本实用新型涉及竖炉技术领域，尤其是涉及一种气基还原竖炉。
背景技术：
相关技术中，气基还原竖炉还原铁矿石所需的还原性气体用量大，而且气基还原竖炉的预热段所需的高温气体与还原段所需的还原性气体均由同一热还原气提供，使得二者无法进行单独调节。另外，为了避免气基还原竖炉中还原气溢出，在竖炉顶部的进料口处还需要设置气封装置。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种气基还原竖炉，该气基还原竖炉可降低还原气使用量，无需另外设置气封装置。
根据本实用新型实施例的气基还原竖炉，包括：炉体，所述炉体包括：预热段，所述预热段具有进料口和用于通入预热气体的第一进气口；还原段，所述还原段设在所述预热段的下端且与所述预热段连通，所述还原段具有用于通入热还原气的第二进气口和排气口；冷却段，所述冷却段设在所述还原段的下端且与所述还原段连通，所述冷却段具有出料口。
根据本实用新型实施例的气基还原竖炉，通过在预热段设置第一进气口，从而利用预热气体对从进料口进入的铁矿石进行预热，这样，无需利用热还原气进行预热，大大降低了热还原气的使用量，而且还便于预热气体和热还原气的单独调节，有利于提高预热效果，极大降低预热尾气温度，更易控制反应床层温度，有利于降低预热段乃至竖炉整体高度；同时，预热段的预热气体还可以阻止热还原气体从进料口排出，无需设置气封装置，降低了成本，使得气基还原竖炉的进料系统更简单可靠。
根据本实用新型的一些实施例，所述第一进气口邻近所述预热段的下端设置。
根据本实用新型的一些实施例，所述第二进气口邻近所述还原段的下端设置，所述排气口邻近所述还原段的上端设置。
根据本实用新型的一些实施例，所述预热段的长度为L1，所述还原段的长度为L2，LI和L2满足：LI/L2的取值范围为8％～20％。
根据本实用新型的一些实施例，所述预热段还具有气体出口，所述气体出口邻近所述预热段的上端设置。
根据本实用新型的一些实施例，所述预热气体为N2或CO2。
根据本实用新型的一些实施例，所述热还原气体包括H2和CO中的至少一种。
根据本实用新型的一些实施例，气基还原竖炉还包括进料总管，所述进料总管与所述进料口相连且位于所述炉体的外侧。
根据本实用新型的一些实施例，在从上到下的方向上，所述冷却段的横截面积逐渐减小，所述出料口位于所述冷却段的底部。
根据本实用新型的一些实施例，进料口位于所述预热段的顶部。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一些实施例的气基还原竖炉的示意图。
附图标记：
气基还原竖炉100；
炉体1；预热段11；进料口111；第一进气口112；气体出口113；还原段12；第二进气口121；排气口122；冷却段13；出料口131；
进料总管2。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
相关技术中，气基竖炉直接还原炼铁工艺一般采用800-1000℃还原气从竖炉中部(即还原段底部)通入竖炉，经逆流还原铁矿石形成约400℃的炉顶气后从竖炉顶部排出。其中在竖炉上部铁矿石逐步被热还原尾气(炉顶气)预热到还原所需温度，同时还原尾气逐渐由700-900℃降低到约400℃后排出竖炉。热还原气主要起两个作用，一是提供H2、CO等还原性气体用于还原铁矿石(还原段进行)，二是提供热量将冷铁矿石从室温加热到气基还原所需温度的热量(预热段进行)。为了达到以上两个要求，热还原气的用量较高。另外竖炉细长的进料总管上设置有气封装置，即通过氮气或燃烧烟气来阻止竖炉内含CO+H2的煤气逸出到大气中。
下面参考图1描述根据本实用新型实施例的气基还原竖炉100，气基还原竖炉100用于还原铁矿石。
如图1所示，根据本实用新型实施例的气基还原竖炉100，可以包括炉体1。
具体地，炉体1包括预热段11、还原段12和冷却段13，还原段12设在预热段11的下端且与预热段11连通，冷却段13设在还原段12的下端且与还原段12连通。具体而言，如图1所示，预热段11、还原段12和冷却段13在从上到下的方向上顺次相连且连通。
具体地，如图1所示，预热段11具有进料口111和用于通入预热气体的第一进气口112，还原段12具有用于通入热还原气的第二进气口121和排气口122，冷却段13具有出料口131。
例如，如图1所示，进料口111设在预热段11的顶部，第一进气口112邻近预热段11的下端设置，第二进气口121邻近还原段12的下端设置，排气口122邻近还原段12的上端设置，这样，当铁矿石球团或铁矿石块矿从进料口111进入到预热段11时，铁矿石与从第一进气口112进入的预热气体逆向流通并产生热量交换，从而实现预热气体对铁矿石的预热，而预热后的铁矿石可向下流向还原段12，换热后的预热气体可选择地从进料口111排出预热段11，流入还原段12的预热后的铁矿石则与从第二进气口121进入的热还原气逆向流通且二者产生还原反应以生成反应气和固体产物，固体产物继续向下流向冷却段13，在冷却段13冷却后从出料口131排出，从而得到还原铁产品，反应气以及未完全反应的还原气可从排气口122排出，其中，预热气体和还原气体为不同的气体。
特别地，冷却段13优选为冷却渗碳段，这样，固体产物在冷却段13冷却渗碳，从而优化固体产物的性能。
根据本实用新型实施例的气基还原竖炉100，通过在预热段11设置第一进气口112，从而利用预热气体对从进料口111进入的铁矿石进行预热，这样，无需利用热还原气进行预热，大大降低了热还原气的使用量，而且还便于预热气体和热还原气的单独调节，有利于提高预热效果，极大降低预热尾气温度，更易控制反应床层温度，有利于降低预热段11乃至竖炉整体高度；同时，预热段11的预热气体还可以阻止热还原气体从进料口111排出，无需设置气封装置，降低了成本，使得气基还原竖炉100的进料系统更简单可靠。
在本实用新型的一些实施例中，预热段11还具有气体出口113，气体出口113邻近预热段11的上端设置，这样，在预热段11预热铁矿石后的预热气体中的一部分可从气体出口113排出，另一部分可从进料口111排出。
根据本实用新型的一些实施例，预热段11的长度为L1，还原段12的长度为L2，LI和L2满足：LI/L2的取值范围为8％～20％。由此，有利于优化炉体1的结构，提高预热段11的预热效果以及还原段12的还原效果。
在本实用新型的一些实施例中，预热气体为不含氧气和可燃性成分的气体。具体地，预热气体为N2、惰性气体或CO2。由此，有利于提高预热气体对铁矿石的预热效果，同时防止预热气体与铁矿石在预热段11发生反应，避免了预热气体排出引起的环境污染。
可选地，热还原气体包括H2和CO中的至少一种。例如，热还原气体为H2或CO。由此，有利于提高热还原气与铁矿石的反应效果。
在本实用新型的一些实施例中，气基还原竖炉100还包括进料总管2，进料总管2与进料口111相连且位于炉体1的外侧。由此，铁矿石可从进料总管2和进来口进入到炉体1内。
具体而言，铁矿石球团/块矿从气基还原竖炉100顶部的进料总管2和进料口111进入预热段11，温度为800-1200℃且气量为800-1400Nm3/t DRI的预热气体(预热气体为氮气或CO2等不含氧气和可燃性成分的气体)从第一进气口112进入预热段11且预热气体与铁矿石球团/块矿逆向流通并产生热量交换，从而实现预热气体对铁矿石球团/块矿的预热，而预热后的铁矿石球团/块矿可向下流向还原段12，换热后的预热气体中的90-99％从气体出口113排出且排出温度为120-220℃，其余1-10％预热气体从进料口111排出且排出温度为50-150℃。流入还原段12的预热后的温度约为750-1100℃的铁矿石球团/块矿与从第二进气口121进入的气量为1000-1800Nm3/t DRI且温度800-1000℃的热还原气体(H2+CO体积含量大于等于88％)逆向流通且二者产生还原反应以生成反应气和固体产物，固体产物继续向下流向冷却段13，在冷却段13冷却后从出料口131排出。
在本实用新型的一些可选的实施例中，在从上到下的方向上，冷却段13的横截面积逐渐减小，出料口131位于冷却段13的底部。具体而言，例如，如图1所示，冷却段13形成为倒置的锥形形状，出料口131位于锥顶处。由此，有利于冷却段13的固体产物顺利排出。
下面参考图1对本实用新型几个实施例的气基还原竖炉100进行详细说明。
如图1所示，根据本实用新型实施例的气基还原竖炉100，包括炉体1和进料总管2。
具体地，炉体1包括预热段11、还原段12和冷却段13，还原段12设在预热段11的下端且与预热段11连通，冷却段13设在还原段12的下端且与还原段12连通。
具体地，预热段11具有进料口111、气体出口113和用于通入预热气体的第一进气口112，其中，进料口111位于预热段11的顶部，第一进气口112邻近预热段11的下端设置，气体出口113邻近预热段11的上端设置，进料总管2与进料口111相连且位于炉体1的外侧。
还原段12具有用于通入热还原气的第二进气口121和排气口122，第二进气口121邻近还原段12的下端设置，排气口122邻近还原段12的上端设置，冷却段13的底部具有出料口131。
预热段11的长度为L1，还原段12的长度为L2，LI和L2满足：LI/L2的取值为9％。由此，有利于优化炉体1的结构，提高预热段11的预热效果以及还原段12的还原效果。
在从上到下的方向上，冷却段13的横截面积逐渐减小，出料口131位于冷却段13的底部。
具体而言，全铁67％的铁精矿氧化球团从气基还原竖炉100顶部的进料总管2和进料口111进入预热段11，温度为890℃，气量为900Nm3/t DRI的预热气体氮气从第一进气口112进入预热段11且预热气体与铁精矿氧化球团逆向流通并产生热量交换，从而实现预热气体对铁精矿氧化球团的预热，而预热后的铁精矿氧化球团可向下流向还原段12，换热后的预热气体中的98％从气体出口113排出，温度为160℃，其余2％预热气体从进料口111排出，温度为80℃。
流入还原段12的预热后的温度约为820℃的铁精矿氧化球团与从第二进气口121进入的气量为1400Nm3/t DRI，温度900℃的热还原气体(H2+CO为92％、H2O+CO2为7.0％)逆向流通且二者产生还原反应以生成反应气和固体产物，固体产物继续向下流向冷却段13，在冷却段13冷却后从出料口131排出，从而得到金属化率93％还原铁产品，反应气以及未完全反应的还原气可从排气口122排出。
实施例2
根据本实用新型实施例的气基还原竖炉100，包括炉体1和进料总管2。
具体地，炉体1包括预热段11、还原段12和冷却段13，还原段12设在预热段11的下端且与预热段11连通，冷却段13设在还原段12的下端且与还原段12连通。
具体地，预热段11具有进料口111、气体出口113和用于通入预热气体的第一进气口112，其中，进料口111位于预热段11的顶部，第一进气口112邻近预热段11的下端设置，气体出口113邻近预热段11的上端设置，进料总管2与进料口111相连且位于炉体1的外侧。
还原段12具有用于通入热还原气的第二进气口121和排气口122，第二进气口121邻近还原段12的下端设置，排气口122邻近还原段12的上端设置，冷却段13的底部具有出料口131。
预热段11的长度为L1，还原段12的长度为L2，LI和L2满足：LI/L2的取值为12％。由此，有利于优化炉体1的结构，提高预热段11的预热效果以及还原段12的还原效果。
在从上到下的方向上，冷却段13的横截面积逐渐减小，出料口131位于冷却段13的底部。
具体而言，全铁57％的钒钛矿氧化球团从气基还原竖炉100顶部的进料总管2和进料口111进入预热段11，温度为1100℃，气量为1000Nm3/t DRI的预热气体(氮气和二氧化碳的混合物)从第一进气口112进入预热段11且预热气体与钒钛矿氧化球团逆向流通并产生热量交换，从而实现预热气体对钒钛矿氧化球团的预热，而预热后的钒钛矿氧化球团可向下流向还原段12，换热后的预热气体中的96％从气体出口113排出，温度为180℃，其余4％预热气体从进料口111排出，温度为110℃。
流入还原段12的预热后的温度约为1040℃的钒钛矿氧化球团与从第二进气口121进入的气量为1300Nm3/t DRI，温度950℃的热还原气体(H2+CO为89％、H2O+CO2为6.1％)逆向流通且二者产生还原反应以生成反应气和固体产物，固体产物继续向下流向冷却段13，在冷却段13冷却后从出料口131排出，从而得到金属化率91％还原铁产品，反应气以及未完全反应的还原气可从排气口122排出。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。