一种用于竖炉冷却段的冷却气系统的制作方法

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种直接还原含铁矿物生产海绵铁的气基竖炉下部冷却段冷却气进气及收气管路系统设计。

技术背景

当前，气基竖炉工艺占世界直接还原炼铁产量的一半以上，是最成熟的海绵铁生产工艺。2015年，全世界直接还原铁产量为7257万吨，其中，气基竖炉法生产直接还原铁约占80%。气基竖炉直接还原炼铁是最重要的非高炉炼铁方法，其产品为直接还原铁（又称海绵铁），主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂。

现有的气基竖炉工艺较多都采用冷却气从竖炉底部进入换热后从冷却段上部被收集排出，经过处理后再次返回竖炉内使用。现有的气基竖炉，大多竖炉内部自上至下通常分为三个部分，即预热段、还原段、冷却段三个部分，该竖炉的具体操作方式为：氧化铁矿物通过预热段预热后在还原段得到充分还原产生热态产品，继续向下进入竖炉下部的冷却段，被来自底部的冷却气冷却，以达到出炉时海绵铁温度要求；冷却段冷却气的入炉及收集方式会影响海绵铁冷却效果同时影响还原段的反应过程以及相应配套设备的使用；同时，还原气从竖炉中部通入炉内，矿石原料从竖炉顶部加入，气固两相流动方向相反以充分进行热量交换；其中，使用co及h2作为还原气原料，在竖炉内部还原含氧化铁矿物得到产品。由此可见，在整个竖炉的使用过程中，竖炉冷却段冷却气进气、收气管路设计是保证直接还原铁冷却效果的重要部件，同时其管路设计安装方式对还原段的铁矿石还原反应也有一定的影响。但是，目前大型实验竖炉及工业竖炉进气与收气系统都存在一些问题：（1）现有进气系统采用单口进入或者直管进入，冷却气进入竖炉后分布不均匀，同一水平面各区域冷却效果不同，冷却气换热效果不理想，并且利用率低，而竖炉冷却段海绵铁存在局部温度偏高的情况；（2）冷却气在冷却段与海绵铁换热后继续上行，由于收气管路系统设计简单或者布置不合理，导致收气效果不佳，部分冷却气没能有效收集而继续上升进入竖炉还原段，影响了铁矿石还原反应效果；若采用多排直管收气效果有所改善，但又会存在管路使用材料多，阻碍料炉顺利下行的情况。简而言之，目前大型实验竖炉及工业竖炉进气与收气系统都存在一定程度布置不合理，采用单一进气口、收气口或者单一直管及多排直管作为进气管、收气管，设计简单，存在冷却气循环效果不佳，冷却气利用率低等问题。因此，如何设计出一种布置合理、冷却气循环效果好、冷却气利用率高的用于竖炉冷却段的冷却气进气与收气系统，成为目前亟需解决的难题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述难题，本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，该冷却气系统采用环管均匀布置多个进气口及多个收气口，同时收气口焊接有收气罩，保证了竖炉冷却段冷却气进气均匀性，并且冷却气回收实现更加高效，从而减少了冷却气未被有效回收而上升到竖炉还原段对还原反应带来的不利影响；该冷却气系统采用冷却气环管收气罩直接焊接在收气口上，在保证增大有效收气面积的同时对炉料的下行影响很小，对海绵铁不会产生明显的滞留作用，可以确保冷却过程的海绵铁顺利下行，并且，进、收气管路及收气罩制作简单，便于实现；该冷却气系统通过炉底料温监控及进气转换系统，在保证海绵铁产品降温的前提下，实现渗碳气的控制加入，有效改善了产品海绵铁中的含碳量，提高了产品质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，其特征在于，包括：冷却气进气管路、冷却气收气管路、降温除尘装置、提压装置、进气切换阀组、渗碳气装置和炉底料温测量装置，其中：所述冷却气进气管路水平设置于竖炉冷却段的下部，其包括进气环管和多个进气口，所述进气环管的底部分布有所述多个进气口，所述进气环管与所述竖炉的冷却气入炉口连接；所述冷却气收气管路水平设置于竖炉冷却段的上部，其包括收气环管、多个收气口和多个收气罩，所述收气环管与所述竖炉的冷却气出炉口相连通，所述收气环管的底部设置有所述多个收气口，每个所述收气口的上端与所述收气环管相连通，所述收气口的下端开口且固定有锥形的所述收气罩；所述降温除尘装置与所述出炉口连接，用于将所述冷却气收气管路排出的气体进行降温除尘处理；所述提压装置与所述降温除尘装置连接，用于将所述降温除尘装置排出的气体进行提压处理；所述进气切换阀组的入气口分别与所述提压装置的出气口和所述渗碳气装置的出气口连接，所述进气切换阀组的出气口与所述入炉口连接，用于根据冷却段排出物料的温度来控制冷却气和渗碳气切换输送到所述冷却气进气管路中，控制渗碳气的加入；所述炉底料温测量装置设置在所述冷却气进气管路的下方，用于实时监测经过冷却段冷却处理后的物料温度。

根据本发明的具体实施例，所述多个收气罩的侧面切线与水平面的夹角为45°-60°。

根据本发明的具体实施例，所述多个进气口与所述多个收气口及所述多个收气罩的数量相同，均为6-12个。

根据本发明的具体实施例，所述冷却气进气管路位于出料阀上方，所述多个进气口的开口向下；所述冷却气收气管路低于竖炉的还原气入口，所述多个收气口的开口向下。

根据本发明的具体实施例，通入所述进气环管的冷却气为与含铁矿物不发生化学反应的惰性气体，所述渗碳气装置产生的渗碳气是二氧化碳、一氧化碳和甲烷气体的混合气或者是还含有部分氮气或氢气的混合气。

根据本发明的具体实施例，还包括进气控制系统，所述进气控制系统分别与所述进气切换阀组和所述炉底料温测量装置连接，根据所述炉底料温测量装置监测的炉内物料温度，自动控制所述进气切换阀组对冷却气和渗碳气进行切换气源。

根据本发明的具体实施例，所述炉底料温测量装置为单点或多点热电偶测温，将温度值反馈到所述进气控制系统。

根据本发明的具体实施例，所述竖炉的内腔沿竖直方向自上而下依次为预热段、还原段和冷却段，所述竖炉的还原气入口设置在所述竖炉还原段的侧壁上，所述竖炉的出料阀设置在所述竖炉的底壁上。

同时，本发明还提供了一种利用上述的冷却气系统进行冷却气处理的方法，包括以下步骤：

（1）竖炉上部装入固体含铁矿物块矿或球团矿作为原料，在竖炉内由上向下运动，经竖炉还原段被还原气充分还原后，得到海绵铁，继续下行至冷却段；

（2）所述海绵铁继续下行至竖炉冷却段，经还原后的原料被冷却气进气管路通入的冷却气进行冷却处理，得到冷却的海绵铁，经由竖炉的出料阀排出；

（3）所述冷却气上行，经由多个收气罩收集后进入冷却气收气管路，经由出炉口排出竖炉，依次通过所述降温除尘装置进行降温除尘处理、进入到所述提压装置进行提压处理，再次经由进气切换阀组、所述冷却气进气管路通入到竖炉冷却段的底部，对竖炉冷却段的物料进行冷却处理。

根据本发明的具体实施例，在步骤（2）中，在冷却气持续工作过程中，炉底料温测量装置监测竖炉炉料经冷却处理后的温度，并将温度值反馈到所述进气控制系统，当温度值达到90℃时，进气控制系统停止所述进气切换阀组的冷却气进气，切换为渗碳气进气，同时停止所述提压装置工作，从而使得所述冷却气进气管路中只通入渗碳气，渗碳气不经由所述冷却气收气管路外排，而是直接上升到竖炉还原段参与原料的还原反应，对竖炉底部的海绵铁起到渗碳作用，改善海绵铁中的含碳量；当温度值高于设定值时，进气控制系统停止渗碳气进气，切换为所述进气切换阀组的冷却气进气，同时开启所述提压装置工作，使海绵铁排出竖炉时被冷却到100-140℃，从而实现冷却气对竖炉底部的海绵铁进行冷却处理，防止海绵铁出炉后被再次氧化。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，该冷却气系统采用环管均匀布置多个进气口及多个收气口，同时收气口焊接有收气罩，保证了竖炉冷却段冷却气进气均匀性，并且，冷却气回收实现更加高效，从而减少了冷却气未被有效回收而上升到竖炉还原段对还原反应带来的不利影响。

（2）本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，该冷却气系统采用冷却气环管收气罩直接焊接在收气口上，在保证增大有效收气面积的同时对炉料的下行影响很小，对海绵铁不会产生明显的滞留作用，由此，可以确保冷却过程的海绵铁顺利下行，而且，进、收气管路及收气罩制作简单，便于实现。

（3）本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，该冷却气系统通过炉底料温监控及进气转换系统，在保证海绵铁产品降温的前提下，实现渗碳气的控制加入，有效改善了产品海绵铁中的含碳量，提高了产品质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的收气罩示意图。

图3为本发明的收气管剖面示意图。

其中，1、含铁矿物入口，2、炉顶气出口，3、还原气入口，4、收气环管，5、收气口，6、冷却气出炉口，7、收气罩，8、进气口，9、进气环管，10、冷却气入炉口，11、降温除尘装置，12、提压装置，13、出料阀，14、炉底料温测量装置，15、进气控制系统，16、进气切换阀组，17、预热段，18、还原段，19、冷却段。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，包括：冷却气进气管路、冷却气收气管路、降温除尘装置11、提压装置12、进气切换阀组16、渗碳气装置和炉底料温测量装置14，其中：所述冷却气进气管路水平设置于竖炉冷却段的下部，包括进气环管9和多个进气口8，所述进气环管的底部分布有所述多个进气口，所述进气环管与所述竖炉的冷却气入炉口10连接；所述冷却气收气管路水平设置于竖炉冷却段的上部，包括收气环管4、多个收气口5和多个收气罩7，所述收气环管与所述竖炉的冷却气出炉口6相连通，所述收气环管的底部设置有所述多个收气口，每个所述收气口的上端与所述收气环管相连通，所述收气口的下端开口且收气口外端固定有锥形的所述收气罩；所述降温除尘装置与所述出炉口连接；所述提压装置与所述降温除尘装置连接；所述进气切换阀组的入气口分别与所述提压装置的出气口和所述渗碳气装置的出气口连接，所述进气切换阀组的出气口与所述入炉口连接；所述炉底料温测量装置设置在所述冷却气进气管路的下方。

发明人发现，本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，该冷却气系统利用合理的冷却气进气管路及收气管路系统设计，改善竖炉冷却段冷却气进气分布及换热后冷却气收集效果，均衡炉内各部位温度、减小炉内同水平面局部温度过高的情况，优化竖炉冷却段海绵铁冷却效果；另外，该冷却气系统通过冷却气收气口、收气罩设计保证气体回收更加高效，减小冷却气未被有效收集上升到竖炉还原段的比例，更好的保证竖炉还原段主反应的进行；同时，本发明采用的进气管路及收气管路系统设计不影响炉料的顺利下行，进气管通过多口进气的设计保证了进气的均布，而且，收气口上直接焊接收气罩，在增强收气效果的同时不会对海绵铁产物顺行产生明显阻碍，同时，管路制造简单，便于实现；此外，该冷却气系统采用设置炉底出料温度监测系统的方式，通过程序自动控制，切换冷却气系统气源，在保证冷却效果的前提下，实现渗碳作用，对海绵铁产品的成分进行优化，有效提高产品质量。

本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，包括冷却气进气管路，用于将冷却气输送到所述竖炉的冷却段中。进一步的，所述冷却气进气管路水平设置于竖炉冷却段的下部，所述冷却气进气管路位于出料阀13上方，用于将冷却气输送到所述竖炉的冷却段下段、并置于出料阀的上方，以保证冷却气对所述竖炉中的物料进行充分地、彻底地冷却处理。

根据本发明的具体实施例，所述冷却气进气管路包括进气环管9和多个进气口8；其中，所述进气环管与所述竖炉的冷却气入炉口10连接，用于将冷却气经由所述竖炉的冷却气入炉口输送到所述进气环管中；所述多个进气口分布在所述进气环管的底部，用于将所述进气环管中的冷却气经由所述多个进气口处排放到所述竖炉的冷却段中。进一步的，所述多个进气口位于所述竖炉冷却段的下部，并且处于出料阀13上方，用于将冷却气输送到所述竖炉的冷却段下段、并置于出料阀的上方，以保证冷却气对所述竖炉中的物料进行充分地、彻底地冷却处理。优选的，所述多个进气口的开口向下，在保证冷却气经由所述多个进气口排出进入所述竖炉的冷却段的前提下，避免所述竖炉中的物料进入所述多个进气口中造成所述冷却气进气管路的堵塞，并且不影响物料的顺利下行，同时，进气管路采用多个进气口的设置方式保证了进气的均布。根据本发明的具体实施例，通入所述进气环管的冷却气为与含铁矿物不发生化学反应的惰性气体，所述渗碳气装置产生的渗碳气是二氧化碳、一氧化碳和甲烷气体的混合气或者是还含有部分氮气或氢气的混合气。

根据本发明的具体实施例，所述多个进气口的数量和分布方式不受具体限制，只要能够保证冷却气均匀分布到所述竖炉的冷却段中即可。所述多个进气口的数量与所述多个收气口及所述多个收气罩的数量相同；所述多个进气口均匀分布在所述进气环管的底部；所述进气环管为360°的圆形环管。优选的，所述多个进气口的数量为6-12个；所述多个进气口的每两个进气口的间距为60°-30°，即，由于环管圆周360°，所以依据进气口数量，两个进气口在进气环管圆周上的间距为60°-30°；因此，本发明通过依据进气环管的外径来布置合适的进气口数量，保证冷却气体的均匀进入；并且，管路制造简单，便于实现。

本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，包括冷却气收气管路，用于将所述竖炉的冷却段中进行冷却处理后的、被物料加热的冷却气排出所述竖炉。根据本发明的具体实施例，所述冷却气收气管路水平设置于竖炉冷却段的顶部，低于竖炉的还原气入口3，用于吸收所述竖炉的冷却段中进行冷却处理后的、被物料加热的冷却气，并将其排出所述竖炉。进一步的，所述冷却气收气管路包括收气环管4、多个收气口5和多个收气罩7，所述收气环管与所述竖炉的冷却气出炉口6相连通，所述收气环管的底部设置有所述多个收气口，每个所述收气口的上端与所述收气环管相连通，所述收气口的下端开口且收气口外端固定有锥形的所述收气罩。

根据本发明的具体实施例，所述冷却气收气管路包括收气环管、多个收气口和多个收气罩，其中，所述收气环管与所述竖炉的冷却气出炉口相连通，用于将所述收气环管的冷却气经由所述竖炉的冷却气出炉口排出所述竖炉；所述收气环管的底部设置有所述多个收气口，用于将所述竖炉的冷却段中进行冷却处理后的、被物料加热的冷却气经由收气口回收到所述收气环管中。进一步的，所述多个收气口的开口向下，每个所述收气口的上端与所述收气环管相连通，所述收气口的下端开口且收气口外端固定有锥形的所述收气罩；并且，该冷却气系统的所述多个收气口位于所述多个进气口的上方，安装时可以有一定的位置偏差；由此，本发明采用环管均匀布置多个进气口及多个收气口，同时收气口固定有收气罩，保证了竖炉冷却段冷却气进气均匀性，并且冷却气回收实现更加高效，这样减少了冷却气未被有效回收而上升到竖炉还原段对还原反应带来的不利影响。优选的，所述收气口的下端开口且收气口外端采用焊接的方式固定着所述收气罩；由此，本发明通过将冷却气环管收气罩直接焊接在收气口上，在保证增大有效收气面积的同时对炉料的下行影响很小，对海绵铁不会产生明显的滞留作用，可以确保冷却过程的海绵铁顺利下行；而且，收气管路及收气罩制作简单，便于实现。

根据本发明的具体实施例，所述多个收气口的数量和分布方式不受具体限制，只要能够保证所述竖炉的冷却段中完成冷却处理后的冷却气进行均匀回收即可。所述多个收气口及所述多个收气罩的数量与所述多个进气口的数量相同；所述多个收气口均匀分布在所述收气环管的底部；所述收气环管为360°的圆形环管。优选的，所述多个收气口及所述多个收气罩的数量均为6-12个；每两个收气口的间距b为60°-30°，每两个收气罩的间距为60°-30°，即，由于环管圆周360°，所以依据收气口的数量，两个收气口在收气环管圆周上的间距b为60°-30°；因此，本发明通过依据收气环管的外径来布置合适的收气口数量，保证冷却气体的均匀回收；并且，管路制造简单，便于实现。优选的，所述多个收气罩的侧面切线与水平面的夹角a为45°-60°；由此，收气罩具有一定的角度，保证了相对大的收气面积，以实现良好的收气效果，同时，收气罩的角度不会过大，可以保证竖炉上方的海绵铁落在收气罩外面时，依靠自身重力向下移动，从而不会影响炉内料的顺利下行。

本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，包括降温除尘装置11、提压装置12、进气切换阀组16、渗碳气装置和炉底料温测量装置14。根据本发明的具体实施例，所述降温除尘装置与所述出炉口连接，用于将所述冷却气收气管路排出的气体进行降温除尘处理；所述提压装置与所述降温除尘装置连接，用于将所述降温除尘装置排出的气体进行提压处理；所述进气切换阀组的入气口分别与所述提压装置的出气口和所述渗碳气装置的出气口连接，所述进气切换阀组的出气口与所述入炉口连接，用于根据冷却段排出物料的温度来控制冷却气和渗碳气切换输送到所述冷却气进气管路中，使得在保证物料降温的前提下，实现渗碳气的控制加入，改善排出物料中的含碳量；所述炉底料温测量装置设置在所述冷却气进气管路的下方，用于实时监测经过冷却段冷却处理后的物料温度。由此，该冷却气系统通过炉底料温监控及进气转换系统，在保证海绵铁产品降温的前提下，实现渗碳气的控制加入，有效改善了产品海绵铁中的含碳量，提高了产品质量。

根据本发明的具体实施例，所述冷却气系统还包括进气控制系统15。所述进气控制系统分别与所述进气切换阀组和所述炉底料温测量装置连接，根据所述炉底料温测量装置监测的炉内物料温度，自动控制所述进气切换阀组对冷却气和渗碳气进行切换气源。

根据本发明的具体实施例，所述炉底料温测量装置为单点或多点热电偶测温，将温度值反馈到所述进气控制系统。进一步的，所述炉底料温测量装置采用热电偶或其它测试装置实现炉底料温测定，将测定的结果传输到所述进气控制系统中，当温度达到设定值条件时，所述进气控制系统控制进气切换阀组进行冷却或渗碳气体输送操作，实现冷却或渗碳作用。

本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，所述竖炉的内腔沿竖直方向自上而下依次为预热段17、还原段18和冷却段19，所述竖炉的还原气入口3设置在所述竖炉还原段的侧壁上，所述竖炉的出料阀13设置在所述竖炉的底壁上，所述竖炉的含铁矿物入口1设置在所述竖炉的顶壁上，所述竖炉的炉顶气出口2设置在所述竖炉的顶壁上。根据本发明的具体实施例，所述冷却气进气管路水平设置于竖炉冷却段的下部，所述冷却气收气管路水平设置于竖炉冷却段的上部，保证竖炉冷却段中的冷却气的进入和回收。进一步的，所述冷却气进气管路水平设置于竖炉冷却段的底部，位于出料阀上方，所述进气环管的底部分布有开口向下的所述多个进气口，而且，所述冷却气收气管路水平设置于竖炉冷却段的顶部，低于竖炉的还原气入口，所述收气环管的底部设置有开口向下的所述多个收气口，每个所述收气口的上端与所述收气环管相连通，所述收气口的下端开口且收气口外端焊接有锥形的所述收气罩。由此，利用合理的冷却气进气管路及收气管路系统设计，改善竖炉冷却段冷却气进气分布及换热后冷却气收集效果，同时，均衡炉内各部位温度、减小炉内同水平面局部温度过高的情况，优化竖炉冷却段海绵铁冷却效果；同时，本发明进气管路及收气管路系统设计不影响炉料的顺利下行，进气环管多口进气保证了竖炉冷却段冷却气进气均匀性，收气环管多口收气实现了冷却气回收更加高效，并且，收气口上直接焊接收气罩，在增强收气效果的同时不会对海绵铁产物顺行产生明显阻碍，同时管路制造简单，便于实现。优选的，该冷却气系统的所述多个收气口的数量与所述多个进气口的数量相同，所述多个收气口位于所述多个进气口的上方，安装时可以有一定的位置偏差；因为炉内存在一定压力，冷却气扩散较快，冷却气从冷却段下部上升到上部过程中冷却气会逐步扩散，所以，所述多个收气口和所述多个进气口在安装时不需要上下口严格正对位置。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种利用上述的冷却气系统进行冷却气处理的方法，包括以下步骤：

（1）竖炉上部装入固体含铁矿物块矿或球团矿作为原料，在竖炉内由上向下运动，经竖炉还原段被还原气充分还原后，得到海绵铁，继续下行至冷却段。

根据本发明的具体实施例，所述竖炉的内腔沿竖直方向自上而下依次为预热段、还原段和冷却段，所述竖炉的还原气入口设置在所述竖炉还原段的侧壁上，所述竖炉的出料阀设置在所述竖炉的底壁上。热还原气经由所述竖炉的还原气入口输送到所述竖炉的还原段中，并向上运动，与竖炉上部进入的固体含铁矿物块矿或球团矿进行还原反应。

根据本发明的具体实施例，通入所述进气环管的冷却气为与含铁矿物不发生化学反应的惰性气体；所述渗碳气装置产生的渗碳气是二氧化碳、一氧化碳和甲烷气体的混合气或者是还含有部分氮气或氢气的混合气。进一步的，冷却气可以使用氮气、二氧化碳气或者其它与铁矿物不反应的惰性气体；渗碳气采用二氧化碳、一氧化碳与甲烷的混合气或者是还含有部分氮气或氢气的混合气，其中，甲烷在混合气中体积比不高于15%，混合气中的甲烷及一氧化碳在冷却竖炉冷却段海绵铁的过程中对炉料起到渗碳作用。

（2）所述海绵铁继续下行至竖炉冷却段，经还原后的原料被冷却气进气管路通入的冷却气进行冷却处理，得到冷却的海绵铁，经由竖炉的出料阀排出。

根据本发明的具体实施例，在步骤（2）中，在冷却气持续工作过程中，炉底料温测量装置监测竖炉炉料经冷却处理后的温度，并将温度值反馈到所述进气控制系统，当温度值达到90℃时，进气控制系统停止所述进气切换阀组的冷却气进气，切换为渗碳气进气，同时停止所述提压装置工作，从而使得所述冷却气进气管路中只通入渗碳气，渗碳气不经由所述冷却气收气管路外排，而是直接上升到竖炉还原段参与原料的还原反应，对竖炉底部的海绵铁起到渗碳作用，改善海绵铁中的含碳量；优选的，所述渗碳气流量为冷却气流量的1/3-1/4，同时这部分渗碳气不外排而直接上升到还原段参与铁矿石还原反应；当温度值高于设定值时，进气控制系统停止渗碳气进气，切换为所述进气切换阀组的冷却气进气，同时开启所述提压装置工作，使海绵铁排出竖炉时被冷却到100-140℃，从而实现冷却气对竖炉底部的海绵铁进行冷却处理，防止海绵铁出炉后被再次氧化；优选的，所述设定值为140℃。进一步的，所述进气控制系统是通过计算机控制程序进行控制的方式，来根据所述炉底料温测量装置监测的炉内物料温度完成自动控制所述进气切换阀组对冷却气和渗碳气进行切换气源。

根据本发明的具体实施例，该冷却气系统包括冷却气进气管路，用于将冷却气输送到所述竖炉的冷却段中。进一步的，所述冷却气进气管路水平设置于竖炉冷却段的下部，所述冷却气进气管路位于出料阀上方，用于将冷却气输送到所述竖炉的冷却段下段、并置于出料阀的上方，以保证冷却气对所述竖炉中的物料进行充分地、彻底地冷却处理。根据本发明的具体实施例，所述冷却气进气管路包括进气环管和多个进气口；其中，所述进气环管与所述竖炉的冷却气入炉口连接，用于将冷却气经由所述竖炉的冷却气入炉口输送到所述进气环管中；所述多个进气口分布在所述进气环管的底部，用于将所述进气环管中的冷却气经由所述多个进气口处排放到所述竖炉的冷却段中。进一步的，所述多个进气口位于所述竖炉冷却段的下部，并且处于出料阀上方，用于将冷却气输送到所述竖炉的冷却段下段、并置于出料阀的上方，以保证冷却气对所述竖炉中的物料进行充分地、彻底地冷却处理。优选的，所述多个进气口的开口向下，在保证冷却气经由所述多个进气口排出进入所述竖炉的冷却段的前提下，避免所述竖炉中的物料进入所述多个进气口中造成所述冷却气进气管路的堵塞，并且不影响物料的顺利下行，同时，进气管路采用多个进气口的设置方式保证了进气的均布。

根据本发明的具体实施例，所述多个进气口的数量与所述多个收气口及所述多个收气罩的数量相同；所述多个进气口均匀分布在所述进气环管的底部；所述进气环管为360°的圆形环管。优选的，所述多个进气口的数量为6-12个；所述多个进气口的每两个进气口的间距为60°-30°，即，由于环管圆周360°，所以依据进气口数量，两个进气口在进气环管圆周上的间距为60°-30°；因此，本发明通过依据进气环管的外径来布置合适的进气口数量，保证冷却气体的均匀进入；并且，管路制造简单，便于实现。由此，本发明所述进气管路环管尺寸和收气管路环管尺寸依据所述竖炉的冷却段内径进行设计，进气管路内径和收气管路内径依据冷却气量设计，目标是在最小气量的条件下实现使经过所述竖炉冷却段的海绵铁在出料前可以冷却到低于100-140℃，防止海绵铁出炉后被再次氧化。

（3）所述冷却气上行，经由多个收气罩收集后进入冷却气收气管路，经由出炉口排出竖炉，依次通过所述降温除尘装置进行降温除尘处理、进入到所述提压装置进行提压处理，再次经由进气切换阀组、所述冷却气进气管路通入到竖炉冷却段的底部，对竖炉冷却段的物料进行冷却处理。

根据本发明的具体实施例，该冷却气系统包括降温除尘装置、提压装置、进气切换阀组、渗碳气装置、进气控制系统和炉底料温测量装置。所述降温除尘装置与所述出炉口连接，用于将所述冷却气收气管路排出的气体进行降温除尘处理；所述提压装置与所述降温除尘装置连接，用于将所述降温除尘装置排出的气体进行提压处理；所述进气切换阀组的入气口分别与所述提压装置的出气口和所述渗碳气装置的出气口连接，所述进气切换阀组的出气口与所述入炉口连接，用于根据冷却段排出物料的温度来控制冷却气和渗碳气切换输送到所述冷却气进气管路中，使得在保证物料降温的前提下，实现渗碳气的控制加入，改善排出物料中的含碳量；所述炉底料温测量装置设置在所述冷却气进气管路的下方，用于实时监测经过冷却段冷却处理后的物料温度；所述进气控制系统，分别与所述进气切换阀组和所述炉底料温测量装置连接，根据所述炉底料温测量装置监测的炉内物料温度，自动控制所述进气切换阀组对冷却气和渗碳气进行切换气源。进一步的，所述降温除尘装置可以为水洗塔；由此，本发明所述水洗塔的设计目的是使回收后的冷却气降温、除尘；具体而言，经过所述水洗塔水洗后的冷却气温度应低于40℃。进一步的，所述炉底料温测量装置为单点或多点热电偶测温，将温度值反馈到所述进气控制系统。所述炉底料温测量装置采用热电偶或其它测试装置实现炉底料温测定，将测定的结果传输到所述进气控制系统中，当温度达到设定值条件时，所述进气控制系统控制进气切换阀组进行冷却或渗碳气体输送操作，实现冷却或渗碳作用。

根据本发明的具体实施例，该冷却气系统包括冷却气收气管路，所述冷却气收气管路水平设置于竖炉冷却段的顶部，低于竖炉的还原气入口，用于吸收所述竖炉的冷却段中进行冷却处理后的、被物料加热的冷却气，并将其排出所述竖炉。所述冷却气收气管路包括收气环管、多个收气口和多个收气罩，其中，所述收气环管与所述竖炉的冷却气出炉口相连通，用于将所述收气环管的冷却气经由所述竖炉的冷却气出炉口排出所述竖炉；所述收气环管的底部设置有所述多个收气口，用于将所述竖炉的冷却段中进行冷却处理后的、被物料加热的冷却气经由收气口回收到所述收气环管中。进一步的，所述多个收气口的开口向下，每个所述收气口的上端与所述收气环管相连通，所述收气口的下端开口且收气口外端采用焊接的方式固定有锥形的所述收气罩；并且，该冷却气系统的所述多个收气口位于所述多个进气口的上方，安装时可以有一定的位置偏差。由此，本发明采用环管均匀布置多个进气口及多个收气口，同时收气口固定有收气罩，保证了竖炉冷却段冷却气进气均匀性，并且冷却气回收更加高效，这样减少了冷却气未被有效回收而上升到竖炉还原段对还原反应带来的不利影响；本发明通过将冷却气环管收气罩直接焊接在收气口上，在保证增大有效收气面积的同时对炉料的下行影响很小，对海绵铁不会产生明显的滞留作用，可以确保冷却过程的海绵铁顺利下行；而且，收气管路及收气罩制作简单，便于实现。

根据本发明的具体实施例，所述多个收气口及所述多个收气罩的数量与所述多个进气口的数量相同；所述多个收气口均匀分布在所述收气环管的底部；所述收气环管为360°的圆形环管。优选的，所述多个收气口及所述多个收气罩的数量均为6-12个；每两个收气口的间距为60°-30°，每两个收气罩的间距为60°-30°，即，由于环管圆周360°，所以依据收气口的数量，两个收气口在收气环管圆周上的间距为60°-30°；因此，本发明通过依据收气环管的外径来布置合适的收气口数量，保证冷却气体的均匀回收，管路制造简单，便于实现。优选的，所述多个收气罩的侧面切线与水平面的夹角为45°-60°；由此，收气罩具有一定的角度，保证了相对大的收气面积，以实现良好的收气效果，同时，收气罩的角度不会过大，可以保证竖炉上方的海绵铁落在收气罩外面时，依靠自身重力向下移动，从而不会影响炉内料的顺利下行。

发明人发现，本发明提供了一种用于竖炉冷却段的冷却气系统，该冷却气系统利用合理的冷却气进气管路及收气管路系统设计，改善竖炉冷却段冷却气进气分布及换热后冷却气收集效果，均衡炉内各部位温度、减小炉内同水平面局部温度过高的情况，优化竖炉冷却段海绵铁冷却效果；另外，该冷却气系统通过冷却气收气口、收气罩设计保证气体回收更加高效，减小冷却气未被有效收集上升到竖炉还原段的比例，更好的保证竖炉还原段主反应的进行；同时，本发明采用的进气管路及收气管路系统设计不影响炉料的顺利下行，进气管通过多口进气的设计保证了进气的均布，而且，收气口上直接焊接收气罩，在增强收气效果的同时不会对海绵铁产物顺行产生明显阻碍，同时，管路制造简单，便于实现；此外，该冷却气系统采用设置炉底出料温度监测系统的方式，通过程序自动控制，切换冷却气系统气源，在保证冷却效果的前提下，实现渗碳作用，对海绵铁产品的成分进行优化，有效提高产品质量。

实施例1

某氧化铁球团直接还原试验竖炉，炉内压力0.18mpa(g)，其冷却段炉膛内径1.5米，冷却段高2.5米。冷却气进气环管位于出料上阀上面0.3m处，管内径15cm，进气口8个；收气环管位于进气环管上方1.1m处，管内径15cm，收气口8个，收气口上焊接有收气罩，收气罩侧边切线与水平夹角45°，收气罩口直径40cm。

冷却气水洗塔高5米内径2米，冷却气从塔下部通入塔内，冷却水从上部通入水洗塔，冷却气被对流水洗降温除尘后，从塔上部流出，水洗塔出口冷却气35℃。水洗后的冷却气进入二级压缩机，提压至0.2mpa(g)输送至竖炉再次用于竖炉内海绵铁冷却。冷却气从竖炉底部送入竖炉冷却段，稳定运行后可以将海绵铁出料之前冷却至90℃以下，此时，计算机接收温度信号控制进气切换阀组工作，转为0.2mpa(g)的渗碳气进气，其气量为冷却气的1/3，渗碳气为甲烷12%，二氧化碳53%，一氧化碳25%，氮气10%的混合气，同时提压装置停止工作，渗碳气在冷却段冷却渗碳后，直接上升到还原段参与还原反应。当炉底炉料温度高于140℃时，计算机程序再次控制进气切换阀组工作，转为冷却气进气，同时开启压缩机提压。通过本系统生产得到的海绵铁产品相比单纯冷却气冷却得到的海绵铁产品，其中碳含量从0.3%提高到1.1%，有效改善了产品质量。

实施例2

某氧化铁球团直接还原试验竖炉，炉内压力0.18mpa(g)，其冷却段炉膛内径2米，冷却段高3米。冷却气进气环管位于出料上阀上面0.3m处，管内径20cm，进气口10个；收气环管位于进气环管上方2.5m处，管内径20cm，收气口10个，收气口上焊接有收气罩，收气罩侧边切线与水平夹角60°，收气罩口直径45cm。

冷却气水洗塔高6米内径2米，冷却气从塔下部通入塔内，冷却水从上部通入水洗塔，冷却气被对流水洗降温除尘后，从塔上部流出，水洗塔出口冷却气40℃。水洗后的冷却气进入二级压缩机，提压至0.2mpa(g)输送至竖炉再次用于竖炉内海绵铁冷却。冷却气从竖炉底部送入竖炉冷却段，稳定运行后可以将海绵铁出料之前冷却至90℃以下，此时，计算机接收温度信号控制进气切换阀组工作，转为0.2mpa(g)的渗碳气进气，其气量为冷却气的1/4，渗碳气为甲烷15%，二氧化碳45%，一氧化碳26%，氮气14%的混合气，同时提压装置停止工作，渗碳气在冷却段冷却渗碳后，直接上升到还原段参与还原反应。当炉底炉料温度高于140℃时，计算机程序再次控制进气切换阀组工作，转为冷却气进气，同时开启压缩机提压。通过本系统生产得到的海绵铁产品相比单纯冷却气冷却得到的海绵铁产品，其中碳含量从0.4%提高到1.0%，有效改善了产品质量。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请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申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。