技术领域
[0001] 本
发明涉及
能源与
冶金领域，具体为一种直接还原的设备与方法。
背景技术
[0002] 我国是一个贫
铁矿资源丰富的国家，低贫矿占铁矿资源97％以上，但每年还需要从国外进口6亿吨的铁
矿石。另外，我国每年还有上亿吨的
硫酸渣、
铜渣、除尘灰等含铁废料产生。现在，我国是一个非焦
煤储量丰富的国家，焦煤资源缺乏日益频发，因此国家出台相关政策，鼓励发展直接还原铁和非焦炼铁工艺技术开发与应用。提高还原铁的产量和
质量。
[0003] 我国直接还原铁有煤基和气基两种。煤基直接还原有
隧道窑、
回转窑、转底炉等方法。隧道窑罐式必须采用昂贵的耐火罐，工艺落后、能耗高、还原时间长；回转窑法设备体积庞大、设备复杂、且容易结圈，导致生产不顺行；转底炉法对球团的落下强度要求较高，且要对球团进行烘干。比如：
现有技术公开了一种直接还原铁的还原窑炉设备和方法。该设备包括窑顶、助燃
风管道、
燃气管道、烧嘴、料盘，
支撑座、曲封、窑车、
燃烧室、料池和蓄热
辐射室，其中窑顶与料池之间为燃烧室，燃烧室
侧壁设有烧嘴，助燃风管道、燃气管道与烧嘴相连，窑车之间的空间为蓄热辐射室，窑车通过曲封与炉窑相连；具体方法为预热上述窑炉设备，将被还原物料还原剂按混合料装入窑车的料盘中，通过布料机将
覆盖剂平铺到混合物料上，将窑车推入窑炉使还原得到还原铁产品。但是该设备还原的方法使用球团与还原剂混合，反应时间长达4～10h。
发明内容
[0004] 面临上述技术问题，本发明旨在提出可以在一个设备里面完成球团的烘干和直接还原的技术，实现减少球团的转运过程，缩短整个直接还原工艺流程，降低球团的落下强度要求的目的。
[0005] 为实现上述目的，本发明提出了一种直接还原设备，其特征在于，该设备的内腔包括由上至下依次排列的集气室、含
碳球团仓、碳质原料仓、反应仓和出料槽；其中，[0006] 所述集气室顶部设置有排气管；
[0007] 所述含碳球团仓的壁上设置有一圈与含碳球团仓连通的含碳球团布料管，其仓底设置了第一排料
阀，第一排料阀包括具有通气孔的第一阀
门板，所述第一阀门板隔开所述含碳球团仓和所述碳质原料仓；
[0008] 所述碳质原料仓的壁上设置有一圈与碳质原料仓连通的碳质原料布料管，其仓底设置了第二排料阀，第二排料阀包括具有通气孔的第二阀门板，所述第二阀门板隔开所述碳质原料仓和所述反应仓；
[0009] 所述反应仓的底部具有热气进口，其仓底还设置了第三排料阀，第三排料阀包括第三阀门板，所述第三阀门板隔开所述反应仓和所述出料槽。
[0010] 进一步地，所述含碳球团布料管均匀分布在所述含碳球团仓的四周。所述碳质原料布料管均匀分布在所述碳质原料仓的四周。所述含碳球团布料管和所述碳质原料布料管的数量优选为4-6个。
[0011] 进一步地，所述通气孔均匀分布于所述第一阀门板以及所述第二阀门板。
[0012] 所述通气孔的孔径优选为3-50mm，数量优选为10-500个。
[0013] 具体地，所述通气孔的形状选自圆、正方形、长方形、菱形或五
角形中的一种。
[0014] 优选地，所述热气进口围绕所述反应仓的底部均匀分布。
[0015] 进一步地，该设备还包括脱
水装置，所述脱水装置连接所述热气进口以及所述排气管。
[0016] 本发明还提出一种利用上述设备直接还原的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0017] A.原料干燥：分别向含碳球团仓和碳质原料仓加入含有铁资源的含碳球团和一定粒度的碳质原料，然后沿反应仓底部的热气进口通入加热后的热气体，该气体上行向集气室的排气管流动并对所述含碳球团和所述碳质原料进行干燥；
[0018] B.还原反应：待干燥结束后，打开所述碳球团仓和所述碳质原料仓底部的排料阀，所述含碳球团和所述碳质原料进入反应仓，在所述热气体的加热下进行反应实现还原含碳球团的还原；
[0019] C.卸料：还原反应完成后打开所述反应仓底部的排料阀卸料。
[0020] 具体地，所述含碳球团由含铁原料、碳质还原剂、添加剂、粘结剂进行混合，然后将混合料进行成型处理后制得。所述碳质原料可以是
破碎/造球后的碳质原料颗粒或者球团。
[0021] 进一步地，所述方法还包括，将炉顶集气室顶部排气管排出的气体，经脱水装置去除水蒸气，再输送至所述反应仓对物料进行干燥。
[0022] 具体地，所述步骤A中，所述热气体为惰性气体或者氮气。气体的
温度优选为1000℃～1400℃，更优选为1050℃～1350℃。
[0023] 进一步地，所述步骤B中，所述反应仓内反应温度为1100℃～1300℃，反应时间为30min～90min。
[0024] 本发明提供的技术方案的主要优势在于：可以在一个设备里面完成球团的烘干和直接还原；利用加热的热气将湿球烘干，降低能耗；能够减少球团的转运过程；对球团的落下强度要求降低；可以减少配料过程中粘结剂的加入量；缩短整个直接还原工艺流程，设备简单，反应时间短。
[0025] 本发明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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0026] 图1为本发明的直接还原设备简图。
具体实施方式
[0027] 以下结合附图和
实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
[0028] 本发明提出了一种直接还原设备，如图1，其特征在于，该设备的内腔包括由上至下依次排列的集气室1、含碳球团仓2、碳质原料仓3、反应仓4和出料槽5；其中，[0029] 所述集气室1顶部设置有排气管11；
[0030] 所述含碳球团仓2的壁上设置有一圈与含碳球团仓连通的含碳球团布料管21，其仓底设置了第一排料阀，第一排料阀包括具有通气孔的第一阀门板22，所述第一阀门板22隔开所述含碳球团仓2和所述碳质原料仓3；
[0031] 所述碳质原料仓3的壁上设置有一圈与碳质原料仓连通的碳质原料布料管31，其仓底设置了第二排料阀，第二排料阀包括具有通气孔的第二阀门板32，所述第二阀门板32隔开所述碳质原料仓3和所述反应仓4；
[0032] 所述反应仓4的底部具有热气进口41，其仓底还设置了第三排料阀，第三排料阀包括第三阀门板42，所述第三阀门板42隔开所述反应仓4和所述出料槽5，热气进口在阀门板上方，热惰性气不通过第三阀门板。出料槽5外对应着接料器6。排料阀门也不做特别限制，能正常快速下料即可。
[0033] 进一步地，所述含碳球团布料21均匀分布在所述含碳球团仓2的四周。所述碳质原料布料管31均匀分布在所述碳质原料仓3的四周。所述含碳球团布料管21和所述碳质原料布料管31的数量优选为4-6个。
[0034] 进一步地，所述通气孔(图未示出)均匀分布于所述第一阀门板22以及所述第二阀门板32。所述通气孔的孔径优选为3-50mm，数量优选为10-500个。
[0035] 具体地，所述通气孔的形状选自圆、正方形、长方形、菱形或五角形中的一种，该通气孔也可以选自其它形状，保证热气能顺利通过、球团不漏下即可。
[0036] 优选地，所述热气进口41围绕所述反应仓4的底部均匀分布，从而保证仓内的物料均匀烘干。
[0037] 进一步地，该设备还包括脱水装置(图未示出)，所述脱水装置连接所述热气进口41以及所述排气管11。
[0038] 本发明还提出一种利用上述设备直接还原的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0039] A.原料干燥：分别向含碳球团仓和碳质原料仓加入含有铁资源的含碳球团和一定粒度的碳质原料，然后沿反应仓底部的热气进口通入加热的热气体，该气体在反应仓加热反应的含碳球团和碳质原料后向集气室的排气管方向流动并对所述含碳球团和所述碳质原料进行干燥；
[0040] B.还原反应：待干燥结束后，打开所述含碳球团仓和所述碳质原料仓底部的排料阀，所述含碳球团和所述碳质原料进入反应仓，在通入的加热气体的加热下进行反应；碳质原料在高温下进行燃烧，产生的CO、CO2与含碳球团中的铁
氧化物进行间接还原反应，球团中的碳也参与直接还原反应，最终将含碳球团中的铁氧化物进行还原，得到海绵铁；
[0041] C.卸料：还原反应结束后打开所述反应仓底部的排料阀卸料。
[0042] 具体地，所述含碳球团由含铁原料、碳质还原剂、添加剂、粘结剂按一定比例进行混合，然后将混合料进行成型处理后制得。所述碳质原料可以是破碎/造球后的碳质原料颗粒或者球团。
[0043] 可见，该工艺的烘干和还原过程是在一个设备里面完成，其减少球团的转运过程，缩短整个直接还原工艺流程，设备简单，反应时间短。
[0044] 进一步地，所述方法还包括，将炉顶集气室顶部排气管排出的气体，经脱水装置去除水蒸气，再输送至所述反应仓对物料进行加热、干燥，实现热量循环利用，因此可以降低能耗。
[0045] 具体地，所述步骤A中，所述烘干气体为惰性气体或者氮气。气体的温度优选为1000℃～1400℃，更优选为1050℃～1350℃。该烘干气体通
过热气炉进行加热。进一步地，可根据含碳球团和碳质原料的
含水量，确定烘干时间后，然后对含碳球团和碳质原料进行布料。
[0046] 进一步地，所述步骤B中，所述反应仓内反应温度为1100℃～1300℃，反应时间为30min～90min。。
[0047] 下面结合具体实施例对本发明的直接还原工艺作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0048] 实施例1
[0049] 用本发明的设备对铜渣进行直接还原处理，具体为：将铜渣、焦粉、石灰石、粘结剂进行混合造球，按照铜渣：焦粉：石灰石：粘结剂＝100:22:10:10的配比进行混合造球，得到含水13％的球团，将球团通过含碳球团仓圆周方向的4个布料管布入到含碳球团仓。将
焦炭粒破碎到5～8mm的粒度，通过碳质颗粒布料管将焦炭布入到碳质颗粒仓。待反应仓物料还原完成后，打开反应仓下的阀门将海绵铁卸料。反应仓内反应温度为1280℃，反应时间为40min。
[0050] 最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
