采用上述煤基直接还原炉的还原方法为:
[0019]含金属原料经过造球后与还原剂混匀，混匀料在所述预热段和所述还原段中进行加热和还原，在整个加热和还原过程中混匀料为缓慢向下的连续运动或间断运动，最终在所述还原段下方冷却段冷却后经排料装置实现连续或间断排料，所述还原段产生的高温煤气参加还原反应后，上行到预热段继续加热和还原混匀料。
[0020]所述燃烧段产生的高温烟气先通过隔墙加热还原段的混匀料，再上行到加热段通过隔墙加热所述预热段的混匀料。
[0021]从所述预热段排出的煤气作为燃烧室的燃料。
[0022]从所述加热段排出的烟气用来预热所述燃烧段所需的燃料和/或助燃空气，以及用来干燥含金属球团。
[0023]优选地，所述还原段下部设置冷却段将还原后的高温混匀料冷却至50?100°C或500?900°C后连续或间断排出。
[0024]实施本发明的煤基直接还原技术，具有以下有益效果:
[0025]1.采用本发明煤基直接还原技术，可以实现高产量和规模化生产，原因在于:还原室为细长的矩形结构，单个还原室的容积大，一个还原室单元中储存的被还原的物料量大；还原室和燃烧室两个单元可以进行模块化组合，通过组合很多的还原室和燃烧室单元来实现高产量与规模化生产。
[0026]2.还原室分为预热段、还原段，可达到的效果有:被还原物料在还原前，经过了充分的预热，热量得到有效利用，还原的效率得到提高;被还原物料在还原过程中采用缓慢向下的连续运动或间断运动，以避免还原室中物料的粘结，不至于造成排料困难和中断生产。
[0027]3.还原室和燃烧室各自独立，各自的还原气氛和氧化气氛互不干涉，能够实现温度场均匀，能够得到高金属化率的产品。
[0028]4.含金属原料和还原剂粉料在还原室中处于分散、均匀分布的状态，可达到的效果有:还原剂和含金属原料充分接触，提高了还原效率;含金属原料处于疏松状态的还原剂粉料中，能充分消除还原过程中粒状原料的膨胀作用，整体物料对还原室隔墙无应力作用，延长了还原炉整体寿命。
[0029]5.燃烧室最终排出的高温烟气采用高温热交换器进行热量回收，用来预热进入燃烧室的助燃空气，提高还原炉系统热效率。
[0030]6.还原室预热段排出的还原性气体返回至燃烧室再利用，可节约能源。
[0031]7.在还原段的底部设置冷却段，采取预热段顶部装料，从冷却段底部排料，排料的温度可以控制，生产操作可靠、方便。
[0032]8.可通过调节燃烧室温度来控制还原室温度，因此，该还原技术可实现多种不同金属原料的直接还原，可处理金属原料范围广。
【附图说明】
[0033]图1为本发明煤基直接还原炉的立面示意图；
[0034]图2为本发明煤基直接还原炉的平面示意图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于为审查员及公众提供理解本
【发明内容】
更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。
[0036]实施例1
[0037]如图1所示，本发明的煤基直接还原炉包括4个还原室(I)和3个燃烧室(2)，还原室(I)与燃烧室(2)通过隔墙间隔布置，形成两还原室(I)之间共用一个燃烧室(2)的结构，所示隔墙为耐高温、防氧化、抗还原和耐磨损的耐材隔墙;还原室(I)由上、下两部分组成，分别为预热段(3)和还原段(4);燃烧室(2)上、下两部分分别为加热段和燃烧段;该煤基直接还原炉的还原室(I)顶部设置有进料口，还原段(4)下方设置有冷却段(5)与排料装置(6);燃烧室(2)下部的燃烧段内设置两个烧嘴。
[0038]该煤基直接还原炉的还原室(I)与燃烧室(2)同为长方体，还原室(I)宽度为300mm，长度为3000mm，其中，预热段⑶高度为3000mm，还原段⑷高度为4000mm;燃烧室(2)宽度为10mm，长度为3000mm，其中，加热段高度为3000mm，燃烧段高度为4000mm。
[0039]本发明煤基直接还原技术所达到的效果:还原室和燃烧室两个单元可以进行模块化组合，通过组合很多的还原室和燃烧室单元来实现高产量与规模化生产;还原室分为预热段、还原段，被还原物料在还原前，经过了充分的预热，热量得到有效利用，还原的效率得到提高;还原室和燃烧室各自独立，各自的还原气氛和氧化气氛互不干涉，能够实现温度场均匀，能够得到高金属化率的产品；在还原段的底部设置冷却段，采取预热段顶部装料，从冷却段底部排料，排料的温度可以控制，生产操作可靠、方便;在还原段的底部设置冷却段，采取预热段顶部装料，从冷却段底部排料，排料的温度可以控制，生产操作可靠、方便。
[0040]实施例2
[0041]如