专利名称：一种冷却直接还原铁块的装置及方法
技术领域：
本发明涉及铁矿石冶炼领域，具体涉及一种冷却直接还原铁块的装置及方法。
背景技术：
直接还原铁块是铁矿石或者氧化球团在炉/窑内经还原形成的低碳多孔状含铁原料，粒度在5mm 25mm，既有金属化率90% 95%的海绵铁，又有非磁性粉(煤灰、脱硫剂及矿粉)，温度950°C 1000°C，其化学成分稳定，杂质含量少，但由于温度高，容易在空气中发生氧化反应，需要进行隔绝空气的冷却，主要用作电炉炼钢的原料，是冶炼优质钢、特殊钢的纯净原料，起稀释剂作用，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。目前直接还原铁块的冷却方法有:浸水冷却，外喷淋水冷却筒冷却，内喷淋水冷却筒冷却。但这几种方法都存在缺点:浸水冷却是将直接还原铁块在水槽内浸水冷却，高温的直接还原铁块投入水中有形成爆沸的危险性，还会造成直接还原铁块粉化，降低成品率，且冷却后的直接还原铁块含水量高，需要进行二次干燥，消耗能源；内喷淋水冷却筒冷却同样易使直接还原铁块的含水量高，且没有隔绝铁块与空气的接触，会发生二次氧化；外淋水冷却筒冷却由于冷却介质水通过冷却筒壁进行热交换，换热效率比较低，需要消耗大量的冷却用水，能耗高。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种冷却直接还原铁块的装置及方法，能很好的冷却直接还原铁块，不使用水，无需二次干燥，并有效防止其二次氧化，成品率高。为了解决上述技术问题， 本发明的技术方案为:一种冷却直接还原铁的装置，包括壳体，所述壳体内设有流动床，壳体上设有与流动床的进料端连接的进料口和位于壳体下部的排料口，壳体上部设有出风口，壳体下部低于所述流动床处设有进风口。作为优选，所述壳体内，位于流动床与排料口之间还设有竖式冷却器，所述竖式冷却器下部设置与进风口相通的布风装置。作为优选，所述流动床的出料端还设有中间排料口。作为优选，所述流动床至少设置I层，倾斜设置。作为优选，所述流动床为2层，第二层流动床位于第一层流动床下方，所述第一层流动床的出料端与所述第二层流动床的进料端相通，所述中间排料口设置在第二层流动床的出料端。作为优选，每层流动床的倾角为30° 50°。作为优选，所述第二层流化床的下部壳体上设有旁路风管出风口，所述旁路风管出风口处装有调节阀。作为优选，所述壳体上第一层流化床与第二层流化床之间处设有旁路风管进风口，所述旁路风管出风口与旁路风管进风口通过管道连通。
作为优选，所述第二层流动床的出料端与所述竖式冷却器之间连有布料装置。作为优选，所述出风口依次连接有除尘器和换热器，所述换热器的出气口通过循环风机与所述进风口连接。一种冷却直接还原铁的方法，包括:使直接还原铁在流动床上滚动，同时由流动床底部向上鼓入惰性气体，穿过流动床的惰性气体将直接还原铁中的非磁性粉清除并冷却。作为优选，直接还原铁由流动床流出后再进入竖式冷却装置，由竖式冷却器底部向上鼓入惰性气体将直接还原铁冷却至55°C时排料。作为优选，直接还原铁在流动床上温度降至680°C 750°C时排料。作为优选，所述流动床至少设置I层，倾斜设置。作为优选，当风量会使流动床上的直接还原铁低于680°C 750°C时，将其余层流动床的多余风量用于第一层流动床清除非磁性粉。作为优选，热交换后的惰性气体经过除尘和换热后重新用于冷却直接还原铁。采用本发明提供的装置及方法冷却直接还原铁块，使用惰性气体通过流动床进行冷却，冷却速度快，冷却后的直接还原铁块不含水，无需二次干燥，能防止二次氧化，成品率闻。在一种优选的实施方式中，流化动床下部还设有竖式冷却器，直接还原铁经冷却后可以根据需要获得直接还原 铁热压块或海绵铁两种形式的产品。在另一种优选的实施方式中，热交换后的惰性气体除去粉尘，再进行换热，能回收直接还原铁块的余热，节约能源，降温后的惰性气体重新返回冷却装置可循环利用。
图1为本发明一种具体实施方式
所提供的直接还原铁块的冷却装置示意图。附图中各个标记的说明:1-壳体；111-进料口 ；112_进料调节阀；113-第二排料装置；114-第一排料装置；115-第一排料口 ；116_第二排料口 ；121_进风口 ；122-出风口 ；123_旁路风管出风口 ；124-旁路风管进风口 ；21_第一层流动床；211-溢流阀；22_第二层流动床；23_布料装置；3-竖式冷却器；4_除尘器；5_换热器；6_循环风机；61_布风装置；62_循环风管。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。本发明采用流动床对直接还原铁进行冷却，冷却装置请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式
所提供的直接还原铁块的冷却装置示意图。该冷却装置包括壳体1，壳体断面的形状可以为圆形、正方形或矩形，壳体I内设有流动床，当气体自下而上地穿过固体颗粒随机填充状态的料层时，且气流速度达到或超过颗粒的临界流化速度时，料层中的直接还原铁因比重较大，随料层沿流动床滚动至出料端，非磁性粉因比重轻，会被气流夹带出料层。
壳体I上设有与流动床的进料端连接的进料口 111，例如可设于壳体I的顶部，可使用下料装置辅助进料，进料口 111处还可设置进料调节阀112，以控制料流量。壳体I下部还设有排料口，可设于壳体I的底部，物料由上而下滚落。同时，壳体I上部设有出风口122，下部低于流动床处设有进风口 121，冷却用惰性气体由下向上逆流通过流动床。位于流动床与排料口之间还可设有竖式冷却器3，主要依靠竖式冷却器3完成物料的冷却，流动床主要用于脱除物料中的非磁性粉。流动床至少设置I层，倾斜设置，物料可以沿流动床自动滚落，惰性气体除去非磁性粉的同时，也会对直接还原铁进行降温，本发明优选设置2层流动床，即第一层流动床21和位于其下方的第二层流动床22，第一层流动床21的出料端与第二层流动床22的进料端相通，壳体上位于第二层流动床22的出料端处还可设置中间排料口 115，中间排料口 115还连接中间排料装置114。第一层流动床21与第二层流动床相连处可设置溢流阀211，防止物料溢流。每层流动床的倾角优选为35° 50°，直接还原铁能够以适当的速度在流动床上滚动，可获得较好的脱除物料中非磁性粉的效果，同时也具有一定的冷却效果。第一层流动床21的主要作用是使物料在热风作用下，吹去夹杂在其中的非磁性粉，亦即除尘，同时物料温度也会降低，然后物料继续通过第二层流动床22进一步冷却。经过试验可知，当950°C 1000°C的直接还原铁通过第一层流动床21分离非磁性粉，第二层流动床22降温后，温度能够控制到700°C左右，物料可以进行热压块处理，制备成直接还原铁热压块。直接还原铁热压块是直接还原铁的致密形态，是更适于运输和销售的商品原料，它作为原料可用于电炉，也可用于高炉、转炉等。直接还原铁再继续经过竖式冷却器3能够冷却至55°C，竖式冷却器3的下部设置与进风口 121相通的布风装置61，壳体I底部设有与竖式冷却器3的出料口相连的排料口116，排料口 116还连接排料装置1 13。经过竖式冷却器3后，最终物料可冷却到55°C，为海绵铁的形式排出。海绵铁内部有大量气孔在显微镜下观察形似海绵，含碳低< 1%，并保存了矿石中的脉石，可代替废钢作为电炉炼钢的原料。因此在冷却过程中直接还原铁块可以形成直接还原铁热压块和海绵铁两种形式的产品。为通过调节风量控制物料的冷却温度，本发明在第二层流化床22的下部壳体上设置旁路风管出风口 123，在旁路风管出风口 123处还装有调节阀，当风量过大，使得流动床的出料温度不能达到热压块处理所需的温度，则可打开调节阀通过旁路风管出风口 123将过量的惰性气体弓I出，减少风量。优选还在壳体I上第一层流化床21与第二层流化床22之间处设有旁路风管进风口 124，旁路风管出风口 123与旁路风管进风口 124通过管道连通，由旁路风管出风口 123流出的过量惰性气体可通过旁路风管进风口 124引入壳体I内第一层流化床21与第二层流化床22之间用于对进入壳体I的新一批物料除尘，对惰性气体进行充分利用。为便于物料在竖式冷却器3上布料，本发明在第二层流动床22的出料端连接布料装置23，将物料导向竖式冷却器3，第二层流动床22与布料装置23的相连处也设置溢流阀211。通过两层流化床和竖式冷却器3的设置，本发明可根据需要获得不同的直接还原铁广品。经过热交换后的惰性气体带有大量的热量，为回收余热并循环利用，本发明优选还在出风口 122处依次连接除尘器4如旋风除尘装置和换热器5，使得惰性气体除尘后回收热量，如可将余热通过余热锅炉生产蒸汽，且换热器5的出气口通过循环风管62连接循环风机6与壳体I上的进风口 121相连，使降温后的惰性气体重新用于直接还原铁块的冷却。本发明提供的直接还原铁的冷却方法为:使直接还原铁在流动床上滚动，同时由流动床底部向上鼓入惰性气体，穿过流动床的惰性气体将直接还原铁中的非磁性粉清除并将直接还原铁冷却至680°C 750°C，通过调节风量控制冷却温度。为了能够得到两种形式的直接还原铁产品，可继续将冷却至680°C 750°C的直接还原铁冷却至55 °C使用本发明优选装置进行冷却的过程为:将直接还原铁块由进料口 111送入第一层流动床21上向下滚动，可调节控制阀112，控制适当的料流量，通过控制料流量来调节物料流速，以达到需要的冷却温度，同时使用循环风机6将惰性气体通过进风口由竖式冷却器3底部向上鼓入，惰性气体依次穿过竖式冷却器3、第二层流动床22和第一层流动床21，同时直接还原铁由上向下依次沿第一层流动床21和第二层流动床22滚落，再通过布料装置23分布到竖式冷却器3上。直接还原铁与惰性气体相向而行，使得二者之间发生逆流换热，使直接还原铁很好的被冷却，并通过惰性气体的吹扫，非磁性粉由直接还原铁中分离。其中物料通过流动床时温度可由950°C 1000°C降至700°C左右，由于非磁性粉尘已被分离，此时可打开中间排料口 115排出物料，进行热压块处理。而目前的冷却技术，由于不能在冷却过程中同时分离非磁性粉尘，因此压块工艺只能在磁选后进行。物料继续通过竖式冷却器3后可以冷却到55°C，成为海绵铁的形式排出。由于惰性气体的流速对冷却效果有影响，通过调节风量可控制第二层流动床22的出料温度。当风量过大，使得流动床的出料温度不能达到热压块处理所需的温度，则打开调节阀通过旁路风管出风口 123将过量的惰性气体引出，减少风量，阻止温度的过度下降。流出的过量惰性气体可通过旁路风管进风口 124引入第一层流化床21与第二层流化床22之间用于物料除尘，使之充分利用。惰性气体通过第一层流动床21后由出风口 122排出，还可再进行除尘，然后经换热器降温，再重新用于直接还原铁块的冷却，收集的余热可用于锅炉，节约能源，惰性气体也能得到循环利用。以上对本发明所提供的一种冷却直接还原铁块的装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种冷却直接还原铁的装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设有流动床，壳体上设有与流动床的进料端连接的进料口和位于壳体下部的排料口，壳体上部设有出风口，壳体下部低于所述流动床处设有进风口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体内，位于流动床与排料口之间还设有竖式冷却器，所述竖式冷却器下部设置与进风口相通的布风装置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述流动床的出料端还设有中间排料口。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流动床至少设置I层，倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述流动床为2层，第二层流动床位于第一层流动床下方，所述第一层流动床的出料端与所述第二层流动床的进料端相通，所述中间排料口设置在第二层流动床的出料端。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，每层流动床的倾角为30° 50°。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二层流化床的下部壳体上设有旁路风管出风口，所述旁路风管出风口处装有调节阀。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述壳体上第一层流化床与第二层流化床之间处设有旁路风管进风口，所述旁路风管出风口与旁路风管进风口通过管道连通。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二层流动床的出料端与所述竖式冷却器之间连有布料装置。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述出风口依次连接有除尘器和换热器，所述换热器的出气口通过循环风机与所述进风口连接。
11.一种冷却直接还原铁的方法，其特征在于，包括: 使直接还原铁在流动床上滚动，同时由流动床底部向上鼓入惰性气体，穿过流动床的惰性气体将直接还原铁中的非磁性粉清除并冷却。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，直接还原铁由流动床流出后再进入竖式冷却装置，由竖式冷却器底部向上鼓入惰性气体将直接还原铁冷却至55°C时排料。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，直接还原铁在流动床上温度降至680°C 750°C时排料。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述流动床至少设置I层，倾斜设置。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当风量会使流动床上的直接还原铁低于680°C 750°C时，将其余层流动床的多余风量用于第一层流动床清除非磁性粉。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，热交换后的惰性气体经过除尘和换热后重新用于冷却直接还原铁。
全文摘要
本发明提供了一种冷却直接还原铁块的装置，包括壳体，所述壳体内设有流动床，壳体上设有与流动床的进料端连接的进料口和与流动床出料端连接的出料口，壳体上部设有出风口，壳体下部低于所述流动床处设有进风口。采用本发明提供的装置及方法冷却直接还原铁块，使用惰性气体通过流动床进行冷却，冷却速度快，冷却后的直接还原铁块不含水，无需二次干燥，能防止二次氧化，成品率高。
文档编号C22B1/26GK103088213SQ201110346488
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者王赛辉, 宁德乙, 宋新义, 李文辉, 林恩玉 申请人:中冶长天国际工程有限责任公司