技术领域
[0001] 本
发明涉及一种太阳能装置，尤其是一种太阳能熔融还原铁装置及工艺，属于熔融还原铁过程装备、工艺技术领域。
背景技术
[0002] 菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又名
螺纹透镜，多是由聚烯
烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收
角度要求来设计的。
[0003] 目前世界上熔融还原法很多，如Corex工艺、HIsmelt工艺、Finex工艺等，其中Corex工艺技术比较成熟并已形成工业生产规模，由奥
钢联(VAI) 于70年代开发的Corex是当前最成熟的熔融还原技术，也是目前唯一的一个工业化熔融还原流程。现有熔融还原技术中，无论是一步法还是二步法、
氧煤法还是电煤法，在生产准备、还原气体制备、喷氧操作、含铁物料的还原
熔化和造渣过程中消耗大量
能源，耐火材料也损耗较大。Corex工艺与
高炉工艺相比虽然SO2/NOX、灰尘
排放量以及
废水中酚类、硫化物、
氨的排放数量要低，总体仍然量大，环境不友好。另外投资大，运行成本高，仅次于高炉。
发明内容
[0004] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种太阳能熔融还原铁装置及工艺，能大大降低熔融还原铁能源消耗、提高还原铁
质量，太阳能熔融还原铁装置结构合理、自动程度高、工艺简单，无灰尘排放、无工业废水排放、无废渣排放、二氧化
碳排放量不及上述各种熔融还原技术1/3，环境友好，投资少且灵活，能满足高品质还原铁大量生产。
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] 一种太阳能熔融还原铁装置，包括熔融还原铁反应机构和菲涅尔透镜机构，通过菲涅尔透镜机构将太阳能转换为
热能用于熔融还原铁反应，该熔融还原铁反应机构包括密闭还原箱，该密闭还原箱内设置有还原容器和收集容器。
[0007] 进一步的，还包括底座，该密闭还原箱可转动的设置于底座上，该还原容器的下方设置用于收集物料的收集容器，密闭还原箱的外侧设置有料斗，该料斗通过传送装置与还原容器连通，该密闭还原箱还设置有排气口，该密闭还原箱的顶部设置菲涅尔透镜机构以及太阳追踪器，通过菲涅尔透镜机构将太阳能聚焦至还原容器以实现还原工艺。
[0008] 进一步的，所述菲涅尔透镜结构包括设置于密闭还原箱的
支架以及设置于支架上的菲涅尔透镜。
[0009] 进一步的，所述菲涅尔透镜为整
块结构，或者多块拼装为整体结构，或者为多块独立菲涅尔透镜结构拼装而成。
[0010] 进一步的，所述菲涅尔透镜为多块独立菲涅尔透镜结构拼装而成，每个独立菲涅尔透镜结构通过耦合耦合后由光纤输送至还原容器处用于熔融还原铁。
[0011] 进一步的，所述密闭还原箱顶部为透明平面玻璃，或者顶部为敞口通过菲涅尔透镜进行密封，以实现菲涅尔透镜可将阳光聚焦至还原容器处。
[0012] 进一步的，所述密闭还原箱通过
滚动轴承装配于底座上，并通过驱动装置驱动密闭还原箱。
[0013] 进一步的，所述传送装置包括设置于密闭还原箱外侧的螺旋传送装置以及设置于密闭还原箱内的输送管，该螺旋传送装置的进料口段连通料斗，出料口连通输送管，该输送管的另一端位于还原容器的上方。
[0014] 进一步的，所述还原容器为圆盘式结构，该圆盘的圆周
侧壁上设置有多个阵列分布的物料容腔，该还原容器可转动。
[0015] 进一步的，还包括用于检测还原容器的
温度测试仪，以及作为控制的控制系统，以实现系统的智能化；
[0016] 还包括
一氧化碳检测仪，以便于检测周围环境的一氧化碳的浓度；
[0017] 还包括设置于料斗的料位
传感器，以便于检测料位的情况。
[0018] 一种太阳能熔融还原铁工艺，包括以下步骤：
[0019] a、将物料放置进料斗中，开启还原装置，使料斗内的物料输送至还原容器内；
[0020] b、通过太阳追踪器识别阳光的强度，并通过调整密闭还原箱转动调整至阳光最佳的
位置，太阳光通过菲涅尔透镜后聚焦至还原容器处，以此对还原容器内的物料进行加热，先对密闭还原箱内的气体进行放空，实现密闭还原箱内的气体为一氧化碳，再实现熔融还原反应；
[0021] c、在物料融化后，其金属液体与渣滓进行分层，由于金属更重，其液体会沉到下方，完成后，还原容器转动，切换另一物料容腔，依次类推，直到物料容腔位于最下方时，在其重
力的作用下自然下落并进入到收集容器中。
[0022] 进一步的，所述步骤b中，所述还原容器处还设有温度检测仪，通过温度的检测可控制菲涅尔透镜的调焦以及还原反应时间，以及控制进料的量。
[0023] 进一步的，所述物料包括金属
矿石和还原剂；
[0024] 所述金属矿石为赤铁矿、红土矿、
钒钛磁铁矿、高磷铁矿、褐铁矿、含铁海砂、赤泥、钢铁厂除尘灰、焊渣、割渣、氧化铁皮或
硫酸渣；
[0025] 所述还原剂为
无烟煤、烟煤、
褐煤、
石油焦、
焦炭沫、兰炭沫、
木炭其中的一种或多种混合。
[0026] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0027] 本发明的一种太阳能熔融还原铁装置及工艺，装置可以使
太阳辐射能直接转换成供含铁物料与还原剂完成熔融还原时所需的热能，无需
电能和
化学能，利用绿色能源废气排放少、无灰尘排放、无工业废水排放、无废渣排放，环境影响小，还原铁的生产成本低。太阳能熔融还原铁工艺也十分简单，仅将含铁粉料与还原剂、
熔渣剂、固硫剂充分混合即可，还原后的铁和渣进行
破碎、
磁选分离、铁粒压块，该工艺操作性强，模块化设计能够实现规模化生产，具有原料适应性强、投资成本低且灵活、产品质量好、自动化程度高等显著优点。
附图说明
[0028] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0029] 图1是本发明的结构示意图。
[0031] 图3是本发明还原容器的结构示意图。
[0032] 图中标记：1-底座、2-密闭还原箱、3-还原容器、4-收集容器、5-料斗、 6-排气口、7-螺旋传送装置、8-输送管、9-支架、10-菲涅尔透镜、11-物料容腔、12-太阳追踪器、13-温度测试仪。
具体实施方式
[0033] 本
说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0034] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0036] 一种太阳能熔融还原铁装置，如图1和图3所示，包括熔融还原铁反应机构和菲涅尔透镜机构，通过菲涅尔透镜机构将太阳能转换为热能用于熔融还原铁反应，该熔融还原铁反应机构包括密闭还原箱2，该密闭还原箱内设置有还原容器3和收集容器4。
[0037] 基于上述具体实施方式的设计原则上，作为具体的设计，还包括底座1，该密闭还原箱2可转动的设置于底座上，该还原容器的下方设置用于收集物料的收集容器4，密闭还原箱2的外侧设置有料斗5，该料斗通过传送装置与还原容器连通，该密闭还原箱还设置有排气口6，该密闭还原箱2的顶部设置菲涅尔透镜机构以及太阳追踪器12，通过菲涅尔透镜机构将太阳能聚焦至还原容器以实现还原工艺。
[0038] 本实施例中，采用太阳能作为熔融还原铁的热能供应，大幅度降低了还原铁生产的能耗和成本，还原铁呈粒状，含铁97％以上，由于可控制熔融还原的温度，还原铁品质进一步提高，是炼钢的优质原料。
[0039] 作为更加具体的设计，在另一具体实施方式中，所述菲涅尔透镜结构包括设置于密闭还原箱的支架9以及设置于支架上的菲涅尔透镜10。在此当中，菲涅尔透镜10设置有用于菲涅尔透镜自动调焦的调节装置。而在具体的设计当中，可以保持菲涅尔透镜与太阳光保持垂直的状态，并且该技术也是目前是能够实现的。以公开的
专利文件CN201110008824.X和CN200920316466.7公开的种技术，以及相关联的200920094164.X。因此，有效的提升其聚焦的效率。作为具体的描述，主要是根据当地的太阳运动轨迹，结合相关的计算，通过
电机驱动菲涅尔透镜进行方向调节，从而实现自动聚焦的效果。
[0040] 在上述当具体实施方式中，所述菲涅尔透镜为整块结构，或者多块拼装为整体结构，或者为多块独立菲涅尔透镜结构拼装而成。作为三种的具体的描述，在一定制造成本以及制造难度的
基础上，菲涅尔透镜为整块的结构。其次，多块菲涅尔透镜拼装为整体结构是指通过多块菲涅尔透镜单元进行拼装，每一个单元的安装位置以及纹路是固定设置的，其安装以及制造依然造成成本较高。
[0041] 最后，多块独立菲涅尔透镜结构拼装而成。即每一个菲涅尔透镜单元均为一个菲涅尔透镜。作为更加具体的设计，所述菲涅尔透镜为多块独立菲涅尔透镜结构拼装而成，每个独立菲涅尔透镜结构通过耦合耦合后由光纤输送至还原容器处用于熔融还原铁。
[0042] 基于上述具体实施方式的设计原则上，在另一具体实施方式中，所述密闭还原箱2顶部为透明平面玻璃，或者顶部为敞口通过菲涅尔透镜进行密封，以实现菲涅尔透镜可将阳光聚焦至还原容器处。作为具体的设计，在此设计中，采用该方式有效的保证菲涅尔透镜可对物料进行加热升温，从而实现熔融还原反应。
[0043] 在上述具体实施方式的设计原则上，在其中一具体实施方式中，所述密闭还原箱通过
滚动轴承装配于底座上，并通过驱动装置驱动密闭还原箱。作为具体的另一种设计，底座上设置有
驱动电机，密闭还原箱通过减速机装配于驱动电机的
转子上，由于控制的要求，通常驱动电机采用步进电机。而在本实施方式中，作为具体的设计，驱动电机装配在密闭还原箱的外侧，密闭还原箱的下部圆周设置有
轮齿，驱动电机通过
齿轮与轮齿的配合带动密闭还原箱转动。另外，密闭还原箱的底部侧面与底座顶面之间设置有至少3个滚轮，该滚轮设置于密闭还原箱的底部以提高
支撑力以及转动的
稳定性。具体的，密闭还原箱底部轮齿与驱动电机之间为
涡轮蜗杆的驱动方式。
[0044] 基于上述具体实施方式中，在另一具体实施方式中，所述传送装置包括设置于密闭还原箱外侧的螺旋传送装置7以及设置于密闭还原箱内的输送管8，该螺旋传送装置7的进料口段连通料斗，出料口连通输送管8，该输送管的另一端位于还原容器的上方。而这当中，输送管是置于密闭还原箱的，其温度相对较高，因此，在实际材料的制作当中，输送管8采用耐高温材料制成，其螺旋传送装置可采用耐高温的
不锈钢材料制成。
[0045] 基于上述具体实施方式的设计原则上，在另一具体实施方式中，所述还原容器为圆盘式结构，该圆盘的圆周侧壁上设置有多个阵列分布的物料容腔11，该还原容器可转动。作为可控制的，该还原容器通过驱动电机驱动转动。根据实际情况可控制还原容器的转动。
[0046] 作为更加具体的设计，该装置还包括用于检测还原容器的温度测试仪13，以及作为控制的控制系统，以实现系统的智能化；
[0047] 还包括一氧化碳检测仪，以便于检测周围环境的一氧化碳的浓度；
[0048] 还包括设置于料斗的料位传感器，以便于检测料位的情况。
[0049] 更具体的，控制系统电连接上述描述中的密闭还原箱的驱动装置、菲涅尔透镜的调节装置、还原容器的驱动装置、螺旋传送装置的驱动装置、温度测试仪以及太阳追踪器，通过阳光的反馈调节密闭还原箱的驱动装置、菲涅尔透镜的调节装置以及通过温度的反馈调整还原容器的驱动装置和螺旋传送装置的驱动装置。此设计中，由于温度的检测特殊环境，本设计中，温度检测仪为红外线温度检测仪。
[0050] 作为更具体的设计，菲涅尔透镜上部设有自动清灰和保护装置，定时清灰保证透光不受影响，保护装置是在刮
风、下雨、下
雪、
冰雹、阴天、夜晚时关闭和保护透镜。该自动清灰装置和保护装置与控制系统电连接。更加具体的，通过控制系统与计算机PC相互通信，并由PC端控制。由此可增加安装
监控系统，避免人力现场操作，实现更高的安全性能。
[0051] 作为具体的设计，基于上述所有/任意组合的实施方式的基础上，作为具体的工艺，一种太阳能熔融还原铁工艺，包括以下步骤：
[0052] a、将物料放置进料斗中，开启还原装置，使料斗内的物料输送至还原容器内；
[0053] b、通过太阳追踪器识别阳光的强度，并通过调整密闭还原箱转动调整至阳光最佳的位置，太阳光通过菲涅尔透镜后聚焦至还原容器处，以此对还原容器内的物料进行加热，先对密闭还原箱内的气体进行放空，实现密闭还原箱内的气体为一氧化碳，再实现熔融还原反应；
[0054] c、在物料融化后，其金属液体与渣滓进行分层，由于金属更重，其液体会沉到下方，完成后，还原容器转动，切换另一物料容腔，依次类推，直到物料容腔位于最下方时，在其重力的作用下自然下落并进入到收集容器中。
[0055] 进一步的设计，所述步骤b中，所述还原容器处还设有温度检测仪，通过温度的检测可控制菲涅尔透镜的调焦以及还原反应时间，以及控制进料的量。
[0056] 更进一步的设计，所述物料包括金属矿石和还原剂；
[0057] 所述金属矿石为赤铁矿、红土矿、钒钛磁铁矿、高磷铁矿、褐铁矿、含铁海砂、赤泥、钢铁厂除尘灰、焊渣、割渣、氧化铁皮或硫酸渣；
[0058] 所述还原剂为
无烟煤、烟煤、褐煤、石油焦、焦炭沫、兰炭沫、木炭其中的一种或多种混合。
[0059] 作为上述具体的实施方式中，针对还原容器的材料进行设计，还原容器采用的材料是炭素、
石墨、碳化
硅、
金属陶瓷、刚玉等其中的一种。熔融还原铁反应过程中物料是相对静止的，对耐火材料无冲刷、沁蚀，并且温度小于1700 ℃，耐火材料使用寿命大幅提高。
[0060] 作为更加具体的设计，菲涅尔透镜是一体制成，也可以是多块菲涅尔透镜拼装而成。更加具体的，对菲涅尔透镜面积的设计，菲涅尔透镜尺寸大于0.8 ㎡，为0.8-100㎡，对应的还原铁的产能为3-400Kg/h。
[0061] 作为进一步的设计，在选择菲涅尔透镜为多块菲涅尔透镜拼装而成的情况下，各单元菲涅尔透镜聚焦耦合后由光纤汇合输送到熔融还原铁车间，集中进行熔融还原铁生产，这样可以节约投资、生产、运输成本，便于管理。
[0062] 在上述的工艺中，备料时，含铁粉料与还原剂、熔渣剂、固硫剂的混合物的为黑色(黑度值非常高)，太阳辐射能转换成热能效率高、升温快，物料加热、还原、熔化时间短。
[0063] 以附图2作为进一步的说明其工艺步骤：
[0064] 1、备料，将需要还原金属矿石(铁，也可以是锰、铬、镍、
铜、铅、锌、镁)与还原剂混合，其中还加入熔渣剂、固硫剂，使其充费混合；
[0065] 2、将混合好的物料放入料斗；
[0066] 3、开启装置，螺旋传送装置的驱动装置先驱动，使物料通过螺旋传送装置和输送管将物料运输至还原容器；
[0067] 4、物料传送到位后，根据太阳的情况，太阳追踪器的反馈使密闭还原箱的驱动装置以及菲涅尔透镜的调节装置进行调节，促使最佳的角度，实现更优的聚焦效果；
[0068] 5、物料收到加热以后，第一部分物料加热时对密闭还原箱内的空气进行放空，根据对物料部分的温度进行检测，控制还原容器的驱动装置驱动还原装置转动，转一定角度后，启动螺旋传送装置进行物料传送，还原容器转动使液态的铁和渣脱离太阳光焦点位置进行冷却，当还原容器转动到一定角度时，已经冷却成固态的铁和渣失重掉入收集容器中；
[0069] 6、在有阳光的白天不停的循环步骤1-5，仅仅不需要步骤5放空的环节。
[0070] 其中，收集的物料后续工艺则为破碎和磁选，破碎后，通过磁吸的效果筛选出铁，而其废渣则可用于至
水泥厂。
[0071] 这当中，由于有排气口，排放的气体为一氧化碳，为了安全以及能源在用，该排气口可连接收集装置。而一氧化碳可用于燃气发电进行二次燃烧。一氧化碳气体集中后经过除尘、冷却、加压输送到煤气罐中，供
烘干机、燃气发电机用，发电机所发的电供系统运转用，包括原料准备、熔融还原铁装置驱动、破碎、磁选分离、铁粒压块、办公、生活等用电。
[0072] 在上述的具体实施方式中，尤其是其应用环境，装置熔融还原时物料加热温度可达1350℃以上，不受
环境温度影响，特别适用于新疆、内蒙古、甘肃、青海、陕北、
云南、攀枝花、西昌等日照时间长、太阳辐射强地区。
[0073] 综上所述，本发明的一种太阳能熔融还原铁装置及工艺，装置可以使太阳辐射能直接转换成供含铁物料与还原剂完成熔融还原时所需的热能，无需电能和化学能，利用绿色能源废气排放少、无灰尘排放、无工业废水排放、无废渣排放，环境影响小，还原铁的生产成本低。太阳能熔融还原铁工艺也十分简单，仅将含铁粉料与还原剂、熔渣剂、固硫剂充分混合即可，还原后的铁和渣进行破碎、磁选分离、铁粒压块，该工艺操作性强，模块化设计能够实现规模化生产，具有原料适应性强、投资成本低且灵活、产品质量好、自动化程度高等显著优点。
[0074] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
