[发明专利]一种煤基直接还原竖炉及其还原方法

说明书

本发明提供了一种煤基直接还原竖炉，包括炉体，炉体外部上方设置有预热段，炉体内部由上至下依次设置有布料机构、燃烧室和冷却段，燃烧室内贯穿设置有还原段，预热段通过布料机构与还原段同轴设置，布料机构的出料口与还原段的进料口连通，还原段的出料口与冷却段的进料口连通，预热段下部设有热源导入口,燃烧室的上部设有高温废气出口，该高温废气出口通过废气排出管道与预热段的热源导入口连接。该还原竖炉将预热段设置在燃烧室的外部，使得预热段采用普通保温耐材砌筑即可，维护简单，同时显著降低了燃烧室内高导热碳化硅耐材导热罐高度，减少碳化硅耐材用量，节省了投资成本，而燃烧室高度降低，易于控制还原段温度的均匀性。

技术领域

本发明属于直接还原技术领域，具体涉及一种煤基直接还原竖炉及其还原方法。

背景技术

生产直接还原铁的常规方法是用还原性气体将含氧化铁的铁矿石或球团直接还原而得到还原铁，以Midrex法为例，在这种类型的生产直接还原铁的方法中，由天然气等物制成的还原气体强制地从位于竖炉底部的风口进入竖炉，以还原铁的氧化物，从而得到还原铁。

近年来，生产还原铁的新方法是用诸如煤之类的碳质物料取代天然气，用煤作还原剂，已知的如转底炉、回转窑等，通过加热使经焙烧的用铁矿石制的球团还原，并得到金属铁，这类工艺在缺乏天然气的地区受到欢迎。但是这类工艺存在炉内还原性气氛和氧化性气氛共存，还原后的金属铁存在再氧化的问题，产品品质难以提高。为解决这一问题，提出了隔焰煤基直接还原技术，该技术将还原室与燃烧室分开设置，热量通过传导进入还原室，使得还原室内具有良好的还原气氛；如专利文献CN101215614A公开了一种还原室和加热室多层密闭间隔和熔融气化联合金属冶炼法，按该方法将还原剂和铁矿石等金属氧化物按一定比例混合后加入直接还原装置的还原室，还原室内金属氧化物在高温下被还原剂还原成海绵铁，直接还原装置使用导热密闭分隔发热室或还原室；又如专利文献CN2921740Y，专利文献CN1818081A公开了一种内外加热立式通道还原炉及利用该炉生产海绵铁的方法，物料在还原炉内自上而下的连续运行，该还原炉分为预热带和加热还原反应带在还原炉的预热带必须设置一排烧嘴，加热还原带必须设置3-4排烧嘴，炉内横向立放2-6个反应罐，纵向放置4-100排反应罐，每两罐之间有一组烧嘴用于对反应罐的外围加热，每个反应罐的底部设计一个内烧嘴，还原炉内的所有反应罐下部出口处均设有保温层，将含铁氧化物的铁矿粉与粘结剂混合造球，铁球外层粘上一层碳粉再经高温烟气氧化成双层氧化铁球，将双层氧化铁球和无烟煤或焦碳末加入固定在隧道窑式的还原炉中的内外加热的双层SiC反应罐中，制备海绵铁。

但是，使用上述煤基还原方法生产直接还原铁时易出现如下问题：炉料因采用间接加热和还原，在还原炉内炉内停留时间长达50-60小时，整个还原炉高达十余米，一方面需要消耗大量昂贵的高导热还原炉砌筑用耐火材料，另一方面，高度方向上距离较长，难以实现炉料的均匀加热，严重影最终产品质量。针对上述问题，如专利CN205576193U公开的一种直接还原铁生产用还原炉，在燃烧室内自下往上设置至少两层相互交错的扼流板。但是考虑到实际设计、投资和生产运行，该方法显著增加了还原炉的复杂程度和设备制造难度，检修和维护困难则该方法实际应用于工业生产的可能性极小。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供了一种煤基直接还原竖炉，能够显著降低间接加热还原炉高导热耐火材料用量，同时实现炉料在炉内的整体均匀加热，保证产品质量稳定。

本发明的技术方案是提供一种煤基直接还原竖炉，包括炉体，所述炉体外部上方设置有预热段，所述炉体内部由上至下依次设置有布料机构、燃烧室和冷却段，所述燃烧室内贯穿设置有还原段，所述预热段通过布料机构与还原段同轴设置，所述布料机构的出料口与还原段的进料口连通，所述还原段的出料口与冷却段的进料口连通，所述预热段下部设有热源导入口,所述燃烧室的上部设有高温废气出口，该高温废气出口通过废气排出管道与所述预热段的热源导入口连接。

进一步的，所述预热段和布料机构均设有多个，所述预热段和布料机构的数量相同且一一对应设于各布料机构上方。